Форматы команд и данных эвм. Форматы команд процессора
Представление данных в ЭВМ
Для оценки количества информации и упорядочения процесса ее обработки используются структурные единицы информации.
За единицу информации принимается один бит.
Бит определяет количество информации, посредством которой выделяется одно из двух альтернативных состояний. В одном бите с помощью цифр 0 и 1 может быть представлен один двоичный разряд числа или одна логическая переменная, принимающая соответственно значения "ложь" или "истина".
Последовательность битов, имеющая определенный смысл, называется полем.
Поле длиной 8 бит называется байтом.
Байт, как правило, является минимальной (неделимой) единицей информации, с которой оперирует ЭВМ. Все остальные единицы информации являются его производными (рис. 2.1).
Рис. 2.1.
Основной структурной единицей информации, обрабатываемой ЭВМ, является машинное слово.
В современных ЭВМ длина машинного слова обычно составляет два байта. Как правило, в одном машинном слове может быть представлено либо одно число, либо одна команда. Для обеспечения требуемой точности вычислений и экономии памяти большинство ЭВМ могут оперировать также с двойным словом.
Последовательность полей, байтов или слов, имеющих одинаковый смысл, образуют массив.
Группа массивов может объединяться в сегмент. Количество информации в больших массивах оценивается с помощью производных единиц, кратных количеству байтов в степени числа два (1кбайт = 1024 байт = 2 10 байт; 1Мбайт = 1 048 576 байт = 2 20 байт).
Вычислительная машина оперирует с двумя видами информации: управляющей информацией и числовыми данными.
Для представления числовых данных в ЭВМ используются естественная и нормальная формы записи чисел.
В вычислительной технике принято отделять целую часть от дробной точкой. Так как в этом случае положение точки между целой и дробной частями четко определено, то такое представление чисел называют представлением с фиксированной точкой (рис. 2.2).
Рис. 2.2.
Недостатком представления чисел с фиксированной точкой является их малый диапазон. Поэтому, как правило, в такой форме записывают только целые числа. В этом случае отпадает необходимость отводить поле для дробной части числа.
Максимальным по абсолютному значению целым числом, представляемым в естественной форме, будет число, определяемое по формуле (2 m - 1) (рис. 2.3).
Нормальная форма записи числа имеет вид N = m Ч q p , где m мантисса числа (m<1); p порядок; q основание системы счисления.
Порядок указывает местоположение в числе точки, отделяющей целую часть числа от дробной.
Рис. 2.3.
Такая форма представления чисел называется формой с плавающей точкой. В этом случае машинное слово делится на два основных поля. В одном поле записывается мантисса числа, во втором указывается порядок числа с учетом знака порядка (характеристика числа). Один разряд отводится для представления знака числа. Распределение разрядов в четырехбайтовом слове для случая с плавающей точкой приведено на рисунке 2.4.
Диапазон представления чисел с плавающей точкой значительно больше диапазона представления чисел с фиксированной точкой. Однако быстродействие ЭВМ при обработке чисел с плавающей точкой гораздо ниже, чем при обработке чисел с фиксированной точкой. Это объясняется тем, что при работе с плавающей точкой для каждой операции необходимо время на определение местоположения точки.
Рис. 2.4.
В современных ЭВМ используются обе формы представления чисел.
Представление команд в ЭВМ
Программа работы машины, определяющая процесс обработки информации в ЭВМ, состоит из последовательности команд.
Под командой ЭВМ понимается информация, обеспечивающая выработку управляющих сигналов для выполнения машиной определенного действия.
Поле команды состоит из двух частей: операционной и адресной. В операционной части указывается код операции (КОП), определяющий действие (арифметическое или логическое), которое должна выполнить машина. Адресная часть команды содержит адреса операндов (величин), участвующих в операции. Под адре-сом "А" понимается номер (цифровой код) машинного слова (или другого поля памяти ЭВМ), где записана необходимая для выполнения команды информация. Количество указываемых в команде адресов может быть различным. Соответственно числу адресов определяются следующие форматы команд: одноадресные, двухадресные, трехадресные и четырехадресные (рис. 2.5).
Рис. 2.5.
Трехадресная команда, выполняющая, например, операцию сложения, должна содержать код операции сложения и три адреса. Действия, выполняемые такой командой, определяются примерно следующей последовательностью:
1) взять число, хранящееся по первому адресу;
2) взять число, хранящееся по второму адресу, и сложить его с первым числом;
3) результат сложения записать по третьему адресу.
В случае двухадресной команды третий адрес отсутствует, и результат можно записать либо по второму адресу (с потерей информации, которая была там записана), либо оставить в сумматоре, где производилась операция сложения. Тогда для освобождения сумматора требуется дополнительная команда перезаписи числа по требуемому адресу. При сложении двух чисел, хранящихся по адресам A1 и A2, с записью результата, например, в A1 с использованием двухадресной команды, требуется уже четыре команды:
1) вызов в сумматор числа, хранящегося по адресу A1;
2) вызов числа, хранящегося по адресу A2, и сложение его с первым числом;
3) стереть число по адресу A1;
4) запись результата по адресу A1.
Таким образом, чем меньше адресность команд ЭВМ, тем большее число команд требуется для составления одной и той же программы работы машины.
Увеличивая адресность ЭВМ, приходиться увеличивать длину машинного слова, чтобы отвести в нем необходимые поля для адресной части команд. С увеличением объема памяти ЭВМ увеличивается длина поля, необходимого для одного адреса. В то же время не все команды полностью используют адресные поля. Например, для команды записи числа по заданному адресу требуется только одно адресное поле.
Программа представляет собой набор байтов, воспринимаемых микропроцессором как коды той или иной команды вместе с соответствующими данными для этой команды. Для упрощения программирования используется мнемоническая запись команд МП (обычно в виде сокращенных английских слов).
Исходя из логики выполнения, команды разбиты на следующие группы: пересылки данных, арифметические, сдвига, логические, передачи управления, ввода-вывода и работы со строками.
Под адресацией данных в МП подразумеваются способы описания соответствующих адресов хранения операндов, которые можно применять в командах. Основные способы описания операндов: операнды-регистры, непосредственные операнды, операнды в памяти.
Входящие в состав микропроцессора компоненты указывают на то, что он является процессором с программным управлением. Некоторые компоненты - программный счетчик (счетчик команд СК), стек, регистр команд (РК) служат для обработки команд. Арифметико-логическое устройство, триггер переноса, регистры общего назначения (РОН) и регистр адреса данных (РА) служат для обработки данных. Все остальные компоненты, а именно: дешифратор команд (дешифратор кода операции ДКОП) и блок управления и синхронизации (БУ) управляют работой других компонентов. Взаимодействие компонентов осуществляется по внутренней шине данных. Связь МП с другими блоками (ЗУ и устройствами ввода-вывода) происходит по адресной щине, шине данных (внешней) и управляющей шине.
При выполнении каждой команды ЭВМ проделывает определенные стандартные действия.
- 1. Согласно содержимому счетчика адреса команд считывается очередная команда программы (ее код обычно заносится на хранение в регистр команд).
- 2. Счетчик команд автоматически изменяется так, чтобы в нем содержался адрес следующей команды.
- 3. Считанная в регистр команд операция расшифровывается, извлекаются необходимые данные и над ними выполняются требуемые действия.
Затем во всех случаях, за исключением команды останова или наступления прерывания, все описанные действия циклически повторяются.
После выборки команды останова ЭВМ прекращает обработку программы. Для выхода из этого состояния требуется либо запрос от внешних устройств, либо перезапуск машины.
Пр и мер 3.2. Описать процесс выборки и исполнения команды, по которой содержимое регистра РОН суммируется с содержимым аккумулятора Л и результат операции фиксируется в аккумуляторе.
Команда однобайтовая с прямой регистровой адресацией. В коде команды (10000001) 2 = (81) 16 первые пять старших разрядов определяют код операции; три последних - код адреса регистра С. Команда записана в ячейку ОЗУ с адресом (номером) (0176), 6 . Число (2Б) |6 записано в регистр С РОН. В аккумулятор Л записано число (ЗА) 16 .
Процесс выборки и исполнения команды можно условно разбить на несколько этапов.
- 1. Адрес команды (0176) 16 записывается в регистр адреса данных (РА).
- 2. Адрес команды из РА по шине адреса поступает в ОЗУ.
- 3. ОЗУ находит ячейку с указанным адресом и считывает команду в буферный регистр ОЗУ.
- 4. Команда из буферного регистра ОЗУ по внешней шине данных, буфер данных (БД), внутренней шине данных поступает в РК.
- 5. Дешифратор кода операции (ДКОП) распознает, что выборка команды закончена и содержимое аккумулятора и регистра С РОН необходимо подвергнуть суммированию.
- 6. Содержимое РА увеличивается на единицу, и формируется адрес следующей ячейки ОЗУ (0177) 16 .
- 7. Блок управления и синхронизации (БУ) вырабатывает последовательность сигналов, под воздействием которых числа (ЗА) 16 из аккумулятора и (2Б) 16 из регистра С РОН поступают в АЛУ, где производится операция суммирования: (ЗА) 16 + (2Б) 16 = = (69) 16 = (01 101001) 2 .
- 8. Результат операции записывается в аккумулятор, замещая в нем прежнее число (ЗА) 16 .
- 9. Выполнение команды закончено. Начинается выборка следующей команды с адресом (0177) 16 .
Микропроцессор имеет все режимы адресации, однако они обладают определенными особенностями, присущими данному процессору. Непосредственная адресация предполагает, что операнд занимает одно из полей команды, а следовательно, выбирается из оперативной памяти одновременно с ней. В зависимости от форматов обрабатываемых процессором данных непосредственный операнд может иметь длину 8 или 16 бит, что обозначается соответственно data8 и data 16.
Механизмы адресации операндов, находящихся в регистровой и оперативной памяти, существенно различаются. К регистровой памяти допускается лишь прямая регистровая адресация. При этом в команде указывается номер регистра, содержащего операнд. 16-разрядный операнд может находиться в регистрах АХ, ВХ, СХ, DX, DI, SI, SP, ВР, а 8-разрядный - в регистрах AL, АН, BL, ВН, CL, СН, DL и DH.
Регистры общего назначения (РОН) - основные рабочие регистры программ: АХ, ВХ, СХ и DX. К ним можно адресоваться как отдельным, так и однобайтным словом.
Например, АХ - старший байт АН, младший байт AL.
Регистр АХ - аккумулятор, который используется во всех операциях ввода-вывода и в операциях со строками и в арифметических операциях.
Регистр ВХ - базовый регистр, единственный из РОН, используемый в индексной адресации. Он также применяется в вычислениях.
Регистр DX - регистр данных, используемый в операциях ввода-вывода, а также в операциях умножения и деления больших чисел (совместно с АХ).
Любой из РОН может применяться для сложения или вычитания 8- или 16-разрядных величин.
Регистры указателя SP и ВР применяются для обращения к данным в стеке.
Регистр SP (Stack Pointer) - указатель стека, используется для временного хранения адресов и иногда данных, т. е. адресует стек.
Регистр ВР (Base Pointer) - указатель базы, обеспечивает ссылки на параметры (адрес, данные), передаваемые через стек.
Стек - это линейный список, записи в котором выбираются, вставляются и удаляются с одного конца, называемого вершиной стека. Это обеспечивает доступ к записям по «принципу магазина»: последний вошел, первый вышел (Last In First Out - UFO).
Индексные регистры SI и DI используются для адресации (а также для выполнения операций сложения и вычитания). Регистр SI (Source Index) - индекс источника и регистр DI (Destination Index) - индекс приемника применяются в некоторых операциях со строками или символами.
Адресация оперативной памяти имеет особенности, связанные с ее разбиением на сегменты и использованием сегментной группы регистров для указания начального адреса сегмента. 16-разрядный адрес, получаемый в блоке формирования адреса операнда на основе указанного режима адресации, называется эффективным адресом (ЭА). Иногда эффективный адрес обозначается как ЕА (Effective Address). 20-разрядный адрес, который получается в результате сложения эффективного адреса и увеличенного в 16 раз значения соответствующего сегментного регистра, называется физическим адресом (ФА).
Именно физический адрес передается из микропроцессора по 20-адресным линиям, входящим в состав системной шины, в оперативную память и используется при обращении к ее ячейке на физическом уровне. При получении эффективного адреса могут применяться все основные режимы адресации, рассмотренные выше, а также некоторые их комбинации.
Прямая адресация предполагает, что эффективный адрес - часть команды, так как ЭА состоит из 16 разрядов и соответствующее поле команды имеет такую же длину.
При регистровой косвенной адресации эффективный адрес операнда находится в базовом регистре ВХ или в одном из ин-
Обозначение имени регистра в квадратных скобках указывает на содержимое соответствующего регистра. Фигурные скобки - символ выбора одного из трех возможных вариантов.
При регистровой относительной адресации эффективный адрес равен сумме содержимого базового или индексного регистра и смещения:
j disp8 I j disp 16 j
Обозначения disp8 и disp 16 указывают на 8- или 16-разряд-ное смещение соответственно.
Эффективный адрес при базово-индексной адресации равен сумме содержимого базового и индексного регистров, определяемых командой:
] у
Наиболее сложен механизм относительной базово-индексной адресации. Эффективный адрес в этом случае равен сумме 8- или 16-разрядного смещения и базово-индексного адреса:
эА=Л вх П + Л 01 П+1 айр8 ,1.
1 |ВР]} 1 1 авр1б
Форматы двухоперандных команд представлены на рис. 3.2. Пунктиром показаны поля, которые в зависимости от режима адресации могут отсутствовать в команде.
- 1 байт
- 1 байт
- 1 байт
КОП d w md reg r/m
1 байт disp L
|
сімр і і і |
[ disp Н |
|
бкр Н І |
Рис. 3.2. Форматы двухоперандных команд микропроцессора 18086: а - формат команд типа Я Я и /?5; б - формат команды с непосредственным операндом
Поле КОП содержит код выполняемой операции. Признак указывает на длину операндов. При ы= 1 операция проводится над словами, а при н> = 0 - над байтами. Признак (1 указывает положение приемника результата. Признак с1=, если результат записывается на место операнда, закодированного в поле ге%, и с! = 0, если результат записывается по адресу, закодированному полями (т(1, г/т).
Следующий байт команды, называемый постбайтом, определяет операнды, участвующие в операции. Поле ^ указывает регистр регистровой памяти согласно табл. 3.3.
Поля тс! и г/т задают режим адресации операнда (табл. 3.4).
Таблица 3.3. Регистры памяти
Таблица 3.4. Режимы адресации операнда
|
(ВХ) + (81) (ОБ) |
(ВХ) + (Б1) + сПзрБ (ОБ) |
(ВХ) + (Б1) + сПвр 16 (ОБ) |
|||
|
(ВХ) + (01) (ОБ) |
(ВХ) + (01) + (И8р8 (ОБ) |
(ВХ) + (О!) + сИвр 16 (ОБ) |
|||
|
(ВР) + (81) (вв) |
(ВР) + (Б1) + сИэрБ (вБ) |
(ВР) + (Б1) + (Шр16 (ББ) |
|||
|
(ВР) + (01) (вБ) |
(ВР) + (01) + сИэрБ (вБ) |
(ВР) + (01) + с1 вр 16 (8Б) |
|||
|
(Б1) + (Нерв (ОБ) |
(Б1) + сИ8р16 (ОБ) |
||||
|
(оо + аврв (ОБ) |
(01) + сН8р 16 (ОБ) |
||||
|
сИвр 16 (ОБ) |
(ВР) + сНврБ (вБ) |
(ВР) + сП8р16 (вБ) |
|||
|
(ВХ) + с!вр8 (ОБ) |
(ВХ) + сП8р16 (ОБ) |
||||
В табл. 3.4, помимо определения режима адресации оперативной памяти, указан также сегментный регистр, используемый по умолчанию для получения физического адреса. Применение другого сегментного регистра возможно введением специального префикса (дополнительного байта, который записывается перед командой).
В командах, использующих непосредственный операнд, признак 5 вместе с признаком определяет разрядность непосредственного операнда, записываемого в команде, и разрядность выполняемой операции (табл. 3.5).
Таблица 3.5. Разрядности операций
Изменение естественного порядка выполнения команд программы осуществляется с помощью команд передачи управления. К ним относятся команды переходов, циклов, вызова подпрограммы и возврата из нее, а также некоторые другие. Классификация команд переходов в ПЭВМ представлена на рис. 3.3.
Физический адрес выполняемой команды определяется содержимым указателя команд 1Р и сегментного регистра команд
С8. Команды, меняющие значение обоих этих регистров, называются командами межсегментных переходов , а меняющие только значение 1Р, - командами внутрисегментных переходов.
Регистровая адресация. Операнды (источники и приемники) - это внутренние регистры МП: АХ, ВХ, СХ, ОХ, 8Р, ВР, 81, 01, а в операциях пересылки - дополнительные сегментные регистры.
Пример 3.3. МОУ АН, ВН.
Непосредственная адресация. Операнды - это константы, непосредственно задаваемые в команде МП (байты, слова, двойные слова).
Пример 3.4. МОУ АН, -2.
Адресация ячеек памяти. При вычислении адреса в памяти используются две составляющие - сегмент и смещение относительно его начала.
Пример 3.5. МОУ У1, 31Ь.
При прямой адресации в команде указывается то смещение, которое соответствует размещению в памяти соответствующего операнда. Обычно считается, что операнды находятся в сегменте данных 08. Прямая адресация используется, когда явно известен адрес операнда, например, при работе с системными областями памяти.
При косвенной адресации смещение соответствующего операнда в сегменте содержится в одном из регистров МП, например МОУ [ВХ], АЬ. Косвенная адресация позволяет легко организовывать доступ к сложным элементам данных, например к массиву данных. Для обозначения косвенной адресации название регистра заключают в квадратные скобки (ВХ - регистровая адресация, а [ВХ] - косвенная). Обычно в качестве регистра косвенной адресации используются: [ВХ], , и [ВР]. Для [ВХ], , неявно подразумевается сегмент 08, а для [ВР] - сегмент 88.
Косвенная адресация по базе означает, что исполнительный адрес вычисляется как сумма содержимого соответствующего регистра и некоторой константы. Этот способ адресации используется для доступа к полям структуры, начальный адрес которой задается в регистре, а смещение соответствующего поля - константой, записанной непосредственно в команде (применяются базовые регистры [ ВХ], [ВР] с соответствующими сегментами 08, 88).
Прямая индексная адресация эквивалентна косвенной по базе. При этом используются регистры 81, 01 и соответствующий 08-сегмент.
Пример 3.6.
МОУ Х3, О (аналогично МОУ [ХЗ + 01], 0);
МОУ ХЗ[ВХ][ОХ + 2], АН (ХЗ - адрес массива).
Адресация по базе с индексированием. В этом случае исполнительный адрес определяется как сумма трех составляющих: содержимого двух регистров и константы, задаваемой непосредственно в команде.
Пример 3.7.
База - ВХ, ВР. Индексы - 81, 01.
[ВХ + 81], [ВХ + 01] - с сегментом Э8.
[ВР + 81], [ВР + 01] - с сегментом 88.
В общем случае при использовании косвенной адресации исполнительный адрес можно представить следующим образом:
ЕА= [Регистр базы] + [Индексный регистр] + Константа.
Любая из этих компонент может отсутствовать.
Команды пересылки данных имеют общий формат с двумя операндами - источником и приемником,
например МОУ, .
Пр и мер 3.8. Команды пересылок данных:
МОУ АН, ВН
МОУ АН, ВХ
МОУ ОБ, В1, где В1 - адрес ячейки.
Команда ХСНО, - обмен операндов используется для любых РОН и переменных в памяти, кроме двух ячеек памяти.
Ниже приведены примеры команд.
Примеры арифметических команд:
- ADD , ;
- ADC , ;
- INC ;
- SUB , ;
- SBB , ;
- DEC ;
- MUL ;
- IMUL ;
- DIV ;
- IDIV .
Примеры команд сдвига:
- SAL , ;
- SAR , ;
- SHL , ;
- SHR , .
Примеры логических команд:
AND, OR, XOR, NOT.
Примеры команд передачи управления:
- перехода JMP, JZ, JNZ, JCXZ;
- цикла LOOP;
- вызова подпрограммы и возврата из нее: CALL, RET;
- вызова прерывания и возврата из него: INT, IRET.
Примеры дополнительных команд:
- работы со стеком: PUSH, POP;
- установки и ояистки флагов: STC, CLC;
- холостого хода NOP.
Примеры команд ввода/вывода:
- IN .., ;
- ОиТ.., .
Примеры команд работы со строками:
MOVS, CMPS, OUTS.
Команды безусловных переходов производят модификацию регистра IP или регистров IP и CS без предварительного анализа каких-либо условий. Существует пять команд безусловных переходов. Все они имеют одинаковую мнемонику JMP и содержат один операнд. Конкретный формат команды определяется соответствующим префиксом и приведен в табл. 3.6.
Таблица 3.6. Машинные коды некоторых команд
|
Байт кода команды |
Схема операции |
|||
|
md reg r/m |
г(г/т) - г + г/т |
|||
|
md 000 r/m |
г/т = г/т + |
|||
|
(data H) |
ас - ас + |
|||
|
md reg r/m |
г{г/т) - г{г/т) - (г/т)г |
|||
|
md 101 r/m |
г/т = г/т - |
|||
|
(data H) |
ас = ас - |
|||
|
001000dw |
md reg r/m |
г(г/т) = г & г/т |
||
|
md 100 r/m |
г/т = г/т & |
|||
|
(data H) |
ас = ас & |
|||
|
000010dw |
md reg r/m |
г{г/т) = г V г/т |
||
|
md 001 r/m |
г/т = г/т V |
|||
|
(data H) |
ас = ас V |
|||
Примечание. В столбце «Схема операции» сокращение «ас» означает регистр-аккумулятор, в качестве которого используются регистр АХ при = 1 и регистр АЬ при = 0.
При прямом безусловном внутрисегментном переходе новое значение указателя команд 1Р равно сумме смещения, закодированного в соответствующем поле команды, и текущего значения 1Р, в качестве которого используется адрес команды, записанной вслед за командой перехода. Команды прямых межсегментных переходов содержат помимо нового значения 1Р и новое значение сегментного регистра С5.
Команды косвенных переходов (внутрисегментных и межсегментных) передают управление на команду, адрес которой определяется содержимым регистра или ячеек оперативной памяти, на которые указывает закодированный в команде перехода постбайт.
Команды условных переходов - только внутрисегментные. По формату и способу формирования нового значения 1Р они аналогичны команде прямого внутрисегментного перехода с 8-разрядным смещением. Отличие их заключается в том, что в командах условного перехода механизм формирования нового значения 1Р включается лишь при выполнении определенных условий, а именно при определенном состоянии регистра флагов.
При невыполнении проверяемого условия в 1Р остается его текущее значение, т. е. адрес команды, следующей за командой условного перехода.
Ниже приведены примеры команд переходов различных типов.
Команды условного перехода:
IP- IP+ 2, если условие не выполнено;
IP= IP+2 + disp L, если условие выполнено.
Пример 3.9.
JZ MARK; переход на метку MARK, если ZF = 1.
Команды прямого внутрисегментного перехода:
IP= IP+ А + disp, где А - длина команды перехода (А = 2 или А = 3 в зависимости от длины смещения).
Пример 3.10.
JMP short ptr MARK; переход на метку MARK с использованием 8-разрядного смещения;
JMP near ptr MARK; переход на метку MARK с использованием 16-разрядного смещения.
Команды прямого межсегментного перехода:
IP=JP_H, IP_L CS= CS_H, CS L.
Пример 3.11.
JMP far ptr MARK; переход на метку MARK к команде, находящейся в другом сегменте.
КОМАНДА ЭВМ, указание, записанное на машинном языке конкретной вычислительной машины и определяющее ее действия при выполнении отдельной операции или части вычислительного процесса … Энциклопедический словарь
Указание, записанное на машинном языке конкретной вычислит, машины и определяющее её действия при выполнении отд. операции или части вычислит. процесса … Естествознание. Энциклопедический словарь
- (фр., от лат. commendare поручать). 1) небольшой отряд войска. 2) приказание начальствующего. 3) начальствование. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. КОМАНДА 1) военные отряд под начальством отдельного… … Словарь иностранных слов русского языка
команда визуализации - Команда, которая изменяет состояние или управляет действием графического устройства. Примечание Под графическим устройством понимают устройство, обеспечивающее ввод в ЭВМ и (или) вывод из ЭВМ графических данных. [ГОСТ 27459 87] Тематики машинная… …
команда типа «память-память» - Команда, операнды и результат которой размещаются в ОЗУ. [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] Тематики информационные технологии в целом EN storage to storage instructionSS instruction … Справочник технического переводчика
команда (внутреннего) прерывания (с указанным номером) - — [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] Тематики информационные технологии в целом EN trap instruction … Справочник технического переводчика
команда вывода файлов на экран в алфавитном порядке их расширений - — [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] Тематики информационные технологии в целом EN extension … Справочник технического переводчика
команда переноса файлов на другой дисковод - — [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] Тематики информационные технологии в целом EN drive … Справочник технического переводчика
команда подсистемы - — [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] Тематики информационные технологии в целом EN subcommand … Справочник технического переводчика
команда пропуска (следующей команды) - — [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] Тематики информационные технологии в целом EN skip instruction … Справочник технического переводчика
2.8 Типы и форматы команд
Несмотря на различие в системах команд разных ЭВМ, некоторые основные типы операций могут быть найдены в любой из них. Для описания этих типов примем следующую классификацию:
команды пересылки данных;
команды арифметической и логической обработки;
команды работы со строками;
команды SIMD;
команды преобразования;
команды ввода/вывода;
команды управления потоком команд.
2.8.1 Команды пересылки данных
Это наиболее распространенный тип машинных команд. В таких командах должна содержаться следующая информация:
адреса источника и получателя операндов – адреса ячеек памяти, номера регистров процессора или информация о том, что операнды расположены в стеке;
длина подлежащих пересылке данных (обычно в байтах или словах), заданная явно или косвенно;
способ адресации каждого из операндов, с помощью которого содержимое адресной части команды может быть пересчитано в физический адрес операнда.
^
2.8.2 Команды арифметической и логической обработки
В данную группу входят команды, обеспечивающие арифметическую и логическую обработку информации в различных формах ее представления. Для каждой формы представления чисел в АСК обычно предусматривается некий стандартный набор операций.
Помимо вычисления результата выполнение арифметических и логических операций сопровождается формированием в АЛУ признаков (флагов), характеризующих этот результат. Наиболее часто фиксируются такие признаки, как:
Z (Zero) - нулевой результат;
N (Negative) - отрицательный результат;
V (oVerflow) - переполнение разрядной сетки;
С (Carry) - наличие переноса.
двухместные арифметические операции (операции с двумя операндами): сложение, вычитание, умножение и деление;
одноместные арифметические операции (операции с одним операндом): вычисление абсолютного значения (модуля) операнда, изменение знака операнда;
операции сравнения, обеспечивающие сравнение двух целых чисел и выработку признаков, характеризующих соотношение между сопоставляемыми величинами (=, <>, >, <, <=, >=).
Отметим, что выполнение арифметических команд может дополнительно сопровождаться перемещением данных из устройства ввода в АЛУ или из АЛУ на устройство вывода.
Для работы с числами, представленными в форме с плавающей запятой, в АСК большинства машин предусмотрены:
основные арифметические операции;
операции сравнения, обеспечивающие сравнение двух вещественных чисел с выработкой признаков;
операции преобразования: формы представления (между фиксированной и плавающей запятой), формата представления (с одинарной и двойной точностью).
В дополнение к побитовым логическим операциям, практически во всех АСК предусмотрены команды для реализации операций логического, арифметического и циклического сдвигов.
При логическом сдвиге влево или вправо сдвигаются все разряды слова. Биты, вышедшие за пределы разрядной сетки, теряются, а освободившиеся позиции заполняются нулями.
При арифметическом сдвиге данные трактуются как целые числа со знаком, причем бит знака не изменяет положения. При сдвиге вправо освободившиеся позиции заполняются значением знакового разряда, а при сдвиге влево - нулями. Арифметические сдвиги позволяют ускорить выполнение некоторых арифметических операций. Так, если числа представлены двоичным дополнительным кодом, то сдвиги влево и вправо эквивалентны соответственно умножению и делению на 2.
При циклическом сдвиге смещаются все разряды слова, причем значение разряда, выходящего за пределы слова, заносится в позицию, освободившуюся с противоположной стороны, то есть потери информации не происходит. Одно из возможных применений циклических сдвигов – это перемещение интересующего бита в крайнюю левую (знаковую) позицию, где он может быть проанализирован как знак числа.
Для работы со строками в АСК обычно предусматриваются команды, обеспечивающие перемещение, сравнение и поиск строк. В большинстве машин перечисленные операции просто имитируются за счет других команд.
^ Команды преобразования осуществляют изменение формата представления данных. Примером может служить преобразование из десятичной системы счисления в двоичную или перевод 8-разрядного кода символа из кодировки ASCII в кодировку EBCDIC, и наоборот.
2.8.3 SIMD-команды
Название данного типа команд представляет собой аббревиатуру от Single Instruction Multiple Data - буквально «одна инструкция - много данных». В отличие от обычных команд, оперирующих двумя числами, SIMD-команды обрабатывают сразу две группы чисел (в принципе их можно называть групповыми командами). Операнды таких команд обычно представлены в одном из упакованных форматов.Идея SIMD-обработки была выдвинута в Институте точной механики и вычислительной техники им. С.А. Лебедева в 1978 году в рамках проекта «Эльбрус-1». С 1992 года команды типа SIMD становятся неотъемлемым элементом АСК микропроцессоров фирм Intel и AMD, Поводом послужило широкое распространение мультимедийных приложений. Видео, трехмерная графика и звук в ЭВМ представляются большими массивами данных, элементы которых чаше всего обрабатываются идентично. Так, при сжатии видео и преобразовании его в формат MPEG один и тот же алгоритм применяется к тысячам битов данных. В трехмерной графике часто встречаются операции, которые можно выполнить за один такт: интерполирование и нормировка векторов, вычисление скалярного произведения векторов, интерполяция компонентов цвета и т. д. Включение SIMD-команд в АСК позволяет существенно ускорить подобные вычисления.
Первой на мультимедийный бум отреагировала фирма Intel, добавив в систему команд своего микропроцессора Pentium ММХ 57 SIMD-команд. Название МMX (MultiMedia eXtention – мультимедийное расширение) разработчики обосновывали тем, что при выборе состава новых команд были проанализированы алгоритмы, применяемые в различных мультимедийных приложениях. Команды ММХ обеспечивали параллельную обработку упакованных целых чисел. При выполнении арифметических операций каждое из чисел, входящих в группу, рассматривается как самостоятельное, без связи с соседними числами. Учитывая специфику обрабатываемой информации, команды ММХ реализуют так называемую арифметику с насыщением: если в результате сложения образуется число, выходящее за пределы отведенных под него позиций, оно заменяется наибольшим двоичным числом, которое в эти позиции вмещается.
Следующим шагом стало создание новых наборов SIMD-команд, работающих также с операндами, представленными в виде упакованных чисел с плавающей запятой. Такие команды в соответствующих приложениях повышают производительность процессора примерно вдвое. Первой подобную технологию в середине 1998 года предложила фирма AMD. Это мультимедийное расширение включало в себя 21 SIMD-команду и получило название 3DNow!. Расширение 3DNow! в дополнение к SIMD-обработке целочисленной информации типа ММХ позволяло оперировать парой упакованных чисел в формате с плавающей запятой.
Полугодом позже фирма Intel ввела в свои микропроцессоры так называемые потоковые SIMD-команды, обозначив их аббревиатурой SSE - Streaming SIMD Extension (потоковая обработка по принципу «одна команда - много данных»). Сначала это были 70 команд в микропроцессоре Pentium III. Команды дополняли групповые целочисленные операции МMX и расширяли их за счет групповых операций с 32-разрядными вещественными числами.
^
2.8.4 Команды ввода/вывода
Команды этой группы могут быть подразделены на команды управления периферийным устройством (ПУ), проверки его состояния, ввода и вывода.
Команды управления периферийным устройством служат для запуска ПУ и указания ему требуемого действия. Трактовка подобных инструкций зависит от типа ПУ.
Команды проверки состояния ввода/вывода применяются для тестирования различных признаков, характеризующих состояние модуля ввода/вывода и подключенных к нему ПУ. Благодаря этим командам центральный процессор может выяснить, включено ли питание ПУ, завершена ли предыдущая операция ввода/вывода, возникли ли в процессе ввода/вывода какие-либо ошибки и т. п.
Собственно обмен информацией с ПУ обеспечивают команды ввода и вывода. Команды ввода
предписывают модулю ввода/вывода получить элемент данных (байт или слово) от ПУ и поместить его на шину данных, а команды вывода -
заставляют модуль ввода/вывода принять элемент данных с шины данных и переслать его на ПУ.
^
2.8.5 Команды управления системой
Команды, входящие в эту группу, являются привилегированными и могут выполняться, только когда центральный процессор ЭВМ находится в привилегированном состоянии или выполняет программу, находящуюся в привилегированной области памяти (обычно привилегированный режим используется лишь операционной системой). Так, лишь эти команды способны считывать и изменять состояние ряда регистров устройства управления.
^
2.8.6 Команды управления потоком команд
Концепция фон-неймановской вычислительной машины предполагает, что команды программы, как правило, выполняются в порядке их расположения в памяти. Для получения адреса очередной команды достаточно увеличить содержимое счетчика команд на длину текущей команды. В то же время основные преимущества ЭВМ заключаются именно в возможности изменения хода вычислении в зависимости от возникающих в процессе счета результатов. С этой целью в АСК вычислительной машины включаются команды, позволяющие нарушить естественный порядок следования и передать управление в иную точку программы. В адресной части таких команд содержится адрес точки перехода (адрес той команды, которая должна быть выполнена следующей). Переход реализуется путем загрузки адреса точки перехода в счетчик команд (вместо увеличения содержимого этого счетчика на длину команды).
В системе команд ЭВМ можно выделить три типа команд, способных изменить последовательность вычислений:
безусловные переходы;
условные переходы (ветвления);
вызовы процедур и возвраты из процедур.
^ Условный переход происходит только при соблюдении определенного условия, в противном случае выполняется следующая по порядку команда программы. Большинство производителей ЭВМ в своих ассемблерах обозначают подобные команды словом branch (ветвление). Условием, на основании которого осуществляется переход, чаще всего выступают признаки результата предшествующей арифметической или логической операции. Каждый из признаков фиксируется в своем разряде регистра флагов процессора. Возможен и иной подход, когда решение о переходе принимается в зависимости от состояния одного из регистров общего назначения, куда предварительно помещается результат операции сравнения. Третий вариант - это объединение операций сравнения и перехода в одной команде.
В системе команд ЭВМ для каждого признака результата предусматривается своя команда ветвления (иногда - две: переход при наличии признака и переход при его отсутствии). Большая часть условных переходов связана с проверкой взаимного соотношения двух величин или с равенством (неравенством) некоторой величины нулю. Последний вид проверок используется в программах наиболее интенсивно.
Процедурный механизм базируется на командах вызова процедуры,
обеспечивающих переход из текущей точки программы к начальной команде процедуры, и командах возврата из процедуры,
для возврата в точку, непосредственно расположенную за командой вызова. Такой режим предполагает наличие средств для сохранения текущего состояния содержимого счетчика команд в момент вызова (запоминание адреса точки возврата) и его восстановления при выходе из процедуры,
^
2.8.7 Форматы команд
Типовая команда, в общем случае, должка указывать:
подлежащую выполнению операцию;
адреса исходных данных (операндов), над которыми выполняется операция;
адрес, по которому должен быть помещен результат операции.
Рисунок 2.24 – Структура машинной команды
Формат команды
определяет ее структуру, то есть количество двоичных разрядов, отводимых под всю команду, а также количество н расположение отдельных полей команды. Полем
называется совокупность двоичных разрядов, кодирующих составную часть команды. При разработке АСК выбор формата команды влияет на многие характеристики будущей машины. Оценивая возможные форматы, нужно учитывать следующие факторы:
общее число различных команд;
общую длину команды;
тип полей команды (фиксированной или переменной длины) и их длина;
простоту декодирования;
адресуемость и способы адресации;
стоимость оборудования для декодирования и исполнения команд.
В рамках системы команд одной ЭВМ могут использоваться разные форматы команд. Обычно это связано с применением различных способов адресации. В таком случае операционная часть команды содержит поле кода операции (КОп) и поле для задания способа адресации (СА).
Общая длина команды R K может быть определена следующим соотношением:
,
где l – количество адресов в команде; R Ai – количество разрядов для записи i -го адреса; R КОп – разрядность поля кода операции; R СА – разрядность поля способа адресации.
Количество двоичных разрядов, отводимых под код операции
, выбирается так, чтобы можно было представить любую из операций. Если система команд предполагает N
КОп
различных операций, то минимальная разрядность поля кода операции определяется следующим образом:
R
КОп
= int(log 2 (N
КОп
)),
где int означает округление в большую сторону до целого числа.
При заданной длине кода команды приходится искать компромисс между разрядностью поля кода операции и адресного поля. Большее количество возможных операций предполагает длинное поле кода операции, что ведет к сокращению адресного поля, то есть к сужению адресного пространства. Для устранения этого противоречия иногда длину поля кода операции варьируют. Изначально под код операции отводится некое фиксированное число разрядов, однако для отдельных команд это поле расширяется за счет нескольких битов, отнимаемых у адресного поля.
В адресной части команды содержится информация о местонахождении исходных данных и месте сохранения результата операции. Обычно местонахождение каждого из операндов и результата задается в команде путем указания адреса соответствующей ячейки основной памяти или номера регистра процессора. Принципы использования информации из адресной части команды определяет система адресации. Система адресации задает число адресов в команде команды и принятые способы адресации
Разрядности полей и рассчитываются по формулам:
R
Ai
= int(log 2 (N
i
)), R
CA
= int(log 2 (N
CA
)),
где N
i
, – количество ячеек памяти, к которому можно обратиться с помощью i
-ro адреса; N
СА
– количество способов адресации.
Для определения количества адресов , включаемых в адресную часть, будем использовать термин адресность. В «максимальном» варианте необходимо указать три компонента: адрес первого операнда, адрес второго операнда и адрес ячейки, куда заносится результат операции. В принципе может быть добавлен еще один адрес, указывающий место хранения следующей инструкции. В итоге имеет место четырехадресный формат команды . Такой формат представлен на рисунке 2.25.
Чаще всего необходимость в четвертом адресе отпадает, поскольку команды располагаются в памяти в порядке их выполнения, и адрес очередной команды может быть получен за счет простого увеличения адреса текущей команды в счетчике команд. Это позволяет перейти к трехадресному формату команды. Требуется только добавить в систему команд ЭВМ команды, способные изменять порядок вычислений.
К сожалению, и в трехадресном формате длина команды может оказаться весьма большой. Так, если адрес ячейки основной памяти имеет длину 32 бита, а длина кода операции – 8 бит, то
длина команды составит 104 бита (13 байт).
Рисунок 2.25 – Четырехадресный формат команды
Если по умолчанию взять в качестве адреса результата адрес одного из операндов (обычно второго), то можно обойтись без третьего адреса, и в итоге получаем двухадресный
формат команды. Естественно, что в этом случае соответствующий операнд после выполнения операции теряется.
Команду можно еще более сократить, перейдя к одноадресному формату, что возможно при выделении определенного стандартного места для хранения первого операнда и результата. Обычно для этой цели используется специальный регистр-аккумулятор центрального процессора (ЦП).
Применение единственного регистра для хранения одного из операндов и результата является ограничивающим фактором, поэтому помимо аккумулятора часто используют и другие регистры ЦП. Так как число регистров к ЦП невелико, для указания одного из них в команде достаточно иметь сравнительно короткое адресное поле. Соответствующий формат носит название полутораадресного или регистрового формата.
Наконец, если для обоих операндов указать четко заданное местоположение, а также в случае команд, не требующих операнда, можно получить нульадресный формат команды. В таком варианте адресная часть команды вообще отсутствует или не задействуется
При выборе количества адресов в адресной части команды обычно руководствуются следующими критериями:
емкостью запоминающего устройства, требуемой для хранения программы;
временем выполнения программы;
эффективностью использования ячеек памяти при хранении программы.
выборки команды;
выборки первого операнда;
выборки второго операнда;
выборки команды;
выборки операнда.
