Глава 7

Управляющая информация

7.1. Понятие машинной команды

Материал предыдущего раздела был посвящен вопросам, связанным с внутри машинным представлением основных «форматов данных». Не менее актуальными являются вопросы внутри машинного представления «управляющей информации», основными задачами которой является организация взаимодействия устройств ЭВМ в процессе обработки входных данных и формирования конечных результатов. «Управляющая информация» по назначению и содержанию намного сложнее «данных», представляет из себя иерархическую структуру со строго подчиненными функциональными связями основных ее компонентов. Центральный элемент этой иерархической структуры – машинная команда (МК), которая является двоичным кодом определенной длины. Структура МК непосредственно связана с принципом организации и построения устройств, входящих в состав ЭВМ. Машинная команда, как правило, состоит из двух частей: операционной (КОП) и адресной (рис. 7.1).

Коп	Адресная часть

Рис. 7.1. Структура машинной команды

В операционной части содержится код операции. Чем длиннее операционная часть, тем большее количество операций можно в ней закодировать. В современных ЭВМ длина поля операции равна 8 двоичным разрядам, что, в свою очередь, позволяет рассчитывать на систему машинных команд общим объемом в 256 различных команд.

В адресной части машинной команды содержится информация об адресах операндов. Это либо значения адресов ячеек ОП, в которых размещаются сами операнды (абсолютная адресация), либо информация, по которой процессор определяет значения их адресов в ОП (относительная адресация). Абсолютная адресация использовалась только в машинах 1 и 2-го поколений. Начиная с машин 3-го поколения, наряду с абсолютной используется относительная адресация.

По количеству адресов в адресной части МК делятся на одно-, двух-, трех- и четырехадресные (рис. 7.2). В ЭВМ 1 и 2-го поколений использовались все структуры машинных команд, приведенные на рис. 7.2. В полях А1, А2, А3 находились значения абсолютных адресов ячеек ОП, в которых соответственно размещались 1, 2 и 3-й операнды, в поле А4 четырехадресной машинной команды – адрес ячейки ОП, где размещалась машинная команда, которая должна была выполняться следующей.

Коп

А1

Коп

А1

А2

Коп

А1

А2

А3

Коп

А1

А2

А3

А4

Рис. 7.2. Структуры машинных команд

От использования четырехадресных машинных команд отказались достаточно быстро по причине их информационной избыточности: уже тогда в основном использовался естественный порядок выполнения машинных команд – одна за другой.

Наряду с обычными командами существовали команды условной и безусловной передачи управления, которые обеспечивали переход в любую точку программы. При выборе структуры машинных команд ЭВМ 3-го поколения была выбрана структура с переменным числом адресов в адресной части, т. е. было принято решение использовать одно-, двух- и трехадресные машинные команды. Одновременно с этим в машинах 3-го поколения наряду с абсолютной адресацией стали использовать и относительную адресацию, так как при объёме ОП 4 Гбайта на каждый абсолютный адрес потребовалось бы 32 двоичных разряда, или 4 байта. Таким образом, длина трёхадресной команды с абсолютной адресацией составила бы 3·4 + 1 = 13 байтов = 104 двоичных разряда, что в свою очередь привело бы к излишним затратам ОП. Использование относительной адресации позволило ограничиться максимальной длиной машинной команды формата «SS» в шесть байтов. При количественном составе программ в несколько десятков тысяч машинных команд экономия ОП получается ощутимая.

Абсолютная адресация используется для адресации быстродействующей памяти, работающей в одном ритме с процессором, входящей в его состав и получившей название сверхоперативной памяти (СОП). Она имеет малый объем – 16 ячеек по 32 двоичных разряда – всего 64 байта (рис 5.2).