Сomputer family

Мы рассмотрим несколько наборов команд(ISA): x86, ARM, AVR.

x86 - архитектура всех настольных компьютеров и серверов.

ARM - архитектура всех мобильных устройств и планшетов.

AVR - архитектура микроконтроллеров.

Компания Intel создала архитектуру x86 в 1978 году.

В 1993 году презентован новый процессор с архитектурой x86 – Pentium. В него добавили новые наборы команд: MMX и SSE.

MMX(Multimedia extension) - набор команд для ускорения вычислительных процессов со звуковыми и видео данными.

SSE(Streaming SIMD-extension) - дополнительный набор команд мультимедиа к MMX.

В 2006 году pentium переименовали на core .
Современные процессоры этой линейки - core i3, core i5 и core i7 для низко, средне и высоко производительных компьютеров.

Каждый процессор восьмиядерный, но включены только шесть, кроме модели Xeon. Это нужно для дефектных моделей, процессор с одним или двумя дефектными ядрами все ровно можно продать.

Каждое ядро имеет свой кеш(кеш-память) первого(L1) и второго(L2) уровня и общий кеш третьего(L3) уровня для всех ядер.
Кеш память рассмотрим в отдельной статье.

Архитектура ARM, названная ARM2 ,появилась в персональном компьютере Acorn Archimedes – он выполнял до 2 миллионов команд в секунду.

Фирма Apple обратилась к Acorn с предложением разработать процессор ARM для своего нового проекта Apple Newton. Для этой работы группа ARM покинула Acorn и создала новую компанию, названную Advanced RISC Machines(ARM).

Самая известная из архитектур ARM — ARM7. Она выпущена в 1994 году и продолжает использоваться в наши дни.

ARM7 содержит раздельный кэш команд и данных, и реализует 16-разрядный набор команд Thumb — сокращенную версию полного 32-разрядного набора команд ARM. Набор позволяет программировать многие стандартные операции в меньших 16-разрядных командах, сильно сокращая объем необходимой памяти.

Процессор хорошо подходил для широкого диапазона низко и средне производительных встроенных систем: тостеры, система управления двигателем и Gameboy.

ARM не производит микропроцессоры, она создает архитектуры, средства разработчика и библиотеки, и продает лицензии на них разработчикам систем и производителям микросхем.

Архитектура AVR используется в трех классах микроконтроллеров: tinyAVR, megaAVR, AVR XMEGA.

TinyAVR - модель низшего класса. Спроектирована для большинства приложений с жесткими ограничениями по размерам, мощности и затратам.

Содержит 8-разрядный процессор, простейшую поддержку цифрового ввода-вывода и поддержку аналогового ввода: чтение значений температуры с термистора, улавливание колебаний датчика.

MegaAVR - используется в системе Arduino.

Добавлена поддержка последовательного ввода-вывода, внутренние часы и программируемый аналоговый вывод.

AVR XMEGA - самая производительный класс их трёх.

Добавлен ускоритель криптографических операций и встроенная поддержка интерфейса USB. 

Каждый класс процессоров AVR включает ещё дополнительные ресурсы памяти.

Микроконтроллеры имеют три вида памяти: флэш-память, перепрограммируемая постоянная память (EEPROM) и оперативная память (RAM).

Флэш-память программируется через внешний интерфейс с использованием высоких напряжений. В этой памяти хранится код и данные программы.
Флэш-память энергонезависимая – в случае отключения системы её содержимое сохраняется.

Память EEPROM тоже энергонезависимая, но в отличие от флэш-памяти она может изменяться программой во время выполнения.
В этой памяти встроенная система хранит информацию о конфигурации, например: формат отображения времени в электронных часах (12- или 24-часовой)

В оперативной памяти хранятся переменные во время выполнения программы. Эта память не сохраняет информацию при выключении питания.

Следующий конспект про устройство процессора и как он работает.