Системи машинних команд процесорів, формати даних і способи кодування команд і даних.
Архитектура системы команд процессора (ISA - Instruction Set Architecture) охватывает систему команд процессора и регистры, через которые процессор становится доступным для программирования.
Машинные команды, выполняемые процессором, обычно подразделяются следующим образом:
передача данных (из регистра в регистр, из памяти в регистр и наоборот)
арифметико логические операции (сложение, вычитание, ротация битов операндов, сдвиг вправо, сдвиг влево и т. д.)
доступ к отдельным битам
доступ к строкам
команды управления (уловного и безусловного перехода, подпрограммы и т. д.)
ввод-вывод
управление работой процессора.
Процессор содержит специальную микросхему постоянной памяти - микропрограммная память, которая управляет выполнением машинных команд. На современных прцессорах эта память перепрограммируемая, что позволяет прцессору вносить исправления.
Выполнение программы в процессоре состоит следующих этапов:
Считывание команды из памяти (Instruction Fetch)
Декодирование команды в микрооперации (Instruction Decode)
Исполнение команды (Execute)
Запись результатов (Store).
При выполнении программ могут возникать особые случаи, когда процессор должен реагировать на внешние события, возникновение которых заранее не известно. Типовыми примерами являются взаимодействие с операционной системой, обмен данными с периферийными устройствами, сбой, командная ошибка и т. д.. Такие особые случаи называют прерываниями. Для обработки прерывания нужно использование специальных команд, которые вызывают прерывание процессора (т. е. временно приостанавливают выполнение текущей программы), запускают подпрограмму, которая реализует алгоритм прерывания, затем восстанавливают то состояние процессора, которое было до остановки работы программы, из которой вышли на прерывание (после чего выполнение прерванной программы может быть продолжено).
Форматы данных и команд. – способ кодирования (представления) команд и операторов, участвующих в выполнении программы.
Команды
процессора располагаются в памяти (ОЗУ
ПЗУ) в виде последовательности бито,
длина которой кратна байту. В свою
очередь каждая команда разделяется на
группы битов или поля, причем поле кода
операции (КОП) показывает, что должен
делать процессор, а остальные поля,
называемые операндами, определяют
требуемые команде данные. Операнд может
содержать непосредственно данное
(число, входящее непосредственно в
команду), или адрес данного в памяти.
Команды могут содержать несколько
операндов. Чтобы минимизировать общее
число бит в команде, большинство команд
имеет 1 или 2 операнда, причем один из
операндов является регистр. Формат
данных – двоичное представление.
Способы адресации. – способ формирования адреса операнда в памяти ПК.
Непосредственная – данное, требуемое для выполнения команды, содержится непосредственно в коде команды.
Прямая – 16-битовый эффективный адрес данного (смещение в сегменте) является частью команды.
Регистровая – данное содержится в регистре, определяемом командой.
Регистрово косвенная – эффективный адрес данного ЕА находится в 16-битном регистре процессора. В качестве таких регистров могут использоваться базовый регистр BX и индексные регистры SI, DI.
Регистрово относительная – эффективный адрес данного равен сумме содержимого базового или индексного регистра и 8 или 16 битового смещения, которое задается в коде команды.
Базово индексное – эффективный адрес равен сумме содержимого базового и индексного регистров.
Основным принципом архитектуры Неймана является линейная организация памяти. Имеется адресное пространство и объекты (ячейки) нумеруются натуральными (последовательными) числами и обращение к объекту осуществляется по его номеру (адресу).
Физический адрес – это число, однозначно идентифицирующее ячейку и область физической памяти. Физическое адресное пространство (память) – это совокупность ячеек памяти доступное процессору при обмене с внешними устройствами.
Логический адрес – число, однозначно идентифицирующее операнд команды процессора, содержащийся в ней и вычисляемая на основе содержимого её полей. Логическое адресное пространство – совокупность ячеек памяти (объектов), доступных командам программы. Вывод: физические и логические адресные пространства могут не совпадать по диапазону адресов.