Архитектура микропроцессора

Понятие архитектуры микропроцессора определяет его составные части, а также связи и взаимодействие между ними. Архитектура включает:

- структурную схему МП;

- программную модель МП (описание функций регистров);

- информацию об организации памяти (емкость и способы адресации па­мяти);

- описание организации процедур ввода/вывода.

Существуют два основных типа архитектуры — фон-неймановская и гар­вардская.

Фон-неймановскую архитектуру (рисунок 6, а) предложил в 1945 году американский математик Джо фон Нейман. Особенностью этой архитекту­ры является то, что программа и данные находятся в общей памяти, доступ к которой осуществляется по одной шине данных и команд. К достоинствам данной архитектуры можно отнести ее универсальность, т.к. программист сам решает, сколько памяти отвести для хранения программ, а сколько для данных. Фон-неймановская архитектура используется в микропроцессорах при построении персональных компьютеров.

Гарвардская архитектура впервые была реализована в 1944 году в релейной вычислительной машине Гарвардского университета (США). Особенностью этой архитектуры является то, что память данных и память программ раз­делены и имеют отдельные шину данных и шину команд (рисунок 6, б), что позволяет повысить быстродействие МП системы. На базе гарвардской архитектуры построено большинство микроконтроллеров.

Структурные схемы обоих типов архитектур содержат: процессорный эле­мент, память, интерфейсы ввода/вывода (ИВВ) и УВВ.

Память и ИВВ для разных типов МП могут быть как внутренними, т. е. размещаться на том же кристалле, что и процессорный элемент, так и внеш­ними. Процессорный элемент содержит регистры, арифметико-логическое устройство (АЛУ), устройство управления и выполняет функции обработки данных и управления процессами обмена информацией. Память обеспечи­вает хранение данных и кодов команд программы. Интерфейсы вво­да/вывода предназначены для связи с УВВ, например, с клавиатурой, дис­плеем, печатающими устройствами, датчиками. Все элементы структурной схемы соединены с помощью шин.

Рисунок 6 – Основные типы архитектур: а -- фон-неймановская; б -- гарвардская