Встроенные системы - Типы архитектуры

Микроконтроллеры 8051 работают с 8-битной шиной данных. Таким образом, они могут поддерживать внешнюю память данных до 64 КБ и внешнюю память программ до 64 КБ в лучшем случае. В совокупности микроконтроллеры 8051 могут адресовать 128 КБ внешней памяти.

Когда данные и код находятся в разных блоках памяти, тогда архитектура называется Harvard architecture. В случае, если данные и код находятся в одном блоке памяти, тогда архитектура называетсяVon Neumann architecture.

Архитектура фон Неймана

Архитектура фон Неймана была впервые предложена компьютерным ученым Джоном фон Нейманом. В этой архитектуре существует один путь или шина данных как для инструкции, так и для данных. В результате ЦП выполняет одну операцию за раз. Он либо извлекает инструкцию из памяти, либо выполняет операцию чтения / записи данных. Таким образом, выборка команды и операция с данными не могут происходить одновременно, имея общую шину.

Архитектура фон Неймана поддерживает простое оборудование. Это позволяет использовать одну последовательную память. Сегодняшняя скорость обработки значительно превышает время доступа к памяти, и мы используем очень быстрый, но небольшой объем памяти (кеша), локальный для процессора.

Гарвардская Архитектура

Гарвардская архитектура предлагает отдельные шины хранения и сигналов для инструкций и данных. Эта архитектура имеет хранилище данных, полностью содержащееся в ЦП, и нет доступа к хранилищу инструкций как к данным. Компьютеры имеют отдельные области памяти для программных инструкций и данных, использующих внутренние шины данных, что обеспечивает одновременный доступ как к инструкциям, так и к данным.

Программы должны быть загружены оператором; процессор не может загрузиться сам. В гарвардской архитектуре нет необходимости заставлять два воспоминания разделять свойства.

Архитектура фон Неймана против архитектуры Гарварда

Следующие пункты отличают архитектуру фон Неймана от архитектуры Гарварда.

Архитектура фон Неймана Гарвардская Архитектура
Единая память должна использоваться как кодом, так и данными. Отдельная память для кода и данных.
Процессору необходимо получить код в отдельном тактовом цикле и данные в другом тактовом цикле. Таким образом, требуется два тактовых цикла. Одного такта достаточно, поскольку для доступа к коду и данным используются отдельные шины.
Более высокая скорость, поэтому меньше времени. Медленнее по скорости, поэтому требуется больше времени.
Простая конструкция. Сложный по дизайну.

CISC и RISC

CISC - это компьютер со сложным набором команд. Это компьютер, который может обрабатывать большое количество инструкций.

В начале 1980-х годов разработчики компьютеров рекомендовали компьютерам использовать меньше инструкций с простыми конструкциями, чтобы их можно было выполнять намного быстрее в ЦП без необходимости использования памяти. Такие компьютеры классифицируются как компьютеры с сокращенным набором команд или RISC.

CISC против RISC

Следующие пункты отличают CISC от RISC:

CISC RISC
Большой набор инструкций. Легко программировать Меньший набор инструкций. Сложно программировать.
Более простой дизайн компилятора с учетом большего набора инструкций. Комплексный дизайн компилятора.
Многие режимы адресации вызывают сложные форматы команд. Мало режимов адресации, исправлен формат инструкции.
Длина инструкции переменная. Длина инструкций варьируется.
Более высокие тактовые циклы в секунду. Низкий тактовый цикл в секунду.
Упор делается на оборудование. Упор делается на программное обеспечение.
Блок управления реализует большой набор команд с помощью микропрограммного блока. Каждая инструкция должна выполняться аппаратно.
Более медленное выполнение, поскольку инструкции должны считываться из памяти и декодироваться блоком декодера. Более быстрое выполнение, поскольку каждая инструкция должна выполняться аппаратно.
Конвейерная обработка невозможна. Конвейерная обработка инструкций возможна с учетом одного такта.