Классификация микропроцессоров. 
Основы функционирования систем сервиса. В 2 ч. Часть 2

По назначению различают универсальные и специализированные МП.

Универсальные МП — это такие МП, в системе команд которых заложена алгоритмическая универсальность. Последнее означает, что выполняемый машиной состав команд позволяет получить преобразование информации в соответствии с любым заданным алгоритмом. Универсальные МП могут быть применены для решения широкого круга разнообразных задач. При этом их эффективная производительность слабо зависит от проблемной специфики решаемых задач.

Эта группа МП наиболее многочисленна, в нее входят такие комплекты как КР580, Z80, Intel 80×86 К582, К587, К1804, К1810.

Специализированные МП предназначены для решения определенного класса задач, а иногда только для решения одной конкретной задачи. Их существенными особенностями являются простота управления, компактность аппаратурных средств, низкая стоимость и малая мощность потребления.

Среди специализированных МП можно выделить различные микроконтроллеры, ориентированные на выполнение сложных последовательностей логических операций, математические МП, предназначенные для повышения производительности при выполнении арифметических операций за счет, МП для обработки данных в различных областях применений и т. д.

К специализированным МП можно также отнести цифровые сигнальные процессоры, которые рассчитаны на обработку в реальном времени цифровых потоков, образованных путем оцифровывания аналоговых сигналов. Это обусловливает их сравнительно малую разрядность и преимущественно целочисленную обработку. Однако современные сигнальные процессоры способны проводить вычисления с плавающей точкой над 32—40-разрядными операндами. Кроме того, появился класс медийных процессоров, представляющих собой законченные системы для обработки аудиои видеоинформации.

По числу БИС в микропроцессорном комплекте различают микропроцессоры однокристальные, многокристальные и многокристальные секционные.

Однокристальные МП получаются при реализации всех аппаратных средств процессора в виде одной БИС или СБИС. По мере увеличения степени интеграции элементов в кристалле и числа выводов корпуса параметры однокристальных микропроцессоров улучшаются. Однако возможности однокристальных микропроцессоров ограничены аппаратными ресурсами кристалла и корпуса.

В многокристальном МП производится разбиение его логической структуры на функционально законченные части и реализовать их в виде БИС (СБИС). Функциональная законченность БИС многокристального МП означает, что его части выполняют заранее определенные функции и могут работать автономно.

В многокристальных секционных МП в виде БИС реализуются части (секции) логической структуры процессора при функциональном ее разбиении. Для построения многоразрядных МП при параллельном включении секций БИС в них добавляются средства «стыковки».

Таким образом, микропроцессорная секция это БИС, предназначенная для обработки нескольких разрядов данных или выполнения определенных управляющих операций. Секционность БИС МП определяет возможность «наращивания» разрядности обрабатываемых данных при «параллельном» включении большего числа БИС.

По внутренней структуре существует два основных принципа построения МП: Гарвардская архитектура и архитектура Фон-Неймана.

В Гарвардской архитектуре принципиально различаются два вида памяти: память программ и память данных. При этом невозможно производить операцию записи в память программ, что исключает возможность случайного разрушения управляющей программы в случае неправильных действий над данными. Кроме того, в ряде случаев для памяти программ и памяти данных выделяются отдельные шины обмена данными.

Эти особенности определили области применения этой архитектуры построения микропроцессоров. Гарвардская архитектура применяется в микроконтроллерах, где требуется обеспечить высокую надежность работы аппаратуры и в сигнальных процессорах, где эта архитектура кроме обеспечения высокой надежности работы устройств позволяет обеспечить высокую скорость выполнения программы, за счет одновременного считывания управляющих команд и обрабатываемых данных, а также запись полученных результатов в память данных.

Архитектура фон Неймана предполагает возможность работы над управляющими программами точно так же, как над данными. Это позволяет производить загрузку и выгрузку управляющих программ в произвольное место памяти процессора, которая в этой структуре не разделяется на память программ и память данных. Любой участок памяти может служить как памятью программ, так и памятью данных. Причем в разные моменты времени одна и та же область памяти может использоваться и как память программ, и как память данных.

Эта особенность архитектуры позволяет наиболее гибко управлять работой микропроцессорной системы, но создает принципиальную возможность искажения управляющей программы, что понижает надежность работы аппаратуры. Эта архитектура используется в универсальных компьютерах и в некоторых видах микроконтроллеров.

По используемому набору команд МП подразделяются на RISC-процессоры (процессоры с сокращенным набором команд) и CISCпроцессоры (процессоры с полным набором команд).

В МП с полным набором команд используется уровень микропрограммирования для того, чтобы декодировать и выполнить команду МП. В этих МП формат команды не зависит от аппаратуры процессора. На одной и той же аппаратуре при смене микропрограммы могут быть реализованы различные МП. При этом смена аппаратуры никак не влияет на программное обеспечение МП. Неявным недостатком таких МП является то, что производители микросхем стараются увеличить количество команд, которые может выполнять МП, тем самым, увеличивая сложность микропрограммы и замедляя выполнение каждой команды в целом.

В МП с сокращенным набором команд декодирование и исполнение команды производится аппаратурно, поэтому количество команд ограниченно минимальным набором. В этих МП команда и микрокоманда совпадают. Преимуществом этого типа МП является то, что команда может быть в принципе выполнена за один такт (не требуется выполнение микропрограммы), однако для выполнения тех же действий, которые выполняет команда C/SC-процессора, требуется выполнение целой программы.

По виду обрабатываемых входных сигналов различают цифровые и аналоговые МП.

Цифровые МП принимают, обрабатывают и выдают информацию в цифровой форме.

Аналоговые МП имеют встроенные АЦП и ЦАП. При этом входные аналоговые сигналы передаются в МП через АЦП в цифровой форме, обрабатываются и после обратного преобразования ЦАП в аналоговую форму поступают на выход.

С архитектурной точки зрения такие МП представляют собой аналоговые функциональные преобразователи сигналов. Они выполняют функции любой аналоговой схемы (например, производят генерацию колебаний, модуляцию, смещение, фильтрацию, кодирование и декодирование сигналов в реальном масштабе времени и т. д., заменяя сложные схемы, состоящие из операционных усилителей, катушек индуктивности, конденсаторов и т. д.).

Отличительная черта аналоговых микропроцессоров — способность к переработке большого объема числовых данных, т. е. к выполнению операций сложения и умножения с большой скоростью. Аналоговый сигнал, преобразованный в цифровую форму, обрабатывается в реальном масштабе времени и передается на выход обычно в аналоговой форме через ЦАП.

По количеству выполняемых программ различают однои многопрограммные МП.

В однопрограммных МП выполняется только одна программа. Переход к выполнению другой программы происходит после завершения текущей программы.

В многоили мультипрограммных МП одновременно выполняется несколько программ. Организация мультипрограммной работы микропроцессорных управляющих систем позволяет осуществить контроль за состоянием и управлением большим числом источников или приемников информации.