книги из ГПНТБ / Филимонов Г.А. Основы цифровых устройств систем управления учебное пособие

В зависимости от кода приращения л х / + I или - I / ,

§24. Структура и система команд, применяемых

вцифровых машинах

Автоматическая работа машины заключается в последова­ тельном выполнении операций, предусмотренных программой. Каждая операция выполняется под действием специального уп­ равляющего сигнала, называемого командой. Команда представ­ ляет собой число, закодированное чаще всего в двоичном ко­ де.

о том, какую операцию необходимо выполнить} о том, откуда

две группы цифр. Одна группа представляет собой код опера­ ции, а другая - адреса исходных данных и результата. Адре­ са указывают номера ячеек запоминающего устройства, в ко­

190

записи. Например, возможен и такой вид той же трехадрес­ ной команды

01 0101 0237 0421.

Следует указать, что структура команд является впол­ не определенной для данной конструкции машины и поэтому произвольно записывать команду в том или ином виде нельзя. Трехадресная команда выполняется за один рабочий такт.

Большинство трехадресных машин имеет естественный порядок выполнения команд.

Одноадресная команда

Такая команда содержит один адрес и код операции. Арифметическое устройство одноадресных машин должно иметь один или несколько регистров, которые используются для хранения промежуточных результатов.

Для выполнения рассмотренной выше операции сложения потребуется три одноадресные команды следующего содержа­ ния:

0101 02

Данная команда означает: "число, хранящееся в ячейке №0101 перенести в сумматор /02 - код операции переноса числа из ячейки памяти в регистр сумматора/".

Следующая команда

0237 01

означает: "число, записанное в ячейке №0237, прибавить к содержимому сумматора, результат сложения оставить в сум­ маторе".

Третья команда 0421 16

означает: "содержимое сумматора переписать в ячейку * 0421 /восьмеричное число 16 является кодом операции переноса числа из регистра сумматора в ячейку памяти машины/ ,

Для выполнения этих одноадресных команд требуется три

192

рабочих такта машины. Естественно, что программа одной и той же задачи в одноадресной машине должна содержать боль­ шее число команд, чем в трехадресной.

Одноадресные машины могут иметь только естественный порядок выполнения команд. Следует отметить, что одноадрес ные машины проще по конструкции в сравнении с другими ти­ пами машин, а поэтому специализированные машины чаще всего выполняются одноадресными.

Двухадресная команда

Двухадресные команды могут применяться как в машинах с естественным, так и в машинах с принудительным порядком выполнения команд.

В двухадресной команде, применяемой в машине с есте­ ственным порядком выполнения команд, указываются адреса обоих исходных чисел. Адрес результата совпадает с адре­ сом одного из этих чисел.

При записи на бланке программ такая команда может иметь следующий вид:

01 0321 0652.

Расшифровывается команда следующим образом: "от числа стоящего в ячейке №321, отнять число, которое хранится в

на его место результата выполненной операции.

Если же результат необходимо поместить в определенную ячейку, то необходимо выполнить еще одну команду, например

15 0652 0125,

которая словесно может быть выражена тая: "число, записан­ ное в ячейке № 0652, перенести в ячейку К 0125 /15 - код операции переноса числа из одной ячейки памяти в другую/".

Двухадресные машины с принудительным порядком выпол­

нения команд работают, как одноадресные. При этом во вто­ ром адресе указывается номер ячейки, которая содержит сле­ дующую команду.

Полутораадресная команда

Модификацией двухадресной системы команд является по­ лутораадресная команда. В этой команде также указывается два адреса, только один адрес указывается полным числом разрядов и может обозначать номер любой ячейки памяти, а второй адрес указывается половинным числом разрядов и мо­ жет обозначать номера ячеек памяти только в некоторой оп­ ределенной ее области. Последнее ограничение не является существенным, так как в большинстве случаев один из адре­ сов относится к рабочим ячейкам, которые могут распола­

щества двухадресных команд, позволяет существенно умень­ шить потребное для представления команды количество раз­ рядов.

Обычно номера ячеек памяти, на которые указывает вто­ рой адрес команды, устанавливаются заранее, например, наз­

означает: "число, хранящееся в ячейке № 0234, перенести в ячейку * 4326".

Вторая команда

01 0425 26

194

числом, хранящимся в ячейке В 4326, а результат сложения записать в ячейку К 4326".

Третья команда

/04 - код операции переноса числа из ячейки, указанной во

Четырехадресные команды применяются в машинах с при­ нудительным порядком выполнения команд. Три первых адреса имеют такое же назначение, как и в трехадресной команде.

Четвертый адрес указывает ячейку, в которой хранится оче­ редная команда.

Например, четырехадресная команда

01 0324 0245 0152 0362

расшифровывается следующим образом: "числа, записанные в ячейках № 0324 и №0245, надлежит сложить, результат за­ писать в ячейку В 0152, а затем перейти к выполнению ко­ манды, записанной в ячейке * 0362".

Принудительный способ выполнения команд усложняет про­ цесс программирования, так как при этом необходимо допол­ нительно определить порядок размещения команд в памяти ма­ шины. Однако этот способ является выгодным для машин по­ следовательного действия, имеющих запоминающие устройства с последовательной выборкой чисел /магнитные барабаны, ли­ нии задержки/, так как позволяет существенно сократить вре­ мя решения задач путем применения так называемого "опти­ мального программирования". Сущность оптимального програм­

195

жен быть записан результат предыдущей операции.

Система команд

Каждая цифровая машина может выполнять вполне опреде­ ленный набор элементарных операций, который называется си­ стемой команд. В общем случае система команд цифровых ма­ шин общего назначения состоит из нескольких десятков опе­ раций, которые можно разделить следующим образом:

тройствам машины.

В качестве примера приведем несколько операций из си­ стемы команд одноадресной машины.

Таблица 7

•

•

•

196

грамме решения задачи.

В состав устройства управления обычно входят следую­ щие основные блоки: центрального управления машиной; ко­ манд; центрального управления операциями; выработки управ­ ляющих сигналов.

На рис.125 представлена упрощенная схема устройства управления. Блок центрального управления /ЦУ/ обеспечива­ ет выборку из оперативного запоминающего устройства /ОЗУ/ очередной команды, а также чисел, с которыми производится та или иная операция, запись результата в ОЗУ или сохране­ ние его в арифметическом устройстве. Блок центрального уп­ равления на основании импульсов, поступающих от генерато­ ра импульсов ГИ, вырабатывает серию управляющих импульсов через блок центрального управления операциями /ЦУОп/, воз­ действует на различные устройства машины.

Количестве необходимых сигналов, вырабатываемых бло­ ком ЦУ, определяется числом элементарных действий, которые необходимо выполнить в такте. Каждая команда /одна арифме­ тическая или логическая операция/ выполняется в течение од­ ного рабочего такта машины. Весь рабочий такт можно разбить на три этапа.

Первый этап. Устройство управления посылает в запоми­ нающее устройство адрес очередной команды. Извлеченная по этому адресу команда снова подается в устройство управле­ ния, которое разделяет ее на две части: код операции на­ правляется в арифметическое устройство, а адреса посылают­ ся в запоминающее устройство. Арифметическое устройство на­ страивается на выполнение той операции, которая определяет­ ся поступившим в него кодом. Запоминающее устройство на­ страивается на выдачу первого исходного числа из ячейки, номер которой указан в первом адресе команды, затем - на выдачу второго исходного числа из ячейки, номер которой указан во втором адресе. Оба числа поступают в арифметиче­ ское устройство. Одновременно запоминающее устройство под­ готавливается к приему числа в ячейку, указанную в третьем

198

адресе команды.

Второй этап. Арифметическое устройство выполняет требуемую операцию. Этот этап занимает 50-70# всего рабо­

занную в третьем адресе. Одновременно устройство управле­ ния вырабатывает адрес команды, которая будет выполнять­ ся в следующем рабочем такте.

Продолжительность такта определяется временем обра­ щения к ОЗУ, а также временем выполнения самой операции, складывающимся из времени передачи чисел и команд по це­ пям связи и времени работы арифметического устройства.

Такт работы блока ЦУ может быть как постоянным, так и переменным. Длительность постоянного /фиксированного/ такта выбирается по операции, требующей наибольшего вре­ мени для своего выполнения. Однако при этом снижается об­

не фиксировал. Выполнение очередной операции в этих машинах начинается сразу после окончания предыдущей. В асин­ хронных машинах блок ЦУОп вырабатывает управляющий сиг­ нал, по которому начинается выполнение новой операции.

Блок команд /БК / предназначен для определения адреса очередной команды, выборки ее из ОЗУ и выдачи на регистр команд для исполнения и хранения ее в течение всего такта работы блока ЦУ. Адресная часть команды передается на счет­ чик адреса числа. По заданному адресу выбирается число для выполнения операции. Код операции, содержащийся в команде, связан с дешифратором, имеющим столько выходных шин, сколь­ ко операций выполняет машина. Выходные цепи дешифратора воздействуют на блок ЦУОп. Например, наличие высокого по­

199