Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Архітектура мікропроцесорної системи. Структура та функціонування мікропроцесорної системи




Архітектура мікропроцесорних систем

Дотепер ми розглядали тільки один тип архітектури мікропроцесорних систем - архітектуру з загальною, єдиною шиною для даних і команд (одношинну, або принстонську, фон-нейманівську архітектуру). Відповідно, у складі системи в цьому випадку присутня одна загальна пам'ять, як для даних, так і для команд (Рис. 1.15).


Рис. 1.15. Архітектура з загальною шиною даних і команд.

Але існує також і альтернативний тип архітектури мікропроцесорної системи - це архітектура з роздільними шинами даних і команд (двохшинна, або гарвардська архітектура). Ця архітектура припускає наявність у системі окремої пам'яті для даних і окремої пам'яті для команд (Рис. 1.16). Обмін процесора з кожним із двох типів пам'яті відбувається по своїй шині.

Архітектура з загальною шиною поширена набагато більше, вона застосовується, наприклад, у персональних комп'ютерах і в складних мікрокомп'ютерах. Архітектура з роздільними шинами застосовується, в основному, в однокристальних мікроконтролерах.

Розглянемо деякі переваги і недоліки обидвох архітектурних рішень.

Архітектура з загальною шиною (принстонська, фон-нейманівська) є простішою, вона не вимагає від процесора одночасного обслуговування двох шин, контролю обміну двома шинами відразу. Наявність єдиної пам'яті даних і команд дозволяє гнучко розподіляти її об'єм між кодами даних і команд. Наприклад, у деяких випадках потрібна велика і складна програма, а даних у пам'яті треба зберігати не надто багато. В інших випадках, навпаки, програма проста, але необхідні великі об'єми збережених даних. Перерозподіл пам'яті не викликає ніяких проблем, головне - щоб програма і дані разом вміщувалися в пам'яті системи. Як правило, у системах з такою архітектурою пам'ять буває досить великого об'єму (до десятків і сотень мегабайт). Це дозволяє вирішувати самі складні задачі.


Рис. 1.16. Архітектура з роздільними шинами даних і команд.

Архітектура з роздільними шинами даних і команд складніша, вона змушує процесор працювати одночасно з двома потоками кодів, обслуговувати обмін двома шинами одночасно. Програма може розміщуватися тільки в пам'яті команд, дані - тільки в пам'яті даних. Така вузька спеціалізація обмежує коло задач, які розв'язуються системою, тому що не дає можливості гнучкого перерозподілу пам'яті. Пам'ять даних і пам'ять команд у цьому випадку мають порівняно невеликий об'єм, тому застосування систем з даною архітектурою обмежується переважно не надто складними задачами.

У чому ж перевага архітектури з двома шинами (гарвардської)? У першу чергу, у швидкодії.

Справа в тому, що при єдиній шині команд і даних процесор змушений по одній цій шині приймати дані (з пам'яті або пристрою вводу/виводу) і передавати дані (у пам'ять або в пристрій вводу/виводу), а також читати команди з пам'яті. Природно, одночасно ці пересилання кодів магістралями відбуватися не можуть, вони повинні відбуватися по черзі. Сучасні процесори здатні поєднати в часі виконання команд і проведення циклів обміну системною шиною. Використання конвеєрних технологій і швидкої кеш-пам'яті дозволяє їм прискорити процес взаємодії з порівняно повільною системною пам'яттю. Підвищення тактової частоти й удосконалення структури процесорів дають можливість скоротити час виконання команд. Але подальше збільшення швидкодії системи можливе тільки при поєднанні пересилання даних і читання команд, тобто при переході до архітектури з двома шинами.

У випадку двохшинної архітектури обмін обидвома шинами може бути незалежним, паралельним у часі. Відповідно, структури шин (кількість розрядів коду адреси і коду даних, порядок і швидкість обміну інформацією і т.д.) можуть бути обрані оптимально для тієї задачі, яка виконується кожною шиною. Тому за інших рівних умов перехід на двохшинну архітектуру прискорює роботу мікропроцесорної системи, хоча і вимагає додаткових витрат на апаратуру, ускладнення структури процесора. Пам'ять даних у цьому випадку має свій розподіл адрес, а пам'ять команд - свій.

Найпростіше переваги двохшинної архітектури реалізуються усередині однієї мікросхеми. У цьому випадку можна також істотно зменшити вплив недоліків цієї архітектури. Тому основне її застосування - у мікроконтролерах, від яких не потрібно рішення надто складних задач, але зате необхідна максимальна швидкодія при заданій тактовій частоті.







Дата добавления: 2014-12-06; просмотров: 556. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2021 год . (0.002 сек.) русская версия | украинская версия