Основные команды процессора команды сравнения

Обновлено: 06.07.2024

Заказать трехфазный двигатель в Новосибирске с доставкой по городу.

Система команд процессора

Хотя наборы команд, реализованных в разных процессорах, различаются по количеству и перечню команд, по способам кодирования, по длине команд и по времени их выполнения, в системах команд разных процессоров есть весьма много общего. Знание этих общих свойств помогает быстрее освоить программирование нового процессора.

Разработчики процессора стремятся включить в систему команд прежде всего те действия, которые чаще требуются программистам. При этом наиболее часто требуемые действия стремятся реализовать в более коротких и быстрых командах. Перечень и свойства операций, выполняемых процессорными командами, тесно связаны со свойствами разных видов данных, которые обрабатываются на ЭВМ. Общего в разных системах команд достаточно много. Далее будем рассматривать главным образом это общее, часто упоминая, чем вызваны те или иные различия.

Для описания команд и их действия будем использовать мнемоники, принятые в языке Ассемблера. Язык Ассемблера специфичен для каждого типа процессора, так как включает в себя совокупность символических обозначений процессорных команд и способов адресации. Несмотря на специфичность, в языках Ассемблера для разных процессоров достаточно много общего, как в форме (в синтаксисе) так и в содержании отображаемых конструкциями языка понятий, поскольку и в различных процессорах также имеется много одинаковых, либо похожих свойств.

Примечание!

Собственно синтаксис Ассемблера, мнемоники команд процессора и способов адресации.
Управление процессом трансляции (директивы Ассемблера), позволяющее программисту получить программу с нужными свойствами, например, задать требуемое расположение частей программы в памяти и т.п.
Изучение набора и свойств сервисов используемой операционной системы (стандартных подпрограмм ОС, доступных прикладному программисту).

Для облегчения понимания кратко опишем основные правила записи команд на Ассемблере (они справедливы для многих известных автору Ассемблеров).

1) Как правило, ассемблерная строка однозначно соответствует одной процессорной команде.
2) Команда языка Ассемблера имеет следующую структуру:

Меткаl: КОП Оп1,Оп2,… ;Комментарий

Вот пример команды на языке ассемблера

Пояснение: Данный оператор содержит команду пересылки, которая загружает константу 12A9h в регистр процессора r1. Константа задана программистом в виде шестнадцатиричного числа.

Оператор включает в свой состав следующие поля:

Метка — это символическое обозначение адреса. В мнемонике команды, приведенной выше, метка обозначает адрес, начиная с которого байты данной команды будут расположены в ОЗУ после загрузки программы в память. Имя метки часто используется как операнд в командах переходов. (Замечание 1: метки могут обозначать любой адрес, в том числе и тот, с которого расположен операнд. Замечание 2: конкретное значение физического адреса, соответствующего метке будет определено только после загрузки оттранслированной программы в память. При разных запусках этот физический адрес может получиться различным, если программист не принимает специальных мер по заданию определенного значения для этого адреса.).
КОП — мнемоническое обозначение кода операции, выполняемой данной командой, например mov — переслать
Оп1, Оп2,… — символические обозначения операндов, обычно они разделяются запятыми (хотя в некоторых Ассемблерах для разделения операндов используется пробел). Количество операндов в команде может быть различным, в большинстве современных процессоров — от 0 до 3. Если операндов больше, чем один, некоторые из них являются "источниками", а некоторые другие — "приемниками". Например, команда сложения

содержит указания на два операнда-приемника (слагаемые) — op1 и op2, а также указание на элемент данных (sum), куда команде следует поместить результат.

Количество операндов, которые программист может указать в команде, определено отдельно для каждой команды конкретного процессора его разработчиками. Для многих команд делают допустимым несколько форматов (см., например, команду целочисленного умножения imul для процессоров семейства х86).

В Ассемблерах процессоров фирмы Intel, по большей части, операнды-источники записываются левее операндов-приемников. В Ассемблерах других фирм это может быть наоборот. В качестве операнда можно использовать метку, в этом случае метка будет обозначать адрес, с которого располагается в памяти соответствующий операнд.

Комментарий позволяет программисту записать пояснение к строке, и, как правило, игнорируется транслятором.

3) Хотя каждый процессор имеет свой Ассемблер (соответствующий его системе команд), многие мнемонические обозначения в разных Ассемблерах одинаковы для одинаковых операций. Этот факт сильно облегчает изучение следующего Ассемблера (и процессора), после того, как хотя бы один уже изучен.
4) При записи обозначений операндов используются условные обозначения выбранного программистом способа адресации. Обозначения различных способов адресации в разных ассемблерах также имеют много общего. Мы познакомимся с конкретными обозначениями при рассмотрении способов адресации.

Количество команд для разных типов ЭВМ колеблется от малых десятков до сотен. В таком множестве разобраться достаточно трудно, поэтому для рассмотрения разобьем все команды на группы (проклассифицируем). В разных книгах эта классификация тоже сделана по-разному. Выделяют от 3 до более 10 групп. (Наиболее обозримой для человека является классификация, содержащая на нижележащем уровне от 3 до 8 подклассов).

Команды пересылки

Пересылки общего назначения

Пересылки общего назначения MOV, L**, LD*, LOD* (от Load — загрузить), ST* (от Store — сохранить). Передают слово/байт данных из одной части ЭВМ в другую без изменения. Иногда в эту группу включают также и команды ввода-вывода для ЭВМ у которых область адресов внешних устройств включена в общее адресное пространство.

Пересылки из/в стек

Пересылки из/в стек: PUSH (втолкнуть), POP (вынуть). Обычно отличаются тем, что используют стековую адресацию (задаваемую неявно.

Пересылки двоичных слов

Пересылки двоичных слов, представляющих собой адреса операндов или части (компоненты) адресов. Для операций с адресами нередко в процессор вводят специальные команды. Это связано с тем, что разрядность адреса в процессоре не всегда совпадает с разрядностью АЛУ и регистров.

Пересылки между элементами вычислительного ядра

Пересылки между элементами вычислительного ядра (регистры процессора, элементы памяти) и периферийными устройствами. Хотя эти команды выполняют простую передачу двоичного слова, соответствующая группа команд (называемая командами ввода-вывода) обычно рассматривается отдельно.

Команды обработки

Арифметические команды

Минимальный набор арифметических команд очень мал. Это (например):

сложение — ADD;
инвертирование — COM / NOT (такая ЭВМ действительно была: PDP-8 (DEC));
прибавление "единицы" — INC.

Все остальное можно сделать, комбинируя эти команды.

Однако в современном микропроцессоре арифметических команд обычно больше:

SUB — вычитание;
CMP — сравнение операндов. Эта команда выполняет вычитание операндов, по результату изменяет флаги, после чего результат теряется (команда предназначена для проверки условий);
NEG — смена знака операнда;
ASR, ASL, SAR, SAL — арифметические сдвиги операнда (Arithmetic Shift to Right/Left);
INC, DEC — увеличение или уменьшение операнда на 1;
ADC, SBC/SBB - операции с переносом C (carry-bit) — для выполнения действий с повышенной точностью, когда операнд занимает несколько слов;
SXT, SEX, CBW, CWD, CDQ — расширение знака (преобразование в формат с повышенной разрядностью);
MUL, DIV — умножение и деление беззнаковых и знаковых чисел.
Набор операций с плавающей точкой, включающий обычно значительное количество команд (несколько десятков), в которые часто входят команды вычисления элементарных функций — Sin, Cos, Log, Exp и т.п.

Логические команды

Логические команды — это команды побитовой обработки.

OR — поразрядное логическое сложение. Фактически это команда побитовой установки (т.е. записи "единицы" в заданные биты операнда). Пример:
or opr, 0Ch ;Установка в 1 битов в позициях 2 и 3 в операнде al

Если исходно в al содержался, например, операнд 1101 1001₂, то после выполнения команды в al будет содержаться: 1101 11 01 (отмечены установленные биты). Второй операнд — обычно константа, задавая которую, программист указывает, какие биты следует установить (он на жаргоне программистов носит название "маска").

Можно описать действие команды OR следующим образом: команда безусловно устанавливает в "единицу" биты в тех позициях первого операнда, которые отмечены "единицами" во втором операнде (в маске), оставляя прочие биты первого операнда неизменными.

AND — поразрядное логическое умножение. Это команда побитового сброса (записи в заданные биты "нулей"). Пример:
and bh, 0Fh ;Сброс старшей тетрады (старшего ниббла) в байтовом операнде.

Если, например, исходно в регистре bh содержался операнд 1101 1001₂, то после выполнения команды в регистре bh будет содержаться 0000 1001₂ (отмечены очищенные биты). Действие команды AND можно описать следующим образом: команда безусловно сбрасывает в 0 биты в тех позициях первого операнда, которые отмечены "нулями" в маске, оставляя прочие биты первого операнда неизменными.

XOR — поразрядное исключающее ИЛИ, eXclusive OR (иногда на русском эту операцию называют "ЛИБО"). Эта двухоперандная команда фактически выполняет выборочное инвертирование битов. Например:
xor cl,0F0h ;Инвертирование битов старшей тетрады

Если исходно в cl содержалось 1101 1001₂, то после выполнения команды в cl будет содержаться 0010 1001₂ (отмечены проинвертированные биты). Действие команды xor можно описать так: команда инвертирует в первом операнде биты в позициях, которые отмечены в маске "единицами", оставляя прочие биты неизменными.

TEST — проверка битовых полей. Команда чаще всего двухоперандная, выполняет поразрядное логическое умножение операндов и по результату операции изменяет состояние флагов "нуля" zf и "знака" sf, после чего результат операции теряется.
NOT, COM — инвертирование операнда (замена значения каждого бита на противоположное). Это однооперандная команда.

Сдвиги

Операция сдвига состоит в одновременном перемещении содержимого операнда в разрядной сетке. Существует 3 разновидности операции сдвигов, которые различаются тем, что происходит с битами, выходящими за пределы разрядной сетки с одного "конца" операнда, и с освобождающимися позициями на другом его "конце".

ROR, ROL, RCR, RCL — циклические сдвиги. При циклическом сдвиге то, что выходит за границу разрядной сетки, помещается в освобождающуюся позицию на другом конце операнда.
ASR, ASL/SAR, SAL — арифметические сдвиги. Эта разновидность сдвига осуществляется таким образом, что результат оказывается эквивалентен умножению (при сдвиге влево) или делению (при сдвиге вправо) операнда на основание системы счисления, т.е. на 2. Сравните: если "сдвинуть" цифры в десятичном числе на разряд влево, результат будет эквивалентен исходному числу, умноженному на 10 (12 и 120 после сдвига). Более подробно особенности арифметического сдвига обсуждаются при рассмотрении системы команд процессоров х86.
SHL, SHR — логические сдвиги. При выполнении логических сдвигов биты, "выдвигаемые" из разрядной сетки, теряются, а противоположный конец операнда заполняется "нулями".

Каждая из упомянутых разновидностей может также иметь варианты.

Например, в составе системы команд х86 различают пять видов сдвигов.

Проверки и передача управления

Эти команды позволяют реализовать конструкции:

IF . THEN . ELSE
REPEAT . UNTIL
WHILE . DO
FOR . DO
GOTO .

Для выполнения этих функций в каждом процессоре есть регистр флагов (регистр состояния), разряды которого устанавливаются или сбрасываются в зависимости от свойств результата предыдущей операции. Анализируются:

равенство нулю;
знак;
перенос;
арифметическое переполнение;
перенос между тетрадами и др.

Команды проверки

TEST — проверка отдельных битов (логическим умножением).
CMP — сравнение операндов.

Кроме того, признаки устанавливаются после выполнения многих команд. Обратите внимание на то, что нет единых правил поведения признаков. (В процессорах фирмы Motorola при пересылке флаги "нуля" и "знака" изменяются, а в процессорах Intel — нет).

Команды ветвления по условию

B** / J*** от слов ( branch / jump). Их может быть 10. 30 штук. (например, BNE — переход, если не равно 0). Набор команд ветвления обсуждается при рассмотрении системы команд процессоров х86.

Адресация в командах ветвления может быть разного типа:

а) полный адрес перехода;
б) относительная (смещение);
в) пропуск команды.

Но чаще всего — короткая относительная. Короткая, потому что участки, которые надо обходить, имеют не очень большую длину. Если необходимо перейти далеко, то надо комбинировать условный переход с безусловным JMP.

Команда безусловной передачи управления

JMP Адресация делается такой, чтобы можно было "прыгнуть" в любое место программной памяти ("длинная" адресация).

Команда организации цикла

Позволяет организовать в программе структуры FOR . DO более простым способом, чем с помощью команд ветвления.

LOOP*

Команда обращения к подпрограмме (вызов процедуры)

JSR, JMS, CALL

Для экономии памяти, занимаемой программой, предоставляют возможность записать эту последовательность команд только в одном месте памяти и передавать управление к ней из разных мест вызывающей программы.

При обращении / возврате надо обеспечить:

а) передачу управления в любое место памяти, поэтому "длинная" адресация;
б) возврат в то место, откуда был вызов (т.е. место вызова должно автоматически запоминаться);
в) запоминание промежуточных результатов, имеющихся к моменту вызова (содержимое регистров процессора, а, при рекурсивном вызове, процедуры, — надо запоминать и промежуточные результаты работы самой процедуры). Для запоминания чаще всего используется стек (участок ОЗУ или специальное ОЗУ со стековой адресацией). Часть вышеперечисленной информации запоминается автоматически при выполнении команды CALL, а сохранение оставшегося — дело программиста.

Команды ввода — вывода (обмена с периферийными устройствами)

Фактически команды ввода-вывода — это тоже команды пересылки. Основное отличие между пересылками "регистр-память" и пересылками из/в периферийное устройство ПУ состоит в том, что скорость функционирования ПУ может существенно отличаться от скорости работы процессора и поэтому ПУ далеко не всегда бывает готово к обмену.

Устройств ввода-вывода (УВВ) много, надо как-то рбеспечить адресацию.
Устройства ввода-вывода разные, надо как-то унифицировать правила обмена.
Скорость работы УВВ отличается от скорости работы процессора, надо как-то синхронизировать работу процессора и УВВ.

Варианты структуры взаимодействия процессора и УВВ:

а) УВВ имеют свою систему нумерации (адресации), и в системе команд есть отдельные команды I/O, (как в IBM PC):
•IN — команда ввода из ВНУ;
•OUT — команда вывода на ВНУ.

В этом случае в формате команды УВВ предусматривается своя система адресации.

б) Обращение к УВВ такое же, как к памяти, часть адресов использована для ВНУ (ввод / вывод, отображенный на память).

Достоинства: можно использовать для обмена с ВНУ всю систему команд, в том числе, команды обработки, что сокращает программу.

В общем случае система команд процессора включает в себя следующие четыре основные группы команд:

команды пересылки данных;
арифметические команды ;
логические команды ;
команды переходов .

Команды пересылки данных не требуют выполнения никаких операций над операндами. Операнды просто пересылаются (точнее, копируются) из источника (Source) в приемник ( Destination ). Источником и приемником могут быть внутренние регистры процессора, ячейки памяти или устройства ввода/вывода. АЛУ в данном случае не используется.

Арифметические команды выполняют операции сложения, вычитания, умножения, деления, увеличения на единицу (инкрементирования), уменьшения на единицу (декрементирования) и т.д. Этим командам требуется один или два входных операнда. Формируют команды один выходной операнд .

Логические команды производят над операндами логические операции, например, логическое И, логическое ИЛИ , исключающее ИЛИ, очистку, инверсию, разнообразные сдвиги (вправо, влево, арифметический сдвиг, циклический сдвиг). Этим командам, как и арифметическим , требуется один или два входных операнда, и формируют они один выходной операнд .

Наконец, команды переходов предназначены для изменения обычного порядка последовательного выполнения команд. С их помощью организуются переходы на подпрограммы и возвраты из них, всевозможные циклы, ветвления программ, пропуски фрагментов программ и т.д. Команды переходов всегда меняют содержимое счетчика команд. Переходы могут быть условными и безусловными. Именно эти команды позволяют строить сложные алгоритмы обработки информации.

В соответствии с результатом каждой выполненной команды устанавливаются или очищаются биты регистра состояния процессора ( PSW ). Но надо помнить, что не все команды изменяют все имеющиеся в PSW флаги. Это определяется особенностями каждого конкретного процессора.

У разных процессоров системы команд существенно различаются, но в основе своей они очень похожи. Количество команд у процессоров также различно. Например, у упоминавшегося уже процессора МС68000 всего 61 команда , а у процессора 8086 — 133 команды. У современных мощных процессоров количество команд достигает нескольких сотен. В то же время существуют процессоры с сокращенным набором команд (так называемые RISC-процессоры), в которых за счет максимального сокращения количества команд достигается увеличение эффективности и скорости их выполнения.

Рассмотрим теперь особенности четырех выделенных групп команд процессора более подробно.

3.3.1. Команды пересылки данных

Команды пересылки данных занимают очень важное место в системе команд любого процессора. Они выполняют следующие важнейшие функции:

загрузка (запись) содержимого во внутренние регистры процессора;
сохранение в памяти содержимого внутренних регистров процессора;
копирование содержимого из одной области памяти в другую;
запись в устройства ввода/вывода и чтение из устройств ввода/вывода.

В некоторых процессорах (например, Т-11) все эти функции выполняются одной единственной командой MOV (для байтовых пересылок — MOVB ) но с различными методами адресации операндов.

В других процессорах помимо команды MOV имеется еще несколько команд для выполнения перечисленных функций. Например, для загрузки регистров могут использоваться команды загрузки, причем для разных регистров — разные команды (их обозначения обычно строятся с использованием слова LOAD — загрузка). Часто выделяются специальные команды для сохранения в стеке и для извлечения из стека ( PUSH — сохранить в стеке, POP — извлечь из стека). Эти команды выполняют пересылку с автоинкрементной и с автодекрементной адресацией (даже если эти режимы адресации не предусмотрены в процессоре в явном виде).

Иногда в систему команд вводится специальная команда MOVS для строчной (или цепочечной) пересылки данных (например, в процессоре 8086). Эта команда пересылает не одно слово или байт, а заданное количество слов или байтов ( MOVSB ), то есть инициирует не один цикл обмена по магистрали, а несколько. При этом адрес памяти, с которым происходит взаимодействие, увеличивается на 1 или на 2 после каждого обращения или же уменьшается на 1 или на 2 после каждого обращения. То есть в неявном виде применяется автоинкрементная или автодекрементная адресация.

В некоторых процессорах (например, в процессоре 8086) специально выделяются функции обмена с устройствами ввода/вывода. Команда IN используется для ввода (чтения) информации из устройства ввода/вывода, а команда OUT используется для вывода (записи) в устройство ввода/вывода. Обмен информацией в этом случае производится между регистром-аккумулятором и устройством ввода/вывода. В более продвинутых процессорах этого же семейства (начиная с процессора 80286) добавлены команды строчного (цепочечного) ввода (команда INS ) и строчного вывода (команда OUTS ). Эти команды позволяют пересылать целый массив (строку) данных из памяти в устройство ввода/вывода ( OUTS ) или из устройства ввода/вывода в память ( INS ). Адрес памяти после каждого обращения увеличивается или уменьшается (как и в случае с командой MOVS ).

Также к командам пересылки данных относятся команды обмена информацией (их обозначение строится на основе слова Exchange ). Может быть предусмотрен обмен информацией между внутренними регистрами, между двумя половинами одного регистра ( SWAP ) или между регистром и ячейкой памяти.

3.3.2. Арифметические команды

Арифметические команды рассматривают коды операндов как числовые двоичные или двоично-десятичные коды. Эти команды могут быть разделены на пять основных групп:

команды операций с фиксированной запятой (сложение, вычитание, умножение, деление);
команды операций с плавающей запятой (сложение, вычитание, умножение, деление);
команды очистки;
команды инкремента и декремента;
команда сравнения.

Команды операций с фиксированной запятой работают с кодами в регистрах процессора или в памяти как с обычными двоичными кодами. Команда сложения ( ADD ) вычисляет сумму двух кодов. Команда вычитания ( SUB ) вычисляет разность двух кодов. Команда умножения ( MUL ) вычисляет произведение двух кодов (разрядность результата вдвое больше разрядности сомножителей). Команда деления ( DIV ) вычисляет частное от деления одного кода на другой. Причем все эти команды могут работать как с числами со знаком, так и с числами без знака.

Команды операций с плавающей запятой (точкой) используют формат представления чисел с порядком и мантиссой (обычно эти числа занимают две последовательные ячейки памяти). В современных мощных процессорах набор команд с плавающей запятой не ограничивается только четырьмя арифметическими действиями, а содержит и множество других более сложных команд, например, вычисление тригонометрических функций, логарифмических функций, а также сложных функций, необходимых при обработке звука и изображения.

Команды очистки ( CLR ) предназначены для записи нулевого кода в регистр или ячейку памяти. Эти команды могут быть заменены командами пересылки нулевого кода, но специальные команды очистки обычно выполняются быстрее, чем команды пересылки . Команды очистки иногда относят к группе логических команд , но суть их от этого не меняется.

Команды инкремента (увеличения на единицу, INC ) и декремента (уменьшения на единицу, DEC ) также бывают очень удобны. Их можно в принципе заменить командами суммирования с единицей или вычитания единицы, но инкремент и декремент выполняются быстрее, чем суммирование и вычитание. Эти команды требуют одного входного операнда, который одновременно является и выходным операндом.

Наконец, команда сравнения (обозначается CMP ) предназначена для сравнения двух входных операндов. По сути, она вычисляет разность этих двух операндов, но выходного операнда не формирует, а всего лишь изменяет биты в регистре состояния процессора ( PSW ) по результату этого вычитания. Следующая за командой сравнения команда (обычно это команда перехода ) будет анализировать биты в регистре состояния процессора и выполнять действия в зависимости от их значений (о командах перехода речь идет в разделе 3.3.4). В некоторых процессорах предусмотрены команды цепочечного сравнения двух последовательностей операндов, находящихся в памяти (например, в процессоре 8086 и совместимых с ним).

Система команд - это набор допустимых для данного процессора управляющих кодов и способов адресации данных. Система команд жестко связана с конкретным типом процессора, поскольку определяется аппаратной структурой блока дешифрации команд, и обычно не обладает переносимостью на другие типы процессоров (хотя может иметь место совместимость “снизу-вверх” в рамках серии процессоров, как, например, в серии i 80 x 86 ).

Типовая структура формата команды:

1.КОП - код операции - двоичный код, однозначно указывающий процессору на выполнение конкретных действий (пересылка, сложение и т.п.), и определяющий при этом форму задания адресов операндов; 1 или 2 байта;

2.АЧ - адресная часть - двоичное число, которое может представлять собой адрес (адреса) операндов, значение операнда, адрес следующей команды (адрес перехода, передачи управления). 1 до 4 байт.

Индексная (автоинкрементная и автодекрементная ) адресация. Её назначение.

При обработке больших массивов данных, выбираемых последовательно друг за другом, нет смысла каждый раз обращаться в память за новым адресом. Для этого достаточно автоматически менять содержимое специального регистра, называемого индексным, чтобы выбирать последовательно размещенные данные. Индексный регистр является косвенным. Его загружают начальным адресом массива(специальной командой). Дальнейшая адресация осуществляется путем автоматического добавления или вычитания единицы или шага адреса из его содержимого.

Рисунок. Формирование адреса операнда при индексной адресации.

Три вида индексных операции:

а) засылка в индексный регистр начального значения

б) изменение индекса

в) проверка окончания циклических вычислений.

Часто в команду с индексной адресацией включают признак, определяющий шаг индексации Т (Т=1,2,4 и т.д.), что позволяет осуществлять адресацию массивов через байт, слово, двойное слово и т.д.

В современных процессорах (например в Intel 80386 и выше) применяют все возможные сочетания из базового адреса, индексного адреса, относительного адреса и шага.

В систему команд традиционно входят такие группы:

· пересылка данных (регистр-регистр, регистр-память, память-регистр, специфические команды типа память-память);все команды пересылки выполняют, по сути, копирование данных из ячейки-источника в ячейку-приемник;

· логические операции ( and , or , xor , not ) и операции сдвига;

· ввод-вывод – специфические команды для передачи данных между процессором и устройствами ввода-вывода, размещенными в адресном пространстве ввода-вывода;

· передача управления – при выполнении такой команды процессор записывает в счетчик команд PC адрес следующей команды, взятый из адресной части текущей команды;

· специальные – останов, сброс, управление прерываниями, управление режимом пониженного энергопотребления и т.п.

Основные группы команд МП.

По характеру операций различают следующие группы команд:

a) команда арифметических операций для чисел с ПТ и ФТ.

b) команда десятичной арифметики.

c) команда логических операций.

d) команда передачи кодов.

e) команда операций ввода/вывода.

f) команда управления порядком исполнения команд (передача управления).

g) команда управления режимом работы.

Рассмотрим особенности некоторых групп команд.

Команды передачи управления

Для определения адреса текущей команды МП имеет в своем составе специальный регистр указатель адреса команды или счетчик команд PC , IP .

Модификация РС происходит сразу после выборки команды (или ее байта). Поскольку чаще всего используется естественная адресация команд, то возникает необходимость в командах передачи управления для реализации ветвления алгоритмов. Для этого используются специальные команды :

n команды перехода

n команды замещения

n команды смены состояния процессора

n команды запроса прерывания

1. команды перехода.

Адресная часть команды непосредственно или после суммирования с содержимым базового регистра передается в счетчик команд , т.е. адрес следующей команды задается командой перехода.

Используются команды безусловного и условного переходов.

1.1 Команды безусловного перехода

Переход может осуществляться и переход по косвенному адресу

На косвенную адресацию указывает либо КОП , либо специальный бит в поле команды

1.2 Команды условного перехода

Адрес следующей команды зависит от выполнения некоторого условия :

М- код признака ( маска условия )

Команды могут быть с относительной и косвенной адресацией.

Если условие выполняется, то в счетчик команд загружается новый адрес. Отличие от команд перехода заключается в том, чтобы по окончании подпрограммы реализовать возврат в прежнюю точку программы. Для этого необходимо сохранить адрес возврата.

Перед выполнением передачи управления содержимое РС, указывающее на следующую команду программы запоминается по адресу, указываемого в команде (обычно регистр или стек). При этом организуется дополнительная команда возврата из подпрограммы, которая восстанавливает содержимое счетчика команд.

Команда замещения - вместо очередной команды используется замещающая команда, находящаяся по адресу, указанному в команде “выполнить”. Выполнение этой замещающей команды не должно приводить к изменению РС. После исполнения этой команды продолжается естественный ход программы (это не JMP).

Команда “выполнение” - аналог подпрограммы, состоящей из одной команды без сохранения адреса возврата.

В общем случае система команд процессора включает в себя следующие четыре основные группы команд:
 команды пересылки данных;
 арифметические команды;
 логические команды;
 команды переходов.
Команды пересылки данных не требуют выполнения никаких операций над операндами. Операнды просто пересылаются (точнее, копируются) из источника (Source) в приемник (Destination). Источником и приемником могут быть внутренние регистры процессора, ячейки памяти или устройства ввода/вывода. АЛУ в данном случае не используется.

Работа содержит 1 файл

Структура команд процессора.docx

В общем случае система команд процессора включает в себя следующие четыре основные группы команд:

команды пересылки данных;
арифметические команды;
логические команды;
команды переходов.

Команды пересылки данных не требуют выполнения никаких операций над операндами. Операнды просто пересылаются (точнее, копируются) из источника (Source) в приемник (Destination). Источником и приемником могут быть внутренние регистры процессора, ячейки памяти или устройства ввода/вывода. АЛУ в данном случае не используется.

Логические команды производят над операндами логические операции, например, логическое И, логическое ИЛИ, исключающее ИЛИ, очистку, инверсию, разнообразные сдвиги (вправо, влево, арифметический сдвиг, циклический сдвиг). Этим командам, как и арифметическим, требуется один или два входных операнда, и формируют они один выходной операнд.

В соответствии с результатом каждой выполненной команды устанавливаются или очищаются биты регистра состояния процессора (PSW). Но надо помнить, что не все команды изменяют все имеющиеся в PSW флаги. Это определяется особенностями каждого конкретного процессора.

У разных процессоров системы команд существенно различаются, но в основе своей они очень похожи. Количество команд у процессоров также различно. Например, у упоминавшегося уже процессора МС68000 всего 61 команда, а у процессора 8086 — 133 команды. У современных мощных процессоров количество команд достигает нескольких сотен. В то же время существуют процессоры с сокращенным набором команд (так называемые RISC-процессоры), в которых за счет максимального сокращения количества команд достигается увеличение эффективности и скорости их выполнения.

Рассмотрим теперь особенности четырех выделенных групп команд процессора более подробно.

1.Команды пересылки данных

загрузка (запись) содержимого во внутренние регистры процессора;
сохранение в памяти содержимого внутренних регистров процессора;
копирование содержимого из одной области памяти в другую;
запись в устройства ввода/вывода и чтение из устройств ввода/вывода.

В некоторых процессорах (например, Т-11) все эти функции выполняются одной единственной командой MOV (для байтовых пересылок — MOVB) но с различными методами адресации операндов.

В других процессорах помимо команды MOV имеется еще несколько команд для выполнения перечисленных функций. Например, для загрузки регистров могут использоваться команды загрузки, причем для разных регистров — разные команды (их обозначения обычно строятся с использованием слова LOAD — загрузка). Часто выделяются специальные команды для сохранения в стеке и для извлечения из стека (PUSH — сохранить в стеке, POP — извлечь из стека). Эти команды выполняют пересылку с автоинкрементной и с автодекрементной адресацией (даже если эти режимы адресации не предусмотрены в процессоре в явном виде).

Иногда в систему команд вводится специальная команда MOVS для строчной (или цепочечной) пересылки данных (например, в процессоре 8086). Эта команда пересылает не одно слово или байт, а заданное количество слов или байтов (MOVSB), то есть инициирует не один цикл обмена по магистрали, а несколько. При этом адрес памяти, с которым происходит взаимодействие, увеличивается на 1 или на 2 после каждого обращения или же уменьшается на 1 или на 2 после каждого обращения. То есть в неявном виде применяется автоинкрементная или автодекрементная адресация.

В некоторых процессорах (например, в процессоре 8086) специально выделяются функции обмена с устройствами ввода/вывода. Команда IN используется для ввода (чтения) информации из устройства ввода/вывода, а команда OUT используется для вывода (записи) в устройство ввода/вывода. Обмен информацией в этом случае производится между регистром-аккумулятором и устройством ввода/вывода. В более продвинутых процессорах этого же семейства (начиная с процессора 80286) добавлены команды строчного (цепочечного) ввода (команда INS) и строчного вывода (команда OUTS). Эти команды позволяют пересылать целый массив (строку) данных из памяти в устройство ввода/вывода (OUTS) или из устройства ввода/вывода в память (INS). Адрес памяти после каждого обращения увеличивается или уменьшается (как и в случае с командой MOVS).

Также к командам пересылки данных относятся команды обмена информацией (их обозначение строится на основе слова Exchange). Может быть предусмотрен обмен информацией между внутренними регистрами, между двумя половинами одного регистра (SWAP) или между регистром и ячейкой памяти.

2. Арифметические команды

команды операций с фиксированной запятой (сложение, вычитание, умножение, деление);
команды операций с плавающей запятой (сложение, вычитание, умножение, деление);
команды очистки;
команды инкремента и декремента;
команда сравнения.

Команды операций с фиксированной запятой работают с кодами в регистрах процессора или в памяти как с обычными двоичными кодами. Команда сложения (ADD) вычисляет сумму двух кодов. Команда вычитания (SUB) вычисляет разность двух кодов. Команда умножения (MUL) вычисляет произведение двух кодов (разрядность результата вдвое больше разрядности сомножителей). Команда деления (DIV) вычисляет частное от деления одного кода на другой. Причем все эти команды могут работать как с числами со знаком, так и с числами без знака.

Команды очистки (CLR) предназначены для записи нулевого кода в регистр или ячейку памяти. Эти команды могут быть заменены командами пересылки нулевого кода, но специальные команды очистки обычно выполняются быстрее, чем команды пересылки. Команды очистки иногда относят к группе логических команд, но суть их от этого не меняется.

Команды инкремента (увеличения на единицу, INC) и декремента (уменьшения на единицу, DEC) также бывают очень удобны. Их можно в принципе заменить командами суммирования с единицей или вычитания единицы, но инкремент и декремент выполняются быстрее, чем суммирование и вычитание. Эти команды требуют одного входного операнда, который одновременно является и выходным операндом.

Наконец, команда сравнения (обозначается CMP) предназначена для сравнения двух входных операндов. По сути, она вычисляет разность этих двух операндов, но выходного операнда не формирует, а всего лишь изменяет биты в регистре состояния процессора (PSW) по результату этого вычитания. Следующая за командой сравнения команда (обычно это команда перехода) будет анализировать биты в регистре состояния процессора и выполнять действия в зависимости от их значений (о командах перехода речь идет в разделе 3.3.4). В некоторых процессорах предусмотрены команды цепочечного сравнения двух последовательностей операндов, находящихся в памяти (например, в процессоре 8086 и совместимых с ним).

3. Логические команды

Логические команды выполняют над операндами логические (побитовые) операции, то есть они рассматривают коды операндов не как единое число, а как набор отдельных битов. Этим они отличаются от арифметических команд. Логические команды выполняют следующие основные операции:

логическое И, логическое ИЛИ, сложение по модулю 2 (Исключающее ИЛИ);
логические, арифметические и циклические сдвиги;
проверка битов и операндов;
установка и очистка битов (флагов) регистра состояния процессора (PSW).

Команды логических операций позволяют побитно вычислять основные логические функции от двух входных операндов. Кроме того, операция И (AND) используется для принудительной очистки заданных битов (в качестве одного из операндов при этом используется код маски, в котором разряды, требующие очистки, установлены в нуль). Операция ИЛИ (OR) применяется для принудительной установки заданных битов (в качестве одного из операндов при этом используется код маски, в котором разряды, требующие установки в единицу, равны единице). Операция «Исключающее ИЛИ» (XOR) используется для инверсии заданных битов (в качестве одного из операндов при этом применяется код маски, в котором биты, подлежащие инверсии, установлены в единицу). Команды требуют двух входных операндов и формируют один выходной операнд.

Команды сдвигов позволяют побитно сдвигать код операнда вправо (в сторону младших разрядов) или влево (в сторону старших разрядов). Тип сдвига (логический, арифметический или циклический) определяет, каково будет новое значение старшего бита (при сдвиге вправо) или младшего бита (при сдвиге влево), а также определяет, будет ли где-то сохранено прежнее значение старшего бита (при сдвиге влево) или младшего бита (при сдвиге вправо). Например, при логическом сдвиге вправо в старшем разряде кода операнда устанавливается нуль, а младший разряд записывается в качестве флага переноса в регистр состояния процессора. А при арифметическом сдвиге вправо значение старшего разряда сохраняется прежним (нулем или единицей), младший разряд также записывается в качестве флага переноса.

Циклические сдвиги позволяют сдвигать биты кода операнда по кругу (по часовой стрелке при сдвиге вправо или против часовой стрелки при сдвиге влево). При этом в кольцо сдвига может входить или не входить флаг переноса. В бит флага переноса (если он используется) записывается значение старшего бита при циклическом сдвиге влево и младшего бита при циклическом сдвиге вправо. Соответственно, значение бита флага переноса будет переписываться в младший разряд при циклическом сдвиге влево и в старший разряд при циклическом сдвиге вправо.

Команды проверки битов и операндов предназначены для установки или очистки битов регистра состояния процессора в зависимости от значения выбранных битов или всего операнда в целом. Выходного операнда команды не формируют. Команда проверки операнда (TST) проверяет весь код операнда в целом на равенство нулю и на знак (на значение старшего бита), она требует только одного входного операнда. Команда проверки бита (BIT) проверяет только отдельные биты, для выбора которых в качестве второго операнда используется код маски. В коде маски проверяемым битам основного операнда должны соответствовать единичные разряды.

Наконец, команды установки и очистки битов регистра состояния процессора (то есть флагов) позволяют установить или очистить любой флаг, что бывает очень удобно. Каждому флагу обычно соответствуют две команды, одна из которых устанавливает его в единицу, а другая сбрасывает в нуль. Например, флагу переноса C (от Carry) будут соответствовать команды CLC (очистка) и SEC или STC (установка).

4. Команды переходов

Команды переходов предназначены для организации всевозможных циклов, ветвлений, вызовов подпрограмм и т.д., то есть они нарушают последовательный ход выполнения программы. Эти команды записывают в регистр-счетчик команд новое значение и тем самым вызывают переход процессора не к следующей по порядку команде, а к любой другой команде в памяти программ. Некоторые команды переходов предусматривают в дальнейшем возврат назад, в точку, из которой был сделан переход, другие не предусматривают этого. Если возврат предусмотрен, то текущие параметры процессора сохраняются в стеке. Если возврат не предусмотрен, то текущие параметры процессора не сохраняются.

Команды переходов без возврата делятся на две группы:

команды безусловных переходов;
команды условных переходов.

В обозначениях этих команд используются слова Branch (ветвление) и Jump (прыжок).

Читайте также: