3.Основные виды архитектур по способу организации выборки команд и данных
По способу организации выборки команд и данных различают два вида архитектур:
● принстонская архитектура, или архитектура фон–Неймана, особенностью которой является (рис. 2.1.1) использование:
общей основной (оперативной) памяти для хранения программ и данных, что позволяет оперативно и эффективно перераспределять ее объем в зависимости от решаемых задач в каждом конкретном случае применении микропроцессора;
общей шины, по которой в процессор поступают команды и данные, а в оперативную память записываются результаты, что значительно упрощает отладку, тестирование и текущий контроль функционирования системы, повышает ее надежность. Чтобы отделить команду от данных, первым из памяти всегда поступает код выполняемой операции, а затем следуют данные. По умолчанию код операции загружается в регистр команд, а данные — в блок регистров (рис. 2.1.1). Из–за ограниченного числа внешних выводов общая шина обычно работает в режиме временного мультиплексирования, т. е. противоположные направления обмена данными между микропроцессором, памятью или другими внешними устройствами разделены во времени.
Недостаток принстонской архитектуры — использование общей шины для передачи команд и данных ограничивает производительность цифровой системы;
● гарвардская архитектура (создатель Говард Айкен), особенностью которой является физическое разделение памяти команд (программ) и памяти данных (рис. 2.1.2). Это обстоятельство вызвано постоянно возрастающими требованиями к производительности микропроцессорных систем. Память команд и память данных соединяются с процессором отдельными шинами. Благодаря разделению потоков команд и данных, а также совмещению операций их выборки (и записи результатов обработки) обеспечивается более высокая производительность, чем при использовании принстонской архитектуры.
Недостатки гарвардской архитектуры: усложнение конструкции из–за использования отдельных шин для команд и данных; фиксированный объем памяти для команд и данных; увеличение общего объема памяти из–за невозможности ее оптимального перераспределения между командами и данными
Команды. Основные понятия
Входное воздействие в виде двоичного кода, предназначенное для управления микропроцессором, называется командой. Ее главная функция — выполнение операций над данными. Команда предписывает шаги по реализации микропроцессором заданной операции, представляющей собой функционально завершенное действие, которое определяется типом используемых данных, источником их получения, операцией над ними, приемником размещения результата, источником получения следующей команды. Машинное представление команды в памяти, состоящее из ряда нулей и единиц, называется объектным кодом команды. Для лучшего восприятия команды используется ее символическое обозначение или мнемокод.
Каждая команда должна содержать сведения, необходимые для ее выполнения. Сведения кодируются. Для кодировки каждой группы сведений выделяется свое поле. Совокупность полей, содержащих необходимые сведения для выполнения требуемой операции, называют форматом команды. В формате команды должны быть определены:
● функциональное назначение операции в виде кода операции;
● адреса источников данных. В общем случае должны быть указаны адреса двух операндов;
● адрес места расположения результата;
● адрес следующей команды.
Способы уменьшения формата команды.
Наиболее употребительными являются следующие способы сокращения длины кода команды:
● использование специально предусмотренных для адресации регистров:
● использование неявных способов адресации
● совмещение источника одного из операндов с приемником результата.
● использование команд с укороченной адресацией,
● использование для некоторой группы операций одного регистра.
● использование нескольких аккумуляторов
● засылку команд в регистр команд с дальнейшей их дешифрацией для активизации устройства управления;
● поступление данных в аккумулятор или другие регистры для обработки в АЛУ.