Одним из важных параметров МП является быстродействие, определяемое тактовой частотой его работы, которая обычно задается  внешними синхросигналами. Для разных МП эта частота имеет пределы 0,4...233 МГц и более. Выполнение простейших команд (например, сложение двух операндов из регистров или пересылка операндов в регистрах МП) требует минимально двух периодов тактовых импульсов ( для выборки команды и её выполнения ). Более сложные команды требуют для выполнения до 10 - 20 периодов тактовых импульсов. Если операнды находятся не в регистрах, а в памяти, дополнительное время расходуется на выборки операндов в регистры и записи результата в память.

      Скорость  работы МП определяется не только тактовой частотой, но и набором его команд, их гибкостью, развитой системой прерываний.  
 
 

      2.5 Команды микропроцессора

      

      Арифметические  операции  -  это такие операции,  как

сложение, вычитание, умножение, деление и  другие.

     Логические операции - это   такие   операции,   как

сравнение,  отредактировать  и  отметить,   логическое   И   и

логическое ИЛИ, исключение, проверка по маске и прочее.

   Операции ввода-вывода - это такие операции, как начать,

остановить,  опросить устройства ввода-вывода, опросить каналы

и так  далее.

      Операции переключения состояния - это такие операции,

как проверить и установить,  загрузить реальные адреса  и так

далее. 
 
 

      2.6 Основной алгоритм  работы процессора

    

      Процессор начинает  работу после того,  как программа записана в память ЭВМ,  а в счетчик команд (СК) записан адрес первой

команды программы.  Работу  процессора можно описать следующим

циклом:

    

   

      2НЦ

      чтение команды из памяти по  адресу, записанному в СК

      увеличение СК на длину прочитанной  команды

      выполнение прочитанной команды

      2КЦ

    

       После  чтения  очередной команды процессор увеличивает СК на длину команды. Поэтому при следующем выполнении тела цикла процессор прочтет и выполнит следующую команду программы, потом еще одну и т. д. Цикл закончится, когда встретится и будет выполнена специальная команда "стоп". В  итоге ЭВМ автоматически,  без участия человека,  команда за командой, выполнит всю команду целиком.

     Автоматизм работы   процессора,   возможность  выполнения

длинных последовательностей команд без  участия человека - одна

из основных отличительных особенностей ЭВМ как универсальной

машины  обработки информации. 

3. БИС микропроцессоров 

      Среди отечественных  БИС  имеется три  класса микропроцессорных  БИС, отличающихся структурой, техническими характеристиками и функциональными возможностями: секционированные с наращиванием разрядности и микропрограммным управлением; однокристальные микропроцессоры и однокристальные микроЭВМ с фиксированной разрядностью и системой команд.

Вместе  с периферийными  БИС , выполняющими функции хранения и ввода-вывода данных , управления и синхронизации, сопряжения интерфейсов и. т. д., микропроцессоры составляют законченные комплекты БИС.

      Секционированные  микропроцессорные  комплекты (МПК) допускают наращивание параметров (прежде всего разрядности обрабатываемых данных) и функциональных возможностей. Секционированные  МПК ориентированы в основном на применение в универсальных и специализированных  ЭВМ, контроллерах и других средствах вычислительной техники высокой производительности.

      МПК  на основе однокристальных  микропроцессоров и однокристальные микроЭВМ, обладающие меньшей производительностью, но гибкой системой команд и большими функциональными возможностями, ориентированны на широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. 
 
 

4. Направления в  производстве микропроцессоров 

      На  данный момент существует два направления  в производстве микропроцессоров. Они  различаются в принципах архитектуры. первое направление - это процессоры  RISC  архитектуры; второе -   CISC. 

      4.1 Микропроцессоры  с архитектурой  RISC   

      Микропроцессоры с архитектурой RISC  (Reduced Instruction Set Computers) используют сравнительно небольшой (сокращённый) набор наиболее употребимых команд, определённый в результате статистического анализа большого числа программ для основных областей применения CISC - процессоров исходной архитектуры. Все команды работают с операндами и имеют одинаковый формат. Обращение к памяти выполняется с помощью специальных команд загрузки регистра и записи. Простота структуры и небольшой набор команд позволяет реализовать полностью их аппаратное выполнение и эффективный конвейер при небольшом объёме оборудования. Арифметику RISC - процессоров отличает высокая степень дробления конвейера. Этот прием позволяет увеличить тактовую частоту ( значит, и производительность ) компьютера; чем более элементарные действия выполняются в каждой фазе работы конвейера, тем выше частота его работы. RISC - процессоры с самого начала ориентированны на реализацию всех возможностей ускорения арифметических операций, поэтому их конвейеры обладают значительно более высоким быстродействием, чем в CISC - процессорах. В результате чего, RISC - процессоры в 2 - 4 раза быстрее имеющих ту же тактовую частоту CISC - процессоров с обычной системой команд и высоко производительней, несмотря на больший объем программ, на ( 30 % ). Дейв Паттерсон и Карло Секуин сформулировали 4 основных принципа RISC : 

 Любая  операция должна выполняться  за один такт, вне зависимости  от ее типа. 

 Система  команд должна содержать минимальное  количество наиболее часто используемых простейших инструкций одинаковой длины. 

 Операции  обработки данных реализуются  только в формате “регистр - регистр“ ( операнды выбираются из оперативных  регистров процессора, и результат  операции записывается также  в регистр; а обмен между оперативными регистрами и памятью выполняется только с помощью команд загрузки\записи ). 

 Состав  системы команд должен быть  “ удобен “ для компиляции  операторов языков высокого уровня.

 

4.2 Микропроцессоры  с архитектурой  CISC

 

      Микропроцессоры с архитектурой CISC (Complex Instruction Set Computers) - архитектура вычислений  с полной системой команд. Реализующие на уровне машинного языка комплексные наборы команд различной сложности ( от простых, характерных для микропроцессора первого поколения, до значительной сложности, характерных для современных 32 -разрядных микропроцессоров типа 80486, 68040 и др.) 
 

5. Обзор некоторых  16- и 32-разрядных                                                       микропроцессоров.

. 

      5.1.  Процессоры фирмы  Intel. 

  5.1.1. Первые процессоры фирмы Intel. 

           За 20-летнюю историю развития  микропроцессорной техники,  ведущие  позиции в  этой  области   занимает  американская  фирма  Intel (INTegral ELectronics). До того как   фирма  Intel  начала  выпускать  микрокомпьютеры, она разрабатывала и производила другие виды  интегральных микросхем. Главной ее продукцией были микросхемы для калькуляторов. В 1971 г. она разработала и выпустила первый в мире  4-битный микропроцессор 4004. Фирма первоначально продавала его в  качестве встроенного контроллера (что-то вроде средства управления  уличным светофором или микроволновой печью).  4004  был  четырех битовым, т.е. он мог хранить, обрабатывать и записывать в память  или  считывать из нее четырех битовые числа. После чипа 4004 появился 4040,  но 4040 поддерживал  внешние прерывания. Оба чипа  имели  фиксированное число внутренних индексных регистров. Это означало, что  выполняемые программы были ограничены числом вложений подпрограмм до 7.

        В 1972 г., т.е. спустя год после  появления 4004,  Intel  выпустила очередной процессор  8008,  но  подлинный  успех ей  принес 8-битный микропроцессор 8080, который был объявлен в  1973  г.  Этот микропроцессор получил очень широкое распространение во  всем  мире.  Сейчас в нашей стране его аналог - микропроцессор  KP580ИК80  применяется во многих бытовых персональных  компьютерах  и  разнообразных контроллерах. С чипом 8080 также связано появление стека внешней памяти, что позволило использовать программы любой вложенности.

    Процессор 8080 был основной частью первого  небольшого  компьютера, который получил широкое  распространение  в  деловом  мире. Операционная система для него была создана фирмой Digital Research и называлась Control Program for Microcomputers (CP/M). 

  5.1.2. Процессор 80286. 

 

    Микропроцессор 80286 появился в 1982 году. При разработке были  учтены достижения в архитектуре  микрокомпьютеров  и  больших  компьютеров. Процессор 80286 может работать в двух режимах:  в  режиме  реального адреса он эмулирует микропроцессор 8086, а в защищенном режиме  виртуального адреса (Protected Virtual Adress Mode) или  P-режиме  предоставляет программисту много новых возможностей  и  средств.  Среди них можно  отметить  расширенное  адресное  пространство  памяти  16 Мбайт, появление дескрипторов сегментов и дескрипторных таблиц,  наличие защиты по четырем уровням  привилегий,  поддержку  организации виртуальной памяти и мультизадачности. Процессор 80286 применяется в ПК PC/AT и младших моделях PS/2. 

                      ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ  МП 80286

Тактовая частота.............………………....6; 8; 10; 12

Адресное  пространство памяти:

физической, Мбайт........................………………...16

виртуальной на задачу, Гбайт.............……………..1

Число уровней защиты памяти...............…………..4

Пропускная  способность шины, Мбайт/с......…12,5

Число контактов четырехразрядного корпуса.….68 

5.1.3. Процессор 80386. 

 

      При разработке 32-битного процессора 80386 потребовалось решить две основные задачи - совместимость и производительность.  Первая из них была решена с помощью эмуляции микропроцессора 8086 - режим реального адреса (Real Adress Mode) или P-режим.

      В Р-режиме процессор 80386 может выполнять  16-битные  программы (код) процессора 80286 без каких-либо дополнительных модификаций. Вместе с тем, в этом же режиме он может выполнять свои  "естественные" 32-битные программы, что обеспечивает повышение производительности системы. Именно в этом режиме реализуются все новые возможности и средства процессора 80386, среди которых  можно  отметить масштабированную индексную адресацию памяти, ортогональное использование регистров общего назначения, новые команды, средства  отладки. Адресное пространство памяти в этом режиме составляет 4 Гбайт.