[논문]마이크로프로세서 I/O 프로그램 실행시간 비교 연구 : 8085, 8086, 8051 및 80386

이영욱

doi:10.7236/jiibc.2013.13.2.59

마이크로프로세서 I/O 프로그램 실행시간 비교 연구 : 8085, 8086, 8051 및 80386
Study on Comparison of an I/O Program Execution Time to Intel Series μPs : 8085, 8086, 8051 and 80386 원문보기

한국인터넷방송통신학회 논문지 = The journal of the Institute of Internet Broadcasting and Communication, v.13 no.2, 2013년, pp.59 - 65

초록
AI-Helper

1970-1980년대에 개발된 8-16비트 마이크로프로세서들이 오늘날의 우수한 성능을 갖는 컴퓨터 발달의 시초가 되었으며 교육현장에서 아직도 사용되고 있는 곳이 많이 있다. 본 연구에서는 이러한 소형 8-32비트 마이크로프로세서 시스템에서 사용되는 인텔계열 마이크로프로세서의 Programmed I/O 명령 실행 싸이클에 따른 실행시간을 구하여 비교하였다. 비교 결과 마이크로프로세서 클럭 주파수 4MHz와 12MHz의 경우, 8비트용 8051이 명령 실행에 따른 많은 클럭수로 인하여 8비트 8085 및 16비트 8086 마이크로프로세서의 실행시간보다 길었으며, 실제 많이 사용하는 클럭 주파수의 경우는 8085, 8086, 8051 및 80386의 순으로 명령실행 시간이 빨라짐을 보여 주었다. 주로 국내에서 많이 사용하는 인텔계열 마이크로프로세서에 의한 I/O 프로그램 실행시간을 비교해봄으로써 마이크로프로세서의 실시간 제어를 위한 인터페이스 등에 도움이 될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Microprocessors of 8 to 16 bits have become the first step of today's computer development with excellent capability and a lot of those are still used in the educational spots. In this study, execution times of Intel series microprocessors(${\mu}ps$) available to microprocessor systems of 8 to 32 bits are obtained and compared by I/O programs. The compared result showed that execution time related to the instruction cycles of 8 bit 8051 was longer than that of 8 bit 8051 and of 16 bit 8086 by a lot of number of clocks in cases of clock frequencies at 4 MHz and at 12 MHz. In cases of really many using ${\mu}p$ clock frequencies, it showed that execution times of instructions have become faster by the order of 8085, 8086, 8051 and 80386. It can be helped to interface with ${\mu}ps$ for real time control through comparing with execution times of I/O programs by mainly many usable Intel series ${\mu}ps$ in our nation.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

명령실행 싸이클 수에 따라 각 마이크로프로세서 시스템별로 해당 포트(Port)를 통하여 8개의 LED (Light Emitting Diode)를 점등하기 위한 프로그램을 실행하는 경우의 프로그램의 총 명령어 실행시간을 구하였다. 다음 각 마이크로프로세서별 실행시간을 비교 및 분석함으로써 어셈블리 언어 프로그램에 의해 실행되는 마이크로프로세서 시스템의 실시간 programmed I/O 인터페이스 제어에 참고자료로 제시하고자 하였다. 제1장은 서론으로 미국 인텔계열 마이크로프로세서의 개발과 프로그램의 실행시간 등에 관하여 언급하였고 제2장에서는 마이크로프로세서의 구조와 특성에 관하여 보여주었다.
인텔 계열 μP와 인터페이스 된 LED 점등 I/O Program을 살펴보자.

가설 설정

*주3 : 데이터 전송률은 버스 사이클 당 전송되는 바이트 수 / 버스 사이클 1개에 걸리는 시간임.

제안 방법

인텔 계열 Programmed I/O 실행시간은 실제 μP 시스템을 사용하여 어셈블리 언어에 의한 프로그램이 실행되는 경우에 구할 수 있다. 8085, 8086 및 8051의 경우는 LED를 점등시키기 위해 사용했던 프로그램 및 참고문헌을 참조하였으며, 80386의 경우는 참고문헌을 참고하여 프로그래밍 하였다. 전자 출력 장치인 LED 점등을 위해 약 1초간의 지연시간을 제외한 실행 시간의 계산은 어셈블리 I/O 프로그램의 명령 사이클의 소요 클럭 수를 구함으로써 해당 μP의 주기를 고려하여 구할 수 있다.
또한 μP 8085와 8086은 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 4-10MHz의 실용속도에서 사용되고, μP 8051과 80386은 12-33MHz 실용속도를 가지므로 실행시간의 비교를 위하여 표 2를 참조하여 다음의 3가지 경우와 같이 고려하여 비교하였다.
본 논문에서는 우리나라에서 많이 사용하는 미국 인텔계열 마이크로프로세서 중에서 성능이 비슷하고 비교 가능한 8비트-32비트용 마이크로프로세서의 programmed I/O 프로그램 방법을 사용하여 실행시간을 구하였다. 명령실행 싸이클 수에 따라 각 마이크로프로세서 시스템별로 해당 포트(Port)를 통하여 8개의 LED (Light Emitting Diode)를 점등하기 위한 프로그램을 실행하는 경우의 프로그램의 총 명령어 실행시간을 구하였다. 다음 각 마이크로프로세서별 실행시간을 비교 및 분석함으로써 어셈블리 언어 프로그램에 의해 실행되는 마이크로프로세서 시스템의 실시간 programmed I/O 인터페이스 제어에 참고자료로 제시하고자 하였다.
본 논문에서는 μP의 클럭 주파수가 4MHz와 12MHz 라고 가정하여 실행시간을 구한 후 비교하였고, 끝으로, 실제 사용 클럭 주파수에서 실행시간을 구하여 비교하였다.
본 논문에서는 우리나라에서 많이 사용하는 미국 인텔계열 마이크로프로세서 중에서 성능이 비슷하고 비교 가능한 8비트-32비트용 마이크로프로세서의 programmed I/O 프로그램 방법을 사용하여 실행시간을 구하였다. 명령실행 싸이클 수에 따라 각 마이크로프로세서 시스템별로 해당 포트(Port)를 통하여 8개의 LED (Light Emitting Diode)를 점등하기 위한 프로그램을 실행하는 경우의 프로그램의 총 명령어 실행시간을 구하였다.
여기서, 전자 출력 장치인 LED 점등을 위하여 μP가 약 1초간의 지연시간(Delay Time)을 갖도록 하였다.
본 논문에서는 μP의 클럭 주파수가 4MHz와 12MHz 라고 가정하여 실행시간을 구한 후 비교하였고, 끝으로, 실제 사용 클럭 주파수에서 실행시간을 구하여 비교하였다. 즉 8085 및 8086은 4MHz의 클럭 주파수에서, 8051 및 80386의 경우는 12MHz에서 실행시간을 구하여 비교하여 보았다. 그 결과 다음과 같이 말 할 수 있다.

대상 데이터

우리나라에서 8비트 마이크로프로세서 시스템은 1970년-1980년대에 국내 교육기관 등에서 실험 및 실습용으로 많이 사용되기도 하였다. 실험 및 실습용으로 사용되던 마이크로프로세서로는 미국 인텔사 개발의 8비트용 Z80, 8085, 8086을 비롯하여 오늘날의 펜티엄 프로세서에 이르기까지 수많은 마이크로프로세서들이 사용되었고,^[7],[8],[9] 한편 미국 모토롤러사 개발 6800 계열의 마이크로프로세서들도 많이 사용되었다. 이 중에서 우리나라는 주로 인텔계열의 마이크로프로세서에 의한 시스템들을 채택하여 많이 사용하였다.

성능/효과

표 1에서 알 수 있는 바와 같이 8085, 8086 및 8051은 8비트로 사용 가능하며 8086은 16비트용으로 더 많이 사용되었다. 16비트로 사용 가능한 8086과 32비트까지 사용 가능한 80386의 마이크로프로세서 클럭 주파수는 8085 및 8086보다 2배 이상 빠름을 알 수 있고 사용 명령어 수도 약 2배 이상 많음을 보여준다. 데이터 전송률도 보다 빠름을 알 수 있다.
끝으로, 사용 속도를 현실화한 실제 많이 사용하는 속도를 고려하여 비교한 다항의 경우, 즉 μP 8085 및 8086의 클럭 속도를 4MHz에서 사용하고 μP 8051 및 80386은 12MHz에서 사용하는 경우 μP 8051의 사용 클럭 12MHz는 8085 및 8086의 4MHz에 비하여 빠르기 때문에 실행 속도도 빠르게 나타남을 알 수 있다.
둘째, μP 사용클럭이 12MHz인 경우, 역시 8051의 소요 클럭 수가 8085 및 8086보다 많기 때문에 실행속도가 더 늦게 나타남을 알 수 있다.
둘째, 12MHz의 클럭 주파수의 경우도 8051의 경우는 4MHz의 경우보다 소요시간의 차는 줄어들었지만 역시 실행시간이 가장 많이 소요되는 것으로 나타났다. 앞에서와 마찬가지 이유로 판단된다.
셋째, 실제 사용되는 클럭 주파수에서 실행시간을 구하여본 결과는 8051이 비록 소요 클럭 수가 많다고 하드라도 8085 및 8086의 4MHz 대에 비하여 3배나 빠른 12MHz에서 동작할 뿐만 아니라 그 특성상 데이터 전송률 등을 감안하여 볼 때, 예상했던 바대로 실행시간의 빠른 순서는 80386, 8051, 8086 및 8085의 순으로 나타났다.
첫째, μP 클럭 주파수가 4MHz의 경우는 8051이 가장 실행시간이 많이 소요되었으며 8051의 특성상 1 바이트의 명령을 실행하는데 보통 12개의 클럭이 필요하기 때문에 8051의 경우는 실행시간이 많이 소요되는 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	마이크로프로세서는 무엇에 의해 PC(Personal Computer)에서 사용되기 시작한 이래 사용 비트수, 명령어 처리방법 및 처리속도 등 그 성능이 급속도로 향상되어 왔는가?	4비트 및 8비트 마이크로프로세서가 개발되어 오늘날의 64비트 펜티엄 마이크로프로세서에 이르기까지 컴퓨터의 핵심 기능을 가진 마이크로프로세서(Microprocessor : μP)는 초기 어셈블리언어 프로그래밍에 의해 PC(Personal Computer)에서 사용되기 시작한 이래 사용 비트수, 명령어 처리방법 및 처리속도 등 그 성능이 급속도로 향상되어 왔다. 특히 우리나라에서는 미국 인텔계열의 마이크로프로세서가 시장 및 교육기관 등에서 사용의 주류를 이루어 왔다.
	인텔계열 8비트-32비트 마이크로프로세서에서 8051,8085, 8086, 80386은 각각 어떠한 핀 구조를 가지고 있는가?	그림 1 및 그림 2에서 알 수 있는바와 같이 인텔계열 마이크로프로세서 그림 1(a)8051 및 (b)8085는 8비트이고 (c)8086은 8비트 및 16비트 겸용, (d)80386은 32비트용으로 기본 구조인 레지스터부와 연산부 및 제어부에 추가 기능을 각각 더하고 있다. 8051, 8085 및 8086은 각각 40핀, 80386은 100핀의 구조를 갖고 있다.
	우리나라에서 8비트 마이크로프로세서 시스템은 언제 주로 사용되었는가?	특히 우리나라에서는 미국 인텔계열의 마이크로프로세서가 시장 및 교육기관 등에서 사용의 주류를 이루어 왔다. 우리나라에서 8비트 마이크로프로세서 시스템은 1970년-1980년대에 국내 교육기관 등에서 실험 및 실습용으로 많이 사용되기도 하였다. 실험 및 실습용으로 사용되던 마이크로프로세서로는 미국 인텔사 개발의 8비트용 Z80, 8085, 8086을 비롯하여 오늘날의 펜티엄 프로세서에 이르기까지 수많은 마이크로프로세서들이 사용되었고,[7],[8],[9] 한편 미국 모토롤러사 개발 6800 계열의 마이크로프로세서들도 많이 사용되었다.

참고문헌 (13)

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"IBM PC Assembly Language, 80386 and 80486", Sang-Bok Kim, Bu-Kwon Lee and Me-Ok Jeon Edt., E-Han Publishing Co., 1994.
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"8051 Microcontroller", Sang-Ku Lee, Translated, Green Publishing Co., 2000.
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Byuong-Chan Jeon and Gyoo-Seok Choi, "Hybrid Value Predictor in Wide-Issue Superscalar Processor", Vol.9, No.2, April 2009, pp.97-103.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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