20. Состав машинных команд.

Машинная команда (computer instruction) — команда, которая может быть непосредственно распознана центральным процессором ЭВМ, для которой она создана. Машинная команда состоит из 1 или больше машинных циклов. В течение первого машинного цикла будет выполнено чтение байта данных из памяти (по адресу, хранящемуся в специальном регистре) и дешифрация данного байта (и увеличение регистра, хранящего адрес, на 1). Допустим, что прочитанный байт - это код машинной команды "сложение" (точнее: сложить значение регистра-аккумулятора и значение из памяти). В таком случае машинная команда займет 2 машинных цикла. В течение второго машинного цикла будет выполнено чтение байта данных из памяти (по адресу, хранящемуся в том же специальном регистре) и сложение прочитанного значения с регистром-аккумулятором (и увеличение регистра, хранящего адрес, на 1). Машинная команда представляет собой код, определяющий команду вычислительной машины, а также данные, участвующие в операции. Структура машинных команд. Машинная операция - действие машины по преобразованию информации, выполняемые под действием одной команды. По характеру операции команды делятся на следующие группы: 1. арифметические операции над числами с фиксированной и плавающей запятой; 2. команды десятичной пересылки; 3. логические операции; 4. команды пересылки; 5. команды ввода-вывода; 6. команды управления; 7. команды задания режима работы; Структура команды имеет вид: Состоит из двух частей: 1. операционная (КОП) содержит код, который задаёт вид операции (сложение, умножение, передача). 2. адресная часть содержит информацию об адресах операндов и результатов операции, а иногда и об адресе следующей команды. Структура команды определяется составом, назначением и расположением полей команд. На основании структуры команды разрабатывается формат команды. Формат команды - структура с разметкой номеров разрядов, определяющих границы полей команд. Различают три разновидности формата команд: 1. однобайтная 2. двухбайтная 3. трёхбайтная Способы адресации команд: 1. непосредственная - в команде содержится не адрес операнда, а сам операнд. 2. прямая - адресная часть команды является адресом операнда (в случае двухбайтной или трёхбайтной команды) или являются частью КОП в однобайтной команде. 3. регистровая - разновидность прямой, в которой в адресной части команды указывается номер регистра. 4. косвенная - в адресной части команды указывается номер ячейки памяти, в которой находится адрес операнда. 5. стековая - источником или приёмником операнда является ячейка стековой памяти. Адрес вершины стека находится в указателе стека SP. При заполнении следующей ячейки указатель стека инкриминируется, например, 6. автоинкрементная и автодекрементная - к адресу, который хранится в команде «+1» или «-1» и по новому адресу выбирается операнд. 7. относительная - адрес операнда определяется как сумма адресного входа в команде и некоторого числа, которое хранится в определённых ячейках памяти или в базовых регистрах.

Основные отличия CISC и RISC архитектур. Микропроцессоры с архитектурой RISC ( Reduced Instruction Set Computers ) используют сравнительно небольшой (сокращённый ) набор наиболее употребимых команд, определённый в результате статистического анализа большого числа программ для основных областей применения CISC (Complex Instruction Set Computer )- процессоров исходной архитектуры. Все команды работают с операндами и имеют одинаковый формат. Обращение к памяти выполняется с помощью специальных команд загрузки регистра и записи. Простота структуры и небольшой набор команд позволяет реализовать полностью их аппаратное выполнение и эффективный конвейер при небольшом объеме оборудования. Арифметику RISC - процессоров отличает высокая степень дробления конвейера. Этот прием позволяет увеличить тактовую частоту ( значит, и производительность ) компьютера; чем более элементарные действия выполняются в каждой фазе работы конвейера, тем выше частота его работы. RISC - процессоры с самого начала ориентированны на реализацию всех возможностей ускорения арифметических операций, поэтому их конвейеры обладают значительно более высоким быстродействием, чем в CISC - процессорах. Поэтому RISC - процессоры в 2 - 4 раза быстрее имеющих ту же тактовую частоту CISC - процессоров с обычной системой команд и высокопроизводительней, несмотря на больший объем программ, на ( 30 % ). Дейв Паттерсон и Карло Секуин сформулировали 4 основных принципа RISC : 1. Любая операция должна выполняться за один такт, вне зависимости от ее типа. 2. Система команд должна содержать минимальное количество наиболее часто используемых простейших инструкций одинаковой длины. 3. Операции обработки данных реализуются только в формате “регистр - регистр“ (операнды выбираются из оперативных регистров процессора, и результат операции записывается также в регистр; а обмен между оперативными регистрами и памятью выполняется только с помощью команд загрузкизаписи ). 4. Состав системы команд должен быть “ удобен “ для компиляции операторов языков высокого уровня Микропроцессоры с архитектурой CISC ( Complex Instruction Set Computers) - архитектура вычислений с полной системой команд. Реализующие на уровне машинного языка комплексные наборы команд различной сложности ( от простых, характерных для микропроцессора первого поколения, до значительной сложности, характерных для современных 32 -разрядных микропроцессоров типа Пентиум, Атлон и т.п.).