17. Синхронный и асинхронный обмен информацией микропроцессора с внешними устройствами. Временные диаграммы и базовые микропрограммы обмена информацией.
Синхронный: синхронный обмен ориентирован на работу с самым медленным устройством системы. Применяется для работы с АЦП, ЦАП, ПЗУ.
AB – address bus,
AC – регистр аккумулятор,
RA – register address, DB – data bus.
Микропроцессор выставляет содержимое регистра адреса на шину адреса. Далее следует группа пустых операций, количество которых определяется параметрами самого медленного устройства в системе. После этих простых операций происходит считывание данных с шины.
Достоинства: простота программной и аппаратной реализации
Недостаток: невозможно добавить более медленное устройство в систему без изменения программы обмена, система ориентирована на работу с самым медленным устройством
Асинхронный: асинхронный обмен позволяет микропроцессорам обмениваться информацией на скорости ВУ. Для организации циклов ожидания вводится сигнал готовности ведомого устройства. Если время ожидания не превышает заданное время tmax, то производится опрос сигнала SSYN до тех пор, пока не вернется в активное состояние.
С
игнал
MSYN
– сигнал готовности активного устройства
(в данном случае процессора)
Сигнал SSYN – сигнал готовности внешнего устройства
В момент времени t1 процессор выставляет информацию на шины адреса и данных. И с помощью сигнала MSYN сообщает внешнему устройству, что информация на AD и DB (шинах адреса и данных) достоверна. Время t1 – t2 это время реакции внешнего устройства на запрос. В момент времени t2 внешнее устройство с помощью сигнала SSYN сообщает процессору о начале обмена. Соответственно t3 – t2 это время обмена. В момент времени t3 обмен завершается. Процессор снимает данные с AD и DB
Асинхронный обмен позволяет системе адаптироваться к любому внешнему устройству.
Алгоритм программы:
Если время ожидание превышает время tмакс, то обмен считается не состоявшимся.
18. Классификация архитектур современных микропроцессоров. Архитектуры с полным и сокращенным набором команд, суперскалярная архитектура.
По системам команд и способам адресации различают:
- система с полным набором команд CISC (Complex Instruction Set Computer);
- система с сокращенным набором команд RISC (Reduced Instruction Set Computer );
- суперскалярные архитектуры (с длинным командным словом) VLIW (Very Long Instruction Word);
CISC архитектура выполняет большой набор разноформатных команд и использует множество способов адресации. Типичный представитель – Intel Pentium, выполняющий до 200 различных команд, которые имеют длину от 1 до 15 байт и реализует более 10 способов адресации. Такое разнообразие в системе команд и способах адресации позволяет программистам создавать наиболее эффективные алгоритмы для решения различных задач.
Н
едостатки
системы: относительно сложная аппаратура,
это приводит к увеличению стоимости
кристалла и снижению производительности.
Известно, что большинство команд и
способов адресации в конкретной задаче
не используются. При этом устройство
управления занимает от 80 % кристалла.
Все недостатки привели к появлению в
начале восьмидесятых годов RISC
архитектуры с сокращенным набором
команд.
Для нее характерно использование ограниченных команд фиксированного формата, сокращения числа способов реализации, количество команд не превышает 100. Операции выполняются, в основном над операциями в РЗУ. Ставится задача загрузки информации в регистровую память (решение программным и аппаратными методами). Компилятор анализирует порядок использования самых часто используемых переменных и формирует начальный код таким образом, чтобы требуемые операнды всегда находились в РЗУ (это программный метод). Аппаратный метод: окно (исходная информация, промежуточные результаты, результат) – регистр указывает на текущее окно; Наращивание РОН.
Недостатки системы:
большая разница между машинным кодом и языком высокого уровня, из этого следует усложнение компилятора;
известно, что наиболее часто используемые команды – команды загрузки из памяти, следовательно, чтобы повысить производительность процессор должен обращаться не к памяти, а к регистру общего назначения. Существует 2 способа: аппаратный и программный (см. выше)
использование конвейерного выполнения команд
VLIW архитектура появилась в начале девяностых годов ХХ века. Идея заключалась в использовании длинных командных слов (128 бит и более). Отдельные поля этого слова содержат коды, обеспечивающие выполнение нескольких операций, т.е. в структуре процессора есть несколько операционных устройств, способных параллельно выполнять операции. Операционным устройством может быть АЛУ и тд. Прирост производительности происходит за счет параллельного выполнения операций.