Микропроцессорные системы - Александров Е.К.
ISBN 5-7325-0516-4
Скачать (прямая ссылка):
зарезервирована для использования в последующих моделях процессоров, где
предполагается значительное расширение возможностей контроля
функционирования различных устройств системы.
2.9. RISC-МИКРОПРОЦЕССОРЫ И RISC-МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ СЕМЕЙСТВ POWERPC
(МРС60Х, МРС50Х)
RISC-архитектура достаточно широко используется в различных изделиях,
выпускаемых компанией "Motorola". Поэтому целесообразно определить ее
основные особенности. Первые RISC-микропроцессоры, разработанные в
Стенфордском и Калифорнийском университетах США в начале 1980-х гг.,
выполняли относительно небольшой набор команд - 50-100 вместо 100-200,
выполняемых обычными - CISC- (complex instruction set computer- компьютер
со сложным набором команд) процессорами. Именно эта особенность и
определила название данного класса микропроцессоров - RISC (reduced
insruction set computer - компьютер с сокращенным набором команд). Однако
в последующих разработках RISC-микропроцессоров набор команд значительно
расширен, вклю-.тмянпы обработки чисел с плавающей точкой. i
RISC-МИКРОПРОЦЕССОРЫ И RISC-МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ СЕМЕЙСТВ POWERPC И COLDFIRE
В настоящее время определились следующие характерные особенности RISC-
микропроцессоров:
• расширенный объем регистровой памяти: от 32 до нескольких сотен
регистров общего назначения, входящих в состав микропроцессора;
• использование в командах обработки данных только регистровой адресации
(обращение к памяти используется в командах загрузки и сохранения
содержимого регистров, а также в командах управления программой);
• отказ от аппаратной реализации сложных способов адресации (с пост-
инкрементом или пре-декрементом, косвенная адресация и др.);
• фиксированный формат команд (обычно четыре байта) вместо переменного
формата (от 1 до 12 и более байт), характерного для CISC-
микропроцессоров;
• исключение из набора команд, реализующих редко используемые операции, а
также команд, не вписывающихся в принятый формат.
Преимущественное использование регистровой адресации значительно повышает
производительность микропроцессоров. Фиксированный формат команд, отказ
от сложных и редко используемых команд и способов адресации существенно
упрощает устройство управления, сокращает объем микропрограммной памяти,
что позволяет уменьшить размер кристалла RISC-процессоров, снизить их
стоимость и повысить тактовую частоту. Введение фиксированного формата
команд обеспечивает также более эффективную работу конвейера, уменьшает
число тактов простоя и ожидания, что дает дополнительный рост
производительности.
Перечисленные достоинства RISC-микропроцессоров определили значительный
интерес к этим изделиям. В настоящее время данный вид СБИС выпускают
практически все ведущие производители микропроцессорной техники -
"Motorola", "Intel", "Hewlett -Packard", IBM и другие, а также ряд
компаний, специализирующихся в этой области: "Sun Microsystems", MIPS.
Компания "Motorola" более 10 лет назад начала выпуск RISC-
микропроцессоров семейства М860, которые используются главным образом для
управления сложнофункциональными объектами - лазерными принтерами,
дистанционными манипуляторами и др. В последние годы широкую популярность
получили RISC-процессоры и RISC-контроллеры семейства PowerPC, созданные
на базе разработок консорциума компаний "Motorola", IBM, "Apple
Computers", а также разработанные компанией "Motorola" RISC-процессоры
семейства ColdFire, которые в значительной степени интегрируют
достоинства RISC-и CISC-архитектур. В данной главе описывается
архитектура и особенности функционирования основных моделей
микропроцессоров и микроконтроллеров семейств PowerPC и ColdFire.
2.9.1. RISC-МИКРОПРОЦЕССОРЫ СЕМЕЙСТВА МРС60Х (POWERPC)
Начало созданию этого семейства было положено в октябре 1991 гг., когда
компании IBM, "Motorola" и "Apple Computers" объявили об организации
консорциума для совместной разработки и внедрения RISC-микропроцессоров
новой архитектуры. Их прототипом был выбран процессор Power, используемый
в широко распространенной рабочей станции RS/6000, которая выпускалась
компанией IBM. Для решения этой задачи были сделаны крупные инвестиции
(около 1 млрддолл.) и построен новый центр проектирования в г. Остин
(Техас), открытый в мае 1992 г. Штат центра составили 300 ведущих
специалистов из компаний IBM и " Motorola", в результате работы которых
уже в октябре 1992 г. были получены первые образцы 32-разрядных RISC-
микропроцесоров типа PowerPC 601, а с апреля 1993 г. начался их
ПРОЦЕССОРЫ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ И СИСТЕМЫ НА ИХ ОСНОВЕ
серийный выпуск. В ноябре 1993 г. началось производство следующей модели
- PowerPC 603, предназначенной для использования в портативных
компьютерах. В апреле 1994 г. было объявлено о выпуске более
высокопроизводительной модели PowerPC 604, а в октябре 1994 г. - о
создании модели PowerPC 620, которая положила начало ветви 64-раз-рядных
микропроцессоров этого семейства. В 1995 г. появились модификации моделей
