Микропроцессорные системы - Александров Е.К.
ISBN 5-7325-0516-4
Скачать (прямая ссылка):
PowerPC 603,604 с тактовой частотой 133 и 166 МГц, а в 1996 г. - с
частотой 200 МГц. Эти модели микропроцессоров, выпускаемые фирмой
"Motorola", входят в семейство МРСбОх. Все микропроцессоры семейства
имеют суперскалярную структуру, которая содержит от 4 до 6 параллельно
работающих исполнительных устройств, обеспечивающих одновременное
выполнение нескольких команд.
Таким образом, менее чем за четыре года было разработано и выпущено
семейство из четырех высокопроизводительных микропроцессоров, на базе
которых уже реализованы десятки типов компьютеров, серверов и других
цифровых систем различного назначения. Эти микропроцессоры послужили
основой для создания новых семейств микроконтроллеров МРС5ххх и
коммуникационных контроллеров МРС860.
В данном параграфе рассматривается архитектура и функционирование
наиболее производительной 32-разрядной модели МРС604, а также дается
обзор основных характеристик других моделей этого семейства, которое
получило название МРСбхх.
Структура и функционирование микропроцессора МРС604. В микропроцессорах
PowerPC, как и в семействе М68ххх, реализован принцип выделения отдельных
ресурсов для решения задач пользователя и супервизора. В соответствии с
этим принципом архитектура PowerPC содержит регистры, входящие в модели
пользователя или супервизора, а также имеет ряд привилегированных команд,
выполняемых только в режиме супервизора.
В регистровую модель пользователя (рис. 2.66), которая является общей для
всего семейства PowerPC, входят:
• тридцать два 32-разрядных регистра общего назначения GPR31-0 для
хранения целочисленных операндов;
• тридцать два 64-разрядных регистра FPR31-0 для хранения операндов с
плавающей точкой;
• 32-разрядные регистры условий (признаков) CR и состояния при обработке
чисел с плавающей точкой FPSR;
• 32-разрядные регистры XER, LR, CTR, используемые при обработке
исключений.
31 о 63 0
GPR0 FPR0
GPR1 FPR1
GPR31 FPR31
31 о 31 0
г:------------- CR j | FPSCR |
31_____________________________о 31_____________________________0
Г XER(SPR1) 1 | LR (SPR8) 1
31 0
I CTR (SPR9) ~~|
Рис. 2.66. Регистровая модель пользователя для микропроцессоров PowerPC
RISC-МИКРОПРОЦЕССОРЫ И RISC-МИКРОКОНТРОППЕРЫ СЕМЕЙСТВ POWERPC И COLDFIRE
В отличие от CISC-процессоров эта регистровая модель не содержит
программного счетчика PC и указателя стека SP. Отсутствие PC связано с
тем, что микропроцессоры PowerPC не выполняют команд записи или чтения
программного счетчика. Эти микропроцессоры не выполняют также операций со
стеком (в случае необходимости стек реализуется программно), поэтому они
не содержат SP.
Регистр условий CR (рис. 2.67, а) состоит из восьми 4-битовых полей CR7-
0. Младшее поле CR0 содержит признаки, формируемые в результате
целочисленных операций:
LT = 1 - при отрицательном результате;
GT = 1 - при положительном ненулевом результате;
EQ = 1 - при нулевом результате;
SO - принимает значение аналогичного бита в регистре XER.
Поле CR1 содержит признаки FX, FEX, VX, ОХ, устанавливаемые при операциях
над числами с плавающей точкой, которые принимают значения аналогичных
битов в регистре FPSCR. Содержимое остальных полей CR7-2 устанавливается
по результату операций сравнения целых или вещественных (с плавающей
точкой) чисел. При сравнении целых чисел формируются признаки LT
(меньше), GT (больше), EQ (равно), SO, назначение которых указано выше.
При сравнении вещественных чисел устанавливаются аналогичные признаки FL
(меньше), FG (больше), FE (равно), а также признак FU, который принимает
значение FU = 1, если хотя бы один из сравниваемых операндов является не-
числом (NAN). Наличие различных полей для признаков позволяет сохранять
несколько результатов сравнения, которые используются по мере
необходимости.
Следует отметить, что в микропроцессорах семейства PowerPC принята
нумерация разрядов, начиная со старшего. При этом биты АО, DO содержат
старшие разряды, а биты А31, D31 - младшие разряды 32-разрядного слова
адреса или данных. Соответственно и содержимое регистров микропроцессора
представляется в формате, начальный бит которого имеет номер 0 (см. рис.
2.67, 2.69, 2.70, 2.71).
Регистр FPSCR определяет состояние и режим работы блока обработки чисел с
плавающей точкой.
Регистр XER (рис. 2.67, б) содержит признаки переноса СА, переполнения
OV, устанавливаемые в результате выполнения арифметических целочисленных
операций, и признак общего переполнения SO, который сохраняет
установленное при переполнении значение SO = 1 до выполнения команд
загрузки в регистр нового содержимого. Значение SO переносится в
соответствующие биты регистра CR после каждой операции. Таким образом,
признак SO = 1 указывает на возникновение переполнения в ранее
выполненных командах программы. Поле SS определяет число байтов (длину
строк символов), пересылаемых соответствующими командами.
a) CR
О 1 2 3 4 5 6 7 28
| LT | GT | EQ | | SO | FX | FEX | VX | OX | ... | LT/FL | GT/FG | EQ/FE I
