October 18 2017 12:25:00
Навигация
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
Модели микропроцессора
ФОРМАТЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДАННЫХ И ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЕРАЦИЙ

Типовое значение напряжения питания микропроцессоров составляет 3,3 В. При этом в ряде моделей для питания основной части (ядра) процессора используется напряжение 2,5 В. Благодаря пониженному напряжению питания сохраняется допустимый уровень потребления мощности. Так как для КМОП-микросхем потребляемая мощность возрастает пропорционально тактовой частоте, в табл. 2.81 для каждого микропроцессора дано значение Ft (в скобках), при котором потребляется указанная мощность.

Таблица 2.81 Основные характеристики микропроцессоров семейства МРСбхх

Основные характеристики Модели микропроцессора

601 603 603Е 603Р 604 604Е 620
Разрядность адреса Разрядность данных Разрядность шины 32
32
32
32
32
32
32
32
32
32
32
32
32
32
64
32
32
64
40
64
128
Емкость кэшей:
команд
данных

32К
*)



16К
16К

16К
16К

16К
16К

32К
32К

32К
32К
Число исполнительных устройств
3

3

3

3

4

4

4
Тактовая частота, МГц 80-100 80 100-133 150-200 100-150 150-200 180-200
Напряжение питания, В 3,6 3,3 3,3 3,3-2,5 3,3 3,3-2,5 3,3-2,5
Потребляемая мощность, Вт 9,0
(100)
2,0
(80)
4,3
(133)
3,0
(166)
12,5
(133)
10,0
(166)
-
Число транзисторов, млн. 2,8 1,6 - - 3,6 - 7,6
Число внешних выводов 304,
256
240,
256
240,
256
240,
256
304,
256
256 256
Производительность
SPECint95
SPECfp95
(80)
2,2
1,7
(80)
1,9
1,4
(133)
3,9
3,1
(166)
4,0
5,3
(133)
5,23
4,86
(166)
6,35
5,46
-

Сразу после начала выпуска микропроцессоры семейства МРСбхх нашли широкое применение в разнообразных цифровых системах. На базе первой модели МРС601 были реализованы персональные компьютеры PowerMacintosh компании «Apple Computers» и PowerStack компании «Motorola», рабочие станции RS/6000 компании IBM и ряд других изделий. Появление новых микропроцессоров этого семейства еще более расширило сферу его применения. В настоящее время определился следующий ряд областей, где использование микропроцессоров МРС6хх наиболее эффективно.

Модель МРС603 и ее модификации, имеющие наиболее низкое энергопотребление, широко используются в персональных компьютерах класса «notebook» и различной сложно-функциональной портативной аппаратуре. Так как модификация МРС603Р обеспечивает достаточно высокую производительность, то на ее базе реализуются также портативные рабочие станции. Модель МРС604 и ее модификации используется в основном в персональных компьютерах, заменяя в этой области более раннюю модель МРС601. Широкое применение данная модель находит также в серверах, особенно ее быстродействующая модификация МРС604Е. Модель МРС620 ориентирована на применение в высокопроизводительных рабочих станциях и мощных серверах.

Помимо перечисленных выше областей применения RISC-микропроцессоры с архитектурой PowerPC используются в разнообразных устройствах управления системами и объектами, где требуется высокая производительность и широкие функциональные возможности в сочетании с пониженным энергопотреблением и относительно невысокой стоимостью. На базе RISC-процессоров с этой архитектурой разработаны RISC-микроконтроллеры и коммуникационные контроллеры для использования в системах управления и связи. Особенности их структуры и функционирования рассмотрены в следующих разделах данной главы.

Следует отметить, что наряду с микропроцессорами и микроконтроллерами семейств МРС60х, МРС60х фирма «Motorola» выпускает также магистральные адаптеры МРС105, МРС106, которые обеспечивают интерфейс между общей шиной систем с архитектурой PowerPC и 32-разрядной шиной PCI, широко используемой в современных персональных компьютерах. С помощью этих адаптеров можно организовать совместную работу систем, реализуемых на базе МРС60х или МРС50х, с персональными компьютерами.

2.9.2. RISC-МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ СЕМЕЙСТВА МРС5ХХ ( POWERPC)

Разработка этого семейства микроконтроллеров началась недавно, поэтому в настоящее время выпускается только одна модель МРС505. На примере этой модели рассмотрим особенности структуры и функционирования RISC-микроконтроллеров, реализованных на базе процессора PowerPC.

Структура и особенности функционирования МРС505. Микроконтроллер МРС505 (рис. 2.76) содержит 32-разрядный RISC-процессор (RCPU), внутреннее ОЗУ данных емкостью 4 Кбайт, кэш-память команд (1С) емкостью 4 Кбайт, системное интерфейсное устройство (SIU) с несколькими параллельными портами ввода/вывода и блок управления периферийными устройствами (PCU) с портом Q. Отдельные шины используются для передачи команд (IB) и данных (LB). В последующих моделях семейства предполагается размещение на кристалле различных периферийных устройств (таймерных блоков, последовательных портов и др.), как это делается в модульных микроконтроллерах семейства М683хх. Для их подключения будет применяться межмодульная шина 1MB, аналогичная используемой в семействе М683хх, которая связывается с шиной данных LB через блок PCU. В модели МРС505, где такие периферийные устройства отсутствуют, блок PCU выполняет функции контроллера прерываний, сторожевого устройства (watchdog) для контроля выполнения программы и схемы управления портом Q.

RCPU имеет характерную для PowerPC архитектуру, которая включает описанные выше регистровую модель пользователя (см. рис. 2.67), набор реализуемых команд и способов адресации, состав исключений и процедуру их обслуживания.

Регистровая модель супервизора RCPU содержит ряд регистров, которые выполняют такие же функции, как в модели МРС604 (см. рис. 2.68). Это регистр управления MSR, регистр PVR, указывающий тип микроконтроллера, регистры SRRO, SRR1, DAR, DSISR, SPRG0-SPRG3, используемые при обслуживании исключений, таймер базового времени ТВ и регистр декремента DEC. Кроме того, в регистровую модель супервизора RCPU входят регистры, обеспечивающие управление кэшем команд, реализацию отладки микропроцессорных систем и ряд других функций.

img040

Микроконтроллер МРС505 реализует такой же набор исключений, как и микропроцессор МРС604 (см. табл. 2.64). Векторы исключений располагаются в таблице, базовый адрес которой равен $00000000, если в регистре MSR значение бита ЕР = 0, или $FFF00000, если ЕР = 1. Таким образом, предусмотрены две возможных позиции для размещения таблицы векторов исключений в адресном пространстве.

Внутренняя структура RCPU представляет собой упрощенный вариант суперскалярной структуры процессора в модели МРС604. RCPU содержит устройство управления, два устройства обработки для целочисленных операндов (SIU, MIU) и одно для чисел с плавающей точкой (FPU), устройство загрузки-сохранения (LSU), подключенное к внутренней шине LB, и регистровые блоки GPR0-31, FPR0-31. В данном процессоре реализуется 4-каскадный конвейер выполнения команд, набор которых практически совпадает с набором команд МРС604. Используемые регистры условий CR (см. рис. 2.67, а), исключений XER (см. рис. 2.67, б), состояния FPU - FPSCR (см. рис. 2.70) имеют такое же назначение битов, как в микропроцессорах семейства МРСбхх, описанных выше.

Микроконтроллер не реализует сегментной, страничной или каких-либо других способов организации памяти, поэтому в его составе нет устройств управления памятью MMU, выполняющих трансляцию адреса. Формируемый микроконтроллером адрес служит физическим адресом, который используется для обращения к кэшу команд, внутреннему ОЗУ или внешней памяти.

Входящий в состав микроконтроллера кэш команд 1С содержит 128 наборов по 2 строки, в каждой из которых хранятся четыре слова (16 байт). В качестве тега используются разряды АО-20 адреса команды. Кэш имеет также три регистра ICCST, ICADR, ICDAT, которые входят в модель супервизора как регистры специального назначения с номерами SPR560, SPR561, SPR562. Регистр управления кэша ICCST содержит бит IEN, указывающий на включенное или отключенное состояние кэша, поле CMD, в которое может быть записан код команды обращения к кэшу, биты CCER1-3, которые показывают наличие ошибок при обращении к кэшу. Записью соответствующего кода в поле CMD можно вклю­чить или отключить кэш, аннулировать его содержимое (очистить кэш), заблокировать или разблокировать строку или весь кэш (запретить или разрешить использовать их содержи­мое ), загрузить строку кэша. Перед выполнением загрузки или блокировки строки в регистр адреса ICADR заносится адрес команды, которую следует загрузить или заблокировать в кэше. Из регистра ICDAT можно считать команду, хранящуюся в кэше, если предварительно записать ее адрес в регистр ICADR. Таким образом, используя регистры ICCST, ICADR, ICDAT, можно управлять работой кэша и контролировать его содержимое, что особенно важно в процессе отладки программного обеспечения.

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.02 секунд 2,255,355 уникальных посетителей