1.1 Классификация микропроцессоров

МП – реализованное на одной или нескольких интегральных микросхемах устройство преобразования цифровой информации согласно программе, хранящейся в памяти.

По назначению МП разделяют на универсальные и специализированные.

Универсальными микропроцессорами являются МП общего назначения, которые решают широкий класс задач вычисления, обработки и управления. К универсальным относят МП компаний Intel и AMD.

Специализированные микропроцессоры предназначены для решения задач определенного класса. К специализированным МП относятся: сигнальные, медийные, мультимедийные МП и транспьютеры.

• Сигнальные процессоры предназначены для цифровой обработки сигналов в реальном масштабе времени (например, для фильтрации сигналов, вычисления свертки, вычисления корреляционной функции, ограничения и преобразования сигнала, выполнения прямого и обратного преобразования Фурье). К сигнальным процессорам относятся процессоры компаний Texas Instruments  TMS320C80, Analog Devices  ADSP2106x, Motorola  DSP560xx и DSP9600x.

• Медийные и мультимедийные процессоры предназначены для обработки аудиосигналов, графической информации, видеоизображений, а также для решения ряда задач в мультимедиакомпьютерах, игровых приставках, бытовой технике. К медийным и мультимедийным процессорам относятся процессоры компаний MicroUnity  Mediaprocessor, Philips ‑ Trimedia, Cromatic Reserch  Mpact Media Engine, Nvidia  NV1, Cyrix ‑ MediaGX.

• Транспьютеры предназначены для организации массовых параллельных вычислений и работы в мультипроцессорных системах. Для них характерным является наличие внутренней памяти и встроенного межпроцессорного интерфейса, т. е. каналов связи с другими БИС МП. К транспьютерам относятся процессоры компании Inmos ‑ Т-2, Т-4, Т-8, Т9000.

По количеству интегральных микросхем различают однокристальные и секционные МП.

Однокристальный микропроцессор  это конструктивно законченное изделие в виде одной СБИС. Другое название однокристальных МП  микропроцессоры с фиксированной разрядностью данных. К этому типу относятся процессоры Intel Core i7; AMD К10; Cyrix 6x86; Digital Equipment Corporation  Alpha 21364; Silicon Graphics – MIPS R10000; Motorola  Power PC 620; Hewlett-Packard  PA-8000; Sun Microsystems  Ultra SPARC II.

Секционный микропроцессор – однокристальный МП малой разрядности, имеющий выводы для параллельного подключения дополнительных секционных микропроцессоров с целью наращивания разрядности. Другое название секционных МП – разрядно-модульные микропроцессоры или микропроцессоры с наращиваемой разрядностью. К этому типу можно отнести отечественные микропроцессоры К589ИК02 и К1804ВС1

По количеству процессорных ядер в СБИС различают одноядерные и многоядерные процессоры.

По составу функциональных блоков СБИС разделяют на микропроцессоры и микроконтроллеры. Однокристальный микроконтроллер (ОМК) в одном корпусе СБИС содержит все основные компоненты компьютера: МП, память команд и данных, таймеры, аналоговые и цифровые порты ввода/вывода, компараторы, АЦП, ЦАП и т.п. К таким микроконтроллерам относят ОМК компаний Intel – MCS-196,296; MicroChip – PIC; Mitsubishi Electric – M3820; Motorola – MC; Atmel – AVR; Bosch. ОМК используются при разработке встраиваемых систем управления цифровыми и аналоговыми техническими устройствами.

По способу управления различают МП со схемным и микропрограммным управлением. МП со схемным управлением имеют фиксированный набор команд, который не может изменяться потребителем. В МП с микропрограммным управлением систему команд разрабатывают при проектировании конкретного МПК на базе набора простейших микрокоманд с учётом класса решаемых задач.

По типу архитектуры различают МП с Принстонской (фоннеймановской) и гарвардской архитектурой.

По типу системы команд различают CICS-процессоры (Complete Instruction Set Computing) с полным набором команд и RISC-процессоры (Reduced Instruction Set Computing) с сокращённым набором команд.

По тактовой частоте и размеру кэш-памяти МП каждого производителя представляются широкой потребительской линейкой от дешёвых МП с низким быстродействием до дорогих МП с высоким быстродействием.

По разрядности МП делятся на три нижеописанных подкатегории. Разрядность – максимальное число одновременно обрабатываемых двоичных разрядов.

• Разрядность внутренних регистров обуславливает диапазон целых чисел, которые могут храниться и обрабатываться в МП. Разрядность внутренних регистров МП в настоящее время достигает 32 и 64 бит.

• разрядность шины данных определяет число одновременно передаваемых бит и тем самым обуславливает скорость передачи данных. Разрядность шины данных МП в настоящее время достигает 32 и 64 бит.

• разрядность шины адреса определяет размер адресного пространства. Так как ШД и ША мультиплексируются в одну шину, то в настоящее время разрядность ША достигает 32 и 64 бит.

По размеру команд различают МП с одинаковым размером команд и с различным размером команд.

По способу обработки данных МП делятся на скалярные МП (SISD – single instruction single data), выполняющие одну команду над одним элементов данных (ОКОД – одна команда одно данное); векторные МП (SIMD – single instruction multiple data), выполняющие одну команду над вектором элементов данных (ОКМД – одна команда много данных) и суперскалярные МП (MIMD – multiple instructions multiple data), объединяющие несколько скалярных МП и выполняющие несколько команд над несколькими данных (МКМД – много команд много данных).

На рисунке 1.1 представлена классификация МП по способу обработки данных. Скалярный МП содержит одно арифметико-логическое устройство АЛУ (ALU – arithmetic logic unit), выполняющее одну команду Instruction над данными D. На выходе АЛУ скалярного процессора выставляется один результат R. Векторный МП состоит из нескольких идентичных АЛУ, которые в один момент времени выполняют одинаковую команду Instruction над различными данными D₁, D₂, …, D_n. Такой набор данных называют вектором. На выходе АЛУ векторного процессора выставляется вектор результатов R₁, R₂, …, R_n. Суперскалярный МП представляет собой совокупность скалярных процессоров и позволяет выполнять за один квант времени несколько различных команд I_1, I _2,…_, I _n.

Многие МП попадают под разные классификационные признаки, поскольку способны решать задачи разных классов. Универсальные МП имеют мультимедийное расширение набора команд – Intel, AMD, Ultra-Sparc. В CISC-процессорах Intel реализовано ядро с RISC-архитектурой.