Регистровая архитектура системы команд с регистрами общего назначения

Процессор включает в себя массив регистров или регистровый файл, известных как регистры общего назначения. Размер регистров обычно фиксирован и совпадает с размером машинного слова. К любому регистру можно обратиться, используя его номер. Количество регистров общего назначения в архитектурах с полным набором команд обычно невелико. И для представления номера регистра необходимо не более 5-ти разрядов, благодаря чему адресная части команд допустимо одновременно указать номера двух или трех регистров. Архитектура с сокращенным набором команд предполагает наличие большего числа регистров общего назначения(до несколько сотен). Однако типичная для таких вычислительных машин длина команды позволяет так же определить в адресной части команды до 3-х регистров. Регистровая архитектура допускает расположения операндов в одной из двух запоминающих сред основной памяти или регистров. В связи с этим в регистровых архитектурах системы команд можно выделить 3 подвида команд обработки, а именно:

1. регистр-регистр

2. регистр-память

3. память-память

В варианте регистр-регистр операнды могут находиться только в регистрах. Результат так же записывается в регистр. Это означает, что доступ к основной памяти осуществляется при помощи специальных команд, что характерно для процессоров с сокращенным набором команд(RISK архитектура). Этот тип рассматривается отдельно и называется «Архитектура с выделенным доступом к памяти».

Подтип регистр-память предполагает, что один из операндов размещается в регистре, а второй в основной памяти. Результат обычно замещает один из операндов. Этот тип архитектуры чаще всего используется в компьютерах с полным набором команд, поскольку команды обработки совмещены с операторами доступами к памяти.

В командах типа память-память оба операнда хранятся в основной памяти. Результат так же заносится в память. Данный вариант считается неэффективным, хотя и остается в наиболее сложных моделях машин с полным набором команд.

Операции загрузки регистров из памяти и сохранение содержимого регистров аналогичны таким же операциям с аккумулятором. Отличие состоит в этапе выбора нужного регистра, обеспечиваемого соответствующими селекторами.

Используют «регистр-память».

load R1, A

add R1, B

store C, R1

Достоинством регистровой архитектуры системы команд следует отнести:

1. Компактность кода

2. Высокую скорость вычислений за счет замены обращении к основной памяти на обращения «регистр-регистр»

С другой стороны данная архитектура требует более длинных команд, поскольку в адресной части нам необходимо указывать номер регистра. В настоящее время регистровая архитектура системы команд является преобладающей.

Архитектура с выделенным доступом к памяти(Load/Store)

В архитектуре с выделенным доступом к памяти обращение к основной памяти возможно только с помощью двух специальных команд.

Команда “load” обеспечивает считывание значения из основной памяти и занесение его в регистр процесса. Соответственно в команде необходимо указать адрес в ячейке памяти и номер регистра. Пересылка информации в противоположном направлении производится командой “store”. Операции обработки имеют дело только с регистрами процессора. В архитектуре отсутствуют команды обработки, допускающие прямое обращение к памяти. Допускается наличие небольшого числа команд в которых операнд содержится в коде команды, т.е. используется непосредственной адресацией.

Load R1, A

Load R2, B

add R3, R1, R2

store C, R3

К достоинством данной архитектуры следует отнести простоту декодирование команды, а к недостаткам большую длину кода команд, по сравнению с регистровой архитектуры.

	АСК
Аккумулятор (1960, EDSAC)		Стековая архитектура (1963-66, B5500, B6500)	ROSC (CJIP, 2001)
Регистровая архитектура (1964, IBM360)
CISC (1977-80, VAX, Intel432)	Load/Store (1987, CDC660)	RISC (IBM RS600, 1987)
		VLIW (Titanium, конец 1990-х)