Система команд

Каждый процессор имеет свою систему команд, определяемую его архитектурой. Команда представляет собой определенную последовательность двоичных разрядов и содержит код операции и информацию об операндах.

Формат команды – это совокупность сведений, которые для каждой команды процессора задают: ее длину, состав, назначение. Команды могут быть безадресные и адресные.

В системе команд любого процессора можно выделить следующие основные группы команд:

1. Пересылка данных между RAM и регистрами процессора.

2. Арифметико-логические операции.

3. Управление ходом выполнения программы.

4. Связь с подпрограммами.

5. Операции над регистровыми структурами (сдвиг данных в регистрах, очистка регистров и т.д.).

6. Группа команд, управляющих I/O (вводом/выводом).

7. Специальные системные команды.

Устройство управления процессора в строгой последовательности в рамках тактовых и цикловых временных интервалов осуществляет:

1. Выборку команды.

2. Её интерпретацию с целью анализа формата, служебных признаков и вычисления адреса операнда (операндов).

3. Установление временной последовательности всех функциональных управляющих сигналов.

4. Генерацию управляющих импульсов и передачу их на управляющие шины функциональных частей ПК.

5. Анализ результата операции и изменение своего состояния для определения адреса следующей команды.

Рассмотрим процесс выполнения команд МП на примере структурной схемы (без устройств ввода-вывода).

На данной схеме толстые линии – это магистрали адреса и данных, тонкие стрелки – сигналы от шины управления, пунктирные линии – непосредственное воздействие электрического сигнала на соответствующий компонент. Связи РОН и генератора не показаны.

Предположим также, что управляющие сигналы устройства управления соответствуют таблице 1.

Структурная схема процессора и взаимосвязи с основной памятью

Таблица 1. Управляющие сигналы устройств управления

№ линии	Назначение линии
1	Наращивание содержимого программного счетчика
2	Чтение информации из программного счетчика и выдача ее на МА
3	Запись информации с МД в регистр команд
4	Чтение адреса операции из регистра команд и выдача этого адреса на МА
5	Запись информации с МА в регистр адреса памяти
6	Чтение содержимого ячейки памяти и выдача его на МД
7	Запись информации с МД в ячейку памяти
8	Запись информации с МД в операционный блок
9	Прибавление 1 к содержимому в операционном блоке
10	Инвертирование содержимого операционного блока
11	Суммирование содержимого операционного блока с содержимым аккумулятора
12	Запись информации из операционного блока в аккумулятор
13	Чтение информации из аккумулятора и выдача её на МД

Пример выполнения инструкции МП: выполнить команду чтения числа из заданной ячейки памяти, прибавить к нему единицу и сохранить результат в АС.

Таблица 2. Решение примера

Цикл генератора тактовой частоты, f		Выполняемая микрооперация	Активные линии МУ
Общее время выполнения команд	I -cycle	1. Адрес команды из программного счетчика пересылается в регистр адреса памяти	2, 5
		2. Код команды пересылается из ячейки памяти по МД в регистр команд. Наращивание содержимого программного счетчика	3, 6
	E -cycle	3. Пересылка адреса операнда из регистра команд в регистр адреса памяти	4, 5
		4. Пересылка операнда из ячейки памяти в операционный блок	6,8
		5. Выполнение заданной операции – прибавление 1.	9
		6. Запись результата операции в аккумулятор (АС), наращивание PC	12,1

Лабораторная работа 3

Требования к программному моделированию:

1. При выполнении лабораторной работы необходимо отображать все процессы, протекающие в главных компонентах МПС и на шинах адреса, данных и управления.

2. Все операции над многоадресными инструкциями выполняются через регистр АС.

3. В интерфейсе программы необходимо показать начальные и текущие состояния основной памяти, программного счетчика, регистра адреса памяти, регистра команд, АС, операционного блока и активные сигналы шины управления.

4. Состояние программного счетчика можно представлять в десятичном, двоичном или шестнадцатеричном коде.

Вариант 1. Смоделировать выполнение процессором пошаговых действий при выполнении программы решения выражения: .

А= 101010₂. Адрес числа АС6_h.

В= 19₁₀. Адрес числа АС8_h.

Состояние программного счетчика на момент выполнения программы FA_h.

Сохранить результат в памяти.

Вариант 2. Смоделировать выполнение процессором пошаговых действий при выполнении программы решения выражения: .

А=17₁₀. Адрес числа АDFА_h.

С=18₁₀. Адрес числа ВA5А_h.

Состояние программного счетчика на момент выполнения программы 536₁₀.

Результат поместить по адресу АFFВ_h.

Вариант 3. Смоделировать выполнение процессором пошаговых действий при выполнении программы решения выражения: .

А=20₁₀. Адрес числа A8F_h.

В=17₁₀. Адрес числа A90_h.

С=1100₂. Адрес числа А92_h.

Поместить результат по адресу АA9_h.

Состояние программного счетчика на момент выполнения программы 1578₁₀.

Вариант 4. Смоделировать выполнение процессором пошаговых действий при выполнении программы решения выражения:

Выполнить программу решения выражения:

А=15₁₀. Адрес числа 8AА_h.

В=38₁₀. Адрес числа 8АC_h.

С=5₁₀. Адрес числа 8AE_h.

Состояние программного счетчика на момент выполнения программы 3548₁₀.

Сохранить результат в AC.

Вариант 5. Смоделировать выполнение процессором пошаговых действий при выполнении программы решения выражения: .

А=13₁₀. Адрес числа F5AС_h.

В=17₁₀. Адрес числа F5AE_h.

Состояние программного счетчика на момент выполнения программы 954₁₀.

Сохранить результат в памяти по адресу FA01_h.

Вариант 6. Смоделировать выполнение процессором пошаговых действий при выполнении программы решения выражения: .

А=101011₂. Адрес числа B4F5_h.

В= 010011₂. Адрес числа B4F7_h.

Состояние программного счетчика на момент выполнения программы 453₁₀.

Сохранить результат по адресу B2FF_h.

Вариант 7. Смоделировать выполнение процессором пошаговых действий при выполнении программы решения выражения: .

А=29₁₀. Адрес числа EF3_h.

В=34₁₀. Адрес числа FF5_h.

Состояние программного счетчика на момент выполнения программы 7F_h.

Сохранить результат по адресу FF4_h.

Вариант 8. Смоделировать выполнение процессором пошаговых действий при выполнении программы решения выражения:

В=22₁₀. Адрес числа F25_h.

С=35₁₀. Адрес числа F27_h.

Состояние программного счетчика на момент выполнения программы 822₁₀.

Сохранить результат по адресу F4B_h.

Вариант 9. Смоделировать выполнение процессором пошаговых действий при выполнении программы решения выражения:

В=1011₂. Адрес числа 2FA_h.

С=100010₂. Адрес числа 2FC_h.

Состояние программного счетчика на момент выполнения программы 352₁₀.

Сохранить результат по адресу 2FA_h.

Вариант 10. Смоделировать выполнение процессором пошаговых действий при выполнении программы решения выражения: .

А=11₁₀. Адрес числа 8DE_h.

В=16₁₀. Адрес числа 901_h.

С=18₁₀. Адрес числа 903_h.

Состояние программного счетчика на момент выполнения программы 4753₁₀.

Сохранить результат в AC.

Вариант 11. Смоделировать выполнение процессором пошаговых действий при выполнении программы решения выражения: .

А=10101₂. Адрес числа 7BA_h.

В=10110₂. Адрес числа 7BC_h.

Состояние программного счетчика на момент выполнения программы 5FF_h.

Сохранить результат по адресу 7BC_h.

Вариант 12. Смоделировать выполнение процессором пошаговых действий при выполнении программы решения выражения:

А=010110₂. Адрес числа F534_h.

С=100011₂. Адрес числа F783_h.

Состояние программного счетчика на момент выполнения программы 8756₁₀.

Сохранить результат по адресу FЕ05_h.