Архитектура, т. е. логическая организация микропроцессора, однозначно определяет свойства, особенности и возможности построения вычислительной системы на базе данного микропроцессора.
Современные микропроцессоры, при всем разнообразии их типов, моделей и производителей, имеют одну из трех типов архитектуры: CISC, RISC и MISC (это относится к микропроцессорам универсального, а не специального применения).
Архитектура CISC (Complex Instruction Set Computer) - командо-комплексная система управления компьютером. Отличается повышенной гибкостью и расширенными возможностями РС, выполненного на микропроцессоре, и характеризуется:
1) большим числом различных по длине и формату команд;
2) использованием различных систем адресации;
3) сложной кодировкой команд.
Архитектура RISC (Reduced Instrucktion Set Computer) - командо-однородная система управления компьютером, имеет свои особенности:
1) использует систему команд упрощенного типа: все команды имеют одинаковый формат с простой кодировкой, обращение к памяти осуществляется командами загрузки (данных из ОЗУ в регистр микропроцессора) и записи (данных из регистра микропроцессора в память), остальные используемые команды - формата регистр-регистр;
2) при высоком быстродействии допускается более низкая тактовая частота и меньшая степень интеграции СБИС VLSI;
3) команда меньше нагружает ОЗУ;
4) отладка программ на RISC более сложна, чем на CISC;
5) с архитектурой CISC программно несовместима.
Архитектура MISC (Multipurpose Instruction Set Computer) - многоцелевая командная система управления компьютером, сочетает в себе преимущества CISC и RISC. Элементная база состоит из отдельных частей (могут быть объединены в одном корпусе): основная часть (HOST - ведущая), архитектуры RISC CPU, а расширяемая часть - с подключением ПЗУ (ROM) микропрограммного управления. При этом вычислительная система приобретает свойства CISC: - основные команды работают на HOST, а команды расширения образуют адрес микропрограммы для своего выполнения. HOST выполняет команды за один такт, а расширение эквивалентно CPU со сложным набором команд (CISC). Наличие ПЗУ устраняет недостаток RISC, связанный с тем, что при компиляции с языка высокого уровня код операции (микропрограмма) уже дешифрирована и открыта для программиста.
Типы микропроцессоров.
Как известно, микропроцессоры бывают трех типов:
- однокристальные микропроцессоры,
- однокристальные микро-ЭВМ (All-In-Once - все в одном),
1) Однокристальные микропроцессоры характерны тем, что:
- система команд фиксирована;
- содержат основные элементы кристалла: АЛУ, дешифратор команд, узел микропрограммного управления, узел управления обменом;
- не позволяют наращивать разрядность обрабатываемых слов каскадированием;
- шины данных, адреса, управления - мультиплексируемы.
2) Однокристальные микро-ЭВМ (ОМЭВМ) отличаются тем, что:
- кроме микропроцессора, кристалл включает в себя обрамление: ГТИ, контроллер прерываний, порты, таймер, ОЗУ, буфер команд;
- их применение очень просто (например, контроллер KBD в РС):
- вследствие низкой тактовой частоты, производительность ОМЭВМ невелика, но они и не предназначаются для высокоскоростных операций.
3) Секционные микропроцессоры характерны тем, что:
- допускают наращивание разрядности объединением одноименных линий нескольких чипов одинакового назначения;
- дезинтегрированы на отдельные компоненты АЛУ и ИМС обрамления;
- позволяют наращивать разрядность шин данных, адреса, АЛУ и объем подключаемой оперативной памяти:
- могут работать в разных системах команд, в соответствии с прошивкой микропрограмм.
Персональные компьютеры, в подавляющем большинстве выполняются на однокристальных микропроцессорах. Одни их первых, разработанные фирмой IBM, выполнялись на микропроцессорах i8088, позже - на 8086. Первый АТ-компьютер был выполнен с использованием микропроцессора i80286, после разработки фирмой Intel микропроцессоров i80386 и i80486, выпускались компьютеры типа РС-386 двух модификаций, позже PC-486 в трех модификациях. Дальнейшее развитие персональных компьютеров стало возможным после разработки и выпуска нового семейства микропроцессоров типа Pentium. Сравнительные характеристики микропроцессоров семейства 80х86 и Pentium приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1. Сравнительные характеристики однокристальных CPU семейства 80х86.
Тип микропроцессора
Количество выводов
F
такт МГц
Разрядность адр/дн
Быстродействие mips
Скорость обмена МВ/сек
Транзисторов
в одном кристалле
103
8086
40
10
20/16
0,33
1,4
29
8088
40
10
20/8
0,33
0,7
29
80286
68
25
24/16
1,2
8,0
134
80386DX
132
40
32/32
6,0
66,0
275
80386SX
100
33
24/16
4,5
30,0
275
80486DX
168
50
32/32
20,0
106
1200
80486SX
168
33
32/32
16,5
-
1185
80486DX2
168
50/66
32/32
54
-
1300
Pentium
273
и более
>100
32/64
>112
>528
3100
и более
Контрольные вопросы.
1. В чем состоят особенности архитектуры CISC микропроцессора?
2. В чем достоинства и недостатки архитектуры RISC?
3. Какая архитектура микропроцессора свободна от недостатков CISC и RISC?
4. Как работает система с архитектурой MISC?
5. В чем особенности однокристальных микропроцессоров?
6. Что такое однокристальная микро-ЭВМ?
6. В чем достоинства секционных микропроцессоров?
8. Какую разрядность адреса/данных имеют микропроцессоры i386, i486?
9 В чем основное отличие микропроцессоров типа "Pentium"?
Знаете ли Вы, что только в 1990-х доплеровские измерения радиотелескопами показали скорость Маринова для CMB (космического микроволнового излучения), которую он открыл в 1974. Естественно, о Маринове никто не хотел вспоминать. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
