- Senibina Pemproses
- Arkitek Set Arahan RISC dan CISC
- Pengkomputeran Set Instruksi Kompleks (CISC)
- Pengkomputeran Set Petunjuk Berkurang (RISC)
Sistem embedded adalah nadi dan teras bagi kebanyakan produk elektronik yang terdapat di pasaran. Ini adalah pelaksanaan kejuruteraan di mana perkakasan memenuhi perisian. Kita dikelilingi oleh dunia sistem tertanam, dengan komputer mini di kunci pintu biometrik, kapal terbang, kereta, alat pacu jantung, dan lain-lain. Kekurangan sumber ini, sistem kecil, pintar dan berkuasa membantu kita dalam tugas harian kita.
Pernah memikirkan bagaimana tubuh kita berfungsi, sistem saraf, otak dan kemampuan untuk melakukan pelbagai tugas. Sekiranya anda menggabungkan semua fungsi ini, anda akan mendapat gambaran kasar mengenai sistem tertanam biologi. Otak kita menyembunyikan perincian kompleks dari fungsinya yang berlaku di dalamnya tetapi memungkinkan kita untuk mengawalnya dengan potensi maksimum. Kerumitan yang sama berlaku untuk pemproses atau pengawal yang digunakan dalam sistem terbenam. Mereka menyembunyikan perincian yang rumit dan memberi kita antara muka tahap tinggi untuk diusahakan. Untuk tahap pengabstrakan, seseorang dapat mengaitkan bagaimana kod untuk menambahkan dua nombor dalam bahasa pengaturcaraan tahap tinggi menyebabkan daftar dalam cip mengendalikan bit dan memberikan output kembali kepada pengguna.
Senibina Pemproses
Unit pemprosesan Pusat, merujuk kepada mikropemproses dan mikrokontroler, melakukan tugas tertentu dengan bantuan Unit Kawalan (CU) dan Unit Logik Aritmetik (ALU). Oleh kerana arahan disampaikan dari RAM, CPU bertindak dengan bantuan dua unit bantuannya dengan membuat pemboleh ubah dan memberikannya nilai dan memori. Sangat penting untuk mengetahui bagaimana CPU melakukan semua tindakan ini dengan bantuan senibina. Sekiranya anda ingin mengetahui lebih lanjut mengenai bagaimana mikrokontroler berfungsi, anda boleh membaca artikel asas mikrokontroler ini.
Setiap CPU mempunyai memori yang berkaitan dengannya untuk menyimpan program dan data. Program dan data berfungsi dengan CPU untuk mendapatkan output. Program memberikan arahan sementara data memberikan maklumat yang harus dikerjakan. Untuk mengakses program dan data CPU menggunakan bas, bas ini adalah wayar, lebih tepatnya ini adalah jejak wayar seperti yang mungkin anda lihat di papan litar bercetak. Selama bertahun-tahun mikrokontroler dan mikropemproses telah berkembang dengan menyesuaikan pelbagai seni bina, berdasarkan keperluan aplikasi atau reka bentuk pemilihan mikrokontroler dipengaruhi oleh jenis seni bina yang digunakan di dalamnya. Mari lihat seni bina yang popular.
Senibina Von-Neumann / Princeton
Cara CPU mendapatkan akses ke program dan data, menceritakan tentang arsitektur CPU. Sebelumnya bas tunggal digunakan untuk mendapatkan akses ke program dan data. Jenis seni bina ini dikenali sebagai Von Neumann Architecture atau lebih ringkasnya Princeton Architecture. Bus tunggal untuk mendapatkan kod dan data bermaksud, mereka datang untuk saling masuk dan melambatkan kelajuan pemprosesan CPU kerana masing-masing harus menunggu yang lain untuk menyelesaikan pengambilan. Batasan ini juga dikenali sebagai keadaan bottleneck Von-Neumann.
Seni bina Harvard
Untuk mempercepat proses Harvard Architecture dicadangkan. Dalam seni bina ini terdapat bas data yang berasingan untuk data dan program. Jadi ini bermaksud seni bina ini mencadangkan penggunaan empat bas
- Satu set data bus membawa data masuk dan keluar dari CPU.
- Satu set bus alamat untuk mengakses data.
- Satu set data bus untuk membawa kod ke dalam CPU.
- Bas alamat untuk mengakses kod.
Penggunaan bus alamat dan data bus yang terpisah bermaksud waktu pelaksanaan yang rendah untuk CPU tetapi ini memerlukan biaya kerumitan dalam merancang arsitektur. Senibina Von Neumann mungkin terdengar agak malas tetapi mempunyai kelebihan dari reka bentuknya yang sederhana.
Senibina Harvard jauh lebih mudah untuk dilaksanakan apabila CPU dan unit memori mempunyai ruang yang sama atau RAM dan ROM terpasang (on-chip) dengan unit pemprosesan, seperti pada mikrokontroler di mana jaraknya dalam mikron dan milimeter. Walau bagaimanapun, seni bina yang sama sukar untuk dilaksanakan di mana memori yang memegang kodnya adalah luaran dari unit pemprosesan seperti yang terdapat di x86 IBM PC. Satu set jejak wayar yang terpisah untuk kedua-dua data dan alamat di papan induk akan menjadikan papan itu kompleks dan mahal. Mari fahami dengan contoh pemproses.
Pemproses dengan bas data 64-bit dan bas alamat 32-bit memerlukan kira-kira 100 bas (96 untuk bas data dan alamat dan beberapa yang lain untuk isyarat kawalan) untuk pelaksanaan seni bina Von-Neumann. Struktur yang sama jika dilaksanakan dengan seni bina Harvard akan menelan jejak dawai berkembar kira-kira 200 dengan sebilangan besar pin keluar dari prosesor. Kerana alasan yang sama, kami tidak melihat seni bina Harvard tulen dilaksanakan untuk PC dan stesen kerja. Sebaliknya, seni bina Harvard yang diubahsuai digunakan di mana hierarki memori dengan memori cache CPU digunakan untuk memisahkan program dan data. Hierarki memori memisahkan penyimpanan berdasarkan hierarki masa tindak balas proses.
Arkitek Set Arahan
Oleh kerana program (kod) dimuat ke dalam memori sistem (RAM) ia diambil oleh CPU (merujuk kedua mikropemproses dan mikrokontroler) untuk bertindak pada data, ini serupa dengan kita memberi arahan ketika kita melatih anjing untuk tindakan dan arahan tertentu. Oleh kerana arahan itu dilaksanakan pada transistor tertentu, dari satu tahap logik ke tahap yang lain untuk mewujudkannya. Oleh itu pada asasnya dengan bantuan arahan manusia programmer berkomunikasi dengan pemproses. Setiap CPU mempunyai set arahannya sendiri, kumpulan petunjuk berdasarkan seni bina dan kemampuannya.
CPU memahami arahan ini dalam kombinasi 0 dan 1 yang juga dikenali sebagai opcode. Bagi pengaturcara manusia, sangat sukar untuk mengingat kombinasi 0 dan 1 untuk setiap arahan yang berkaitan dengan CPU. Untuk memastikan tugas pengaturcara manusia menjadi mudah, kami diberikan antara muka tahap tinggi arahan ini dan penyusun menukarnya dalam bentuk 0 dan 1 untuk pemprosesannya. Juga dalam set instruksi setiap CPU, ia memiliki sejumlah petunjuk yang dapat dimengerti.
Prestasi CPU
Anda mungkin pernah mendengar istilah kadar jam CPU yang berkaitan dengan prestasi CPU. CPU umumnya mempunyai kadar jam dalam MHz (Mega-Hertz) atau GHz (Giga-Hertz) seperti kadar jam 25 GHz. Nombor yang berkaitan dengan kadar jam memberitahu berapa kali jam di dalam CPU berdetak dalam kitaran sesaat. Kepraktisan kadar jam dapat difahami oleh fakta bahawa petunjuk dilakukan berdasarkan kitaran jam CPU yang sebanding dengan jumlah program yang dapat dijalankan CPU pada satu masa.
The prestasi CPU bergantung kepada bilangan arahan yang tertulis dalam program ini, lebih arahan, lebih banyak masa yang diambil oleh CPU untuk melaksanakan mereka. Itu juga bergantung pada jumlah kitaran jam di mana setiap instruksi dijalankan, petunjuk tertentu memerlukan lebih banyak kitaran jam untuk dilaksanakan daripada yang lain sehingga mereka ketinggalan dalam prestasi CPU. Arahan dalam program dan kitaran yang diperlukan untuk melaksanakan setiap arahan adalah berkadar terbalik antara satu sama lain. Mengubah satu akan mempengaruhi yang lain. Ini adalah titik di mana industri CPU terbahagi.
Arkitek Set Arahan RISC dan CISC
Seperti yang disebutkan di atas Pelaksanaan program dan kinerja CPU bergantung pada jumlah instruksi dalam program di mana instruksi tersebut diusulkan untuk CPU tertentu sebagai bagian dari set instruksi dan faktor kedua adalah jumlah kitaran jam di yang mana setiap arahan dilaksanakan. Berdasarkan dua faktor ini, kini terdapat dua set arahan yang tersedia. Yang paling awal adalah Kompleks Instruksi Set Komputasi (CISC) sementara yang lain adalah Pengkomputeran Set Pengurangan Instruksi (RISC). Mari kita bincangkan setiap seni bina ini secara terperinci untuk memahami perbezaan antara RIC dan CISC Architecture.
Pengkomputeran Set Instruksi Kompleks (CISC)
CISC bermaksud Komputer Instruksi Set Komputasi. Motif utama CISC adalah untuk mengurangkan jumlah arahan yang dilaksanakan oleh program, ini dilakukan dengan menggabungkan banyak arahan mudah seperti mod alamat, memuat, dll dan untuk membentuk satu arahan yang kompleks. The arahan CISC termasuk satu siri arahan mudah dan juga beberapa arahan khas yang mengambil kitaran lebih daripada satu jam untuk melaksanakan. Arahan CISC secara langsung dapat berfungsi pada memori tanpa campur tangan register yang bermaksud menghilangkan keperluan untuk beberapa petunjuk asas seperti memuat nilai dan keperluan memori (RAM). Arahan CISC lebih menekankan pada perkakasan daripada perisian, yang bermaksud bahawa bukannya meletakkan beban pada penyusun,CISC menggunakan transistor sebagai perkakasan untuk menyahkod dan melaksanakan arahan. Namun, kerana instruksi itu kompleks dan terdiri dari beberapa langkah, instruksi tersebut dilaksanakan dalam lebih banyak bilangan pusingan jam.
A analogi mudah untuk mengaitkan adalah apabila anda diberitahu untuk membuka buku dan membaca 3 rd 2 bab ini nd halaman. Dalam siri aktiviti ini, anda melakukan beberapa langkah seperti mencari buku dari beg anda daripada menukar halaman ke bab 3 dan kemudian pergi ke halaman kedua bab dan kemudian mula membaca. Siri langkah yang jika digabungkan dalam satu arahan daripada page 44 (iaitu 2 bacaan nd nombor halaman 3 rd bab), kita akan mendapat arahan CISC.
Pengkomputeran Set Petunjuk Berkurang (RISC)
Cip bersepadu pertama dirancang oleh Jack Kilby pada tahun 1958 yang merupakan pengayun dan pada tahun mikropemproses komersial pertama 1970 keluar dari Intel. Walaupun pada permulaan pemproses tidak ada CISC. Tetapi dengan tuntutan pengkomputeran yang berat, seni bina CISC menjadi lebih kompleks dan sukar dikendalikan. Reka bentuk semula keseluruhan seni bina CISC yang dikenali sebagai RISC keluar dari IBM oleh John Coke. Oleh itu untuk membezakan antara dua seni bina istilah RISC dan CISC diperkenalkan.
RISC bermaksud pengkomputeran set arahan yang dikurangkan. Motif utama RISC adalah untuk memperkenalkan keseragaman dalam ukuran dan pelaksanaan instruksi. Ini dilakukan dengan memperkenalkan satu set instruksi sederhana yang dapat dijalankan sebagai satu instruksi per siklus, ini dilakukan dengan memecahkan instruksi yang kompleks seperti memuat dan menyimpan ke dalam instruksi yang berbeda, di mana setiap instruksi memerlukan satu siklus jam untuk dijalankan. The senibina RISC termasuk arahan mudah yang sama saiz yang boleh dilaksanakan dalam kitaran jam tunggal. Mesin berasaskan RISC memerlukan lebih banyak RAM daripada CISC untuk menahan nilai kerana memuat setiap arahan ke dalam register. Pelaksanaan satu arahan per kitaran memberi kelebihan mesin berdasarkan RISC ke atas pipelining(pipelining adalah proses di mana instruksi berikutnya dimuat sebelum arahan pertama dijalankan, ini meningkatkan kecekapan pelaksanaan). Senibina RISC menekankan