Командный цикл процессора

Функциональная организация ЭВМ

Термин "функциональная организация ЭВМ" часто используют в качестве синонима (в некотором смысле) более широкого термина — "архитектура ЭВМ", который, в свою очередь, трактуется разными авторами несколько в различных смыслах. Наиболее близким к трактовке автора может служить определение термина "архитектура ЭВМ", данное в [8]. Приведем это определение.

Архитектура ЭВМ — это абстрактное представление ЭВМ, которое отражает ее структурную, схемотехническую и логическую организацию. Понятие архитектуры ЭВМ является комплексным и включает в себя:

□ структурную схему ЭВМ;

□ средства и способы доступа к элементам структурной схемы;

□ организацию и разрядность интерфейсов ЭВМ;

□ набор и доступность регистров;

□ организацию и способы адресации памяти;

□ способы представления и форматы данных ЭВМ;

□ набор машинных команд ЭВМ;

□ форматы машинных команд;

□ обработку нештатных ситуаций (прерываний).

В рамках данной книги мы, в основном, будем рассматривать перечисленные выше вопросы.

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.

(Страница25)

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".

Дата добавления: 2015-04-25