Функционирование программируемого процессора
Основой работы любого компьютера является последовательность «выборка – декодирование - исполнение». Особенности в функционировании процессора определяется используемой системой команд. Первоначально команда содержала следующую информацию:
КОП – код операции, которую должен выполнить процессор (сложение, вычитание и т.д.);
адреса двух операндов – аргументов операции;
адрес ячейки памяти, в которую должен быть помещен результат операции;
адрес следующей команды.
Такая команда, состоящая из пяти полей имеет следующий вид в двухбайтовом формате:
15 12 11 9 8 6 5 3 2 0
КОП Адрес
1-го операнда Адрес 2-го операнда Адрес
результата Адрес следующей
команды
Структура процессора, отвечающая этой системе команд, может иметь следующий вид:
Y4
ОПY3
Следующая
команда
Вычитаемое
Разность
Исполняемая
команда
КОП
1 2 3 4
2 байта Уменьшаемое
АдресY2
Y1
Коп 1 2
3 4
Чтение
Y7
Y5Y6
Регистр команд
Устройство управления
Y10
АЛУ
Y11
Y8 Y12
Аккумулятор
Запись
Y9
Простой процессор, работающий с четырехадресной командой
Алгоритм работы
Рассмотрим алгоритм работы этого устройства на примере выполнения операции «Вычитание» после того, как в его регистр команд была переписана из ОП выполняемая команда:
поле «КОП» регистра команд связано с УУ, поэтому последнее получит приказ на выполнение операции «Вычитание» и перейдет в режим генерации управляющих импульсов;
одновременно подачей сигналов Y1,Y5,Y10 иY8 обеспечивается пересылка из памяти численного значения уменьшаемого, прохождения его через АЛУ (сигналY10) и запись в аккумулятор;
следующий тактовый импульс инициирует сигналы Y2,Y5,Y6, иY11, что приводит к пересылке из памяти численного значения вычитаемого, к выполнению операции вычитания (сигналY11), т.е. из содержимого аккумулятора (уменьшаемое) вычитается значение вычитаемого, по сигналуY8 производится запись полученной разности в аккумулятор вместо уменьшаемого;
следующий тактовый импульс инициирует сигналы Y3,Y9 которые обеспечат пересылку результата операции в требуемую ячейку памяти, на которую указывает предпоследнее поле команды:
наконец в следующем такте с помощью сигналов Y4 иY7 будет произведена перепись в регистр команд следующей команды программы.
Рассмотренная архитектура процессора и реализованная им четырехадресная команда кажутся вполне естественными, более того, очевидными.
Действительно, без усложнения доступа к содержимому ячеек памяти нельзя одновременно получить из нее оба операнда и, следовательно, первый операнд приходится сохранять в буферном регистре – аккумуляторе (он может аккумулировать, накапливать слагаемые в процессе получения некоторой суммы). Нужен и регистр для хранения исполняемой команды. Поясним этот момент.
Когда команда хранится в одной ячейке памяти, то не существует возможности считывания из памяти отдельных полей команды и, следовательно, необходим буфер для временного хранения исполняемой команды – регистр команд. Ну а появление трех шин: шины адреса, шины чтения(данных и команд), шины записи – кажутся нам вполне естественным. Все так, но подобная архитектура обладает массой недостатков, более того - она просто не работоспособна.