Порівняльний аналіз форматів команд

Таким чином, як видно з попереднього пункту та прикладів із табл. 3.7, при роботі з основною пам’яттю в комп’ютерах використовуються нуль-, одно-, дво-, три- і чотири­адресні команди (рис. 3.20).

Рис. 3.20. Формати команд комп’ютерів

Розглянемо роботу комп’ютера з різними форматами команд на прикладі команди додавання двох чисел, яка найширше використовується. Нехай потрібно додати в АЛП число, яке знаходиться в пам’яті за адресою А, до числа, яке знаходиться в пам’яті за адресою В, і результат розмістити за адресою С:

С:= [А] + [В].

В табл. 3.7 показана послідовність команд, які потрібно виконати при використанні трьох типів описаних архітектур для виконання операції додавання двох чисел.

Таблиця 3.7

Тип архітектури
Стекова	Акумуляторна	На основі регістрів загального призначення
Регістр-пам’ять	Регістр-регістр	Пам’ять-пам’ять
Push А	Load А	Load R1,A	Load R1,A	Add A,B,C
Push В	Add В	Add R1,B	Load R2,B
Add	Store С	Store C,R1	Add R3,R1,R2
Pop С			Store C,R3

Тут А, В і С - адреси комірок пам’яті, в яких знаходяться числа А, В, С; Rl, R2 і R3 - адреси регістрів процесора.

При використанні триадресної команди та архітектури типу “пам’ять-пам’ять” вона символічно може бути записана наступним чином:

ADD А,В,С.

Якщо використовується двоадресна команда та архітектура типу “пам’ять-пам’ять”, то для виконання поставленої задачі необхідно виконати дві команди:

ADD А,В, яка означає [А]:= [А] + [В],

MOVE А,С, яка означає [С]:= [А],

або дві команди:

MOVE В,С, яка означає [С]:= [В],

ADD А,С, яка означає [С]:= [А] + [В].

Тут при виконанні двоадресної команди результат розміщується за адресою одного з операндів.

Одноадресна команда може бути реалізована з використанням акумуляторної архі­тектури. В цьому випадку операція С:= [А] + [В] може бути виконана послідовністю із трьох команд:

LOAD А, яка означає АКК:= [А],

ADD В, яка означає АКК:= [АКК] + [В],

STORE С, яка означає С:= [АКК].

При використанні архітектури на снові регістрів загального призначення, кожен з цих регістрів може бути використаний як акумулятор. Якщо таких регістрів г (зазвичай г рівне 8,16, 32, 64), в полі команди необхідно добавити log₂r бітів (3-6 бітів) для адреса­ції регістрів, що беруть участь у виконанні операції. Це значно менше, ніж для адресації комірок пам’яті. Якщо Ri - i-й регістр регістрового файлу процесора, то команди з аку­мулятором можна замінити наступними:

LOAD A,Ri, яка означає Ргі:= [А],

ADD B,Ri, яка означає Ргі:= [Ргі] + [В],

STORE Ri,A, яка означає [А]:= [Ргі].

Такого типу команди, коли одна частина адресного поля адресує основну пам’ять, а друга - регістровий файл, іноді називаються півтора адресними. Часто в комп’ютерах використовуються команди, в адресній частині яких вказуються тільки номери регі­стрів, наприклад:

ADD Ri,Rj, яка означає Rj:= Ri + Rj

В цьому випадку команда є найкоротшою в порівнянні з іншими, та виконується в процесорі найшвидше.

Головні критерії вибору формату команд:

- чим коротша команда, тим менша ємність пам’яті потрібна для її зберігання і тим менша розрядність шини команд;

- чим більша адресність команди, тим менше відбувається звернень до пам’яті, тобто тим більша швидкодія комп’ютера.

Зазвичай шукається компромісне (оптимальне) рішення, і враховується, що розмір команди повинен бути узгодженим з розміром даних, оскільки вони зберігаються в од­ній пам’яті.

В перших комп’ютерах використовувалась архітектура на основі регістрів загально­го призначення типу “пам’ять-па ^в чим більша адресність команди, тим менше відбувається звернень до пам’яті, тобто тим більша швидкодія комп’ютера.

Зазвичай шукається компромісне (оптимальне) рішення, і враховується, що розмір команди повинен бути узгодженим з розміром даних, оскільки вони зберігаються в од­ній пам’яті.

В перших комп’ютерах використовувалась архітектура на основі регістрів загально­го призначення типу “пам’ять-пам’ять”. Але оскільки з розвитком елементної бази утво­рився великий розрив між швидкодією основної пам’яті та процесора, ця архітектура стала неефективною.

Після 1985 року більшість комп’ютерів будуються на основі архітектури типу регістр-пам’ять або регістр-регістр. Цьому є дві причини:

- перша - регістри процесора швидші пам’яті;

- друга - регістри простіше і ефективніше використовуються комп’ютером.

В цьому випадку найважливішим є те, що регістри можуть бути використані для зберігання змінних. Тоді зменшується об’єм обміну з пам’яттю і прискорюється вико­нання програми, оскільки регістри швидші пам’яті. Крім того, зменшується формат ко­манди, оскільки адреса регістра коротша адреси пам’яті, тому що ємність регістрового файлу менша ємності ОП. Розробнику компілятора простіше працювати коли всі регі­стри регістрового файлу еквівалентні і загальнодоступні. В комп’ютерах перших поко­лінь регістри закріплювалися для конкретних цілей і тим самим число регістрів значно зменшувалось.

Яка кількість регістрів загального призначення є ефективною? Відповідь залежить від того, як вони використовуються компілятором. Більшість компіляторів використо­вують по декілька регістрів для роботи з формулами, зберігання параметрів та змінних. Приклади комп’ютерів, в яких використовуються описані архітектури:

- регістр-регістр: SPARC, MIPS, Precision Architecture, Power PC, Alpha, Pentium IV, Athlon;

- регістр-пам’ять: Intel 80x86, Motorola 68000;

- пам’ять-пам’ять: VAX.

Дата добавления: 2014-11-06