11. Указать особенности универсальных и специализированных микропроцессоров.

По назначению МП можно разделить на универсальные и специализированные. Универсальные МП характеризуются алгоритмическим универсальным набором команд, с помощью которого можно реализовать практически любой алгоритм, и используются для решения широкого круга задач. Производительность таких МП ввиду избыточности набора команд и универсальности не высока и слабо зависит от специфики решаемой задачи, однако, цена МП из-за огромной популярности и высоких тиражей производства достаточно быстро снижается. Специализированные МП предназначены для решения какой-то отдельной задачи или группы близких задач, определенного круга задач, их особенность – малая потребляемая мощность, компактность, быстродействие, надежность. Система команд таких МП имеет минимально необходимый набор, позволяющий эффективно решать поставленные задачи. Это обеспечивает более простую архитектуру и высокое быстродействие. Область применения – управляющие микроконтроллеры для работы во встроенных системах реального времени, специализированные устройства для сложной обработки видео-, аудио- информации, математической обработки и т.п. Четкую границу в оценке быстродействия между универсальными и специализированным МП иногда провести довольно сложно. Быстродействие всех типов микропроцессоров постоянно растет, и нередки ситуации, когда новый универсальный оказывается быстрее, например, устаревшего специализированного МП. Ярким примером специализированного МП может служить (микро)процессор для цифровой обработки сигналов (ПЦОС) – DSP (Digital Signal Processor) [3]. Особенностью работы DSP является поточный характер обработки больших объемов данных в реальном масштабе времени и, как правило, с интенсивным обменом данных с внешними устройствами. DSP реализуется на основе так называемой базовой архитектуры (DSP Basic Architecture), совмещающей ограниченный набор инструкций и высокую производительность, что позволяет им с наибольшей эффективностью осуществлять алгоритмы рекуррентной обработки данных. В то же время, можно выделить ряд типовых, наиболее распространенных задач, решаемых с применением ПЦОС: фильтрация сигналов; цифровая связь и кодирование; свертка двух сигналов (смешение сигналов); вычисление значений авто и кросс- корреляционной функции двух сигналов; масштабирование, нормализация или преобразование сигналов; прямое и обратное Фурье-преобразование, в т. ч. БПФ. DSP построены, как правило, по Гарвардской архитектуре, имеющей отдельные шины адреса/данных для памяти команд и памяти данных, что позволяет им с помощью одной команды осуществлять доступ к различным видам памяти и производить несколько операций над данными. Основной особенностью DSP является то, что кроме обыкновенного АЛУ, которое присутствует во всех процессорах, они имеют еще несколько вычислительных устройств

12. Организация шинного обмена данными.

В системную магистраль (системную шину) микропроцессорной системы входит три основные информационные шины: адреса, данных и управления [1]. Шина данных – это основная шина, ради которой и создается вся система. Количество ее разрядов (линий связи) определяет скорость и эффективность информационного обмена, а также максимально возможное количество команд. Шина данных всегда двунаправленная, так как предполагает передачу информации в обоих направлениях. Обычно шина данных имеет 8, 16, 32 или 64 разряда. Понятно, что за один цикл обмена по 64-разрядной шине может передаваться 8 байт информации, а по 8-разрядной – только один байт. Разрядность шины данных определяет и разрядность всей магистрали. Например, когда говорят о 32-разрядной системной магистрали, подразумевается, что она имеет 32-разрядную шину данных. Шина адреса – вторая по важности шина, которая определяет максимально возможную сложность микропроцессорной системы, то есть допустимый объем памяти и, следовательно, максимально возможный размер программы и максимально возможный объем запоминаемых данных. Количество адресов, обеспечиваемых шиной адреса, определяется как 2n, где n – количество разрядов.

Шина данных должна обеспечивать обмен информацией между микропроцессором, памятью и различными устройствами ввода-вывода, причем, процесс обмена должен быть полностью управляемым для исключения неоднозначных ситуаций и коллизий. Рассмотрим, каким образом аппаратно обеспечивается работа шины данных при обмене информацией между несколькими устройствами.Возможность совместного использования шины данных многочисленными устройствами обеспечивает шинный формирователь с тремя состояниями. Шина с тремя состояниями похожа по своему назначению на групповую телефонную линию, к которой подсоединяются несколько абонентов. С ней могут быть связаны многочисленные источники и приемники сообщений. К шине может подсоединяться большое количество приемников, а так как единственная их функция это прием данных, в один и тот же момент времени может быть разблокирован не один, а несколько приемников сообщений, хотя, как правило, данные, передаваемые по шине, предназначаются конкретно лишь одному из них. Поэтому логическое управляющее устройство формирует специальные сигналы (стробы данных),сообщающие выбранным приемникам, что данные на шине предназначаются именно им.