4. Введение в архитектуру эвм

4.1. Адресность эвм

Как мы уже упоминали, число адресов в команде называется адресностьюЭВМ. Разнообразие архитектур ЭВМ предполагает, в частности, и различную адресность команд. Рассмотрим схему выполнения команд с различным числом адресов операндов. Будем предполагать, что для хранения кода операции (КОП) в команде отводится один байт (8 разрядов), а для хранения каждого из адресов – 3 байта (это обеспечивает объём памяти2²⁴ ячеек). Ниже приведены форматы команд для ЭВМ различной адресности и схемы выполнения этих команд для случая бинарных операций (у таких операций два операнда и один результат).

• Трёхадресная машина.

КОП	A1	A2	A3	= 10 байт
8 разрядов	24 разряда	24 разряда	24 разряда

Схема выполнения команд такой машины нам уже известна:

R1 := <A2>; R2 := <A3>; S := R1  R2; <A1> := S; { – операция}

• Двухадресная машина.

КОП	A1	A2	= 7 байт
8 разрядов	24 разряда	24 разряда

Схема выполнения команд:

R1 := <A1>; R2 := <A2>; S := R1  R2; <A1> := S;

Заметим, что теперь для выполнения бинарной операции первый и второй операнды задаются явнов качестве адресов в команде, а местоположение результата операции задаётся неявно или, как говорят,по умолчанию. В рассмотренном выше случае результат операции по умолчанию помещается на место первого операнда, уничтожая его.

• Одноадресная машина.

КОП	A1	= 4 байта
8 разрядов	24 разряда

Схема выполнения команд:

R1 := <A1>; S := S  R1;

Для работы в одноадресной машине необходимы ещё две команды, которые имеют один операнд и один результат и выполняются по другим схемам. Это команда чтения числа из памяти на регистр сумматора:

СЧ A1

Она выполняется по схеме

S := <A1>

и команда записи значения из сумматора в память:

ЗП A1

Она выполняется по схеме

<A1> := S

При выполнении бинарных операций в одноадресной ЭВМ только один второй операнд задаётся в команде явно, а первый операнд и результат задаются неявно – это регистр сумматора.

• Безадресная машина.

КОП	= 1 байт
8 разрядов

В отличие от других рассмотренных выше машин, безадресная машина использует при работе аппаратно реализованный в компьютере стек, для чего вводятся две дополнительные одноадресныекоманды: записи из памяти в стек

ВСТЕК A1

которая выполняется по схеме

R1 := <A1>; ВСТЕК(R1)

и команда чтения из стека

ИЗСТЕКА A1

которая выполняется по схеме

ИЗСТЕКА(R1); <A1> := R1

Таким образом, за исключением двух указанных выше одноадресных команд, которые имеют длину 4 байта, все остальные команды являются безадресными, имеют длину 1 байт и выполняются по схеме:

R1 := ИЗСТЕКА; R2 := ИЗСТЕКА; S := R1  R2; ВСТЕК(S)

Как видно, для безадресных команд при выполнении бинарных операций уже все аргументы (два операнда и результат) задаются неявно и располагаются в стеке. Отсюда понятно, почему часто машины этой архитектуры называются стековымиЭВМ.

Кроме рассмотренных видов машин, существовали и другие архитектуры ЭВМ, например, четырёхадресные, в четвёртом адресе которых дополнительно хранится ещё и адрес следующей выполняемой команды. Собственно, адресов может быть и больше, с помощью таких команд можно, например, реализовать функции от многих переменных.

Существуют архитектуры ЭВМ, которые различаются не только количеством адресов в команде, но и наличием в команде нескольких кодов операций. Такие ЭВМ называются машинами с очень длинным командным словом(VLIW–verylargeinstructionword). В этих компьютерах, например, указанные команды могут реализовывать оператор присваивания видаz:=k*(x+y)по схеме:

R1 := <x>; R2 := <y>; S := R1+R2;

R1 := <k>; S := S*R1; <z> := S

В компьютерах с такой архитектурой команда содержит два кода операции и четыре адреса аргументов:

КОП1

КОП2

A1

A2

A3

A4

Такие команды могут выполняться, например, по схеме:

R1 := <A2>; R2 := <A3>; S := R1 КОП1 R2;

R1 := <A4>; S := S КОП2 R1; <A1> := S