Architektury (wykład 8)

Mikroprocesory
i mikrosterowniki
architektura mikrokomputerów
Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki
Piotr Markowski
Na prawach rękopisu.
Na podstawie dokumentacji ATmega8535, www.atmel.com.
dr inż. Piotr Markowski © 2013
Architektury
mikrokomputerów
Architektura komputerów
dr inż. Piotr Markowski © 2013
Podział ze względu na strukturę pamięci:
Podział ze względu na instrukcje procesora:
Architektura komputerów:
von Neumanna
dr inż. Piotr Markowski © 2013
ALU
układ
sterujący
CPU
Architektura komputerów:
Harwardzka
dr inż. Piotr Markowski © 2013
ALU
układ
sterujący
CPU
Tryby adresowania – mapy pamięci
dr inż. Piotr Markowski © 2013
0
32
rej. uniwersalne
31
0
64
rej. specjalne
63
0
512 bajtów SRAM
511
RAMEND
Architektura komputerów:
von Neumanna vs Harwardzka
dr inż. Piotr Markowski © 2013
von Neumanna
Harwardzka
Architektura komputerów:
zmodyfikowana Harwardzka
dr inż. Piotr Markowski © 2013
ALU
układ
sterujący
CPU
Architektura komputerów:
CISC (Complex Instruction Set Computer)
dr inż. Piotr Markowski © 2013
lata ‘60 XX wieku (droga pamięć - trzeba ją oszczędzać)
Stosowane:
rodzina procesorów x86 (PC)
R8C25 (Renesas)
Architektura komputerów:
RISC (Reduced Instruction Set Computer)
dr inż. Piotr Markowski © 2013
80% instrukcji CISC było nieużywane
początek lat ’70 XX wieku – wdrożenie koncepcji RISC
(projekt IBM 801)
Stosowane
przeszłość: Amiga, MAC (ustąpiły CISC)
obecnie: smartfony, tablety, mikrokontrolery
(ARM7)
(PIC, AVR)
CISC vs RISC
PC
PC
PM
PM
D
IR
µPC
D
µPM
Dµ
wykonanie instr.
(cykle zegarowe)
dr inż. Piotr Markowski © 2013
wykonanie instr.
(cykle zegarowe)
CISC vs RISC
dr inż. Piotr Markowski © 2013
- Kompleksowy zestaw
instrukcji, wielocyklowe
- Proste instrukcje,
jednocyklowe
- Każda instr. może odnosić
się do pamięci
- Tylko LOAD/STORE odnoszą
się do pamięci
- Brak potoków
- Potoki
- Instrukcje zamieniane na
mikroprogram
- Instrukcje wykonywane
przez hardware
- Różne formaty instrukcji
- Jeden format instrukcji
- Wiele trybów adresowania
pamięci
- Niewiele trybów
adresowania pamięci
CISC vs RISC
dr inż. Piotr Markowski © 2013
Pamięć
1 2 3 4
1
2
3
R1
R2
CISC vs RISC
dr inż. Piotr Markowski © 2013
- Kompleksowy zestaw
instrukcji, wielocyklowe
- Proste instrukcje,
jednocyklowe
- Każda instr. może odnosić
się do pamięci
- Tylko LOAD/STORE odnoszą
się do pamięci
- Brak potoków
- Potoki
- Instrukcje zamieniane na
mikroprogram
- Instrukcje wykonywane
przez hardware
- Różne formaty instrukcji
- Jeden format instrukcji
- Wiele trybów adresowania
pamięci
- Niewiele trybów
adresowania pamięci
CISC vs RISC
dr inż. Piotr Markowski © 2013
100101101101110
001001111011100
100101101101110
001001111011100
10011011101101101111011101
00110111001111011100110110
01110111011101100110100110
11110111011100110011100110
10110110011011001101101110
001001111011100
100101101101110
1011100
010101100010011
110111010111001
110101100010011
110111010111001
RISC
dr inż. Piotr Markowski © 2013
CISC vs RISC
dr inż. Piotr Markowski © 2013
- Kompleksowy zestaw
instrukcji, wielocyklowe
- Proste instrukcje,
jednocyklowe
- Każda instr. może odnosić
się do pamięci
- Tylko LOAD/STORE odnoszą
się do pamięci
- Brak potoków
- Potoki
- Instrukcje zamieniane na
mikroprogram
- Instrukcje wykonywane
przez hardware
- Różne formaty instrukcji
- Jeden format instrukcji
- Wiele trybów adresowania
pamięci
- Niewiele trybów
adresowania pamięci
CISC vs RISC
dr inż. Piotr Markowski © 2013
- Mało rejestrów
- Dużo rejestrów
- więcej linii kodu
- nawet 4x szybszy
- Mniej tranzystorów,
niższa cena
Obecnie procesory komputerów PC budowane są zgodnie
z architekturą CISC, ale rdzeń jest typu RISC
(skomplikowane rozkazy dzielone na mikrorozkazy
i wykonywane zgodnie z koncepcją RISC)
RISC – potoki (pipeline)
dr inż. Piotr Markowski © 2013
Pob Dek Wyk P
Z
Pob Dek Wyk P
Z
Pob Dek Wyk P
Z
Pob Dek Wyk P
Z
Pob Dek Wyk P
Z
dr inż. Piotr Markowski © 2013
Przykładowe zagadnienia sprawdzające
Przykładowe zagadnienia
sprawdzające
dr inż. Piotr Markowski © 2013
1. Architektury mikrokomputerów – podziały, cechy, porównanie.
2. Potoki.