Šiuo metu pramonė siūlo be galo platų spektrą mikroprocesorių . Jie taikomi ne tik kompiuteriuose, bet ir įvairiausioje kitoje komunikacijų, technologinių procesų automatizavimo sistemų, elektroninių įrenginių, transporto priemonių bei pačios plačiausios paskirties buitinių prietaisų elektroniniuose blokuose.
Skirtingos taikymo sritys kelia specifinius reikalavimus jų vidinei organizacijai, bei charakteristikoms.
Pagal apdorojamo signalo tipą, paskirtį, laikinį darbo režimą, vykdomų programų kiekį, lustų kiekį, vidinę organizaciją ir kitus požymius procesoriai klasifikuojami taip:
Ø Sinchroniniai
Ø Asinchroniniai.
| |
Ø Vienprogramiai,
Ø Daugiaprogramiai.
| |
Ø Vienos magistralės
Ø Daugiamagistralės sistemos.
| |
Pagal darbo režimą
|
Ø Realaus laiko mastelio
Ø Nesusieti su laiko masteliu.
|
Ø Skaitmeniniai;
Ø Analoginiai.
| |
Ø Vienkristalius
Ø Daugiakristalius
Ø Daugiakristalius-sekcijinius
| |
Pagal vidinę organizaciją ir funkcionalumą
|
Ø Sekciniai MP
Ø Vienkristaliai MP,
Ø Vienkristaliai mikrokompiuteriai.
|
Pagal taikymo galimybes
|
Ø Universalieji,
Ø Signalų procesoriai
Ø Specializuoti.
|
Pagal laikinį daro režimą procesoriai skirstomi į sinchroninius ir asinchroninius. Sinchroninių procesorių darbas sinchronizuojamas pagrindine sinchrosignalų serija. Asinchroninių darbas pagrįstas užklausų ir patvirtinimo signalų skirtų paleisti ir stabdyti procesus, formavimu. Yra ir sinchroniniai - asinchroniniai procesoriai, kuriuose taikomas mišrus laikinis darbo režimas. Asinchroninis darbo principas procesoriuose taikomas retai.
Pagal vykdomų programų kiekį procesoriai skirstomi į vienprogramius ir
daugiaprogramius. Mikrovaldikliai, programuojamuose loginiuose valdikliuose taikomi procesoriai paprastai yra vienprogramiai, tuo tarpu kompiuterių centriniams procesoriams būdingas daugiaprogramis darbo režimas.
Pagal mikroprocesorinės struktūros organizaciją procesoriai skirstomi į vienos magistralės ir daugiamagistrales sistemas. Daugiamagistralės struktūros procesoriai yra sudėtingesni, jų darbo sparta paprastai yra gerokai didesnė.
Pagal darbo režimą procesoriai skirstomi į realaus laiko mastelio ir nesusietus su laiko masteliu.
Realaus laiko mastelio procesoriai išduoda išvesties signalus tik labai nežymiai suvėlintus įvesties signalu požiūriu. Šie signalai betarpiškai panaudojami tuo pačiu metu . Tai mikrovaldikliai, signalų, komunikacijų, vaizdų procesoriai.
Procesoriai nesusieti su laiko masteliu – tai vienkristaliai mikroprocesoriai naudojami asmeniniuose kompiuteriuose kaip centriniai procesoriai.
Skaitmeniniai procesoriai susideda iš loginės aritmetikos įrenginio, atliekančio skaičiavimus, valdymo įtaiso bei registrų. Kaip papildomos schemos, pagreitinančios skaičiavimus, naudojami konvejeriai, kešavimo įrenginiai ir pan. Atskirą dalį sudaro priemonės ryšiui su kitais įrenginiais: atmintinės magistralė bei kitų įrenginių prievadai.
Procesoriai būna skirstomi pagal:
Ø adresų erdvę (komandos kartu su duomenimis, ar atskirai);
Ø pagrindinį adresavimo metodą (stekinė architektūra, adresuojama atmintinė ir pan.);
Ø paskirtį (bendros paskirties, signaliniai ir t.t.).
Pagrindiniai procesoriaus našumo rodikliai yra vidinės magistralės plotis ir taktinis dažnis. Asmeniniuose kompiuteriuose dažniausiai naudojami 32 arba 64 bitų procesoriai, darbo stotyse ir serveriuose - 64 bitų procesoriai.
Šiuolaikinio procesoriaus programos saugojimas paprastai nesiskiria nuo duomenų saugojimo. Programa įsimenama kaip greta esančių (gretimus adresus turinčių) baitų seka.
Procesorius pažingsniui skaito ir vykdo vieną ar keletą baitų užimančias komandas. Paprastai įvykdžius komandą, toliau vykdoma kita, po jos – dar kita komanda. Tačiau būna komandų kurios įprastinę nuoseklią komandų vykdymo tvarką pakeičia. Tokių komandų reikia ciklams, paprogramėms, pertraukimams ir šiaip programų šakojimuisi realizuoti.
CISC (iš angl. Complex Instruction Set Computer) - grupė įvairių procesorių architektūrų, dėl ideologinių priežasčių priešpastatoma RISC architektūroms. CISC terminas nereiškia konkrečios architektūrų rūšies, o naudojamas tik lyginant su RISC.
CISC sąvoka, lyginant su RISC yra gana sąlyginė, ji reiškia procesorių architektūras, kurios neoptimalios našumo požiūriu. Dažniausiai (nors nebūtinai) CISC priskiriamos architektūros, turinčios vieną ar kelis iš šių požymių:
Ø Steką arba stekinio pobūdžio komandas (push, pop) ;
Ø 16 ar mažiau bitų registrus;
Ø Komandas, skirtas tiesioginiam manipuliavimui duomenimis, esančiais atmintinėje;
Ø Didelį (daugiau, nei šimto) komandų rinkinį ;
Ø Daugiau, nei vieną ar du adresavimo metodus;
Ø Specializuotus registrus - akumuliatorius.
Skaitmeniniai CISC procesoriai turi gana sudėtingą komandų rinkinį, yra orientuoti į efektyvesnį atmintinės panaudojimą, patogesnį programavimą. Tipiškuose CISC procesoriuose būna šimtai skirtingų komandų, daugelis komandų būna sudėtingos, atitinkančios ilgą seką aritmetinių veiksmų (pvz., šaknies traukimo ar kėlimo laipsniu komandos).
Kai kada priešpastatymas tarp RISC ir CISC būna dirbtinis, pvz., procesoriuose, kurių žodžio ilgis ribotas (pvz., 8 bitų) yra keblu realizuoti optimalią komandų sistemą, nenaudojant specializuotų registrų. Kita vertus, kai kurios iš itin tipiškų RISC procesoriams komandų, pvz., skirtų vektoriniams skaičiavimams, artimesnės CISC ideologijai. Maždaug nuo XX a. 9-ojo dešimtmečio pabaigos, riba tarp RISC ir CISC ėmė nykti, daugelis RISC procesorių ėmė įgyti CISC būdingų bruožų, o patys CISC procesoriai vis dažniau imti emuliuoti, naudojant našesnius RISC procesorius.
RISC (angl. Reduced Instruction Set Computer) - centrinių procesorių architektūra, pasižyminti paprastesne komandų sistema.
Palyginti su CISC, procesoriaus komandų daug mažiau (yra netgi teorinė RISC realizacija, turinti vieną komandą su vienu operandu), jos paprastesnės ir dėl to jas įvykdyti užima mažiau centrinio procesoriaus ciklų. Kadangi nereikia kurti sudėtingo komandų rinkinio, galima tiksliai prognozuoti komandų vykdymo laiką (procesoriaus ciklais), inžinieriams lieka daugiau galimybių optimizuoti procesorius, ypač - konvejerinį komandų vykdymą. RISC komandos paprastai būna vieno ilgio, komandos turi tik vieną arba du adresavimo režimus.
Sekcijiniai mikroprocesoriai išsiskiria į atskiras sekcijas padalintu aritmetiniu – loginiu įtaisu. Šio tipo MP aritmetinis - loginis įtaisas suskaidytas į keliais 2-4 skilčių sekcijas.
Mašininio žodžio ilgis laisvai gali būti parenkamas komponuojant reikiamą sekcijų kiekį. Kompiuterinio projekto rengėjas turi galimybę parinkti ir suformuoti reikalingą komandų sistemą. Sekciniai MP valdomi mikroprogramomis. Jie greiti, plačiai naudoti mini ESM, taip pat taikomi skaitmeniniams signalams apdoroti bei kitoje specializuotoje aparatūroje. Serijos: K1804, K588, K589 ir kt..
Vienkristaliai mikroprocesoriai, kaip supratote iš pavadinimo, jie yra realizuojami viename kristale. Šie MP lygiagrečiai apdoroja visas mašininio žodžio skiltis, turi griežtai apibrėžtą komandų sistemą, kuri negali būti keičiama. Šio tipo mikroprocesoriai naudojami praktiškai visuose kompiuteriuose ir šiame pakete būtent jiems skiriamas didžiausias dėmesys.
Vienkristaliai mikrokompiuteriai (mikrovaldikliai) skiriasi nuo vienkristalių mikroprocesorių tuo, kad tame pačiame kristale kartu su mikroprocesoriumi yra nedidelės pastovioji bei operatyvioji atmintinės, lygiagretūs bei nuoseklūs prievadai. Šie miniatiūriniai mikrokompiuteriai turi funkcinių blokų, leidžiančių perduoti signalus betarpiškai valdomiems įrenginiams, rinkinį. Populiarios vienkristalių mikrokompiuterių šeimos: MCS-48, MCS-51 ir kt.
Nuodugniau su šio tipo mikroprocesoriais ir jų taikymu susipažinsite studijuodami valdiklių dalyką
Šie mikroprocesoriai plačiai taikomi kompiuterinėje technikoje, turi pakankamai išvystytą komandų sistemą, leidžiančią vykdyti įvairiausias funkcijas. Populiarių mikroprocesorinių šeimų mikroprocesoriai paprastai skiriami prie universalių MP.
Dominuojančią padėtį universaliųjų procesorių rinkoje užima x86 komandų rinkinį palaikantys procesoriai, kurių pagrindiniai gamintojai: Intel,, AMD ir VIA. Kiekvienais metais tokių procesorių gamyba padidėja 10-15 procentų. Kitų gamintojų universalieji RISC architektūros procesoriai teužima tik 20 procentų rinkos.
Skaitmeninis signalų apdorojimas – tai aritmetinis signalų amplitudžių, gaunamų kas tam tikrą vienodą laiko intervalą realiame laiko mastelyje apdorojimas. Šios klasės procesoriai skirti sudėtingiems algoritmams vykdyti, sprendžiant tokius specifinius uždavinius, kaip:
Ø signalų filtracija,
Ø dviejų signalų sulyginimas
Ø koreliacinių dviejų signalų funkcijų reikšmių skaičiavimas;
Ø signalo sustiprinimas, ribojimas arba transformacija;
Ø furje signalų tiesioginis/atvirkštinis transformavimas
Signalų procesoriai plačiai taikomi ir tokiose srityse, kaip radiolokacija ir hidrolokacija, vaizdų atpažinimas, kalbos sintezė bei analizė ir t.t.
Analoginis signalų apdorojimas tradiciškai dar naudojamas daugelyje radiotechnikos įrenginių, daugeliu atvejų yra pigesnis reikiamo rezultato pasiekimo būdas , tačiau tais atvejais, kai reikia didelio skaičiavimų tikslumo, įrenginių kompaktiškumo, charakteristikų stabilumo realiose temperatūrinėse sąlygose, skaitmeninis signalų apdorojimas išlieka vieninteliu tinkamu sprendimu.
Signalų mikroprocesorių išskirtinis bruožas yra nedidelio skaičiaus skilčių (40 ir mažiau) slankaus kablelio skaičių apdorojimas. Fiksuoto kablelio skaičių ilgis paprastai yra 32 skiltys. Kitas ypatumas – nesudėtingas didelių masyvų duomenų apdorojimas.
Specializuotieji mikroprocesoriai skiriasi nuo universaliųjų siauresne taikymo sritimi ir vidinės organizacijos ypatumais orientuotais į maksimalų našumą vykdant specifinį duomenų apdorojimą. Specializuotųjų procesorių įvairovė palaipsniui didėja. Jų pasirodymą paprastai lemia būtent naujų specifinių taikymo sričių, kuriose keliami didesni reikalavimai tam tikrų specifinių funkcijų geresnėms nei įprasta charakteristikoms, atsiradimas. Antra vertus daugelio kitų universaliems procesoriams būdingų funkcijų juose paprasčiausiai nereikia.
Vis ryškesnes pozicijas rinkoje iškovoja specializuotieji komunikacijų, mobiliųjų komunikacinių įrenginių ir daugialypės terpės procesoriai.
Komunikaciniai procesoriai – gana nauja ir sparčiai besivystanti procesorių rūšis. Šių procesorių architektūra gana artima signalų procesorių architektūrai. Su signalų procesoriais jie giminingi panašiomis taikymo sferomis, tai ryšio sistemos. Skirtumai yra tame, kad jie pritaikomi ne tuose pačiuose telekomunikacinių sistemų traktuose bei skiriasi jų vykdomos funkcijos.
Jei įprastiniai signalų procesoriai realizuoja fizinio ir kanalinio lygio protokolus, tai komunikaciniai skirti apdoroti tinklinio ir transportavimo lygio protokolus.
Vienų ir kitų bendru bruožu yra srautinis duomenų apdorojimas realiu masteliu.
Daugialypės terpės procesoriai turi komandų rinkinius, skirtus vieno tipo komandoms vykdyti su keliais duomenų rinkiniais. Augant daugialypės terpės technologijų populiarumui, vis daugiau dėmesio procesorių gamintojai skiria signalų apdorojimo algoritmams diegti mikroprocesorių komandų lygmenyje.
Šiuo metu galima išskirti dvi mikroprocesorių, palaikančių daugialypę terpę aparatiniame lygmenyje rūšis:
Ø Daugialypės terpės procesoriai;
Ø Universalieji procesoriai procesoriai su papildomais daugialypės terpės komandų rinkiniais (MMX, SSE ir pan.).
Tose taikymo sferose, kur skaitmeninio duomenų apdorojimo dalis yra didelė, tikslinga naudoti universaliuosius procesorius, tuo tarpu ten kur daugialypės terpės duomenų apdorojimas dominuoja, geriau naudoti specializuotus daugialypės terpės procesorius.
Daugialypės terpės procesoriai yra tarsi universaliųjų ir signalų procesorių hibridas.
Pagrindiniai daugialypės terpės procesorių gamintojai šiandien yra:Micro Unity/ Philips; Nvidia, Cyrix.
Pagrindinės šio tipo procesorių taikymo sritys yra: pradinio lygio asmeniniai kompiuteriai, delninukai, komunikatoriai, žaidimų priedėliai, Interneto terminalai ir pan.
Mobiliųjų komunikacinių įrenginių procesoriai faktiškai apjungia tiek signalų, tiek komunikacijų, tiek ir daugialypės terpės procesorių bruožus.
1965 m. sukurtas analoginis kompiuteris diferencialinėms lygtims spręsti. Jis programuojamas įvairiai sujungiant priekinių panelių kontaktus.
Analoginiai procesoriai gali būti naudojami tada, kai būtina itin didelė skaičiavimų sparta, bet tikslumas - ne toks svarbus.
Analoginiai procesoriai veikia, kaip įvairius skaičiavimus atliekantys netiesiniai stiprintuvai. Paprastu atveju toks procesorius gali turėti vieną ar kelis įėjimus signalams, kurie bus apdorojami ir vieną išėjimą jau apdorotam signalui. Iki XX a. 8-ojo dešimtmečio analoginiai procesoriai buvo labai dažnai naudojami, kai reikdavo ypatingai greitai atlikti sudėtingus skaičiavimus, pvz., valdant lėktuvus, kosminius aparatus ir t.t., taip pat - analizuojant itin sudėtingus uždavinius, pvz., aerodinaminius ar meteorologinius.
Skirtingai nuo skaitmeninių procesorių, analoginiai procesoriai turi skaičiavimo tikslumo apribojimus, nors didelių paklaidų taip pat nedaro. Buvo teigiama, jog jie gerai tinka kuomet pradiniai duomenys yra kintančios įtampų reikšmės (tarkim, žmogaus nervų ar raumenų sistemos elektrinis aktyvumas). Tokius procesorius sunku perprogramuoti naujai užduočiai.
Atsiradus superkompiuteriams ir mikroprocesoriams analoginių skaičiavimo įrenginių reikšmė labai ženkliai sumažėjo. Išlikusios jų taikymo sferos itin specifinės.
Komentarų nėra:
Rašyti komentarą