Цифровое оборудование

Коммутация данных и разрядность процессора

Два способа коммутации данных в процессоре

Передача данных во все эти узлы не вызывает особых проблем, поскольку все их входы, предназначенные для загрузки в них данных, можно подключить к любому участку основного тракта данных, например выходу сдвигателя. А вот передача информации из этих узлов в тракт данных процессора представляет некоторую сложность из-за невозможности соединения выходов. Решить эту проблему можно одним из двух способов. Первый способ состоит в том, чтобы оснастить выход сдвигателя, а также выходы всех этих узлов буферными схемами с тремя состояниями выхода и синхронизировать их работу так, чтобы в нужный момент времени только один узел мог передавать данные. Тогда образуется внутренняя шина данных процессора.

Другой способ состоит в том, чтобы на каком-либо из участков тракта данных, разместить дополнительный селектор с несколькими входами, к каждому из которых подключен один из этих дополнительных узлов. Выбор нужного входа в этом случае позволит выбирать, из какого именно узла мы хотим получить данные.

А что собственно мы хотим получить?

Если все предыдущие рассуждения можно было в той или иной степени отнести к любому процессору, то теперь настала пора определиться с основными характеристиками нашего процессора, т.е. сформулировать, что же мы хотим в итоге получить. Одно дело, если мы хотим получить простой и компактный процессор с низким энергопотреблением, и совсем другое, если требуется получить максимум производительности и функциональных возможностей, который только можно получить в рамках реалистичного масштаба. Определившись в этом выборе, мы сможем ответить на два основных вопроса – какова будет разрядность процессора, и какова будет структура его системы команд. А от этого будет зависеть, как именно мы будем дальше строить схему процессора.

Разрядность процессора.

Разрядность процессора определяется тем, сколько разрядов данных обрабатывает АЛУ процессора за один прием. Соответственно, другие узлы процессора в основном должны иметь такую же разрядность. Хотя это и не всегда справедливо. К примеру, для восьмиразрядных процессоров. Если восьмиразрядное АЛУ вполне позволяет, пусть и не очень быстро, но все же выполнять почти любые вычисления, то восьмиразрядный счетчик команд или регистр адреса шины сделает этот процессор бессмысленным, поскольку ограничит адресное пространство 256 адресами. Поэтому в восьмиразрядных процессорах счетчик команд и регистр адреса шины должны иметь как минимум 16 разрядов, что позволяет расширить адресное пространство до 64 килобайт.  Кроме того, восьмиразрядное слово не позволяет описать всю систему команд в рамках одного слова и возникает множество команд, состоящих из нескольких байт. Поэтому восемь разрядов – оптимальный выбор для экономичных компактных процессоров с невысокой производительностью.

Шестнадцатиразрядные процессоры – промежуточное решение, не имеющего в настоящее время широкого распространения. Для экономичных такие процессоры уже великоваты, а адресное пространство у них такое же небольшое, как и у восьмиразрядных.

Наиболее универсальны 32-разрядные процессоры, поскольку обычно обладают вычислительной мощностью и адресным пространством, позволяющим решать большинство практических задач. К тому же, 32-разрядное слово предоставляет максимум удобств при разработке системы команд процессора.

64-разрядные процессоры, и процессоры большей разрядности, пока что являются избыточными для большинства приложений, и в основном представляют собой устройства для специальных применений.