В ожидании результатов центральный процессор вполне может заниматься другой работой. Например, отсутствие нужной команды в кэш-памяти вовсе не мешает выполнению одной или нескольких команд, которые уже вызваны и каждая из которых может обращаться к данным, которых нет в кэш-памяти. Таким образом, сразу несколько транзакций с UPA могут ожидать выполнения. UPA может справляться с двумя независимыми потоками транзакций (обычно это чтение и запись), каждый поток проходит с несколькими задержками. Задача централизованного контроллера — следить за всем этим и производить обращения к памяти в наиболее рациональном порядке.
Данные из памяти поступают блоками по 8 байт. Для большей надежности они содержат 16-разрядный код исправления ошибок. Можно запрашивать весь блок кэш-памяти (8 байт) или даже меньше. Все входные данные поступают
в буфер UDB и хранятся там. Буфер UDB нужен для того, чтобы дать возможность центральному процессору и памяти работать асинхронно. Например, если центральному процессору необходимо записать слово или строку кэш-памяти в основную память, он может не ждать доступа к UPA, а сразу записать данные в буфер UDB, который доставит их в память позднее. UDB также генерирует код исправления ошибок. Отметим, что описание процессоров UltraSPARC III и Pentium 4 в этой книге очень упрощено. Тем не менее суть их работы изложить удалось.
Pentium 4 и UltraSPARC III — высокопроизводительные процессоры, разработанные для создания быстродействующих персональных компьютеров и рабочих станций. Однако существуют и другие компьютеры — так называемые встроенные системы. Именно их мы здесь рассмотрим на примере процессора 8051.
Не будет преувеличением сказать, что практически любое электронное устройство стоимостью более 100 долларов содержит встроенный компьютер. Телевизоры, сотовые телефоны, электронные секретари, микроволновые печи, видеокамеры, видеомагнитофоны, лазерные принтеры, системы охранной сигнализации, слуховые аппараты, электронные игры и многие другие устройства (их можно перечислять до бесконечности) управляются компьютером. При этом упор делается не на высокую производительность, а на низкую стоимость встроенного компьютера, что приводит к несколько другому соотношению достоинств и недостатков по сравнению с процессорами, которые мы обсуждали до сих пор.
В главе 1 мы уже упоминали о том, что в настоящее время наиболее распространенным микроконтроллером является 8051. Такая популярность, в первую очередь, обусловлена его низкой стоимостью. Как мы сможем убедиться в дальнейшем, 8051 — это небольшая микросхема, к которой очень легко подключать другие устройства. Ее физическая компоновка показана на рис. 3.46.
8051
Рис. 3.46. Физическая компоновка микросхемы 8051
Как видно на этой схеме, 8051 обычно поставляется в стандартном корпусе с 40 выводами (хотя для отдельных вариантов применения предусмотрены и другие корпуса). В этой микросхеме 16 адресных линий, лимит адресации памяти составляет 64 Кбайт. Ширина шины данных — 8 бит, а это означает, что обмен данными между ЦП и памятью осуществляется блоками по одному байту (в Pentium 4 этот показатель составляет 8 байт, в UltraSPARC III — 16 байт). Предусмотрено несколько вариантов управляющих линий (их описание приводится далее), но самым очевидным отличием от Pentium 4 и UltraSPARC, которые представляют собой специализированные ЦП, является присутствие 32 линий ввода-вывода в четырех группах (по 8 бит в каждой). Каждую из линий ввода-вывода можно соединить с кнопкой, переключателем, светодиодом или любым другим элементом управления, применяемым в электронных устройствах, за счет чего организуются входные и выходные потоки данных. К примеру, если микропроцессор 8051 устанавливается в будильник, то все его кнопки и переключатели соединяются с разными линиями ввода-вывода, а еще некоторое количество линий контролируют показания дисплея. Таким образом, все (или почти все) функции будильника оказываются под программным управлением, и необходимость в недешевых дискретных логических схемах отсутствует.