درباره پروسسورها/میکروکنترلرها

قبلا پستهای معماری کامپیوتر و میکروکنترلرها و تفاوت بین میکروپروسسور و میکروکنترلر را نوشتم.

در این پست بعد از 4 سال، از جزییات بیشتری می نویسم.

 

انواع معماری میکروپروسسورها

معماری میکروپروسسورها به دسته های مختلفی تقسیم می شود. اما 2 مهمترین مورد آنها به شرح زیر هستند. بقیه مهم و رایج نیستند:

 

 

1- RISC

پروسسور RISC جایگزین CISC یا (complex instruction set computing set) می باشد. RISC در واقع instruction set ساده و همچنین حالتهای آدرس دهی ساده ای دارد.

این مدل طراحی شده که “زمان اجرا” را از طریق ساده سازی instruction set کامپیوتر کاهش دهد، اجرای پروسسور RISC سریعتر است و اجرای هر Instruction فقط یک سیکل طول می کشد.

ویژگی های خاص RISC این است که به برنامه نویسان اجازه می دهد که register set را افزایش دهند و internal parallelism را از طریق افزایش تعداد thread های موازی که توسط CPU اجرا شده اند افزایش دهند، این سرعت CPU را افزایش می دهد.

RISC اصل طراحی simplified instruction را پیاده سازی می کند که می تواند کار کمتری انجام دهد اما می تواند سریعتر انجام دهد.

مهمترین ایراد RISC این است که direct memory to memory transfer را اجازه نمی دهد، سپس فقط load and store instruction لازم را در RISC، خیلی دشوار است که instruction پیچیده و حالت آدرس دهی پیچیده را پردازش کرد.

نمونه های این مدل:

ARC, ARM, Atmel AVR, Intel i960, MIPS, RISC-V, etc

 

2- CISC

اختراع CISC قبل از پروسسور RISC بود، زمانی که مموری کامپیوتر کوچک و خیلی گران بودند.

CISC برای ساده سازی کد و کوتاه سازی instruction set برای کاهش نیاز به حافظه بسیار مفید است، این از طریق ساخت سخت افزار پردازنده که قادر به درک و اجرای مجموعه عملیات ها باشد محقق می شود.

CISC اندازه برنامه را کاهش می دهد، در نتیجه سیکل حافظه را کاهش می دهد و اجرای برنامه را مینیمم می کند، این سرعت کلی اجرا در CISC را افزایش می دهد.

معماری CISC شامل مجموعه کامل مدارهای special-purpose است که instruction  این CISC ساده یا خیلی پیچیده هستند.

instruction set پیچیده در سطح زبان اسمبلی تعیین شده و اجرای این instruction زمان بیشتری می برد.

نمونه های این مدل:

VAX, AMD, Intel X86

 

منبع

 

لیست معماری CPU ها

 

1- معماری ARM (شرکت ARM)

 

 

خانواده معماری ARM (مخفف Advanced RISC Machines) مبتنی بر RISC است.

پروسسورهای ARM به دلیل قیمت پایین، مصرف توان پایین، و تولید گرمای کم، برای وسایل روشنایی، پرتابل، و با باتری مانند تلفن های هوشمند، لپ تاپ، دیگر وسایل embedded systems بسیار محبوب هستند.

در سال 2021، ARM رایج ترین خانواده Instruction set architecture است.

منبع: ویکی پدیا

 

پروسسورهای ARM به خانواده های مختلفی دسته بندی می شوند. مانند:

ARM1, ARM2, SecureCore, Cortex-M, Cortex-R, Cortex-A, Cortex-X, etc.

خانواده Cortex-M پروسسورهای مختلفی دارد؛ مانند:

Cortex-M0, Cortex-M3, Cortex-M4, Cortex-M7, etc.

منبع: ویکی پدیا

 

2- معماری AVR (شرکت Atmel)

 

3- معماری PIC (شرکت Microchip)

 

4- معماری MSP430 (شرکت Texas Instruments)

 

5- معماری 8051 (شرکت Intel)

 

 

خانواده های میکروکنترلر

 

1- خانواده STM32

این خانواده محصول شرکت STMicroelectronics است. چیپ های STM32 بر اساس هسته پردازنده شان که ARM و 32بیتی هستند به انواع مختلفی دسته بندی می شوند. مانند Cortex-M33F و Cortex-M7F و Cortex-M4F و Cortex-M3 و…

هر یک از این میکروکنترلرها متشکل از هسته پردازنده، RAM، فلش مموری، و peripheral های مختلف هستند.