PIC 8位單片機(jī)的分類和特點(diǎn)二

  PIC 8位單片機(jī)具有指令少、執(zhí)行速度快等優(yōu)點(diǎn)，其主要原因是PIC系列單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上與其它單片機(jī)不同。該系列單片機(jī)引入了原用于小型計(jì)算機(jī)的雙總線和兩級(jí)指令流水結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)與一般采用CISC(復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī))的單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上是有不同的。

1.雙總線結(jié)構(gòu)
　具有CISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)均在同一存儲(chǔ)空間取指令和數(shù)據(jù)，片內(nèi)只有一種總線。這種總線既要傳送指令又要傳送數(shù)據(jù)(如圖1－a所示)。因此，它不可能同時(shí)對(duì)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行訪問。因與CPU直接相連的總線只有一種，要求數(shù)據(jù)和指令同時(shí)通過，顯然“亂套”，這正如一個(gè)“瓶頸”，瓶內(nèi)的數(shù)據(jù)和指令要一起倒出來，往往就被瓶頸卡住了。所以具有這種結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，只能先取出指令，再執(zhí)行指令(在此過程中往往要取數(shù))，然后，待這條指令執(zhí)行完畢，再取出另一條指令，繼續(xù)執(zhí)行下一條。這種結(jié)構(gòu)通常稱為馮·諾依曼結(jié)構(gòu)，又稱普林斯頓結(jié)構(gòu)。
　在這里PIC系列單片機(jī)采用了一種雙總線結(jié)構(gòu)，即所謂哈佛結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)有兩種總線，即程序總線和數(shù)據(jù)總線。這兩種總線可以采用不同的字長，如PIC系列單片機(jī)是八位機(jī)，所以其數(shù)據(jù)總線當(dāng)然是八位。但低檔、中檔和高檔的PIC系列單片機(jī)分別有12位、14位和16位的指令總線。這樣，取指令時(shí)則經(jīng)指令總線，取數(shù)據(jù)時(shí)則經(jīng)數(shù)據(jù)總線，互不沖突。這種結(jié)構(gòu)如圖1－b所示。
　指令總線為什么不用八位，而要增加位數(shù)呢?這是因?yàn)橹噶畹奈粩?shù)多，則每條指令包含的信息量就大，這種指令的功能就強(qiáng)。一條12位、14位或16位的指令可能會(huì)具有兩條八位指令的功能。因此PIC系列單片機(jī)的指令與CISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)指令相比，前者的指令總數(shù)要少得多(即RISC指令集)。

2.兩級(jí)指令流水線結(jié)構(gòu)
　由于PIC單片機(jī)采用了指令空間和數(shù)據(jù)空間分開的哈佛結(jié)構(gòu)，用了兩種位數(shù)不同的總線。因此，取指令和取數(shù)據(jù)有可能同時(shí)交疊進(jìn)行，所以在PIC單片機(jī)中取指令和執(zhí)行指令就采用指令流水線結(jié)構(gòu)(如圖2所示)。當(dāng)?shù)谝粭l指令被取出后，隨即進(jìn)入執(zhí)行階段，這時(shí)可能會(huì)從某寄存器取數(shù)而送至另一寄存器，或從一端口向寄存器傳送數(shù)等，但數(shù)據(jù)不會(huì)流經(jīng)程序總線，而只是在數(shù)據(jù)總線中流動(dòng)，因此，在這段時(shí)間內(nèi)，程序總線有空，可以同時(shí)取出第二條指令。當(dāng)?shù)谝粭l指令執(zhí)行完畢，就可執(zhí)行第二條指令，同時(shí)取出第3條指令，……如此等等。這樣，除了第一條指令的取出，其余各條指令的執(zhí)行和下一條指令的取出是同時(shí)進(jìn)行的，使得在每個(gè)時(shí)鐘周期可以獲得最高效率。
　在大多數(shù)微控制器中，取指令和指令執(zhí)行都是順序進(jìn)行的，但在PIC單片機(jī)指令流水線結(jié)構(gòu)中，取指令和執(zhí)行指令在時(shí)間上是相互重疊的，所以PIC系列單片機(jī)才可能實(shí)現(xiàn)單周期指令。
　只有涉及到改變程序計(jì)數(shù)器PC值的程序分支指令(例如GOTO、CALL)等才需要兩個(gè)周期。
　此外，PIC單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)還體現(xiàn)在寄存器組上，如寄存器I/O口、定時(shí)器和程序寄存器等都是采用了RAM結(jié)構(gòu)形式，而且都只需要一個(gè)周期就可以完成訪問和操作。而其它單片機(jī)常需要兩個(gè)或兩個(gè)以上的周期才能改變寄存器的內(nèi)容。上述各項(xiàng)，就是PIC單片機(jī)能做到指令總數(shù)少，且大都為單周期指令的重要原因。
　　      成都　衛(wèi)東

知識(shí)競賽試題：
　3簡述PIC 8位單片機(jī)的指令長度和其優(yōu)點(diǎn)。
　4比較PIC與MCS－51單片機(jī)取指令不同的特點(diǎn)。