Тема 4: Принцип адресации и структура команд

Тема лекции: Структура команд

План лекции:

3.
Командный цикл процессора

4.
Структура команд процессора

5.
Системы операций

4.3 Командный цикл процессора

Командой называется элементарное действие, которое может выполнить про­цессор без дальнейшей детализации.

Последовательность команд, выполнение которых приводит к достижению определенной цели, называется про­граммой.

Команды программы кодируются двоичными словами и размеща­ются в памяти ЭВМ. Вся работа ЭВМ состоит в последовательном выполне­нии команд программы. Действия по выбору из памяти и выполнению одной команды называются командным циклом.

В составе любого процессора имеется специальная ячейка, которая хранит адрес выполняемой команды — счетчик команд или программный счетчик. После выполнения очередной команды его значение увеличивается на едини­цу (если код одной команды занимает несколько ячеек памяти, то содержи­мое счетчика команд увеличивается на длину команды). Таким образом осуществляется выполнение последовательности команд. Существуют спе­циальные команды (передачи управления), которые в процессе своего выпол­нения модифицируют содержимое программного счетчика, обеспечивая пе­реходы по программе. Сама выполняемая команда помещается в регистр ко­манд — специальную ячейку процессора.

Во время выполнения командного цикла процессор реализует следующую последовательность действий:

1.
Извлечение из памяти содержимого ячейки, адрес которой хранится в программном счетчике, и размещение этого кода в регистре команд (чтение команды).

2.
Увеличение содержимого программного счетчика на единицу.

3.
Формирование адреса операндов.

4.
Извлечение операндов из памяти.

5.
Выполнение заданной в команде операции.

6.
Размещение результата операции в памяти.

7.
Переход к п. 1.

Пункты 1, 2 и 7 обязательно выполняются в каждом командном цикле, ос­тальные могут не выполняться в некоторых командах. Если длина кода команды составляет несколько машинных слов, то пп. 1 и 2 повторяются.

Фактически вся работа процессора заключается в циклическом выполнении пунктов 1—7 командного цикла. При запуске машины в счетчик команд аппаратно помещается фиксированное значение — начальный адрес программы (часто 0 или последний адрес памяти; встречаются и более экзотические спо­собы загрузки начального адреса). В дальнейшем содержимое программного счетчика модифицируется в командном цикле. Прекращение выполнения командных циклов может произойти только при выполнении специальной команды "СТОП".

4.3 Структура команд процессора

Разнообразие типов данных, форм их представления и действий, которые не­обходимы для обработки информации и управления ходом вычислений, по­рождает необходимость использования различных команд — набора команд. Каждый процессор имеет собственный вполне определенный набор команд, называемый системой команд процессора. Система команд должна обладать двумя свойствами — функциональной полнотой и эффективностью.

Функциональная полнота — это достаточность системы команд для описания любого алгоритма. Требование функциональной полноты не является слиш­ком жестким. Доказано, что свойством функциональной полноты обладает система, включающая всего три команды (система Поста): присвоение О, присвоение 1, проверка на 0. Однако составление программ в такой системе команд крайне неэффективно.

Эффективность системы команд — степень соответствия системы команд назначению ЭВМ, т. е. классу алгоритмов, для выполнения которых предна­значается ЭВМ, а также требованиям к производительности ЭВМ. Очевидно, что реализация развитой системы команд связана с большими затратами обо­рудования и, следовательно, с высокой стоимостью процессора. В то же вре­мя ограниченный набор команд приводит к снижению производительности и повышенным требованиям к памяти для размещения программы. Даже про­стые и дешевые современные микропроцессоры поддерживают систему ко­манд, содержащую несколько десятков (а с модификациями — сотен) ко­манд.

Система команд процессора характеризуется тремя аспектами: форматами, способами адресации и системой операций.

Дата добавления: 2014-10-31