Реферат: Анализ структур, характеристик и архитектур 32-разрядных микропроцессоров
Некоторые характеристики транспьютеров фирмы INMOS : разрядность - 32, скорость обработки данных - 40 Мбайт/с, адресуемое пространство - 4 Гбайт.
Общий обзор структур,характеристик и архитектур 32-разрядных микропроцессоров.
Cтруктуры различных типов МП могут существенно различаться, однако с точки зрения пользователя наиболее важными параметрами являются архитектура, адресное пространство памяти, разрядность шины данных, быстродействие.
Архитектуру МП определяет разрядность слова и внутренней шины данных МП. Первые МП основывались на 4-разрядной архитектуре. Первые ПЭВМ использовали МП с 8- разрядной архитектурой, а современные МП основаны на МП с 16 и 32- разрядной архитектурой.
Микропроцессоры с 4- и 8-разрядной архитектурой использовали последовательный принцип выполнения команд, при котором очередная операция начинается только после выполнения предыдущей. В некоторых МП с 16-разрядной архитектурой используются принципы параллельной работы, при которой одновременно с выполнением текущей команды производятся предварительная выборка и хранение последующих команд. В МП с 32-разрядной архитектурой используется коивейерный метод выполнения команд, при котором несколько внутренних устройств МП работают параллельно, производя одновременно обработку нескольких последовательных команд программы.
Адресное пространство памяти определяется разрядностью адресных регистров и адресной шины МП. В 8-разрядных МП адресные регистры обычно составляются из двух 8-разрядных регистров, образуя 16-разрядную шину, адресующую 68 Кбайт памяти. В 16-разрядные МП, как правило, используются 20-разрядные адресные регистры, адресующие 1 Мбайт памяти. В 32-разрядных МП используются 24- и 32-разрядные адресные регистры, адресующие от 16 Мбайт до 4 Гбайт памяти.
Для выборки команд и обмена данными с памятью МП имеют шину данных, разрядность которой, как правило, совпадает с разрядностью внутренней шины данных, определяемой архитектурой МП. Однако для упрощения связи с внешней аппаратурой внешняя шина данных может иметь разрядность меньшую, чем внутренняя шина и регистры данных. Например, некоторые МП с 16-разрядной архитектурой имеют 8-разрядную внешнюю шину данных. Они представляот собой специальные модификации обычных 16 разрядных МП и обладают практически той же вычислительной мощностью.
Одним из важных параметров МП является быстродействие определяемое тактовой частотой его работы, которая обычно задается внеш ними синхросигналами. Для разных МП эта частота имеет пределы 0,4...33 МГц. Выполнение простейших команд (например, сложение двух операндов изрегистров или пересылка операндов врегистрах МП ) требует минимально двух периодов тактовых импульсов ( для выборки команды и её выполнения ). Более сложные команды требуют для выполнения до 10 - 20 периодов тактовых импульсов. Если операнды находятся не в регистрах, а в памяти, дополнительное время расходуется на выборки операндов в регистры и записи результата в память.
Скорость работы МП определяется не только тактовой частотой, но и набором его команд, их гибкостью, развитой системой прерываний.
Структуры, характеристики и архитектуры некоторых микропроцессоров.
Микропроцессоры Alpha.
Технологическое решение способствующее повышению производительности процессора АХР 21064 , Являются две раздельные кэш - памяти для команд и данных по 8 Кбайт каждая. Кроме того, в этом чипе применён метод предсказания ветвления ( Branch Prediction ), который позволяет предсказывать возможные разветвления потоков конвейерной линии.
Основным примуществом этого процессора является его высокая тактовая частота, обеспечиваемая особой структурой процессора.
Микропроцессоры ARM.
МП содержит АЛУ, сдвигатель, умножитель, двадцать семь 32- разрядных регистров.
В МП реализован трехступенчатый конвейер (одна инструкция выполняется, вторая -декодируется третья - считывается в памяти).
Обращение к памяти осуществляется только командами зарузки и запоминания регистров, обеспечивающими адресацию байта или 32-разрядного слова.
МП может работать в четырех режимах (О - пользователя, 1 - прерывания. 2 - быстрого прерывания. 3 - супервизора), каждый из которых может использовать свои собственные 32-разрядные регистры.
| Режим | Номера регистров |
| 0 | 0 - 15 |
| 1 | 10 - 14 |
| 2 | 13 , 14 |
| 3 | 13 , 14 |
Все команды МП имеют длину 32 разряда.
Микропроцессор АМ 29000 фирмы АМD.
МП содержит три устройства : предварительной выборки, исполнительное, управления памятью.
Исполнительное устройство включает в себя регистровый файл, содержащий 64 регистрас фиксированным адресом ( глобальные регистры ) и 128 регистров с переменным адресом ( локальные регистры).
Глобальные регистры назначаются статически компилятором или программистом. Они могут быть использованы для размещения данных ОС, таких, как базовых адресов страниц.
Локальные регистры выполняют функции регистров стека для хранения параметров процедуры обращения к подпрограмме. Все команды имеют фиксированный 32-разрядный формат,обеспечивающий упрощение организации конвейера, схемы выборки и обработки команды и др.
Микропроцессоры фирмы Intel.
В процессорах применяются расширенные микроканалы, характеризующиеся следующими пеимуществами : поддержка параллельной многопроцессорной многозадачной работы; до 15 каналов прямого доступа; одновременная обработка и выборка данных; усовершенствованный доступ к данным; усовершенствованная диагностика и локализация ошибок; управление конфликтами при прерываниях ввода - вывода; автоматическое расширение; идентификация и интеграция.
Микропроцессор i80386.
В 80386 имеется 32 регистра, разделяемых на следующие группы : регистры общего назначения, сегментные, указатель команд и флаги, управления.
Шесть програмно доступных регистров отладки реализуют поддержку процесса отладки программ : четыре указывают четыре точки останова, управляющий используется для установки контрольных точек , а статусный показывает текущее состояние точек останова. Эти регистры обеспечивают задание контрольных точек останова по командам и данным, а также пошаговый режим выполнения программы.
Микропроцессор 80386 содержит шесть блоков, обеспечивающих управление выполнением команд, сегментацию, страничную рганизацию памяти, сопряжение с шинами, декодирование и упреждающую выборку команд. Все эти устройства работают в виде конвейера, причем каждое из них может выполнять свою конкретную функцию параллельно с другими. Таким образом, во время выполнения одной команды производится декодирование второй, а третья выбирается из памяти. Дополнительным средством повышения производительности служит специальный блок быстрого умножения (деления). Устройство управления памятью содержит блок сегментации и блок страничной организации. Сегментация позволяет управлять логическим адресным пространством, обеспечивая переместимость программ и данных и эффективное разделение памяти между задачами. Страничный механизм работает на более низком уровне я прозрачен для сегментации, позволяя управлять физическим адресным пространством. Каждый сегмент разделяется на одну или несколько страниц размером 4 Кбайта.
Память организована в виде одного или нескольких сегментов переменной длины. Максимальная длина сегмента 4 Гбайта. Каждая область адресного пространства может иметь связанные с ней атрибуты, определяющие ее расположение, размер, тип (стек, программа или данные) характеристики зашиты.