Основы программирования процессора выбор и дешифрация команд

Обновлено: 07.07.2024

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).

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

§ команды пересылки данных;

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.

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.

Арифметические команды

§ команды операций с фиксированной запятой (сложение, вычитание, умножение, деление);

§ команды операций с плавающей запятой (сложение, вычитание, умножение, деление);

§ команды инкремента и декремента;

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).

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).

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).

Команды безусловных переходов вызывают переход в новый адрес независимо ни от чего. Они могут вызывать переход на указанную величину смещения (вперед или назад) или же на указанный адрес памяти. Величина смещения или новое значение адреса указываются в качестве входного операнда.

Команды условных переходов вызывают переход не всегда, а только при выполнении заданных условий. В качестве таких условий обычно выступают значения флагов в регистре состояния процессора (PSW). То есть условием перехода является результат предыдущей операции, меняющей значения флагов. Всего таких условий перехода может быть от 4 до 16. Несколько примеров команд условных переходов:

§ переход, если равно нулю;

§ переход, если не равно нулю;

§ переход, если есть переполнение;

§ переход, если нет переполнения;

§ переход, если больше нуля;

§ переход, если меньше или равно нулю.

Если условие перехода выполняется, то производится загрузка в регистр-счетчик команд нового значения. Если же условие перехода не выполняется, счетчик команд просто наращивается, и процессор выбирает и выполняет следующую по порядку команду.

Специально для проверки условий перехода применяется команда сравнения (CMP), предшествующая команде условного перехода (или даже нескольким командам условных переходов). Но флаги могут устанавливаться и любой другой командой, например командой пересылки данных, любой арифметической или логической командой. Отметим, что сами команды переходов флаги не меняют, что как раз и позволяет ставить несколько команд переходов одну за другой.

Совместное использование нескольких команд условных и безусловных переходов позволяет процессору выполнять разветвленные алгоритмы любой сложности. Для примера на рис. показано разветвление программы на две ветки с последующим соединением, а на рис. — разветвление на три ветки с последующим соединением.

Команды переходов с дальнейшим возвратом в точку, из которой был произведен переход, применяются для выполнения подпрограмм, то есть вспомогательных программ. Эти команды называются также командами вызова.

Что CPU / ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР выполняет инструкции программы, находящейся в памяти. Но знаете ли вы, что все они следуют одним и тем же общим правилам? Все они следуют одному и тому же командному циклу, который разделен на три отдельных этапа, называемых «выборка», «декодирование» и «выполнение», которые переводятся как выборка, декодирование и выполнение. Мы объясняем, как работают эти этапы и как они организованы.

Визуализация цикла обучения

Получить или захватить: В котором инструкция захватывается из ОЗУ и копируется в процессор.
Декодирование или декодирование: В котором ранее захваченная инструкция декодируется и отправляется исполнительным блокам.
Выполнили: Если инструкция разрешена, а результат записан во внутренние регистры процессора или в адрес памяти RAM

Эти три этапа выполняются в каждом процессоре. Существует четвертый этап, который является обратной записью, когда исполнительные блоки записывают результат, но это обычно учитывается на этапе выполнения цикла команд.

Первый этап цикла обучения: выборка

Программный счетчик или Программный счетчик: Что указывает на следующую строку памяти, где находится следующая инструкция процессора. Его значение увеличивается на 1 каждый раз, когда завершается полный цикл команд или когда команда перехода изменяет значение программного счетчика.
Регистр адреса памяти: MAR копирует содержимое ПК и отправляет его в ОЗУ через адресационные контакты ЦП, которые соединены с адресными контактами самого ОЗУ.
Регистр данных памяти или регистр данных памяти : В случае, если ЦП должен выполнить чтение памяти, MDR копирует содержимое этого адреса памяти во внутренний регистр ЦП, который является временным регистром передачи, прежде чем его содержимое будет скопировано в регистр команд. MDR, в отличие от MAR, подключается к выводам данных RAM, а не к контактам адресации, и в случае инструкции записи содержимое того, что вы хотите записать в RAM, также записывается в MDR.
Реестр инструкций: Заключительной частью этапа выборки является запись инструкции в регистр инструкций, из которого блок управления процессором копирует ее содержимое для второго этапа цикла инструкций.

Эти 4 подэтапа происходят во всех процессорах, независимо от их полезности, архитектуры и двоичной совместимости или того, что мы называем ISA.

устройство управления

Они отвечают за координацию движения и порядок, в котором данные перемещаются внутри и вне процессора, а также за различные подблоки, которые за это отвечают.
В общем, считается, что блоки этапа захвата или Fetch являются частью оборудования, которое мы называем блоком управления, и это оборудование также называется Front-End процессора.
Он интерпретирует инструкции и отправляет их различным исполнительным устройствам, к которым он подключен.
Он передается различным ALU и исполнительным блокам процессора, которые действуют
Он отвечает за захват и декодирование инструкций, а также за запись результатов в регистры, кеши или в соответствующий адрес ОЗУ.

Блок управления декодирует инструкции, и он делает это, потому что каждая инструкция на самом деле является своего рода предложением, в котором сначала идет глагол, а затем прямой объект или объект, на котором выполняется действие. Субъект в конечном итоге исключается на этом внутреннем языке компьютеров, поскольку понимается, что это сам компьютер выполняет его, поэтому каждое число битов представляет собой предложение, в котором первые 1 и 0 соответствуют действию, а единицы Далее идут данные или расположение данных, которыми нужно управлять.

Второй этап: декодирование

Существуют разные типы инструкций, и не все они делают одно и то же, поэтому в зависимости от типа инструкции нам нужно знать, в какие исполнительные единицы будут отправляться, и самый классический способ сделать это - использовать то, что мы называем декодером. , который принимает каждую инструкцию, делит ее внутри в соответствии с кодом операции или инструкцией и данными или адресом памяти, где она расположена.

Например, на диаграмме выше у нас есть диаграмма процессора всего с 8 инструкциями, которые могут быть закодированы только 3 битами. Каждая из инструкций после декодирования отправляется различным исполнительным блокам, которые их разрешат.

Этот цикл команд является самым сложным из всех и определяет тип архитектуры. В зависимости от того, есть ли у нас сокращенный или сложный набор инструкций, это повлияет на характер блока управления, в зависимости от формата инструкции или от того, сколько одновременно обрабатывается на этапе декодирования, и, следовательно, блок управления будет иметь разная природа. Другой.

Самый простой способ визуализировать происходящее - представить инструкции как поезда, движущиеся по сложной железнодорожной сети, и блок управления, направляющий их к конечной станции, которая является исполнительным блоком, который будет отвечать за выполнение инструкции.

Третий этап: Выполнить

Инструкции по перемещению долота: В котором осуществляется управление порядком битов, содержащих данные.
Арифметические инструкции: Там, где выполняются математические и логические операции, они решаются в так называемых ALU или арифметико-логических устройствах.
Инструкции по прыжкам: В котором изменяется следующее значение программного счетчика, что позволяет использовать код рекурсивно.
Инструкция к памяти: Они используются процессором для чтения и записи информации из системной памяти.

Другой момент - это форматы инструкций, поскольку инструкция может применяться к данным, скаляру или нескольким данным одновременно, что мы знаем как SIMD. В заключение и в зависимости от формата данных существуют разные типы ALU для выполнения арифметических инструкций, например, сегодня у нас есть целые числа и блоки с плавающей запятой как дифференцированные блоки.

После того, как инструкция завершена, результат записывается в определенный адрес памяти, и выполняется следующий. Некоторые инструкции управляют не значениями памяти, а определенными регистрами. Таким образом, регистр программного счетчика модифицируется инструкциями перехода, если мы хотим читать или записывать данные, то управляются регистры MAR и MDR.

1. По числу ячеек памяти, необходимых для размещения одной команды, различают команды в одно, два или три слова. Команды длиной в два или три слова для выборки соответственно два или три цикла обращения к памяти.

2. По архитектурным характеристикам МП:

- изменение содержимого ЯП;

- изменение содержимого А;

- изменения содержимого индексного регистра;

- выполнение операций со стеком;

- выполнение операций в АЛУ;

- изменение содержимого регистра состояния (или регистра признаков);

Каждая команда, выбираемая из памяти процессором, определяет алгоритм поведения процессора на ближайшие несколько тактов. Код команды говорит о том, какую операцию предстоит выполнить процессору и с какими операндами (т. е. кодами данных). Где взять исходную информацию для выполнения команды и куда поместить результат (если необходимо). В процессоре код команды расшифровывается и преобразуется в набор микроопераций, выполняемых отдельными узлами процессора.

Непосредственная адресация предполагает, что операнд (входной) находится в памяти непосредственно за кодом команды.

Прямая адресация предполагает, что операнд (входной или выходной) находится в памяти по адресу, код которого находится внутри программы сразу же за кодом команды.

Регистровая адресация предполагает, операнд (входной или выходной) находится во внутреннем регистре МП.

Косвенная адресация предполагает, что во внутреннем регистре МП находится не сам операнд, а его адрес в памяти.

Автоинкрементная адресация близка к косвенной, но отличается тем, что после выполнения команды содержимое используемого регистра увеличивается на 1 или 2.

Автодекрементная адресация работает похоже на автоинкрементную, но только содержимое выбранного регистра уменьшается на 1 или2 перед выполнением команды.

Самая быстрая адресация – это регистровая.

Система команд, выполняемых МП, представляет собой полный набор команд, допустимых в машинном языке данного типа ЭВМ.

В общем случае система команд МП включает в себя следующие группы команд:

- Команды пересылки данных;

Команды пересылки данных не требуют выполнения никаких операций над операндами. Источником и приемником могут быть внутренние регистры МП, ЯП или УВВ. Эти команды выполняют следующие важнейшие функции:

- Запись содержимого во внутренние регистры МП;

- Сохранение в памяти содержимого внутренних регистров МП;

- Копирование содержимого из одной области памяти в другую;

- Запись в УВВ и чтение из УВВ.

Арифметические команды. Этим командам требуется 1 или2 входных операнда. Формируют команды один выходной операнд. Эти команды могут быть разделены на память основных групп:

- Команды операций с фиксированной запятой (сложение, вычитание, умножение, деление);

- Команды операций с плавающей запятой (сложение, вычитание, умножение, деление);

- Команды инкремента и декремента:

Логические команды. Этим командам, как арифметическим, требуется один или два операнда, и формируют один выходной операнд. Логические команды выполняются над операндами логические операции, т. е. они рассматриваются коды операндов не как единое число, как набор отдельных битов. Логические команды выполняют следующие основные операции:

- Логическое умножение, логическое сложение, сложение по модулю 2;

- Логические, арифметические и циклические сдвиги;

- Проверка битов и операндов;

- Установка и очистка битов (флагов) регистра состояния МП.

Команды переходов предназначены для организации всевозможных циклов, ветвлений, вызовов подпрограмм и т. д., т. е. они нарушают последовательный ход выполнения программы. Команды переходов всегда меняют содержимое счетчика команд. Переходы могут быть условными и безусловными.

Команды безусловных переходов вызывают переход в новый адрес независимо ни от чего.

Команды условных переходов вызывают переход не всегда, а только при выполнении заданных условий. В качестве таких условий выступают значения флагов в регистре МП.

Специально для проверки условий перехода применяется команда сравнения.

Команды переходов с дальнейшим возвратом в точку, из которой был произведен переход, применяются для выполнения подпрограмм. Использование подпрограмм позволяет упростить структуру основной программы, сделать её более логичной, гибкой, лёгкой для написания и отладки.

Особое место среди команд перехода с возвратом занимают команды прерываний. Эти команды в качестве входного операнда требует номер прерывания (адрес вектора). Прерывания бывают двух основных типов:

- Векторные прерывания, которые требуют проведения цикла чтения по магистрали;

- Радиальные прерывания, которые не требуют никакого цикла обмена по магистрали.

При векторном прерывании код номера прерывания передается МП тем устройством ввода/вывода, которое данное прерывание запросило. Если прерывание одновременно запросило 2 или более устройств, то сигнал представления прерывания получит только одно устройство, а именно то, которое ближе к МП. Векторные прерывания обеспечивают большую гибкость, но их может быть очень много. Но зато они требуют дополнительных аппаратурных узлов во всех устройствах, запрашивающих прерывания.

При радиальном прерывании в магистрали имеется столько линий запроса прерывания сколько всего может быть разных прерываний. Т. Е. каждое устройство ввода/вывода, желающее использовать прерывание, подает сигнал запроса прерывания по своей отдельной линии. Процессор узнает о номере прерывания по номеру линии, по которой пришел сигнал запроса прерывания. Радиальных прерываний обычно не очень много. При этом типе прерываний вводят специальный контроллер прерываний. Работать с радиальными прерываниями проще, так как все сводится только к выработке единственного сигнала IRQ, и никаких циклов обмена по магистрали не требуется.

Читайте также: