Система операций

Системой операций называется список операций, непосредственно выполняемых техническими средствами вычислительной машины. Система операций ВМ определяется областью ее применения, требованиями к стоимости, производительности и точности вычислений.

Связь системы операций с алгоритмами решаемых задач проявляется в степени ее приспособленности для записи программ реализации этих алгоритмов. Степень приспособленности характеризуется близостью списка операций системы команд и операций, используемых на каждом шаге выполнения алгоритмов. Простоту программирования алгоритма часто определяют термином «программируемость вычислительной машины». Чем меньше команд требуется для составлении программы реализации какого-либо алгоритма, тем программируемость выше. В архитектурах типа CISC улучшения программируемости добиваются введением и систему операций большого количества операций, в том числе и достаточно сложных. Это может приводить и к повышению производительности ВМ хотя в любом случае увеличивает аппаратурные затраты.

Обоснованный выбор системы операций (СО) возможен лишь исходя из анализа подлежащих реализации алгоритмов. Для этого определяется частотный вектор используемых в алгоритме операторов (q₁,…, q_n). Изучив вектор, составляют список основных, наиболее часто встречающихся операторов. Операторы основного списка реализуются системой машинных операций ВМ (каждому оператору сопоставляется своя машинная операция). Остальные операторы алгоритма получают путем их разложения на операторы основного списка.

Показатели эффективности системы операций

Качество системы операций (СО) можно характеризовать двумя свойствами; функ циональной полнотой и эффективностью.

Функциональная полнота — это достаточность системы операций для описании любых алгоритмов. Системы операций ВМ включают в себя большое количество машинных операций и практически всегда являются функционально полными.

Эффективность системы операций показывает степень ее соответствия заданному классу алгоритмов и требованиям к производительности ВМ. Количественная эффективность характеризуется затратами оборудования, затратами времени на реализацию алгоритмов и вероятностью правильного выполнения программ.

Затраты оборудования С можно описать выражением

где С_ПР — затраты в процессоре на реализацию системы операций, С_ЗУ —, затраты памяти на размещение данных и программ, представляющих алгоритм в терминах заданной системы операций.

Величина С_ПР пропорциональна количеству и сложности машинных операций, а С_ЗУ — емкости памяти, необходимой для хранения закодированного алгоритма. Усложнение машинных операций приводит к сокращению количества операций (команд), требуемых для описания алгоритма, и, следовательно, к уменьшению необходимой емкости памяти.

Затраты времени на реализацию алгоритма (Т) пропорциональны количеству команд (операций) в программе. Введение в СО более сложных операций позволяет программировать сложные действия одной командой, в результате чего уменьшается количество команд программы.