Тема 2.1.Виды команд в процессоре. Ортогональная архитектура.
Регистровая архитектура определяет наличие большого регистрового файла внутри БИС МП (поле памяти с произвольной записью и выборкой информации).
Достоинства: |
Недостатки: |
|
· при частой смене программ (мультипрограммирование, задачи управления) эффективность падает, т.к. при переключении необходимо сохранять и перегружать содержимое регистров; · большое количество регистров трудно расположить на кристалле из-за меньшей плотности расположения логических схем, чем схем памяти. Часто регистровое поле называют регистровым сегментом RSEG.
|
Стековая архитектура использует поле памяти с упорядоченной последовательностью записи и выборки информации. Данная архитектура практически не применяется как самостоятельная, а служит дополнением к другим видам архитектур.
Достоинства: |
Недостатки: |
· эффективна при работе с подпрограммами. |
· стек на кристалле мал и быстро переполняется.
|
Данная архитектура практически не применяется как самостоятельная, а служит дополнением к другим видам архитектур.
Архитектура типа память – память обеспечивает расположение регистров и стека в ОП. Операнды, после выборки из ОП, обработки в МП заносятся обратно в память, а не сохраняются на регистрах.
Оценку этого способа необходимо производить с учетом быстродействия МП и ОЗУ. Например, в ОЭВМ, где ОЗУ расположена на кристалле и имеет быстродействие сравнимое с быстродействием остальных схем этот способ эффективен. Если ОЗУ расположена вне кристалла и имеет небольшое быстродействие (ОЗУ ДТ) – неэффективен.
Достоинства: |
Недостатки: |
· фактически неограниченная свобода оперирования расположением данных (большое количество регистров в ОЗУ); · быстрое контекстное переключение, т.к. для переключения регистрового (контекстного) файла необходимо только изменить регистр - указатель начального адреса; · упрощается связь с другими МП. (многопроцессорные системы, контролеры ПУ).
|
· особенность - наличие двухадресных команд, что увеличивает длину команд.
|
Развитием регистровой архитектуры, преодолевшей ее недостатки, является ортогональная регистровая архитектура. Развитие аппаратных средств, увеличение плотности компоновки позволило на кристалле МП разместить дополнительные (избыточные) регистры, которые могут использоваться для сохранения ортогональных (других) состояний МП. Т.е. они могут использоваться при переключении программ для сохранения их состояния.
Рисунок 2.1. Регистровая архитектура
Фон-Неймановская и Гарвардская архитектуры, данные архитектуры определяют взаимное расположение команд и данных. В большинстве микро-ЭВМ для хранения программ и данных используется одно пространство памяти. Такая организация получит название архитектуры Дж. фон Неймана. Программы и данные хранятся в едином пространстве, и нет никаких признаков, указывающих на тип информации в ячейке памяти. Содержимое ячейки интерпретируется оператором обработки, в качестве которого в простейшем случае выступает ЦП.
Однако почти все однокристальные ЭВМ, представляющие класс однокристальных программируемых микроконтроллеров, выполнены по другой схеме, известной как архитектура Гарвардской лаборатории, в которой память программного сегмента CSEG и память данных DSEG разделены и имеют свои собственные адресные пространства и способы доступа к ним. Использование данной архитектуры позволяет производить одновременное считывание команды и данных, что, естественно, увеличивает быстродействие МП.
Применение, однако, гарвардской архитектуры в универсальных МП проблематично из-за непредсказуемости соотношения объема памяти данных и команд.
Ортогональность системы команд означает, что в любой команде может использоваться любой способ адресации операнда: константа, прямой из регистра или памяти, косвенный и т.п.
Код мигалки:
#include <msp430g2211.h> void main(void) { unsigned int count; // счетчик цикла WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; // отключаем сторожевой таймер P1OUT = 0; // инициализация, отключаем светодиод P1DIR = BIT0; // настраиваем вывод P1.0 на выход for (;;) { P1OUT ^= BIT0; // переключаем светодиод на выводе P1.0 for (count = 0; count < 60000; count++); //задержка } } // main
Код запись и чтение памяти:
process (clk_I, RST_I) begin
if (RST_I = '0') then
AD_O <= (others => '0') after cTCQ;
elsif (rising_edge(clk_I)) then
if (smPCI_T = sCFG_READ) then
AD_O <= CfgRData after cTCQ;
elsif (smPCI_T = sIO_READ) then
AD_O <= IORDate after cTCQ;
elsif (smPCI_T = sMEM_READ) then
AD_O <= RamOutputDate after cTCQ;
end if;
end if;
end process;