Быстродействие микропроцессоров

В наиболее общем смысле быстродействие МП, так же, как и любых цифровых вычислительных средств, определяется как средняя скорость выполнения некоторого алгоритма, состав команд которого представляет собой смесь, отражающую специфику класса решаемых задач. Смеси для различных классов задач составляются на основе статистического обобщения команд всех характерных для данного класса алгоритмов. Существуют, например, смесь Гибсона, с помощью которой можно сравнивать быстродействие различных вычислительных средств при решении ими научно-технических задач, и другие смеси.

Однако необходимо учитывать, что полученное таким образом значение носит усредненный характер и может отличаться от значения, полученного для конкретной задачи.

Из-за трудности количественного определения быстродействия в приведенном выше смысле на практике пользуются менее общим, но более доступным упрощенным понятием. Также употребимы понятия времени цикла и тактовой частоты, косвенно связанные с быстродействием.

Чаще всего быстродействие МП характеризуется временем или скоростью выполнения короткой операции сложения содержимого регистра R с содержимым аккумулятора с последующей пересылкой результата в регистр R (операция типа RJR), хотя в литературе встречаются и другие определения. Однако сравнение МП по быстродействию в приведенном смысле не может считаться корректным в произвольном случае и, больше того, нередко приводит к заблуждениям. Дело в том, что алгоритмы выполняемых задач, отражая специфику самих задач, могут содержать различное количество операций типа RR, время выполнения которых в данном случае принято за быстродействие. К тому же, сам МП может быть ориентирован, как уже отмечалось, на выполнение различных алгоритмов, в которых удельный вес операции сложения может быть практически любым.

Таким образом, по скорости выполнения операции RR можно судить только о быстродействии универсальных МП, а сравнивать по этой характеристике можно лишь функционально одинаковые МП при решении ими одной и той же задачи.

Временем цикла или обращения принято называть период времени, затрачиваемый МП на обращение к одному слову в памяти. Это время может определяться быстродействием как самого МП, так и запоминающего устройства.

Тактовая частота — это частота тактового генератора, внешнего или входящего в состав МПК, которую позволяют задать временные задержки синхронизируемых генератором сигналов МП. За один такт в различных МП выполняется различное число микроопераций, время выполнения каждой из которых может быть разным, поэтому пользоваться тактовой частотой, как и временем цикла, можно лишь для качественной оценки быстродействия, принимая во внимание указанные выше обстоятельства.

Отчасти о быстродействии можно судить по схемотехнике и технологии изготовления МП, поскольку они определяют временные задержки логических элементов, образующих структуру МП. Как уже было показано, быстродействие возрастает в ряду логических схем, реализованных на основе использования схемотехники: р-МОП, n-МОП, КМОП, КМОП/КНС, И2Л, ТТЛШ и ЭСЛ, т. е. каждая следующая схемотехника обеспечивает большее быстродействие, чем предыдущая. Ориентировочные значения характеристик быстродействия МП приведены в табл. 4.

Как видим, объективная и универсальная оценка быстродействия МП является весьма сложным делом и на сегодняшний день для нее практически не существует удобных и достаточно универсальных критериев.