RISC архитектуралы бір кристалды МК. PIC-контроллері. Команда беру құрылымы және жүйесі.

Тақырып: RISC архитектуралы бір кристалды микроконтроллерлер. PIC-контроллері. Команда беру құрылымы және жүйесі

 

---

 

 Кіріспе

 

RISC архитектурасы (Reduced Instruction Set Computing) – командалар жиынтығын азайту арқылы өнімділікті арттыруға бағытталған микропроцессорлық және микроконтроллерлік архитектура. RISC негізіндегі микроконтроллерлер қарапайым командалар жиынтығына ие болғандықтан, оларды орындау жылдамдығы жоғары және энергияны тиімді тұтынады. PIC-контроллерлері – RISC архитектурасына негізделген танымал микроконтроллерлердің бірі және олар Microchip Technology компаниясымен жасалады. Бұл контроллерлер түрлі салаларда, әсіресе шағын автоматтандыру жүйелерінде және тұрмыстық техникада кеңінен қолданылады.

 

---

 

 RISC архитектурасының ерекшеліктері

 

RISC архитектурасы бірнеше негізгі ерекшеліктерге ие:

 

1. Командалар жиынтығының қарапайымдылығы: RISC архитектурасында командалар саны аз және олардың әрқайсысы бірдей ұзындыққа ие. Әрбір команда бір такт ішінде орындалады, бұл командаларды өңдеу жылдамдығын арттырады.

  

2. Құбырлы орындау (Pipeline): RISC процессорлары командаларды құбырлы орындау технологиясын қолдана отырып, бір уақытта бірнеше команданы өңдей алады. Бұл тәсіл процессордың өнімділігін арттырады.

 

3. Жадыға сирек қатынау: RISC архитектурасында регистрлер саны көп болғандықтан, жадыға жиі қатынасу қажет емес. Бұл әдіс жадыға қатынау уақытын азайтып, операцияларды жылдамдатады.

 

4. Энергия тиімділігі: Қарапайым командалар жиынтығы мен төмен қуат тұтыну арқасында RISC микроконтроллерлері энергияны тиімді пайдаланады.

 

---

 

 PIC-контроллерлер және олардың архитектурасы

 

PIC-контроллерлер (Peripheral Interface Controller) – Microchip Technology компаниясы шығаратын және RISC архитектурасына негізделген микроконтроллерлердің кең танымал сериясы. PIC-контроллерлерде бір кристалды архитектура қолданылған, яғни барлық компоненттер (процессор, жады, кіріс-шығыс порттары және т.б.) бір кристалл ішінде орналасады.

 

PIC-контроллерлердің негізгі ерекшеліктері:

 

1. 8, 16 және 32 биттік нұсқалары: PIC-контроллерлердің түрлі өнімділіктегі нұсқалары бар, олар белгілі бір қосымшаға байланысты таңдалады.

  

2. Құбырлы орындау жүйесі: Бір уақытта бірнеше команданы орындауға мүмкіндік беретін құбырлы жүйесі бар.

 

3. Flash-жадты қолдау: PIC-контроллерлерде бағдарламаны қайта жазуға мүмкіндік беретін Flash жады бар. Бұл оларды дамыту мен тестілеуде қолайлы етеді.

 

4. Үзу жүйесі: Көптеген сыртқы және ішкі үзу көздерін қолдау, бұл құрылғының сыртқы сигналдарға жылдам жауап беруіне мүмкіндік береді.

 

5. Таймерлер және PWM: Таймерлер, есептегіштер және импульстердің ені бойынша модуляция (PWM) функциялары бар.

 

6. Жоғары икемділік: Әрбір кіріс-шығыс порты дербес конфигурациялана алады, бұл құрылғының әртүрлі перифериялық құрылғылармен жұмыс істеуін жеңілдетеді.

 

---

 

 Команда беру құрылымы және жүйесі

 

PIC-контроллерлердегі командалар құрылымы RISC архитектурасының қарапайым және жылдам командаларды орындау принципіне негізделген. Барлық командалар бір тактіде орындалады, ал бұл микроконтроллердің жылдамдығын арттырады.

 

# Командалардың негізгі түрлері

 

PIC-контроллерлерде командалар жиынтығы шағын, бірақ олар жалпы бағдарламалау міндеттерін орындауға жеткілікті. Командалардың негізгі түрлері мыналар:

 

1. Мәліметтерді көшіру командалары: Бұл командалар мәліметтерді бір регистрден екінші регистрге, регистрден жадқа немесе керісінше көшіруге мүмкіндік береді.

  

2. Арифметикалық командалар: Қосу, азайту, көбейту және басқа арифметикалық операцияларды орындау үшін қолданылады. RISC архитектурасында әрбір арифметикалық операция регистрлерде орындалады.

 

3. Логикалық командалар: Логикалық ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, ЕМЕС сияқты операциялар мәліметтерге биттік деңгейде қолданылады.

 

4. Ауыстыру және ауыстыру командалары: Биттерді солға немесе оңға жылжыту, айналдыру операциялары мәліметтерді өңдеудің маңызды бөлігі болып табылады.

 

5. Басқару командалары: Бұл командалар белгілі бір шартқа байланысты бағдарлама ағымын өзгертуге мүмкіндік береді (мысалы, шартты көшу, циклдарды ұйымдастыру).

 

6. Үзу командалары: Сыртқы немесе ішкі үзу болған кезде белгілі бір командаларды орындауға мүмкіндік береді.

 

# Командалар беру жүйесі

 

PIC-контроллерлердегі командалар беру жүйесі құбырлы орындау технологиясына негізделген. Бұл жүйе бірнеше команданы бір уақытта орындауға мүмкіндік береді, яғни бір команда орындалып жатқан кезде келесі команда дайындық сатысында болады. Осылайша, процессордың жалпы өнімділігі артады.

 

# Командалар форматы

 

PIC-контроллерлердегі командалардың ұзындығы 12, 14 немесе 16 битке тең және әр команда келесі ақпаратты қамтиды:

- Операция коды (Opcode): Орындауға тиісті команданы анықтайды.

- Мекенжай немесе мәліметтер өрісі: Бұл өріс белгілі бір регистрді немесе жад ұяшығын көрсетеді немесе мәліметтер мәнін қамтиды.

 

Мысалы, 8 биттік PIC-контроллерде келесі командалар орындалуы мүмкін:

 

- MOVLW d: Литерді жұмыс регистріне (W) жүктеу.

- ADDWF f, d: Регистр мәнін W-мен қосу және нәтижені басқа регистрге сақтау.

- BSF f, b: Белгілі бір битті орнату.

- BCF f, b: Белгілі бір битті өшіру.

 

Бұл командалар қарапайым және жылдам орындалады, бұл RISC архитектурасының басты артықшылықтарының бірі болып табылады.

 

---

 

 Қорытынды

 

RISC архитектурасына негізделген PIC-контроллерлер өнімділік, энергия үнемдеу және қарапайымдылық жағынан тиімді. PIC-контроллерлердегі командалар беру құрылымы қарапайым командаларды бір тактіде орындауға мүмкіндік беретіндіктен, оларды қарапайым есептер мен шағын автоматтандырылған жүйелерде қолдану қолайлы. Команда беру құрылымы мен жүйесі әрбір команданың тиімді орындалуын қамтамасыз етеді, бұл құрылғының сенімділігін арттырып, күрделі бағдарламаларды орындауға мүмкіндік береді.