Класифікація та базова архітектура мікропроцесорів

Непряма регістрова адресація. Фізична адреса операнда розташована в регістрі непрямої адреси DP (Data Pointer). Адреса регістра включена в код операції. Поле адреси в команді відсутнє. Як DP може виступати РОН або спеціальний адресний регістр;

Непряма автоінкрементна/автодекрементна адресація. Фізична адреса операнда розташована в регістрі непрямої адреси DP. Адреса регістра включена в код операції. Поле адреси в команді відсутнє. Після (або до) виконання операції вміст DP автоматично інкрементується/декрементується, щоб вказувати на наступний елемент таблиці.

Адресація по базі зі зсувом. Базова адреса операнда розташована в регістрі бази BP (Base Pointer). Адреса регістра включена в код операції. Зсув адреси операнда щодо базової адреси розташований у відповідному полі адреси. Як BP може виступати РОН або спеціальний адресний регістр;

Індексна адресація. Базова адреса операнда розташована у відповідному полі адреси. Зсув адреси операнда щодо базової адреси розташований в індексному регістрі X (Index). Як X може виступати РОН або спеціальний адресний регістр;

Адресація по базі з індексуванням. Базова адреса операнда розташована в регістрі бази BP, зсув адреси операнда щодо базової адреси розташований в індексному регістрі X. Адреси регістрів включені в код операції. Поле адреси в команді відсутнє; Як X і BP можуть виступати РОН або спеціальні адресні регістри;

Сегментна адресація. Вся пам'ять розбита на сегменти певного об'єму. Адреса сегменту зберігається в сегментному регістрі SR (Segment Register), зсув адреси відносний початки сегменту розташовано у відповідному полі адреси або в індексному регістрі X. Як X може виступати РОН або спеціальний адресний регістр.

Залежно від того, які методи адресації реалізовані в конкретному процесорі, в ньому є ті або інші адресні регістри. Складніші методи адресації вимагають більшого часу для обчислення адреси операнда. Один з сучасних напрямів розвитку архітектури мікропроцесорів заснований на тому, щоб шляхом скорочення кількості можливих команд і методів адресації добитися того, щоб будь-яка команда виконувалася за один машинний цикл. Такі процесори називаються RISC-процессорами (Reduced Instruction Set Computer). Конкретним прикладом такого пристрою може служити мікропроцесор POWERPC фірми Motorola.

У складі системи ВВ також можна виділити ряд функціонально закінчених пристроїв, які оформлюються у вигляді модулів що підключаються безпосередньо до єдиної магістралі системи. У простому випадку це буферні регістри, що адресуються ЦП, – порти ВВ. Складніші програмно-керовані підсистеми ВВ, що містять блоки портів, отримали назву периферійних адаптерів. У разі, коли засоби ВВ призначаються для управління спеціальним зовнішнім обладнанням і реалізації спеціальних функцій ВВ, їх називають периферійними контроллерами. Найбільш складними з сучасних засобів обміну із зовнішніми пристроями ВВ вважають співпроцесори ВВ, які працюють за власними програмами, що зберігаються у власній пам'яті, і по суті справи є окремими мікропроцесорними системами.

Прикладом такої системи може служити векторний співпроцесор ADMC-200 фірми Analog Devices, призначений для сполучення мікропроцесорної системи з вентильним перетворювачем, управляючим приводом змінного струму. Проте, незалежно від складності конкретної підсистеми ВВ, з боку ЦП всі вони представляються тим або іншим набором регістрів, що адресуються, який, як правило, є частиною DSEG.

Розрядністю мікропроцесорної системи прийнято вважати кількість біт інформації, яку ЦП може обробити за допомогою однієї команди. Розрядність мікропроцесора визначається розрядністю його АЛП, внутрішніх регістрів даних і зовнішньої шини даних. На сьогоднішній день існують 8-, 16-, 32- і 64-розрядні мікропроцесори. Для того, щоб обробляти інформацію з розрядністю більшою, ніж розрядність мікропроцесора необхідно реалізовувати спеціальні алгоритми обчислень з підвищеною розрядністю. Ці алгоритми вимагають додаткового часу для свого виконання. Тому підвищення розрядності мікропроцесора при заданій розрядності обчислень, безпосередньо пов'язано із збільшенням швидкодії системи. Залежно від того, в якому форматі процесор здатний сприймати і обробляти дані, розрізняють мікропроцесори з фіксованою точкою і мікропроцесори з плаваючою точкою. При заданій точності обчислень і розрядності, діапазон чисел, що представлені у форматі з плаваючою точкою значно перевищує діапазон чисел у форматі з фіксованою точкою. Тому обчислення з плаваючою точкою використовуються для забезпечення підвищеної точності результату. Реалізація подібних алгоритмів на процесорах з фіксованою точкою спричиняє великий час обчислень і, отже, зниження швидкодії системи. Процесори з плаваючою точкою здатні виконувати арифметичні операції над числами з плаваючою точкою за допомогою однієї команди. Тому вони виконують подібні обчислення значно швидше, ніж процесори з фіксованою точкою.

Існують мікропроцесори, архітектура яких адаптована для виконання обчислень певного роду. До таких процесорів відносяться т. з. “процесори цифрової обробки сигналів” DSP (Digital Signal Procesor). Їх архітектура має особливості, що дозволяють їм з найбільшою продуктивністю здійснювати алгоритми рекурентної обробки даних, які використовуються в багатьох завданнях, що вимагають їх виконання в масштабі “реального часу”, таких як аудіо- і відео-кодування, регулювання, цифрова фільтрація, цифровий зв'язок і тому подібне. Всі ці процесори побудовані, як правило за Гарвардською архітектурою. Сучасні DSP мають окремі шини адреси/даних для CSEG і DSEG, що дозволяє їм за допомогою однієї команди здійснити доступ до різних видів пам'яті і провести декілька операцій даними. Основною особливістю DSP є те, що окрім звичайного АЛП, яке присутнє у всіх процесорах, вони мають ще декілька обчислювальних пристроїв. До таких пристроїв в першу чергу відноситься т. з. “помножувач-акумулятор” MAU (Multiple-Accumulator Unit), здатний за допомогою однієї команди помножити два багаторозрядні числа і скласти результат