Апаратні засоби

У персональному комп'ютері розрізняють три складові: • системний блок, який є центральним блоком комп'ютера, який визначає його основні характеристики. Системні блоки мають різні конструктивні виконання та склад пристроїв. Однак будь-який системний блок містить ряд обов'язкових компонентів та пристроїв, серед яких слід виділити: ■ системну плату, на якій розташовуються центральний процесор, пристрої основної пам'яті, системний таймер, карти розширення та вільні слоти для підключення додаткових карток та ін.; ■ пристрої дискової пам'яті; ■ набір роз'ємів для підключення зовнішніх пристроїв;

• • пристрої введення для введення інформації та управління комп'ютером, що підлягає обробці. У мінімальній конфігурації комп'ютера пристроями введення служать клавіатура і маніпулятор миша;
• • пристрої виведення для виведення, реєстрації та фіксації результатів обробки. Основним пристроєм висновку є монітор, або дисплей.

Загальні відомості про мікропроцесори

Основні поняття

Мікропроцесор - це програмно-керований пристрій у вигляді інтегральної мікросхеми (ВІС або НВІС), призначений для обробки цифрової інформації. Мікропроцесор є універсальним пристроєм і, крім комп'ютерів, знаходить широке застосування в цифрових системах різного призначення. Це можуть бути системи управління об'єктами та процесами, інформаційно-вимірювальні системи та інші види систем, що використовуються в промисловості, побутовій техніці, зв'язку та багатьох інших галузях та сферах людської діяльності.

Структура процесора є сукупністю його елементів, вузлів, блоків, модулів, а також зв'язків між ними, яка визначає апаратну організацію процесора, тобто. склад та взаємодія апаратних засобів, розміщених у мікросхемі процесора. До структури входять:

• • центральний процесор, або процесорне ядро, що складається з одного або декількох операційних пристроїв та пристрої керування;
• • внутрішня пам'ять у вигляді регістрів, кеш-пам'яті, модулів оперативної та постійної пам'яті;
• • інтерфейсний блок забезпечує вихід на системну шину та обмін даними із зовнішніми пристроями через паралельні або послідовні порти вводу-виводу;
• • периферійні пристрої (Спеціалізовані контролери, аналого-цифрові перетворювачі, таймерні модулі);
• • різні допоміжні схеми (Наприклад, генератор тактових імпульсів).

Склад компонентів, що входять до структури мікропроцесора, і механізми їх взаємодії, що реалізуються, визначаються функціональним призначенням і областю застосування мікропроцесора.

Архітектура процесора є сукупністю його апаратних і програмних засобів, що забезпечують обробку цифрової інформації (виконання програми). Це загальне поняття проти поняттям "структура" визначає логічну організацію мікропроцесора та комп'ютера в цілому. Архітектура процесора включає набір програмно-доступних регістрів і операційних пристроїв, систему основних команд і способів адресації, обсяг і організацію пам'яті, що адресується, види і способи обробки даних (обмін, переривання, прямий доступ до пам'яті та ін).Наприклад, сучасні 32-розрядні процесори х86 з архітектурою IA-32 (Intel Architecture – 32 bit) мають стандартний набір регістрів, загальну систему основних команд, однакові способи організації та адресації пам'яті, захисту пам'яті та обслуговування переривань. Часто архітектуру процесора ототожнюють із архітектурою комп'ютера (наприклад, CISC, RISC – див. нижче).

Урок 24. Апаратні засоби комп'ютера

Під структурою комп'ютера розуміють модель, що визначає склад, порядок та принципи взаємодії елементів комп'ютера.

Архітектура комп'ютера - загальний опис його структури та функцій.

У поняття «архітектура комп'ютера» входять: будову комп'ютера, фізичні, арифметичні та логічні принципи роботи його блоків, склад та функції програмного забезпечення.

В основу архітектури сучасних комп'ютерів покладено магістрально-модульний принцип.

Відповідно до магістрально-модульним принципом комп'ютер є набір блоків, що взаємодіють із загальним каналом для обміну даними - системною шиною (магістраллю). Кожен блок виконує спеціалізовані операції.

Спільність архітектури різних комп'ютерів забезпечує їхню сумісність з погляду користувача.

Слоти — роз'єм для вставлення карт розширення. Карта розширення - Спеціальна плата, яку встановлюють у слот розширення материнської плати з метою додавання комп'ютера додаткових функцій.

Системна шина виконує роль інформаційної магістралі, яка пов'язує всі пристрої комп'ютера один з одним.

Завдання на тему уроку

Завдання 1. Заповніть таблицю (завантажити)

Апаратні засоби

=> пристрої введення для введення інформації та управління комп'ютером, що підлягає обробці.У мінімальній конфігурації комп'ютера пристроями введення служать клавіатура і маніпулятор миша; => пристрої виведення для виведення, реєстрації та фіксації результатів обробки. Основним пристроєм висновку є монітор, або дисплей.

Загальні відомості про мікропроцесори

Основні поняття. Мікропроцесор - це програмно-керований пристрій у вигляді інтегральної мікросхеми (ВІС або НВІС), призначений для обробки цифрової інформації. Мікропроцесор є універсальним пристроєм і, крім комп'ютерів, знаходить широке застосування в цифрових системах різного призначення. Це можуть бути системи управління об'єктами та процесами, інформаційно-вимірювальні системи та інші види систем, що використовуються в промисловості, побутовій техніці, зв'язку та багатьох інших галузях та сферах людської діяльності.

Структура процесора є сукупністю його елементів, вузлів, блоків, модулів, а також зв'язків між ними, яка визначає апаратну організацію процесора, тобто. склад та взаємодія апаратних засобів, розміщених у мікросхемі процесора. До структури входять:

=> центральний процесор, або процесорне ядро, Що складається з одного або декількох операційних пристроїв та пристрої керування; => внутрішня пам'ять у вигляді регістрів, кеш-пам'яті, модулів оперативної та постійної пам'яті;

=> інтерфейсний блок, Забезпечує вихід на системну шину та обмін даними із зовнішніми пристроями через паралельні або послідовні порти вводу-ви вода;

=> периферійні пристрої (Спеціалізовані контролери, аналого-цифрові перетворювачі, таймерні модулі);

=> різні допоміжні схеми (Наприклад, генератор тактових імпульсів).

Склад компонентів, що входять до структури мікропроцесора, і механізми їх взаємодії, що реалізуються, визначаються функціональним призначенням і областю застосування мікропроцесора.

Архітектура процесора є сукупністю його апаратних і програмних засобів, що забезпечують обробку цифрової інформації (виконання програми). Це більш загальне поняття, порівняно з поняттям «структура», визначає логічну організацію мікропроцесора та комп'ютера в цілому. Архітектура процесора включає набір програмно-доступних регістрів і операційних пристроїв, систему основних команд і способів адресації, обсяг і організацію пам'яті, що адресується, види і способи обробки даних (обмін, переривання, прямий доступ до пам'яті та ін). Наприклад, сучасні 32-розрядні процесори х86 з архітектурою IA-32 (Intel Architecture - 32 bit) мають стандартний набір регістрів, загальну систему основних команд, однакові способи організації та адресації пам'яті, захисту пам'яті та обслуговування переривань. Часто архітектуру процесора ототожнюють із архітектурою комп'ютера (наприклад, CISC, RISC – див. нижче).

Реєстрова модель мікропроцесора. При складанні програм дуже важливо знати, які з регістрів мікропроцесора є програмно-доступними регістрів, в яких можна зберігати дані (операнди) і управляючі сигнали (команди), що підлягають обробці. Сукупність програмно-доступних регістрів утворює реєстрову модель мікропроцесора.

У регістрової моделі можна назвати дві групи регістрів: => регістри загального призначення (РОН), призначені для зберігання операндів (зокрема адресних кодів). Ця група регістрів утворює внутрішню пам'ять мікропроцесора;

=> службові регістри, призначені для управління програмою, що виконується, забезпечення необхідного режиму роботи процесора, організації звернення до пам'яті та виконання інших функцій. Склад та кількість службових регістрів визначаються архітектурою мікропроцесора. До основних службових регістрів належать такі:

• •програмний лічильник PC (Program Counter), або покажчик команд IP (Instruction Pointer);
• • регістр стану SR (Status Register), або прапорів (EFLAGS); •реєстри керування режимом роботи процесора CR (Control Register);
• •реєстри, що реалізують сегментну та сторінкову організацію пам'яті;
• •реєстри, що забезпечують налагодження програм та тестування процесора.

Крім того, різні моделі мікропроцесорів містять низку інших спеціалізованих регістрів.

Функціонування процесора можна представити як процедури зміни стану регістрів (реєстрові пересилання) шляхом читання/запису їх вмісту. В результаті таких пересилок забезпечується адресація та вибірка команд та операндів з основної пам'яті, зберігання та пересилання результатів, зміна послідовності команд та режимів функціонування процесора відповідно до надходження нового вмісту у службові регістри, а також всі інші процедури, що реалізують процес обробки інформації згідно з заданими умовами. .

Основні класифікаційні ознаки архітектур. За форматами команд (інструкцій), що використовуються, можна виділити: => CISC-архітектуру, яка відноситься до комп'ютерів з набором складних команд (Complex Instruction Set Computer). Вона реалізована у багатьох типах мікропроцесорів (наприклад, Pentium), що виконують великий набір різноформатних команд із використанням численних способів адресації.Система команд процесорів з CISC-архітектурою може містити понад 200 команд різного ступеня складності (від 1 до 15 байт) та використовувати десятки різних способів адресації, що дозволяє програмісту реалізувати найефективніші алгоритми вирішення різних завдань. Нестача CISC-архітектури - подальший її розвиток пов'язаний із суттєвим ускладненням структури мікропроцесора, підвищенням його вартості та збільшенням тимчасових витрат на виконання програми;

=> RISC-архітектуру, яка відноситься до комп'ютерів зі скороченим набором команд (Reduced Instruction Set Computer). Поява RISC-архітектури продиктована тим, що багато CISC-команди та способи адресації використовуються досить рідко. Сучасні RISC-процесори реалізують близько 100 команд, що мають фіксований формат довжиною 4 байти, і використовують невелику кількість найпростіших способів адресації (реєстрову, індексну та деякі інші). Для скорочення кількості звернень до зовнішньої оперативної пам'яті RISC-процесори містять десятки-сотні регістрів загального призначення (РОН), тоді як у CISC-процесорах є лише 8-16 регістрів. Звертання до зовнішньої пам'яті в RISC-процесорах використовується лише в операціях завантаження даних у РОН або пересилання результатів з РОН в пам'ять. Через війну значно спрощується структура мікропроцесора.

скорочуються його розміри та вартість, значно підвищується продуктивність. Завдяки вказаним перевагам у багатьох сучасних CISC-процесорах (останні моделі Pentium та К7) використовується RISC-ядро. При цьому складні CISC-команди попередньо перетворюються на послідовність простих RISC-операцій і швидко виконуються RISC-ядром;

=> VLIW-архітектуру, яка стосується мікропроцесорів з використанням дуже довгих команд (Very Large Instruction Word). Окремі поля команди містять коди, які забезпечують виконання різних операцій. Одна LL/Ж-команда може виконати відразу кілька операцій одночасно у різних вузлах мікропроцесора. Формування «довгих» VLIW-команд здійснює відповідний компілятор під час трансляції програм, написаних мовою високого рівня. VLIW-архітектура реалізована в деяких типах сучасних мікропроцесорів і є вельми перспективною для створення нового покоління надвисокопродуктивних процесорів.

За способом організації вибірки команд та даних різниться два види архітектур:

=> принстонська архітектура, або архітектура Фон Неймана, особливістю якої є використання:

• • загальної оперативної пам'яті для зберігання програм, даних та організації стеку, що дозволяє оперативно та ефективно перерозподіляти її обсяг залежно від розв'язуваних завдань у кожному конкретному випадку застосування мікропроцесора;
• • загальної системної шини, за якою в процесор надходять команди і дані, а в оперативну пам'ять записуються результати, що значно спрощує налагодження, тестування і поточний контроль функціонування системи, підвищує се надійність. Проте використання загальної шини передачі команд і даних обмежує продуктивність цифрової системи;

=> гарвардська архітектура, особливістю якої є фізичний поділ пам'яті на згадку команд (програм) та пам'ять даних. Ця обставина викликана постійно зростаючими вимогами до продуктивності мікропроцесорних систем.Пам'ять команд та пам'ять даних з'єднуються з процесором окремими шинами. Завдяки поділу потоків команд і даних, а також поєднання операцій їх вибірки (і запису результатів обробки) забезпечується більш висока продуктивність, ніж при використанні архітектури принстона.

Недоліки гарвардської архітектури: ускладнення конструкції через використання окремих шин для команд та даних; фіксований обсяг пам'яті для команд та даних; збільшення загального обсягу пам'яті через неможливість її оптимального перерозподілу між командами та даними.

Гарвардська архітектура набула широкого застосування в мікроконтролерах - спеціалізованих мікропроцесорах для управління різними об'єктами, а також у внутрішній структурі сучасних високопродуктивних мікропроцесорів - у кеш-пам'яті з роздільним зберіганням команд та даних. У той самий час у зовнішній структурі більшості мікропроцесорних систем реалізуються принципи принстонської архітектури.

Помстимося, що архітектура мікропроцесора тісно пов'язана з його структурою. Реалізація тих чи інших архітектурних особливостей вимагає введення у структуру мікропроцесора відповідних пристроїв та забезпечення механізмів їхнього спільного функціонування.

Про шляхи розвитку мікропроцесорної техніки. При розробці нових мікропроцесорів мають на меті підвищення їх продуктивності та розширення функціональних можливостей. Ця мета досягається двома шляхами:

=> розвитком мікроелектронної технології, що використовується для виробництва мікропроцесорів;

=> застосуванням нових архітектурних та структурних рішень у створюваних мікропроцесорах.

Магістральним напрямком розвитку мікроелектронної технології є підвищення ступеня інтеграції мікросхем шляхом зменшення розмірів напівпровідникових компонентів (транзисторів), що розміщуються на кристалі мікропроцесора. Відповідно до відомого закону (який діє вже протягом 40 років) Р. Мура, одного із засновників компанії Intel, ступінь інтеграції мікросхем подвоюється кожні 1,5-2 роки. В даний час рівень розвитку технології виготовлення мікросхем дозволяє створити транзистори з мінімальними розмірами 0,09 - 0,18 мкм. Зі зменшенням розмірів транзисторів підвищується швидкість їх перемикання (оскільки зменшуються паразитні ємності) і зростає їх кількість на кристалі. Тактова частота сучасних процесорів становить 1-2 ГГц і більше, а кількість транзисторів на кристалі - десятки та сотні мільйонів. Збільшення кількості транзисторів на кристалі створює можливість реалізації нових, складніших архітектурних та структурних рішень.

До основних напрямів нових архітектурних та структурних рішень, націлених на підвищення продуктивності мікропроцесорів, слід віднести використання:

=s> конвеєрного принципу виконання команд;

=> суперскалярної структури процесора.

Конвеєрний принцип виконання команд. Відповідно до цього принципу процес виконання команди розбивається на низку етапів. Розглянемо його особливості на конкретному прикладі за таких умов [9):

=> команда розбивається на шість етапів:

• 1) вибірка чергової команди (ВК);
• 2) декодування обраної команди (ДК);
• 3) формування адреси операнда (ФА);
• 4) прийом операнда з пам'яті (ПЗ);
• 5) виконання операції (ВО);
• 6) розміщення результату у пам'яті (РР);

=> виконання кожного етапу займає один такт машинного часу; => кожен із етапів відповідає виконанню однієї мікрооперації; =>для кожної мікрооперації використовується окремий пристрій, або ступінь виконавчого конвеєра;

=> виконання мікрооперації (включаючи завантаження в конвеєр чергової команди) можливе лише у разі готовності (незайнятості) ступеня виконавчого конвеєра;

=>для кожної команди повинна дотримуватися черговість виконання всіх окремих етапів, або мікрооперацій.

У конвеєрі одночасно може бути кілька (для аналізованого прикладу три) команд на різних етапах їх виконання. В ідеальному варіанті при повному завантаженні конвеєра однотипними командами на його вихід у кожному такті надходитиме результат виконання чергової команди (рис. 2.1) , А, б). У цьому випадку продуктивність процесора (операцій/с) дорівнюватиме його тактовій частоті (тактів/с).

Однак у реальних умовах окремі щаблі конвеєра можуть виявитися:

=> в стан очікування (ОЖ), коли ступінь не може виконати необхідну мікрооперацію через відсутність необхідних даних. Наприклад, не отримано необхідний операнд, що є результатом виконання попередньої команди;

=> в стан простою (ПР), коли ступінь змушена пропустити черговий такт, так як команда, що надійшла, не вимагає виконання.

Мал. 2.1. Конвеєрний принцип виконання команд

ня відповідного етапу. Наприклад, безадресні команди не вимагають виконання етапів формування адреси (ФА) та прийому операнда (ПЗ), тому ступені ФА та ПЗ конвеєра будуть перебувати у стані простою.

На рис. 2.1 ,в показаний приклад роботи 6-ступени цього конвеєра для випадку, коли при виконанні фрагмента реальної програми окремі ступені виявляються в стані очікування (ОЖ) або простою (ПР).

Команда 1 інкрементації INC R2 (збільшує вміст регістру R2 на 1) нс вимагає вибірки операндів із пам'яті та розміщення в ній результату. Тому при її виконанні виконавчі щаблі конвеєра, що виконують мікрооперації ФА, ПЗ, РР, перебувають у стані простою (ПР).

Команда 2 означає пересилання вмісту осередку пам'яті, адресованої вмістом регістра R2, регістр R3 - MOV (R2), R3. При її виконанні реалізуються стан очікування, поки в регістрі R2 не буде отримано результат попередньої операції.

Команда 3. Такти очікування також вводяться при виконанні команди додавання ADD R3 (R4) до отримання необхідного значення операнда в регістрі R3.

Тактова частота сучасних високопродуктивних процесорів досягає кількох гігагерц, і виконання однієї мікрооперації відводиться час менше однієї наносекунди. Тому процедура виконання команд розбивається більш дрібні етапи і кількість ступенів конвеєра збільшується до 10 і більше. Наприклад, у мікропроцесорах Pentium 4 використовується 20-ступінчастий конвеєр.

Ефективність використання конвеєра визначається типом вступників:

=> однорідні команди скорочують кількість станів простою та очікування в процесі їх виконання, внаслідок чого підвищується продуктивність процесора;

=> різноформатні команди, Що містять різну кількість байтів, мають велику кількість станів простою та очікування.Тому прийнятий у багатьох RISC-процесорах стандартний 4-байтний формат команд забезпечує суттєве скорочення кількості очікувань та простоїв конвеєра, що дозволяє значно підвищити продуктивність.

На ефективність використання конвеєра впливають команди розгалуження (умовних переходів). При виконанні умови розгалуження необхідно перезавантажувати конвеєр командами з іншої галузі програми, що веде до значного зниження продуктивності процесора. Для скорочення числа перезавантажень конвеєра використовуються різні способи передбачення розгалужень (Branch Prediction), що реалізуються за допомогою блоків передбачення розгалуження, що вводяться в структуру процесора.

Один із способів передбачення базується на припущенні, що при повторному зверненні до команди умова розгалуження зберігається. Для цього способу використовується спеціальна пам'ять ВТВ (Branch Target Buffer — буфер прапорів розгалужень), де зберігаються адреси раніше виконаних умовних переходів. При повторному надходженні команди розгалуження передбачається перехід до гілки, яка була обрана в попередньому випадку, і здійснюється завантаження конвеєр команд з тієї ж гілки. При правильному передбаченні не потрібне перезавантаження конвеєра та ефективність його використання не знижується. Ефективність такого способу передбачення залежить від ємності ВТВ і виявляється досить високою: вірогідність правильного прогнозування становить 80% і більше.

Підвищення точності передбачення досягається при використанні більш складних способів, коли зберігаються та аналізуються результати кількох попередніх команд розгалуження за цією адресою (Передісторія переходів).

Суперскалярні процесори.Процесор, що складається з декількох операційних пристроїв, що забезпечують одночасне виконання команд у виконавчих конвеєрах, називається суперскалярним процесором. Кожен конвеєр обробляє одну з команд, що надійшли. В ідеальному випадку кількість одночасно виконуваних команд (працюючих конвеєрів) дорівнює кількості операційних пристроїв. Проте за виконання реальних програм важко забезпечити повне завантаження всіх виконавчих конвеєрів. Сучасні суперскалярні процесори містять від 4 до 10 різних операційних пристроїв, паралельна робота яких забезпечує виконання за один такт у середньому від 2 до 6 команд.

У суперскалярних процесорах проводиться вибірка кількох десятків команд, які декодуються, аналізуються та групуються для одночасного (паралельного) завантаження у виконавчі конвеєри. Зазвичай у процесорах є:

=> кілька пристроїв для виконання цілих операцій”,

=> один або кілька пристроїв для обробки чисел з плаваючою точкою;

=> окремі пристрої для обробки спеціальних форматів відео- і аудіоданих;

=> пристрої формування адрес і вибірки операндів для команд, що завантажуються.

Для підвищення ефективності роботи суперскалярних процесорів вживається низка заходів, зокрема:

=> організується попередня (спекулятивна) вибірка даних, які записуються у спеціальні регістри. Цей захід дозволяє заздалегідь підготувати операнди для вступників виконання команд; => змінюється порядок прямування команд. Команди виконуються над порядку їх вибірки з пам'яті, а мерс готовності необхідних операндів і виконавчих пристроїв.Пізніше команди, що надійшли, можуть бути виконані раніше вибраних з пам'яті команд. Цей захід служить для забезпечення більш повного завантаження виконавчих конвеєрів. Для видачі результатів відповідно до вихідної послідовності надходження команд використовується спеціальна буферна пам'ять;

=> вводяться додаткові реєстрові блоки, дублюючі регістри процесора. Цей захід дозволяє реалізувати одночасне звернення двох і більше команд до одного регістру. При надходженні команд, які звертаються до того самого регістру, проводиться їх переадресація до дублюючого регістрового блоку шляхом перейменування регістрів. В результаті забезпечується можливість одночасного виконання команд звернення до того самого регістру, що дозволяє реалізувати більш ефективну паралельну роботу виконавчих конвеєрів.

Основні класи мікропроцесорів. За функціональною ознакою виділяють два класи мікропроцесорів:

=> універсальні мікропроцесори, або мікропроцесори загального призначення;

=> спеціалізовані мікропроцесори, серед яких найбільшого поширення набули мікроконтролери і цифрові сигнальні процесори (Digital Signal Processor - DSP). Мікропроцесори загального призначення. Цей клас процесорів призначений на вирішення кола завдань обробки різноманітної інформації та знаходить застосування у персональних комп'ютерах, робочих станціях, серверах та інших цифрових системах масового застосування.Зазвичай це 32-розрядні мікропроцесори (хоча деякі мікропроцесори даного класу мають 64-розрядну або 128-розрядну структуру), які виготовляються за найсучаснішою промисловою технологією, що забезпечує максимальну частоту функціонування.

Деякі типи мікропроцесорів цього класу відносять до CISC-процесорів, оскільки використовують набір різноформатних команд з різними способами адресації. -архітектуру. У ряді останніх розробок (Itanium) РА8500) успішно використовуються принципи VLIW-архітсктури.

Практично всі сучасні універсальні мікропроцесори, як зазначалося вище, використовують гарвардську архітектуру з поділом потоків команд і даних за допомогою окремих блоків кешпам'яті. щаблів.

Мікроконтролери. Цей клас спеціалізованих мікропроцесорів орієнтований на реалізацію пристроїв управління, що вбудовуються в різноманітну (у тому числі і в побутову) апаратуру, і розглянутий автором в іншій роботі 112]. екземплярів.

Особливістю мікроконтролерів є розміщення на одному кристалі, крім центрального процесора, внутрішньої пам'яті та великого набору периферійних пристроїв.До складу периферійних пристроїв зазвичай входять від одного до восьми 8-розрядних паралельних портів введення-виведення даних, один або два послідовні порти, гаймерний блок, аналого-цифровий перетворювач, а також такі спеціалізовані пристрої, як блок формування сигналів з широтно-імпульсною модуляцією, контролер рідкокристалічного дисплея та ряд інших. Завдяки використанню внутрішньої пам'яті та периферійних пристроїв реалізовані з урахуванням мікроконтролерів системи управління містять мінімальну кількість додаткових компонентів.

Для задоволення запитів споживачів випускається велика номенклатура мікроконтролерів, які прийнято поділяти на 8-, 16- та 32-розрядні. Основними областями їх застосування є промислова автоматика, автомобільна електроніка, вимірювальна техніка, теле-, відео- та аудіотехніка, засоби зв'язку, побутова апаратура. . Для мікроконтролерів характерна гарвардська архітектура, що має на увазі наявність

=> окремої внутрішньої пам'яті для зберігання програм, в якості якої використовуються одноразово програмоване ПЗП (PROM) або електрично репрограмоване ПЗП (EPROM, EEPROM або Flash);

=> окремої внутрішньої пам'яті для зберігання даних, Якою використовується регістровий блок, організований у вигляді декількох регістрових банків, або ОЗУ.

У разі потреби є можливість додатково підключати зовнішню пам'ять команд та даних обсягів.

Для підвищення продуктивності у багатьох моделях мікроконтролерів реалізовані принципи RISC-архітектури, що забезпечують виконання більшості команд за один такт машинного часу.

Цифрові сигнальні процесори.Цей клас спеціалізованих мікропроцесорів призначений для цифрової обробки аналогових сигналів, що надходять, в реальному часі і докладно розглянутий у згаданій вище роботі [12]. Архітектура цифрових сигнальних процесорів (ЦСП) орієнтована швидке виконання послідовності операцій множення-складання з накопиченням проміжного результату в регістрі-акумуляторі, що з особливістю алгоритмів обробки аналогових сигналів. Тому набір команд цих процесорів містить спеціальні команди MAC (Multiplication with Accumulation — множення із накопиченням), що реалізують ці операції.

Значення оцифрованого аналогового сигналу може бути представлене у вигляді числа с фіксованою або з плаваючою точкою. Відповідно до цього ЦСП поділяються на два класи:

=> процесори, що обробляють числа з фіксованою точкою. До цього класу відносяться простіші та дешевші ЦСП — їх зазвичай обробляють 16- або 24-розрядні операнди, представлені у вигляді правильного дробу. Однак обмежена розрядність у ряді випадків нс дозволяє забезпечити необхідну точність результатів;

=> процесори, що обробляють числа з плаваючою точкою. Процесори цього класу проводять обчислення над 32- та 40-розрядними операндами та забезпечують більш високу точність результатів. Для підвищення продуктивності при виконанні специфічних операцій обробки сигналів у більшості ЦСП реалізується гарвардська архітектура з використанням окремих шин передачі адрес, команд і даних. У ряді ЦСП знайшли застосування також деякі риси VLIW-архітектури, для якої характерне поєднання однієї команди декількох операцій. Таке поєднання забезпечує обробку наявних даних та одночасне завантаження у виконавчий конвеєр нових даних для подальшої обробки.