Класифікація та базова архітектура мікропроцесорів

Іншим режимом роботи ЦП, що вимагає від нього зміни нормального ходу виконання програми є т. з. режим “переривання”. Практично всі сучасні мікропроцесори мають один або декілька т. з. входів зовнішніх переривань INT0, INT1, і так далі, на яких поступають сигнали, що свідчать про деякі події в системі, на які ЦП повинен відреагувати певним чином. Під час вступу активного рівня сигналу на один з таких входів мікропроцесор перериває нормальне виконання програми, запам'ятовує адресу команди, на якій він перервав роботу, і переходить до виконання т. з. “підпрограми обробки переривання” (ПОП), записаної в CSEG за певною адресою. Адреса цієї підпрограми записана в спеціальному елементі пам'яті, що називається “вектором переривання”. Кожне окреме джерело переривання має свій власний вектор переривання. Після виконання ПОП, по спеціальній команді, якою повинна закінчуватися ПОП, процесор повертається до виконання перерваної програми за адресою, що була запам'ятована. Джерела переривань можуть бути як зовнішніми (тобто поступати на один з входів мікросхеми, які називаються “Входами запиту переривання”), так і внутрішніми (тобто генеруватися усередині процесора за певними умовами). Оскільки одночасно можуть надійти декілька різних запитів переривань, то існує певна дисципліна, задаюча послідовність обслуговування окремих переривань. Цю дисципліну забезпечує система “пріоритетного арбітражу переривань”, реалізована або усередині ЦП, або за допомогою спеціального контролера. Відповідно до цієї системи кожне джерело переривання має свій заданий пріоритет (постійний або змінний), що визначає черговість його обслуговування. При одночасному надходженні декількох запитів переривань спочатку обслуговується переривання з вищим пріоритетом, а потім з нижчим. Переривання з вищим пріоритетом може перервати підпрограму обробки переривання, що вже почалася, що має нижчий пріоритет, точно так, як і воно перериває основну програму. При цьому утворюються т. з. “вкладені переривання”.

Окрім CSEG і DSEG практично всі сучасні мікропроцесори мають спеціально виділений простір даних невеликого об'єму, що називається набором програмно-доступних регістрів RSEG (Register Sеgment). На відміну від CSEG і DSEG регістри RSEG розташовуються усередині ЦП в безпосередній близькості від його АЛП, що забезпечує швидкий фізичний доступ до інформації, що зберігається в них. У них, як правило, зберігаються проміжні результати обчислень, що часто використовуються ЦП. Область RSEG може бути повністю ізольована від простору даних DSEG, може частково перетинатися з нею, і може повністю бути підчастиною DSEG.

Внутрішня логічна організація RSEG дуже різноманітна і грає важливу роль при класифікації архітектури мікропроцесорів. Регістри мікропроцесора функціонально неоднорідні: одні служать для зберігання даних або адресної інформації, інші – для управління роботою ЦП.

Відповідно до цього всі регістри можна розділити на регістри даних, вказівники та регістри спеціального призначення. Регістри даних беруть участь в арифметичних і логічних операціях як джерела операндів і приймачів результату, адресні регістри або показники використовуються для обчислення адрес даних і команд, розташованих в основній пам'яті.

Спеціальні регістри служать для індикації поточного стану ЦП і управління роботою його складових частин. Можлива архітектура, при якій одні й ті ж регістри використовуються для зберігання як даних, так і адресної інформації. Такі регістри називаються регістрами загального призначення (РЗП). Способи використання того або іншого виду регістрів визначають конкретні особливості архітектури МП.

Серед регістрів даних часто виділяють один регістр, що називається акумулятором A (Accumulator), з яким зв'язують більшість команд арифметичної і логічної обробки даних. Це означає, що арифметичні і логічні команди використовують як одного зі своїх операндів вміст акумулятора і зберігають в нім результат операції. Посилання на нього проводиться неявно за допомогою кода операції. При цьому немає необхідності в коді команди виділяти спеціальну область для адрес операнда і результату. Такий тип архітектури мікропроцесора називається акумуляторним. До недоліків такої архітектури можна віднести відносно низьку швидкодію, яка пояснюється тим, що акумулятор є ”вузьким місцем”, в яке кожного разу необхідно спочатку занести операнд перед виконанням операції. Прикладом такої архітектури можуть служити мікроконтролери сімейства MCS-51 фірми Intel.

Іншим прикладом організації регістрів даних є т. з. “робочі регістри” R0, R1, і так далі В цьому випадку операнди і результати арифметичних і логічних операцій можуть зберігатися не в одному, а в декількох регістрах, що розширює можливості по маніпуляції даними. На відміну від акумулятора робочі регістри адресуються явно в коді команди. Такий тип архітектури мікропроцесора називається регістровим. Прикладом такої організації можуть служити мікропроцесори сімейства 80х86 фірм Intel. У ряді мікропроцесорів, призначених для роботи в реальному масштабі часу, передбачені не один, а декілька наборів робочих регістрів. У кожен момент часу доступний лише один з наборів регістрів, вибір якого здійснюється записом відповідної інформації в певний службовий регістр. Прикладом таких пристроїв можуть служити мікроконтролери сімейства MCS-48 фірми Intel.

Архітектура, при якій процесор здатний використовувати як адреси операндів і результатів операції