47. Оценка возможностей мп «фон-Неймановской» и «гарвардской» архитектур при использовании в мпс.

Основной особенностью фон-неймановской архитектуры является использование общей памяти для хранения программ и данных

Рис. 4.2.  Структура МПС с фон-неймановской архитектурой.

Основное преимущество архитектуры Фон-Неймана – упрощение устройства МПС, так как реализуется обращение только к одной общей памяти. Кроме того, использование единой области памяти позволяло оперативно перераспределять ресурсы между областями программ и данных, что существенно повышало гибкость МПС с точки зрения разработчика программного обеспечения. Размещение стека в общей памяти облегчало доступ к его содержимому. Неслучайно поэтому фон-неймановская архитектура стала основной архитектурой универсальных компьютеров, включая персональные компьютеры.

Основной особенностью гарвардской архитектуры является использование раздельных адресных пространств для хранения команд и данных, как показано на рис. 4.3.

Рис. 4.3.  Структура МПС с гарвардской архитектурой.

Гарвардская архитектура почти не использовалась до конца 70-х годов, пока производители МК не поняли, что она дает определенные преимущества разработчикам автономных систем управления.

Дело в том, что, судя по опыту использования МПС для управления различными объектами, для реализации большинства алгоритмов управления такие преимущества фон-неймановской архитектуры как гибкость и универсальность не имеют большого значения. Анализ реальных программ управления показал, что необходимый объем памяти данных   МК, используемый для хранения промежуточных результатов, как правило, на порядок меньше требуемого объема памяти программ. В этих условиях использование единого адресного пространства приводило к увеличению формата команд за счет увеличения числа разрядов для адресации операндов. Применение отдельной небольшой по объему памяти данных способствовало сокращению длины команд и ускорению поиска информации в памяти данных.

Кроме того, гарвардская архитектура обеспечивает потенциально более высокую скорость выполнения программы по сравнению с фон-неймановской за счет возможности реализации параллельных операций. Выборка следующей команды может происходить одновременно с выполнением предыдущей, и нет необходимости останавливать процессор на время выборки команды. Этот метод реализации операций позволяет обеспечивать выполнение различных команд за одинаковое число тактов, что дает возможность более просто определить время выполнения циклов и критичных участков программы.

48. Особенности систем управления с существенным запаздыванием на мпс. Тестирование и наладка.

Кроме того, что микропроцессоры оперируют со словами конечной длины, они являются относительно "медленными" вычислительными ус­тройствами. Во многих случаях, которые не требуют обработки информа­ции в реальном времени, скорость вычислительных операций не играет существенного значения. Однако для систем управления режим реального времени часто является необходимым, и временные задержки, связанные с обработкой информации, могут оказывать существенное влияние на ха­рактеристики системы. Прежде всего важно определить длительность этих задержек, чтобы аналитически исследовать их влияние на систему. Два вопроса немедленно возникают в связи с временными задержками в

системах управления. Во-первых, если скорость счета в процессоре мала, то будет ли достаточно времени, чтобы выполнить все необходимые вы­числения, предписываемые алгоритмом управления. И, во-вторых, как по­влияет временная задержка на устойчивость замкнутой системы.

Временные задержки, связанные с вычислительной процедурой микропроцессора, могут быть определены из анализа программы, реали­зующей закон управления, с учетом подпрограмм, которые могут быть вызваны из любого пакета функциональных задач. Каждая программа со­стоит из набора инструкций, которые требуют для своего выполнения определенного количества машинных циклов. В свою очередь каждый ма­шинный цикл требует определенного количества машинных состояний. Время выполнения микропроцессором конкретной инструкции прямо пропорционально общему числу машинных состояний, через которые дол­жен пройти микропроцессор при выполнении этой инструкции. Например, для микропроцессора "Интел 8080" каждое состояние равно 500 не. Это означает, что за секунду процессор проходит через 2 млн. состояний. Та­кая скорость может показаться чрезвычайно высокой, однако дня выпол­нения даже простой программы могут потребоваться тысячи машинных состояний.