Микропроцессор. Архитектура.

Современные микропроцессоры RISC (80860, 80960, 80870, Power PC) имеют 64 бита со скоростью 150 Mop/s.Микропроцессоры Power PC (PerformanceOptimizedwithEnhanced RISC PC) очень перспективны и уже широко используются в таких компьютерах, как серверы и Macintosh. Микропроцессоры RISC-типа очень быстры, но программная поддержка несовместима с CISC-процессорами: при запуске программ, предназначенных для ПК, таких как IBM PC, они могут только эмулировать (моделировать, симулировать и т.п.) МП. Однако, несмотря на распространенность этих понятий, необходимо признать, что сами названия не отражают основных различий между системами ориентации CISC и RISC.Основная идея RISC-архитектуры заключается в тщательном подборе таких комбинаций операционных кодов, которые выполняются за один такт генератора. Основным преимуществом такого подхода является возможность радикально упростить аппаратную реализацию ЦП и значительно повысить его производительность. Все инструкции работают с операндами и имеют одинаковый формат. Доступ к памяти осуществляется через специальные инструкции загрузки и записи регистров. Простота структуры и небольшой набор инструкций позволяют полностью реализовать их на аппаратном уровне и в эффективном конвейере с небольшим количеством оборудования. Арифметика RISC-процессоров характеризуется высокой степенью фрагментации конвейера. Этот метод позволяет увеличить тактовую частоту (и, следовательно, производительность) компьютера.Чем проще операции в каждой фазе трубопровода, тем выше его рабочая частота. RISC-процессоры с самого начала нацелены на реализацию всех возможностей ускорения арифметических операций, поэтому их конвейеры намного быстрее, чем CISC-процессоры. Таким образом, RISC-процессоры в 2–4 раза быстрее CISC-процессоров при той же тактовой частоте, что и обычные системы команд, и более производительны (на 30 %), несмотря на большое количество программ.Дэйв Паттерсон и Карло Секин сформулировали 4 основных принципа RISC:1. Любая операция, независимо от ее вида, должна выполняться за один цикл.2. Система команд должна содержать минимальное количество наиболее часто используемых простых инструкций одинаковой длины.3. Операции обработки данных выполняются только в формате «регистр-регистр» (выбор операндов из операционных регистров процессора и запись результата операции в регистр; обмен между рабочими регистрами и памятью осуществляется только команды чтения/записи).4. Состав системы команд должен быть «удобен» для построения операторов языка высокого уровня. Микропроцессоры с архитектурой CISC (ComplexInstructionSetComputers) — вычислительная архитектура с полной системой инструкций. Реализовать сложный набор инструкций разной сложности на уровне машинного языка (вплоть до простых, характерных для микропроцессоров первого поколения, инструкций значительной сложности, характерных для современных 32-разрядных микропроцессоров, таких как 80486, 68040 и др.).По организации регистрового файла ФУ можно выделить следующие типы процессоров.- Регистровая архитектура - характеризуется свободным доступом к регистрам для выбора всех аргументов и записи результата. Элементарные арифметические и логические операции на таких процессорах кодируются в двух-трех операндных командах (регистр + регистр → регистр, иногда регистр результатов соответствует источнику одного из аргументов).- Аккумуляторная архитектура, в которой регистр аккумулятор является источником одного из аргументов и назначением результата вычисления. Операции обычно кодируются в инструкциях с одним операндом (аккумулятор + операнд → аккумулятор). Эта архитектура типична для многих процессоров CISC (например, Z80).- Архитектура стека - определяется организацией регистрового файла в виде стека и косвенной адресацией регистров посредством указателя стека, который определяет расположение вершины стека, над значениями выполняются операции. вершина стека и результат также помещаются на вершину. Арифметические операции кодируются в инструкции с нулевым операндом. Архитектура стека является неотъемлемой частью процессоров MISC.ЗАКЛЮЧЕНИЕВ данной работе рассмотрены понятие микропроцессора, его структура и основные элементы, а также приведены и рассмотрены более детально основные типы архитектур микропроцессоров.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВЭлектротехника и основы электроники, Иванов И.И., Соловьев Г.И., Фролов В.Я., 2016Общая электротехника и электроника (2021)Скорняков В.А., Фролов В.Я.: 2021. Издательство: Лань.