1.4.3 Система команд микропроцессора
Полный перечень команд приведён в Приложении 1. Часть этого перечня приведена в таблице 1.2. Команды разделены на семь групп: пересылки, положительного или отри-цательного приращения, арифметических и логических операций, циклического сдвига, преходов (условных и безусловных), ввода и вывода, прочих. Группа может содержать
11
Таблица 1.2 – Система команд микропроцессора КР580ВМ80А
несколько видов операций. Каждый вид операции характеризуется определённой структурой кодовых комбинаций, где вместо r должен быть подставлен адрес регистра и вместо Кi – 3-разрядная кодовая комбинация, определяющая конкретный тип команды.
В таблице указано число байтов, содержащихся в команде, число циклов и тактов в которые выполняется команда (в знаменателе указано число циклов и тактов в случа-ях, когда в качестве адреса регистра указана комбинация 110 и требуется дополни-тельное обращение в оперативную память ОП для выборки операнда, адресом которо-го служит содержимое пары регистров HL).
Для каждого типа команды показано, как формируются признаки в пяти триггерах регистра признаков: «+» означает, что признак в данном триггере формируется; «-» -
означает, что соответствующий признак не формируется и в триггере сохраняется значение признака, сформированное при выполнении предыдущих команд; «1» означает установку триггера в состояние «1»; «0» - установку в состояние «0».
Особенности формирования признаков в регистре признаков:
команды пересылки и переходов не изменяют состояния триггеров;
команды увеличения или уменьшения содержимого одиночного регистра используют все признаки, кроме признака переноса С;
команды увеличения или уменьшения содержимого пар регистров не изменяют состояния триггеров;
12
команды арифметических операций используют все признаки;
при выполнении логических операций триггеры переносов ТС и ТV сбрасываются в состояние «0»;
команды сложения пар регистров используют только признак переноса С.
Тема 1.3 Поколения микропроцессоров
1.3.1 История развития вычислительной техники
Первая ЭВМ ЭНИАК (ENIAC – Electronic Numeral Integrator and Computer)была пос-троена в США в 1946 году. Она имела размеры 30 2,5 м, весила 30 т, содержала 18000 электронных ламп и потребляла более 100 кВт. За 1 с выполняла 5000 операций сложения Она работала в десятичной системе счисления, одно сложение и вычитание она выполняла 200 мкс, умножение – за 2800 мкс.
В 1971 году фирма Intel (INTegreted ELectronics) разработала первый в мире 4-х битный микропроцессор МП 4004. Восьмибитный МП 8080 был создан в 1973 году. Его аналог в нашей стране - МП КР580ВМ80. В дальнейшем были выпущены: 8086 (1979 г. 16 бит), 80186 (1981, 16 бит, контроллеры ПДП и прерываний), 80286(1982), 80386 (32 бит), Пентиум (1993, математический сопроцессор, КЭШ-память команд и данных, 64 бит), Пентиум 4 (2000г., 40 млн транзисторов на кристалле).
В СССР работы по созданию ЭВМ начались под руководством С.А.Лебедева в 1947 году. Малая Электронно-Вычислительная Машина МЭСМ на 2000 лампах была созда-на в 1950 году, большая (БЭСМ) – в конце 1952 года. БЭСМ выполняла за 1 с до 8000 операций. В 1967 г. уже работала БЭСМ-6 с быстродействием 1 млн операций в 1 с.
Во второй половине 1960-х годов фирма IBM создала семейство ЦВМ IBM - 360 универсального назначения. В этом семействе использовалась универсальная операци-онная система. Имелись и трансляторы для наиболее распространённых языков прог-раммирования. Все ЭВМ семейства были программно совместимы.
Принцип программной совместимости был положен в основу и советского семейства ЭВМ – ЕС. Эти ЭВМ выполнялись уже на гибридных ИМС и выполняли до 1 млн операций в секунду.
В зависимости от элементной базы различают пять поколений ЭВМ (рисунок 1.8 )
Рисунок 1.6 – Поколения компьютеров
Первое поколение (с 1945 г.). Элементная база – электронные лампы; ОП – 100 байт; быстродействие – 10 тысяч операций в секунду; язык программирования – машинный код. Представители в СССР: МЭСМ, «Урал-4», «Минск-1», «Минск-14».
Второе поколение (с 1954 г.). Элементная база – транзисторы и п.п. диоды; ОП - 1000 байт; быстродействие –1 миллион операций в секунду; язык программирования –
13
ассемблер. Представители в СССР: «Мир», «Днепр», «Урал-11», «Урал-14», «Минск-22», «Минск-32».
Третье поколение (с 1965 г.). Элементная база – ИМС малого и среднего уровня интеграции; ОП - 10000 байт; быстродействие –10 миллионов операций в секунду; язык программирования – процедурные языки высокого уровня – ФОРТРАН, АЛГОЛ и др. Представители в СССР: унифицированные и программно совместимые средние и
большие ЭВМ единой серии от ЕС-1010 до ЕС- 1066 (прототип – IBM-360); мини и микрокомпьютеры - от СМ-1 до СМ-4. Надёжность возросла примерно в 1000 раз, а энергопотребление – во столько же раз уменьшилось.
Четвёртое поколение (с 1976 г.). Элементная база – большие и сверхбольшие ин-тегральные схемы БИС и СБИС; ОП – до 1 миллиона Мбайт; быстродействие – до 1000 миллиона операций в секунду; язык программирования – непроцедурные языки
высокого уровня. Первой ЭВМ четвёртого поколения называют IBM- 370, последую-щие - ПК на базе МП Пентиум. В микропроцессоре IBM- 370 удалось объединить все элементы вычислительной машины, осуществляющих арифметические и логические преобразования, временное хранение и вызов данных и команд, управление устройст-вами ввода и вывода.
Пятое поколение – контуры его архитектуры только разрабатываются. Элементная база – оптоэлектроника, криоэлектроника; объём ОП – 1-10 Гбайт; быстродействие – 1000 млрд операций в секунду; средства обмена с пользователем – устройства голосовой связи; язык программирования – непроцедурные языки высокого уровня.