13КСК-2

Группа: 13КСК-2
Дисциплина; МДК 02.01 Микропроцессорные системы
Дата: 04.02.2016
Задание: Самостоятельно в тетради составить конспект лекции по теме:
Технические характеристики микропроцессора, команды микропроцессора.
Теоретический материал:
4.3 Технические характеристики микропроцессоров
Основные характеристики универсальных микропроцессоров:
1) Разрядность – это число одновременно обрабатываемых процессором
битов. Разрядность характеризует объем информации, перерабатываемой
процессором в единицу времени. Между устройствами компьютера данные
передаются не сплошным потоком, а порциями - машинными словами, одно
машинное слово передаётся за один такт работы компьютера. Чем больше
разрядность, т.е. чем длиннее машинное слово, тем быстрее передаётся и
обрабатывается информация, тем быстрее работает компьютер.
2) Тактовая частота: измеряется в мегагерцах (МГц, млн. тактов в
секунду). За время каждого такта микропроцессор выполняет одну
элементарную операцию. Чем выше тактовая частота, тем быстрее работает
микропроцессор и выше производительность компьютера. Микропроцессору
каждого типа соответствует определённая оптимальная для него тактовая
частота (clock), рекомендованная компанией – производителем.
3) Быстродействие МП: характеризуется тактовой частотой, которая в
новейших моделях составляет тысячи мегагерц (МГц, млн. тактов в секунду).
4) Виды и форматы обрабатываемых данных.
5) Система команд - полный список команд, который может исполнять
МП. У каждой марки процессора своя система команд (СК).
6) Адресное пространство (адресация памяти). Процессор занимается
перемещением данных между ОЗУ и внешними устройствами. Для ОЗУ
процессор формирует адрес ячейки памяти. Код адреса передается по
адресной шине. Объем адресуемой МП памяти называется его адресным
пространством. Оно определяется разрядностью внешней шины адреса. Если
N – разрядность шины адреса, то по ней можно передать 2N двоичных чисел.
7) Частота внешней синхронизации - максимально возможное значение,
при котором гарантируется работоспособность схемы. Иногда указывают
также минимально возможную частоту синхронизации. Уменьшение частоты
ниже этого предела может привести к отказу схемы. В то же время в тех
применениях МП, где не требуется высокое быстродействие, снижение
частоты синхронизации - одно из направлений энергосбережения.
8) Производительность: является интегральной характеристикой МП,
которая зависит от тактовой частоты работы процессора, его разрядности, а
также от особенностей архитектуры определяется с помощью специальных
тестов, при этом совокупность тестов подбирается таким образом, чтобы они
по возможности покрывали различные характеристики микроархитектуры
процессоров, влияющие на производительность.
9) Число внутренних регистров: служит одним из показателей
вычислительных возможностей МП. Этот показатель также непрерывно
возрастает: 2 — в самых простых МП, 8 и 16 — в достаточно
распространенных, 64 и более — в МП типа Pentium и других новых моделях.
Число регистров МП фактически характеризует объем сверхоперативной
памяти МП с малым временем обращения.
10) Число необходимых источников питания: Обычно требуются дватри источника питания, но при некоторых технологиях изготовления удается
обойтись одним.
11) Рабочее напряжение процессора. Ранние модели процессоров имели
напряжение питания 5 вольт. Теперь оно уменьшено до 3.3; 3; 2.5; 2.3В,
понижение напряжения ведет к уменьшению нагрева и позволяет создавать
более компактные элементы МП. Современные процессоры имеют систему
двойного питания, т. е. они имеют 2 питающих напряжения –3,3В для вводавывода; 2,2 – 2,8В – для ядра.
12) Кэш-память. Кэш – это сверхбыстрая память, расположенная между
процессором и ОЗУ. Различают кэш внутренний (кэш первого уровня (L1))
расположенная внутри МП и внешний (кэш второго уровня (L2)),
расположенная на системной плате. Кэш-память нужна для ускорения обмена
данными между процессором и ОЗУ.
4.4 Команды процессора
4.4.1 Система команд процессора
Команда МП - это такое двоичное слово, которое, будучи
прочитано
микропроцессором,
обеспечивает
выполнение
им
определенных действий.
Группа команд, которые может выполнять данный МП, называется
его составом команд.
Составы команд не являются нормализованными. Это неудобство
связано
как
с индивидуальным
подходом, так и
с различиями
архитектуры и назначений МП.
Система команд процессора представлена на рисунке 14.
В общем случае система команд процессора включает в себя следующие
четыре основные группы команд:

команды пересылки данных;

арифметические команды;

логические команды;

команды переходов.
Рисунок 14 - Классификация команд ассемблера
1) Команды пересылки данных. Эти команды занимают очень важное
место в системе команд любого процессора. Они выполняют следующие
важнейшие функции:
- загрузка (запись) содержимого во внутренние регистры процессора;
- сохранение в памяти содержимого внутренних регистров процессора;
- копирование содержимого из одной области памяти в другую;
- запись в устройства ввода/вывода и чтение из устройств ввода/вывода.
Также к командам пересылки данных относятся команды обмена
информацией (их обозначение строится на основе слова Exchange). Может
быть предусмотрен обмен информацией между внутренними регистрами,
между двумя половинами одного регистра (SWAP) или между регистром и
ячейкой памяти.
2) Арифметические команды. Арифметические команды рассматривают
коды операндов как числовые двоичные или двоично-десятичные коды. Эти
команды могут быть разделены на пять основных групп:
А) команды операций с фиксированной запятой (сложение, вычитание,
умножение, деление) - работают с кодами в регистрах процессора или в памяти
как с обычными двоичными кодами.
Б) команды операций с плавающей запятой (сложение, вычитание,
умножение, деление) - используют формат представления чисел с порядком и
мантиссой. В современных мощных процессорах содержится и множество
других более сложных команд, например, вычисление тригонометрических
функций, логарифмических функций, а также сложных функций,
необходимых при обработке звука и изображения.
В) команды очистки - предназначены для записи нулевого кода в регистр
или ячейку памяти. Эти команды могут быть заменены командами пересылки
нулевого кода, но специальные команды очистки обычно выполняются
быстрее, чем команды пересылки.
Г) команды инкремента (увеличения на единицу) и декремента
(уменьшения на единицу). Эти команды требуют одного входного операнда,
который одновременно является и выходным операндом.
Д) команда сравнения - предназначена для сравнения двух входных
операндов. В некоторых процессорах предусмотрены команды цепочечного
сравнения двух последовательностей операндов, находящихся в памяти.
3) Логические команды. Логические команды выполняют над
операндами логические (побитовые) операции, то есть они рассматривают
коды операндов не как единое число, а как набор отдельных битов. Логические
команды выполняют следующие основные операции:
- логическое И, логическое ИЛИ, сложение по модулю 2
(Исключающее ИЛИ);
- логические, арифметические и циклические сдвиги;
- проверка битов и операндов;
- установка и очистка битов (флагов) регистра состояния процессора
(PSW).
4) Команды переходов - предназначены для организации всевозможных
циклов, ветвлений, вызовов подпрограмм и т.д., то есть они нарушают
последовательный ход выполнения программы.
Команды переходов делятся на две группы:
- команды безусловных переходов - вызывают переход в новый адрес
независимо ни от чего;
- команды условных переходов - вызывают переход не всегда, а только
при выполнении заданных условий.
Команды условных переходов. В качестве таких условий обычно
выступают значения флагов в регистре состояния процессора (PSW). То есть
условием перехода является результат предыдущей операции, меняющей
значения флагов. Всего таких условий перехода может быть от 4 до 16.
Несколько примеров команд условных переходов:
- переход, если равно нулю;
- переход, если не равно нулю;
- переход, если есть переполнение;
- переход, если нет переполнения;
- переход, если больше нуля;
- переход, если меньше или равно нулю.
Особое место среди команд перехода занимают команды прерываний.
Эти команды в качестве входного операнда требуют номер прерывания (адрес
вектора).