Wykład 4:
Budowa i działanie mikrokontrolera
Mariusz Chilmon
m.chilmon@amw.gdynia.pl
uc.vmario.org
Mikrokontroler vs. mikroprocesor
Mikroprocesor
Scalony układ cyfrowy przeznaczony do wykonywania operacji arytmetyczno-logicznych według dostarczonego ciągu instrukcji.Mikrokontroler
Scalony układ cyfrowy zawierający mikroprocesor wraz z pamięcią operacyjną, pamięcią programu, źródłem zegara i układami I/O.
W uproszczeniu: płyta główna komputera zamknięta w układzie scalonym.
Mikrokontroler
Mikrokontrolery przeznaczone do prostszych systemów wbudowanych nie wymagają żadnych układów zewnętrznych do wykonywania programu.Przykłady
Budowa mikrokontrolera
Budowa CPU
Mapa pamięci
RISC vs CISC
Definicje
- RISC
- Reduced Instruction Set Computer
- CISC
- Complex Instruction Set Computer
Porównanie
| RISC | CISC | |
|---|---|---|
| zbiór instrukcji | ~100 | ~1000 |
| instrukcje | proste | złożone |
| CPI | 1…2 | 1…100 |
| adresowanie | proste | złożone |
| obliczenia | register-register (load-store) | register-memory |
| kod | dłuższy | krótszy |
Porównanie
; CISC
; Pomnóż liczby pod adresami 0x04 i 0x08 w RAM.
; Wynik zapisz w 0x04.
MUL 0x04, 0x08
; RISC
MOV R1, 0x04 ; Załaduj pierwszą liczbę z RAM do R1.
MOV R2, 0x08 ; Załaduj drugą liczbę z RAM do R2.
MUL R1, R2 ; Pomnóż liczby i umieść wynik w R1.
MOV 0x04, R1 ; Przepisz wynik z R1 do RAM.
Porównanie
| RISC | CISC | |
|---|---|---|
| rejestry | więcej | mniej |
| tranzystorów | mniej | więcej |
| zużycie mocy | mniejsze | większe |
| implementacja | hardwired | mikrokod |
| przykłady | AVR, PIC, ARM, RISC-V, SPARC | 8051, x86, x86-64 |
Liczba bitów
O czym mówi liczba bitów?
- szerokość słowa AlU
- rozmiar rozkazu
- rozmiar rejestrów
- szerokość szyn danych
- wielkość przestrzeni adresowej
1-bit
- MC14500BCP
- sterowniki PLC
8-bit
- Intel 8008
- Intel 8051
- Z80
- AVR
- AVR XMEGA
- PIC
- PIC16
- PicoBlaze
16-bit
- Intel 8088
- Motorola 68HC12
- NEC V20
- TI MSP430
- Zilog Z8000
32-bit
- Intel 386
- Intel Pentium
- AMD Duron
- Intel Core Duo
- PIC32
- ARM
- RISC-V
64-bit
- Intel Core
- AMD Ryzen
- ARM
- RISC-V
ISA
(Instruction Set Architecture)
Przykłady
- x86 (IA-32)
- x86-64
- AVR
- ARM
- RISC-V