1 курс 2 семестр / лекции / Лекция 1 ЦП система команд — копия
.pdf
3.2. Программа и ее прерывания.
Код программы это - последовательность выполнения инструкций, которая может нарушаться внутренними или внешними причинами, рис.1: -внутренние причины- исключения или особые ситуации при выполнении инструкций (деление на ноль); -внешние причины аппаратные прерывания —
вызовы процедур под воздействием электрических сигналов на специальные выводы процессора;
-программные прерывания, не нарушают последовательность инструкций, предписанную программистом. Поэтому прерываниями они по сути не являются — это всего лишь особый способ вызова системных сервисов BIOS и операционной системы;
-сигнал аппаратного сброса или инициализации процессора - начало функционирование компьютера.
начало
Инструкция 1
Инструкция 2 |
|
стоп |
|
|
|
Инструкция N |
печать |
|
Конец
Рис.1
3.3. Адресация и порядок исполнения инструкций. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Адрес текущей исполняемой инструкции хранится |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
Инстр. 1 |
|
|
|
|
|
Счетчик |
|
||||||||
в специальном регистре – указателе инструкций, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
команд |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
подсчет которого ведет счетчик команд. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
Инстр. 2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
После исполнения линейной инструкции счетчик |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
команд увеличивает свое значение на ее длину, т.е. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
укажет на начало следующей инструкции. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
Инстр. 3 |
|
|
|
|
|
|
||||||||
Кроме |
линейных |
инструкций |
существуют |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
инструкции |
передачи |
управления, |
которые |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Инстр. 4 |
|
|
|
Процедура |
|
|||||||||
разделяются на инструкции переходов и вызовов |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
процедур. |
|
|
|
|
|
|
Условие ? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Инстр. 5 |
|
|
|
|
|
||||||
Инструкции переходов могут быть безусловными и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
условными, |
а инструкции вызова |
процедур |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Инстр. 6 |
|
|
|
|
|
|||||||||
характерны тем, что процессор сохраняет в памяти |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
следующую инструкцию, на которую должно быть |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
Инстр. 7 |
|
|
|
|
|
|||||||||
передано |
|
управления, |
после |
|
исполнения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
процедуры.
Условный переход (вызов) зависит от состояния флагов (признаков) на момент исполнения данной инструкции.
Если переход (вызов) не состоится, то исполняется инструкция, расположенная в памяти вслед за текущей.
1.4. Структурная схема процессора.
В составе имеются 3 основных блока: - операционный блок, обеспечивающий вычисление с сохранением их результатов;
-блок управления, обеспечивающий команды и их исполнение;
-интерфейсный блок ,
обеспечивающий связь процессора с различными устройствами ЭВМ или компьютера.
Рис.3.1. Схема процессора
По числу и способу использования регистров операционного блока различают следующие типы П:
аккумуляторные, много аккумуляторные и стековые.
Процессоры с одним регистром результата иногда называют П с аккумуляторной архитектурой или просто аккумуляторными. Их отличительной характеристикой является относительная простота аппаратной реализации операционного и управляющего блоков, а также упрощенный формат команд.
В большинстве современных П специальные регистры результата не используются, а их функции может выполнять любой регистр блока Регистра Общего Назначения (РОН) или ячейка памяти. Такую архитектуру называют
много аккумуляторной.
П со специальной оперативной памятью называется стековым П. Различают два типа организации стековой памяти в зависимости от правила доступа: очередь и стек. Правила доступа определяется применительно к входным (записываемым) и выходным (читаемым) последовательностям слов. Существует два типа правил доступа:
удаляется первым) и LIFO (Last-In-First-Out — последний поступивший извлекается первым) .
4. Система команд.
4.1. Общие сведения.
В понятие «система команд» входят: форматы команд и обрабатываемых данных; список команд, их функциональное назначение; способы адресации данных.
Команды Процессора (П) подразделяются на следующие функциональные группы: -пересылки данных и ввода-вывода; -арифметических и логических операций; -передачи управления.
4.2. Структура команд. Команда П в общем случае содержит операционную и адресные части.
n |
k d |
|
|
|
|
f |
n-k бит информации; |
|
КОП – код операций |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А1 |
|
А2 |
А3 |
А4 |
|
||
|
|
|
d-f бит информации. |
|||||
Операционная часть |
|
|
Адресная часть |
|
|
|||
Адресная часть команды может иметь четыре адресных поля А1, А2, А3, А4.
Они кодируют адреса операндов исполнения (Al, А2), адрес результата (АЗ) и адрес следующей команды (А4)
А1 |
А2 |
А3 |
А4 |
В зависимости от указываемого числа адресов команды подразделяются на безадресные, 1-, 2-, 3- и 4-адресные.
Почти во всех П исключен адрес А4 .
Использование адреса результата АЗ в адресном поле команды во многих случаях также оказывается избыточным. Это обосновывается тем, что результат арифметических и логических операций над двумя операндами обычно может быть помещен на место одного из операндов, который в дальнейшем, скорее всего, использоваться не будет.
При переходе к 2-адресным командам в их адресное поле необходимо вводить дополнительные разряды, кодирующие назначение адресуемых операндов: кто из них является источником, а кто — приемником информации.
Группа безадресных команд, в которых осуществляется безадресное (неявное) задание операнда. К безадресным командам относятся команды управления процессором, например, пуска, останова. Безадресными также являются команды, реализующие операции со стеком. В стековых операциях операнд, адресуемый указателем стека SP, неявно задается кодом команды.
4.2. Способы адресации операндов и команд.
Способ прямой адресации.
Все адреса, содержащиеся в адресном поле, полностью определяют адрес операнда в памяти. Прямая адресация неэкономична с точки зрения затрачиваемых разрядов для адресации.
Обозначения:
АК – командный адрес - адрес, указанный в команде; АИ – исполнительный адрес - адрес к которому происходит обращение. При прямой адресации АК=АИ
Процессор |
Память |
АК
АИ
Все операции с регистровыми операндами реализуются Операционным Блоком без обращения к Оперативной Памяти, команды с регистровыми операндами выполняются быстрее других типов команд.
Неявная адресация — способ адресации, при котором адресное поле в команде отсутствует, а адрес операнда подразумевается кодом операции.
n |
|
k |
Ак = КОП |
|
|
|
КОП – код операций |
|
|
|
|
|
|
|
КОП соответствует адрес определенного операнда (откуда берутся или куда заносятся данные)
Неявно адресуются отдельные регистры процессора, например, аккумулятор, индексный и базисный, указатель стека.
Косвенная адресация —адрес, указываемый в команде, которая является указателем ячейки регистра, а ячейка регистра содержит исполнительный адрес операнда в памяти. Фактически при косвенной адресации в команде указывается адрес адреса. Для обозначения косвенной адресации используется запись Ак = (Ак)
Процессор |
РОН |
Оперативная память |
Адрес регистра намного короче полного адреса операнда памяти
Развитием метода косвенной адресации является относительная адресация, или базирование. Вычисление исполнительного адреса Аи операнда в памяти в виде суммы базового значения адреса и «смещения» указываемого в команде.
Аи
Формирование исполнительного адреса Аи при относительной адресации.
Вычисление исполнительного адреса Аи связано с потерей времени, при определении Аи, поэтому операцию суммирования заменяют операцией конкатенации (приписывания разрядов).
При конкатенации базовый адрес содержит старшие разряды, а смещение — младшие разряды адреса Аи.
При изменении базовых адресов блоков содержимое этих блоков не меняется и блоки можно свободно перемещать в пределах всего адресного пространства памяти.