1.6. Проектирование системы команд

В общем случае в спецкомпьютерах выделяют следующие группы алгоритмов решения задач:

1) методы решения пользовательских задач;

2) методы решения служебных задач;

3) алгоритмы решения специальных задач.

Пользовательские задачи включают в свой состав:

1)задачи управления бортовыми системами;

2) задачи комплексной обработки входной информации;

3) задачи организации взаимодействия в локальной сети или между подсистемами управления агрегатами и механизмами подвижной платформы.

Служебное программное обеспечение как правило реализует алгоритмы решения более локальных задач. К ним относят:

1) алгоритмы диспетчеризации и прерывания вычислений;

2) алгоритмы защиты программ и исправления ошибок;

3) методы контроля и работоспособности бортовых систем и утилиты.

К специальным задачам относят задачи имитации исходных данных для моделирования процессов передвижения используемой платформы, а также для решения задач тактического характера.

Анализ параметров алгоритмов, как правило, выполняется с использование языковых и программных средств. С этой целью каждой вершине граф-схемы алгоритма решаемой задачи ставится в соответствие команда машины. После этого выполняется расширение полученного набора команд с использованием заданных методов адресации и варьирования полем КОП. Полученная система дополняется командами, контроля и диагностики, управления работой компьютера, командами ввода-вывода и другими управляющими словами, позволяющими получить требуемые режимы работы системы.

Рассмотрим блок-схему алгоритма расчета функции в соответствии с формулой (1.1) рис. 1.6 и исследуем методику решения поставленной задачи.

Основной недостаток алгоритма вычисления заключается в сложности и длительности формирования результата с использованием команд:

Выполним модернизацию алгоритма, учитывая, что вычисления на каждом -м шаге выполняются по правилу:

Иными словами в каждом -ом цикле вычислений легко прослеживается зависимость:

.(1.9)

С учетом равенства (1.9) модернизируем граф схему алгоритма (рис. 1.6) и поставим в соответствие всем вершинам ГСА команды компьютера:

В полученной выше граф-схеме удалось избежать долговременных повторных вычислений в командах и заменить их на множительно-делительные преобразования свойственные практически всем высокоуровневым языкам компьютера. Общая таблица команд для вычисленияпри этом принимает следующий вид:

Таблица 1.4

Итак, базовая система команд без учета команд служебного и специального ПО будет содержать 8 управляющих слов.

Далее, пусть в компьютере необходимо реализовать следующие методы адресации операндов в памяти:

1) прямая адресация;

2) косвенная регистровая адресация;

3) автоинкрементная адресация;

4) базово-индексная адресация.

В данном случае расширенная система команд проектируемого компьютера может быть представлена следующими форматами.

В приведенных форматах команд имеет место следующая интерпретация полей: КОП – поле кода операции базовой команды; mod – модификатор команды, определяющий способ использования регистров общего назначения при адресации ОЗУ; R_i – регистр источник и приемник пересылаемого операнда; R_j и R_x – регистры косвенной адресации. Команды I₁-I₃ представляют собой команды формата RS, команда I₄ – команда формата RX. Для полноты картины набор управляющих слов компьютера дополнен командой I₅ формата RR.

Команда деления имеет следующие форматы:

I₆

Дм в регистре R_i – Дт в памяти

Дм в регистре R_i – Дт в памяти -

косвенно через R_j

I₇

Дт в регистре R_i – Дм в памяти -

автоинкр. через R_j

I₈

I₉

Дт в регистре R_i – Дм в памяти - баз.-инд. через R_j,R_x

I₁₀

Дм в регистре R_i – Дт в регистре R_j.

Рис. 1.9

Для составления подмножеств команд суммирования , вычитанияи умноженияможет быть использована аналогичная методология, что приводит к образованию управляющих слов с номерами:I₁₁-I₂₅.

Команды перехода и(I₀) применяемые при вычислении функции , очевидно, являются одноадресными. В связи с этим нет необходимости включения в состав команд данной группы поля первого операнда, а все множество управляющих слов сократить до трех и представить форматами вида:

I ₀

I ₂₆

«Метка» – прямой адрес

КОП mod R_j

I₂₇

«Метка» в памяти - косвенно через R_j

КОП mod R_i

«Метка» в регистре R_i

I₂₈

Рис. 1.10

Команда Inr представляется одним одноадресным форматом с явным указанием регистра:

КОП mod R_i

I₂₉

операнд в регистре R_i

Рис. 1.11

Кроме использованных в граф-схеме алгоритма (рис. 1.7) команд компьютерные алгоритмы предполагают реализацию процедур ввода-вывода информации в различных формах. При этом могут быть использованы команды с прямой или косвенной адресацией портов, а также с неявной или непосредственной адресацией операндов. В целом учитывая, что ввод-вывод может быть организован как на программном, так и на микропрограммном уровне данный вопрос подробно будет рассмотрен в соответствующем разделе ниже.

При создании системы команд в общем случае следует помнить, что:

1) в системе команд должны быть учтены все управляющие слова основной ГСА, определяющей главные вычислительные алгоритмы пользователя. В реальных спецсистемах эти команды в основном порождаются алгоритмами управления бортовой системой при расчете координат полета или наведении подвижной платформы на цель;

2) система команд должна быть дополнена командами ввода-вывода и командами управления режимами работы компьютера. Порождающей основой здесь являются алгоритмы комплексной обработки входной информации, задачи организации взаимодействия в локальной сети или между подсистемами и механизмами подвижной платформы, задачи визуализации и автоподдержания параметров среды на борту носителя;

3) алгоритмы решения служебных задач могут потребовать применения

специальных команд не использованных выше в п.п. 1-2. При этом базой для создания управляющих слов являются: задачи диспетчеризации и прерывания вычислений, алгоритмы защиты программного обеспечения и исправления ошибок, методы тестирования и контроля работоспособности бортовых систем;

4) система команд может быть дополнена за счет решения специальных задач, к которым относят задачи моделирования процессов передвижения (полета) используемой подвижной платформы, решение задач тактического характера, математическое управление передвижением платформы.