Architektura jednostki centralnej

RD

MBR

MAR

IR

PC

+1

WR

jednostka

sterująca

ALU

A

F

Adres

Dane

Rejestry:

●

MAR – (Memory Address Register)

rejestr adresowy

●

MBR – (Memory Buffer Register)

rejestr buforowy

●

IR – (Instruction Register) rejestr

instrukcji

●

PC – (Program Counter) licznik

rozkazów

●

A – (Accumulator) akumulator

●

F – (Flags) rejestr znaczników

Jednostka sterująca

Wyróżnia się zasadniczo dwa podejścia do architektury

jednostki sterującej:

●

CISC – Complex Instruction Set Computer czyli komputer

o złożonej liście rozkazów

●

RISC – Reduced Instruction Set Computer czyli komputer

o zredukowanej liście rozkazów

Architektura jednostki sterującej procesorów CISC

IR

generator adresu

początkowego

rejestr adresów

mikrorozkazów

rejestr adresu

powrotu

z mikroprogramu

pamięć

mikroprogramu

rejestr

mikrorozkazów

dekoder

mikrorozkazów

adres skoku

bezwarunkow

go

adres

powrotny

Procesory typu CISC

Cechy charakterystyczne:

●

duża liczba rozkazów (od stu do kilkuset)

●

rozkazy złożone, realizujące specjalizowane zadania

●

duża liczba trybów adresowania

●

duży zakres rozkazów o różnych długościach i czasach

wykonywania

●

mikroprogamowalna jednostka sterująca

●

słabe wykorzystanie listy rozkazów przez kompilatory

języków wysokiego poziomu (np. ok. 71% z rozkazów
MC68020 nie było wykorzystanych po kompilacji
programów w C)

Procesory typu RISC

Cechy charakterystyczne:

●

niewielka lista prostych rozkazów (kilkadziesiąt)

●

łatwy do dekodowania, stałej długości format rozkazów

●

rozkazy wykonywane w pojedynczym cyklu zegara

●

mało trybów adresowania

●

komunikacja z pamiecią ograniczona do rozkazów

LOAD, STORE

●

rozkazy działające zazwyczaj na argumentach

zapisanych w rejestrach

●

układowo realizowana jednostka sterująca

Architektura von Neumanna

Występuje jedna przestrzeń adresowa pamięci

●

zarówno program jak i dane umieszczone są w tej

samej przestrzeni adresowej i nie można ich od siebie
odróżnić

●

za prawidłową interpretację informacji umieszczonych

w pamięci odpowiedzialny jest programista

µP

dane

pamięć

adres

Architektura typu Harvard

Występują oddzielne przestrzenie adresowe pamięci

programu oraz danych, a mikroprocesor komunikuje się

z nimi używając oddzielnych magistral.

µP

dane

pamięć

danych

adres

rozkazy

adres

pamięć

programu

Mikrokontrolery – pamięci wewnętrzne

Mikrokontroler

jednostka

centralna

(CPU, µP)

pamięć

programu

układy

we-wy

szyna danych

szyna adresowa

szyna sterująca

pamięć

danych

Mikrokontrolery – pamięci wewnętrzne

Typy pamięci występujące w mikrokontrolerach:

●

RAM

●

ROM

●

EPROM / OTP

●

EEPROM

●

FLASH

Mikrokontrolery – pamięć RAM

●

wykorzystywana jest praktycznie wyłącznie jako

pamięć danych

●

ma krótki czas dostępu zarówno podczas odczytu jak i
zapisu

●

jest niezbędna do przechowywania tymczasowych
wyników obliczeń

●

jest niezbędna do przechowywania stosu

●

jej zawartość „znika” po wyłączeniu zasilania

Mikrokontrolery – pamięć ROM

Wykorzystywana jako pamięć programu oraz pamięć

stałych.

Zalety:

●

jej zawartość nie może zostać przypadkowo zmieniona

●

duża odporność na promieniowanie jonizujące

●

mały pobór energii

Wady:

●

wymaga

zaprogramowania

przez

producenta

mikrokontrolera

●

zawartość pamięci nie może zostać zmieniona w celu

poprawienia lub uaktualnienia oprogramowania

Mikrokontrolery – pamięć EPROM

Erasable Programable Read Only Memory

●

kasowanie zawartości odbywa się poprzez naświetlanie

promieniowami ultrafioletowymi

●

wykorzystywana jako pamięć programu oraz pamięć

stałych

Mikrokontrolery – pamięć EPROM

Zalety:

●

nie wymaga programowania u producenta

●

możliwość

modyfikowania

zapisanego

w

niej

programu

Wady:

●

wymaga dużo droższej obudowy – z okienkiem
kwarcowym

●

mała odporność na promieniowanie jonizujące

●

możliwość utraty przechowywanej informacji po
pewnym czasie (zwykle 10 lat)

●

długi proces kasowania (kilkanaście minut)

●

stosunkowo długi proces programowania (kilkadziesiąt
sekund)

●

większy pobór energii niż w pamięciach ROM

Mikrokontrolery – pamięć EPROM / OTP

One Time Programable

●

mikrokontroler umieszczany jest w tańszej obudowie -

bez okienka

●

niemożliwe jest skasowanie zapisanej informacji

Mikrokontrolery – programowanie pamięci EPROM / OTP

Mikrokontrolery – weryfikacja pamięci EPROM / OTP

Mikrokontrolery – programowanie pamięci EPROM / OTP

Mikrokontrolery – pamięć EEPROM

Electricaly Erasable Programable Read Only Memory

●

możliwa jest modyfikacja zawartości poszczególnych

komórek pamięci poprzez przyłożenie odpowiednich
sygnałów elektrycznych lub wykonanie odpowiednich
procedur programowania

●

wykorzystywana jako pamięć programu oraz pamięć

części danych

Mikrokontrolery – pamięć EEPROM

Zalety:

●

nie wymaga długotrwałego kasowania poprzez
naświetlanie promieniowaniem ultrafioletowym

●

umożliwia zapisywanie w niej pewnych danych, które
będą przechowane po wyłączeniu systemu

●

umożliwia modyfikację pojedynczych bajtów

●

nie wymaga drogiej obudowy z okienkiem

Mikrokontrolery – pamięć EEPROM

Wady:

●

wymaga droższej technologii niż EPROM/OTP

●

wymaga

specjalnych

zabezpieczeń

przed

przypadkową modyfikacją zawartości

●

możliwość utraty przechowywanej informacji po
pewnym czasie (zwykle 10 lat)

●

stosunkowo długi proces programowania (kilkadziesiąt
sekund)

●

większy pobór energii niż w pamięciach ROM

Mikrokontrolery – pamięć FLASH

Zalety:

●

prostsza (tańsza) technologia niż EEPROM

●

zwykle możliwość programowania w systemie

Wady:

●

konieczność

kasowania

całej

pamięci,

lub

przynajmniej całych fragmentów pamięci

Mikrokontrolery – pamięć FLASH

Wady:

●

wymaga droższej technologii niż EPROM/OTP

●

wymaga

specjalnych

zabezpieczeń

przed

przypadkową modyfikacją zawartości

●

możliwość utraty przechowywanej informacji po
pewnym czasie (zwykle 10 lat)

●

stosunkowo długi proces programowania (kilkadziesiąt
sekund)

●

większy pobór energii niż w pamięciach ROM

Mikrokontrolery – pamięci nieulotne

Pamięci

nieulotne

są

niezbędne

aby

system

mikroprocesorowy mógł zacząć działać, gdyż po

włączeniu zasilania (ściślej po wykonaniu operacji

RESET) mikroprocesor zaczyna pobierać rozkazy

(począwszy od pewnego ustalonego adresu), a więc

kody instrukcji, które muszą być znane i ustalone przed

uruchomieniem systemu mikroprocesorowego.

Mikrokontrolery – zabezpieczenia przed kopiowaniem

Mikrokontrolery

Mikrokontroler

jednostka

centralna

(CPU, µP)

pamięć

programu

układy

we-wy

szyna danych

szyna adresowa

szyna sterująca

pamięć

danych

Mikrokontrolery – jednostki centralne

Wiele układów mikrokontrolerów produkowanych przez

jednego producenta.

Jednak zwykle produkowana jest tylko jedna lub kilka
rodzin mikrokontrolerów.

Rodziny są oparte na tej samej jednostce centralnej.
Poszczególne typy różnią się tylko wielkościami
wbudowanych pamięci i różnorodnością zastosowanych
układów peryferyjnych.

Mikrokontrolery – układy wejścia-wyjścia

Wbudowane

układy

wejścia-wyjścia

(układy

peryferyjne):

●

porty równoległe

●

układy licznikowe

●

układy komunikacyjne

­

UART (SCI)

­

SPI

­

I

2

C

­

CAN

­

USB

●

przetworniki A/C

●

komparatory

●

przetworniki C/A, PWM

●

sterowniki specjalizowane (np. do LCD)