Основные характеристики микропроцессора

20 
3.3. Типы архитектур микропроцессоров 
Все микропроцессоры можно разделить на следующие группы: 
• МП с гарвардской архитектурой; 
• МП с фоннеймановской архитектурой; 
• МП типа CISC (Complex Instruction Set Computing) с полным на-
бором команд; 
• МП типа RISC (Reduced Instruction Set Computing) с сокращен-
ным набором команд;
• МП типа MISC (Minimum Instruction Set Computing) с минималь-
ным набором команд и весьма высоким быстродействием (в настоящее 
время эти модели находятся в стадии разработки). 
3.3.1. Гарвардская и фоннеймановская архитектуры
микропроцессора 
Архитектуры микропроцессоров различаются по использованию 
памяти. Наибольшее распространение получили: 
• гарвардская архитектура; 
• архитектура фон Неймана. 
Гарвардская архитектура предполагает раздельное использование 
памяти программ и данных. Обычно такую архитектуру используют 
для повышения быстродействия системы за счёт разделения путей дос-
тупа к памяти программ и данных. Большинство специализированных 
микропроцессоров (особенно микроконтроллеры) имеют данную архи-
тектуру. 
Антипод гарвардской – архитектура фон Неймана – предполагает 
хранение программ и данных в общей памяти и наиболее характерна 
для микропроцессоров, ориентированных на использование в компью-
терах. Примером могут служить микропроцессоры семейства х86. 
3.3.2. Микропроцессоры типа CISC 
Термин CISC означает сложную систему команд и является аббре-
виатурой английского определения Complex Instruction Set Computer. 
Большинство современных ПК типа IBM PC (International Business 
Machine) используют МП типа CISC, характеристики наиболее распро-
страненных из них приведены в табл. 1. 

21 
Таблица 1 
Характеристики наиболее распространенных CISC МП 
Разрядность, 
бит 
Мо-
дель 
МП данных адреса 
Так-
товая 
частота, 
МГц 
Адресное 
пространство, 
байт 
Число 
ко-
манд
Число 
элемен-
тов 
Год 
выпус-
ка 
4004 4 4 4,77 4*103 45 2300 1971 
8080 8 8 4,77 64*103 10000 1974 
8086 16 16 
4,77 
и 8
106" 
134 
70000 
1982 
8088 8, 
16 16 4,77 
и 8
106 
134 
70000 
1981 
80186 16 20 8 
и 10 
106 
140000 
1984 
80286 16 24 10–33 
4*106 (вирту-
альное 109) 
180000 
1985 
80386 32 32 25–50 
16*106 (вир-
туальное 
4*109) 
240 275000 1987 
80486 32 32 33–100
16*106 (вир-
туальное 
4*109) 
240 1,2х106 1989 
Pentium 64 32 50–150
4*109 
240 3,1*106 1993 
Pentium 
Pro 
64 32 
66–200
4*109 240 
5,5*106 
1995 
Отметим некоторые характеристики МП: 
• начиная с МП 80386 используется конвейерное выполнение ко-
манд – одновременное выполнение разных тактов последовательных 
команд в разных частях МП при непосредственной передаче результа-
тов из одной части МП в другую. Конвейерное выполнение команд 
увеличивает эффективное быстродействие ПК в 2–3 раза;
• начиная с МП 80286 предусматривается возможность работы в 
вычислительной сети;
• начиная с МП 80286 имеется возможность многозадачной рабо-
ты (многопрограммность) и сопутствующая ей защита памяти;
• начиная с МП 80386 обеспечивается поддержка режима системы 
виртуальных машин, т. е. такого режима многозадачной работы, при 
котором в одном МП моделируется как бы несколько компьютеров, 
работающих параллельно и имеющих разные операционные системы;
• начиная с МП 80286 микропроцессоры могут работать в двух 
режимах: реальном (Real mode) и защищенном (Protected mode). В ре-

22 
альном режиме имитируется (эмулируется) работа МП 8086, естест-
венно, однозадачная. В защищенном режиме возможна многозадачная 
работа с непосредственным доступом к расширенной памяти (см. под-
разд. 4.5) и с защитой памяти, отведенной задачам, от посторонних об-
ращений.
Микропроцессоры 80586 (Р5) более известны по их товарной мар-
ке Pentium, которая запатентована фирмой Intel (МП 80586 других 
фирм имеют иные обозначения: К5 у фирмы AMD, M 1 у фирмы Cyrix 
и др.). 
Эти микропроцессоры имеют пятиступенную конвейерную струк-
туру, обеспечивающую многократное совмещение тактов выполнения 
последовательных команд, и КЭШ-буфер для команд условной переда-
чи управления, позволяющий предсказывать направление ветвления 
программ; по эффективному быстродействию они приближаются к 
RISC МП, выполняющим каждую команду как бы за один такт. 
Pentium имеют 32-разрядную адресную шину и 64-разрядную шину 
данных. Обмен данными с системой может выполняться со скоростью 
1 Гб/с. 
У всех МП Pentium имеется встроенная КЭШ-память, отдельно 
для команд, отдельно для данных; имеются специализированные кон-
вейерные аппаратные блоки сложения, умножения и деления, значи-
тельно ускоряющие выполнение операций с плавающей запятой. 
Микропроцессоры Pentium Pro. В сентябре 1995 г. прошли презен-
тацию и выпущены МП 80686 (Р6), торговая марка Pentium Pro. Благо-
даря новым схемотехническим решениям они обеспечивают для ПК 
более высокую производительность. Часть этих новшеств может быть 
объединена понятием динамическое исполнение (dynamic execution), 
что в первую очередь означает наличие 14-ступенной суперконвейер-
ной структуры (superpipelining), предсказания ветвлений программы 
при условных передачах управления (branch prediction) и исполнение 
команд по предполагаемому пути ветвления (speculative execution). 
КЭШ-память емкостью 256–512 кб – обязательный атрибут высо-
копроизводительных систем на процессорах Pentium. Однако у них 
встроенная КЭШ-память имеет небольшую емкость (16 кб), а основная 
ее часть находится вне процессора на материнской плате. Поэтому об-
мен данными с ней происходит не на внутренней частоте МП, а на час-
тоте тактового генератора, которая обычно в 2–3 раза ниже, что снижа-
ет общее быстродействие компьютера. В МП Pentium Pro КЭШ-память 
емкостью 256–512 кб находится в самом микропроцессоре. 
Микропроцессоры OverDrive. Интерес представляют также недав-
но разработанные МП OverDrive, по существу являющиеся своеобраз-

23 
ными сопроцессорами, обеспечивающими для МП 80486 режимы ра-
боты и эффективное быстродействие, характерные для МП Pentium. 
Появились МП OverDrive, улучшающие характеристики и микропро-
цессоров Pentium. 
 
3.3.3. Микропроцессоры типа RISC 
Термин RISC означает сокращённую систему команд и происходит 
от английского Reduced Instruction Set Computer. 
Микропроцессоры типа RISC содержат набор только простых, ча-
ше всего встречающихся в программах команд. При необходимости 
выполнения более сложных команд в микропроцессоре производится 
их автоматическая сборка из простых. В этих МП на выполнение каж-
дой простой команды за счет их наложения и параллельного выполне-
ния тратится 1 машинный такт (на выполнение даже самой короткой 
команды из системы CISC обычно тратится 4 такта). 
Некоторые микропроцессоры типа RISC: ARM (на его основе вы-
пускались ПК IBM PC RT) – один из первых 32-разрядных RISC мик-
ропроцессоров, имеющий 118 различных команд. Современные RISC 
микропроцессоры (80860, 80960, 80870, Power PC) являются 64-
разрядными при быстродействии до 150 млн оп./с. Микропроцессоры 
Power PC (Performance Optimized With Enhanced RISC PC) весьма пер-
спективны и уже сейчас широко применяются в машинах-серверах и в 
ПК типа Macintosh. 
Микропроцессоры типа RISC имеют очень высокое быстродейст-
вие, но программно не совместимы с CISC-процессорами: при выпол-
нении программ, разработанных для ПК типа IBM PC, они могут лишь 
эмулировать (моделировать, имитировать) МП типа CISC на про-
граммном уровне, что приводит к резкому уменьшению их эффектив-
ной производительности. 
Однако, несмотря на широкую распространённость этих понятий, 
необходимо признать, что сами названия не отражают главного разли-
чия между системами команд CISC и RISC. Основная идея RISC-

жүктеу/скачать 315,85 Kb.

Достарыңызбен бөлісу: