113. Представление команд в эвм. Основные стадии выполнения команд.

Команда (инструкция) – элемент программы, приводящий к выполнению определенных действий.

Команда представляет собой код, содержащий информацию, необходимую для управления машинной операцией. Под операцией понимают преобразование информации, выполняемое машиной под воздействием одной команды. Содержанием машинной операции может быть запоминание, передача, арифметическое и логическое преобра­зование некоторых машинных слов (операндов).

Формат команды – количество и интерпретация разрядов, представляющих машинную команду.

Команда состоит из операционной и адресной частей. Опе­рационная часть содержит код операции (КОП), т.е. некоторое число, которое задает вид операции (сложение, умножение, передача и т.д.). Адресная часть команды содержит информацию об адресах операндов и результатах операции, а в некоторых случаях информацию об адресе следующей команды. При описании команд приходится указывать, какие операнды в них допустимы, а какие – нет. Результат работы команды помещается в регистр или ячейку памяти, откуда берется один из операндов.

Количество двоичных разрядов, отведенных под код операции, выбирается таким, чтобы можно было представить все выполняемые операции. Если ЭВМ выполняет М различных операции, то число разрядов в КОП должно быть не меньше log₂M.

Для упрощения аппаратуры и увеличения быстродействия ЭВМ длина формата команды должна быть согласована с выбираемой (с учетом требований точности вычислений) длиной обрабатываемых машиной слов (операндов) с тем, чтобы для операндов и команд можно было эффективно использовать одни и те же память и аппаратные средства обработки информации. Это согласование достигается укорачиванием формата команды путём применения подразумеваемой, а также относительной и косвенной адресации и некоторых других приёмов.

Обычно код команды имеет формат машинного слова или полуслова, реже полутора или двух слов. В некоторых машинах для представления команд используется несколько различных форматов. На рисунке 3 схематически показаны различные структуры кода команды.

В самом общем случае адресная часть должна содержать четыре адреса или адресных кода (рис.3,а) для указания ячеек, содержащих два операнда, участвующих в операции, ячейки, в которую помещается результат операции, и ячейки, содержащей следующую команду. Такой порядок выборки команд называется принудительным. Он исполь­зовался в некоторых первых моделях ЭВМ. Четырехадресные команды в настоящее время не применяются.

Основные стадии выполнения команд

Процесс выполнения команды состоит из двух этапов: выборка и выполнение.

Цикл процессора – цикл выборки и выполнения команды.

Выборка начинается со считывания из счетчика команд номера ячейки ОЗУ, содержащей код команды. После считывания содержимое счетчика команд сразу увеличивается на 1. Номер ячейки ОЗУ передается через регистр адреса памяти и адресную шину в дешифратор ОЗУ.

Дешифратор ОЗУ выбирает ячейку ОЗУ, содержащую код команды. Код команды считывается из ОЗУ и через шину данных передается в регистр данных памяти. Из регистра данных памяти код команды передается в регистр команд, где он хранится до конца выполнения команды, и передается в АЛУ. АЛУ анализирует код команды и, если не нужно дополнительного обращения к памяти, переходит к выполнению.

Если же нужно дополнительное обращение к памяти, то МП переходит ко второму машинному циклу, который также начинается с выборки. МП запрашивает в ОЗУ дополнительные данные и выполняет команды.

Команды могут выполняться за 1 или несколько машинных циклов. В каждом машинном цикле происходит только одно обращение к памяти. Выполнение команды происходит под управлением сигналов, вырабатываемых устройством управления. При выполнении команды АЛУ взаимодействует с РОН. РОН используются для кратковременного хранения операндов и результатов.

Затраты времени на выполнение одной команды можно определить, умножая число тактов синхронизации, необходимых для выполнения команды, на период синхронизации. Это время можно выразить в виде суммы базового времени выполнения (которое зависит от команды и режима адресации) и времени вычисления эффективного адреса, если привлекается операнд из памяти. Базовое время выполнения предполагает, что выполняемая команда уже выбрана и находится в очереди команд. В противном случае требуется учесть дополнительные такты синхронизации, необходимые для выборки команды.