PIC 8位單片機的分類(lèi)和特點(diǎn)

　PIC 8位單片機具有指令少、執行速度快等優(yōu)點(diǎn)，其主要原因是PIC系列單片機在結構上與其它單片機不同。該系列單片機引入了原用于小型計算機的雙總線(xiàn)和兩級指令流水結構。這種結構與一般采用CISC(復雜指令集計算機)的單片機在結構上是有不同的。

　　1雙總線(xiàn)結構
　　具有CISC結構的單片機均在同一存儲空間取指令和數據，片內只有一種總線(xiàn)。這種總線(xiàn)既要傳送指令又要傳送數據(如圖1－a所示)。因此，它不可能同時(shí)對程序存儲器和數據存儲器進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。因與CPU直接相連的總線(xiàn)只有一種，要求數據和指令同時(shí)通過(guò)，顯然“亂套”，這正如一個(gè)“瓶頸”，瓶?jì)鹊臄祿椭噶钜黄鸬钩鰜?lái)，往往就被瓶頸卡住了。所以具有這種結構的單片機，只能先取出指令，再執行指令(在此過(guò)程中往往要取數)，然后，待這條指令執行完畢，再取出另一條指令，繼續執行下一條。這種結構通常稱(chēng)為馮·諾依曼結構，又稱(chēng)普林斯頓結構。
　　在這里PIC系列單片機采用了一種雙總線(xiàn)結構，即所謂哈佛結構。這種結構有兩種總線(xiàn)，即程序總線(xiàn)和數據總線(xiàn)。這兩種總線(xiàn)可以采用不同的字長(cháng)，如PIC系列單片機是八位機，所以其數據總線(xiàn)當然是八位。但低檔、中檔和高檔的PIC系列單片機分別有12位、14位和16位的指令總線(xiàn)。這樣，取指令時(shí)則經(jīng)指令總線(xiàn)，取數據時(shí)則經(jīng)數據總線(xiàn)，互不沖突。這種結構如圖1－b所示。
　　指令總線(xiàn)為什么不用八位，而要增加位數呢?這是因為指令的位數多，則每條指令包含的信息量就大，這種指令的功能就強。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系列單片機的指令與CISC結構的單片機指令相比，前者的指令總數要少得多(即RISC指令集)。

　　2兩級指令流水線(xiàn)結構
　　由于PIC單片機采用了指令空間和數據空間分開(kāi)的哈佛結構，用了兩種位數不同的總線(xiàn)。因此，取指令和取數據有可能同時(shí)交疊進(jìn)行，所以在PIC單片機中取指令和執行指令就采用指令流水線(xiàn)結構(如圖2所示)。當第一條指令被取出后，隨即進(jìn)入執行階段，這時(shí)可能會(huì )從某寄存器取數而送至另一寄存器，或從一端口向寄存器傳送數等，但數據不會(huì )流經(jīng)程序總線(xiàn)，而只是在數據總線(xiàn)中流動(dòng)，因此，在這段時(shí)間內，程序總線(xiàn)有空，可以同時(shí)取出第二條指令。當第一條指令執行完畢，就可執行第二條指令，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。
　　在大多數微控制器中，取指令和指令執行都是順序進(jìn)行的，但在PIC單片機指令流水線(xiàn)結構中，取指令和執行指令在時(shí)間上是相互重疊的，所以PIC系列單片機才可能實(shí)現單周期指令。
　　只有涉及到改變程序計數器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單片機的結構特點(diǎn)還體現在寄存器組上，如寄存器I/O口、定時(shí)器和程序寄存器等都是采用了RAM結構形式，而且都只需要一個(gè)周期就可以完成訪(fǎng)問(wèn)和操作。而其它單片機常需要兩個(gè)或兩個(gè)以上的周期才能改變寄存器的內容。上述各項，就是PIC單片機能做到指令總數少，且大都為單周期指令的重要原因。
　　成都　衛東　


　　知識競賽試題：
　　3簡(jiǎn)述PIC 8位單片機的指令長(cháng)度和其優(yōu)點(diǎn)。
　　4比較PIC與MCS－51單片機取指令不同的特點(diǎn)。