8.3 Формы представления команд и данных.
Для представления форматов команд при записи программы могут использоваться четыре способа кодирования (или их комбинации): двоичная, восьмеричная, шестнадцатеричная, и мнемоническая (символическая).
Двоичная форма является единственной, которую понимает машина. Каждая ЭВМ имеет систему команд в двоичном коде. Процессор, считывая команду из памяти, записывает её в регистр команд, который связан электрическими цепями с устройством управления. Происходит декодирование команды, и выдаются сигналы для её реализации.
Двоичная форма представления неудобна для записи программ, так как даже средняя по сложности программа состоит из нескольких тысяч нулей и единиц. Для сокращения записи целесообразно использовать восьмеричную и шестнадцатеричную систему счисления. Выбор способа кодирования связан с форматом команд. Например, код 4444 - шестнадцатиразрядное слово делится на 4 поля по 4 разряда (на 4 тетрады). Каждая тетрада кодируется в шестнадцатеричной форме. При использовании восьмеричной системы счисления необходим код 133333. При этом старший разряд двоичной последовательности выделяется отдельно, а все остальные делятся на триады (по три разряда). Иногда используется смешанный код 33244, который сочетает в себе шестнадцатеричную и восьмеричную систему счисления.
Например, представить двоичное слово 1011011110011101 в машинных кодах 4444, 133333, 33244.
Код 4444: 1011 = В; 0111 = 7; 1001 = 9; 1101 = D. Таким образом, код будет иметь вид: В79D(4444).
Код 133333: 1 = 1; 011 = 3; 011 = 3; 110 = 6; 011 = 3; 101 = 5. Таким образом, код будет иметь вид: 133635(133333).
Код 33244: 101 = 5; 101 = 5; 11 = 3; 1001 = 9; 1101 = D. Таким образом, код будет иметь вид: 5539D(33244).
Мнемонические (символические) коды используются для упрощения процесса запоминания кодов операций. Каждый код операции представляется в виде двух-, трех- или четырехбуквенного мнемонического символа. В качестве мнемонических символов могут использоваться сокращения русских и английских слов, например:
АСЛ - арифметическое слежение;
ПРС – пересылка;
ДПУ - безусловная передача управления;
SUB - вычесть (subtract);
BR - перейти (branch).
При записи программ на языке высокого уровня используются мнемонические символы английских слов.
Практическая работа № 2
«Изучение алгоритмов выполнения команд, на основе базовой эвм»
1. Цель работы:
1.1 Исследовать форматы команд используемых в современных ЭВМ.
1.2 Изучить способы адресации команд и данных в современных ЭВМ.
2. Литература:
2.1 Цилькер Б.Я. Организация ЭВМ и систем. Учебник для Вузов – СПб.: Питер, 2004
2.2 Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учеб. для вузов/ А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко. – М.: Финансы и статистика, 2002
2.3 Приложение к данной лабораторной работе.
3. Используемое оборудование:
3.1 ПЭВМ.
3.2 Обучающая программа.
4. Задание:
4.1 Повторить форматы команд ЭВМ и способы адресации команд и данных.
4.2 Используя приложение к работе, изучить структуру базовой ЭВМ.
4.3 Используя приложение к работе, изучить принцип составления алгоритмов выполнения команд
4.4 Решить задачи.
4.4.1 Нарисовать формат команды и пояснить общую логику их выполнения, если команда дана в коде 4444. Исходные данные взять из таблицы 1.
Таблица 1
№ команды |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
1 слово команды |
1AA7 |
6DCF |
8000 |
9A00 |
A000 |
A080 |
FA00 |
2 слово команды |
- |
- |
A5C7 |
3B30 |
4C78 |
4C78 |
9D58 |
4.4.2 Показать процесс выполнения команды, заданной в коде 4444, при относительной адресации. Считается, что НРБА совпадает с номером РОН. Исходные данные взять из таблицы 2.
Таблица 2
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Адрес хранения команды |
5A4F |
CA53 |
19A3 |
4DFC |
456F |
A712 |
CA7D |
B451 |
A78B |
56D2 |
Команда |
95F4 |
2E4D |
1E5A |
658B |
19E1 |
2A4C |
76A4 |
395D |
062F |
7E7A |
Содержимое РБА |
10 |
23 |
11 |
35 |
20 |
17 |
44 |
15 |
19 |
22 |
4.4.3. Показать процесс выполнения команды, заданной в коде 4444 при прямой адресации. Считается, что адрес ячейки, в которой храниться второе слово на единицу больше адреса команды. Исходные данные взять из таблицы 3.
Таблица 3
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Адрес хранения команды |
19A3 |
4DFC |
5A4F |
CA53 |
CA7D |
B451 |
456F |
A712 |
56D2 |
A78B |
Команда |
8000 34A5 |
9B00 70A4 |
B300 1F3A |
9C00 29C1 |
8000 A34A |
9900 28E3 |
BC00 34D2 |
9E00 94C3 |
BF00 173F |
8000 4CD1 |
5. Порядок выполнения работы:
5.1 Используя приложение к данной работе, изучить теоретический материал в соответствии с заданиями 4.1. и 4.2.
5.2 Выполнить задания 4.3.
5.3 Запустить обучающую программу.
5.4 Ввести в программу результаты выполнения задания 4.3 и проверить правильность их выполнения.
5.5 Ответить на контрольные вопросы.
6. Содержание отчета:
6.1 Название и цель лабораторной работы.
6.2 Структурная схема базовой ЭВМ и назначение узлов схемы
6.3 Решение задания в пункте 4.3.
6.4 Ответы на контрольные вопросы.
7. Контрольные вопросы:
7.1 Что такое базовая ЭВМ?
7.2 Дайте характеристику базовой ЭВМ.
7.3 Как определяется длина команды?
7.4 Дайте определение микрооперации и цикла команды.
7.5 На какие фазы разбивается цикл команды?
7.6 На какие циклы делится фаза выполнения команды?
8 Приложение
8.1 Структура базовой ЭВМ.
Для рассмотрения принципа функционирования ЭВМ при выполнении основных типов команд предлагается гипотетическая машина, обладающая чертами многих конкретных ЭВМ (базовая ЭВМ). На рисунке 1 приведена структурная схема базовой ЭВМ. Это одноадресная машина, работающая с 16–и разрядными и 32-х разрядными словами. В ней реализованы 4 типа адресации: прямая, косвенная, непосредственная и относительная. Список команд обеспечивает выполнение операций обработки данных (арифметических, логических), пересылки данных в направление регистр - память и память - регистр, безусловной передачи управления. В состав ЭВМ входят память, процессор. Машина имеет две шины для передачи информации: шину данных (ШД) и шину адреса (ША). Для передачи сигналов управления от устройства управления процессора используются автономные цепи (на рисунке 1 не показаны).
Память состоит из 16 – и разрядных ячеек. Объем памяти 64К слов, поэтому адреса ячеек 16–и разрядные. Адреса и информация задается в коде 4444. В состав запоминающего устройства входят регистры:
Регистр адреса (РА), хранит адрес ячейки, к которой производится обращение.
Буферные информационные регистры чтения и записи (БИРзп и БИРчт), используются для хранения слова, читаемого или записываемого в память.
Дешифратор адреса (ДшА) производит дешифрацию адреса, записанного в РА. В результате дешифрации становится доступной для обращения одна из ячеек памяти.
В процессоре можно выделить три функциональных узла.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ), обеспечивает выполнение операции заданной полем КОП команды, а также для формирования исполнительных адресов при относительной адресации.
Управляющее устройство (УУ), формирует управляющие сигналы У по результатам дешифрации команды и по осведомительным сигналам Х, поступающим от блоков машин.
Регистры внутренней памяти процессора включает четыре узла.
Регистр команд (РК), хранит выполняемую команду (процессор базовой ЭВМ имеет два 16-и разрядных РК, т.к. в системе команд используются две длины команд: 16 и 32 разряда).
Счетчик команд (СЧК), хранит адрес выполняемой или следующей команды.
Регистр результата (РР), хранит результат выполненной операции, используется также для временного хранения одного из операндов перед выполнением операции.
Промежуточный регистр (ПР), используется для временного хранения адреса при обращении к памяти.
Рисунок 1 Структурная схема базовой ЭВМ