Формат команды способы адресации

Алгоритм, написанный пользователем программы, в конечном счете реализуется в виде машинных команд. Под командой понимают совокупность сведений, представленных в виде двоичных кодов, необходимых процессору для выполнения очередного шага. В ходе команды для сведений о типе операции, адресной информации о нахождении обрабатываемых данных, а также для информации о месте хранения результатов выделяются определенные разряды (поля).

0 КОП А₁ А₃ 15

0 КОП А₁ А₂ А₃ 23

Форматом команды называется заранее обговоренная структура полей в её кодах, позволяющая ЭВМ распознавать составные части кода.

Главным элементом кода команды является код операции (КОП), что определяет, какие действия будут выполнены по данной команде. Под него выделяется N старших разрядов формата. В остальных разрядах размещаются А₁ и А₂ v адреса операндов. А₃ — адрес результата.

Распределение полей в формате команды может изменяться при смене способа адресации. Длина команды зависит от числа адресных полей. По числу адресов команды делятся на:

	безадресные
	одно-, двух-, трехадресные

Длина кода команды измеряется в машинных словах. Чтобы получить возможность работать с минимальным числом адресных полей, результат, к примеру, можно размещать по месту хранения одного из операндов. Либо предварительно размещают один или несколько операндов в специально выделенных регистрах процессора.

Множество реализуемых машинных действий образует её систему команд. Система команд часто определяет области и эффективность применения ЭВМ. Состав и число команд должны быть ориентированы на стандартный набор операций, используемых пользователем для решения своих задач.

По функциональному назначению в системе команд ЭВМ различают следующие группы:

	команды передачи данных (обмен входами между регистрами процессора, процессора и оперативной памятью, процессора и периферийными установками).
	Команды обработки данных (команды сложения, умножения, сдвига, сравнения-).
	Команды передачи управления (команды безусловного и условного перехода).
	Команды дополнительные (типа RESET, TEST,-).

Группа команд передачи управления обеспечивает принудительное изменение порядка выполнения команд в программе.

Оттранслированные команды записываются в соседние ячейки памяти в порядке их следования в программе. При естественном порядке выполнения команд в программе, адрес каждой следующей команды определяется по содержимому специального счетчика команд, который входит в состав процессора. Содержимое этого счетчика автоматически наращивается на 1 при выполнении очередной команды. При организации ветвления цикла или для перехода на подпрограмму в счетчик в счетчик команд принудительно записывается адрес перехода, указанный в ходе команды.

Большинство алгоритмов может быть реализовано небольшим базовым набором команд. Вместе с тем система команд должна быть полной, т.е. содержать все команды, которые необходимы для интерпретации алгоритма в машинных кодах. ЭВМ общего назначения имеет универсальный набор команд и применяется в основном для решения тривиальных (стандартных) задач.

Существуют 2 различных принципа поисков операндов в памяти: ассоциативный и адресный.

Ассоциативный поиск (поиск по содержанию запоминающей ячейки) предполагает просмотр содержимого всех ячеек памяти для выявления кода, содержащего заданный командой ассоциативный признак.

Адресный поиск предполагает, что операнд находится по адресу, указанному в адресном поле команд.

Исполнительным адресом операнда называется двоичный код номера ячейки памяти, по которому будет записан или считан оператором.

Адресным кодом команды называется двоичный код в адресном поле команды, с помощью которого необходимо сформировать исполнительный адрес операнда. В ЭВМ адресный код и исполнительный адрес не совпадают, поэтому способ адресации можно определить, как способ формирования исполнительного адреса по адресному коду команды.

Способы адресации классифицируют:

по наличию адресной информации в команде (явная и неявная адресация).

по кратности обращения в оперативную память.

по способу формирования адресов ячеек памяти.

При явной адресации операнда в команде есть поле адреса этого операнда.

При неявной v адресное поле в команде отсутствует, а адрес операнда подразумевается кодом операции. Например, из команды может быть исключен адрес приемника адресата, при этом подразумевается, что результат записывается на месте второго операнда.

По кратности обращения в оперативную память различают:

непосредственную адресацию (direct addressing)

прямую адресацию (immediate addressing)

косвенную адресацию (indirect addressing)

Непосредственная адресация

При непосредственной адресации операнд располагается непосредственно в адресном поле команды.

Прямая адресация

При прямой адресации обращение за операндом производится по адресному коду в поле команды. При этом исполнительный адрес совпадает с адресом кода команды.

Косвенная адресация

При косвенной адресации код команды указывает адрес ячейки памяти, в которой находится не сам операнд, а его адрес, называемый указателем.

Способы формирования адресов ячеек памяти можно разделить на абсолютные и относительные.

Абсолютные способы формирования предполагают, что двоичный код адреса ячейки памяти может быть целиком извлечен либо из адресного поля команды, либо из какой-нибудь другой ячейки в случае косвенной адресации.

Относительные способы формирования предполагают, что двоичный код адресной ячейки памяти образуется из нескольких составляющих:

Б v код базы,
И v код индекса,
С v код смещения.

Эти составляющие используются в различных сочетаниях.

Относительная адресация

При относительной адресации применяется способ вычисления адреса путем суммирования кодов, составляющих адрес.

Для работы программ с массивами, требующими однотипных операций над элементами массива, удобно использовать индексную адресацию.

Адрес i-того операнда в массиве определяется как сумма начального адреса массива операнда, задаваемого смещением S, и индекса I , записанного в одном из регистров регистровой памяти, называемым индексным регистром.

Адрес индексного регистра задается в команде полем адреса индекса А_и.

В каждом i-том цикле содержимое индексного регистра изменяется на постоянную величину, как правило, это 1.

В некоторых моделях ЭВМ относительная адресация выполняется без суммирования по следующей схеме:

При автоиндексации косвенный адрес, находящийся в регистре РП, автоматически увеличивается (автоинкрементная адресация), или уменьшается (автодекрементная адресация) на постоянную величину до или после выполнения операции.

Стековая память широко используется в современных ЭВМ. Хотя адрес обращения в стек отсутствует в команде, он формируется схемой управления:

Для чтения записи доступен только один регистр v вершина стека. Этот способ адресации используется, в частности, системой прерывания программ при вложенных вызовах подпрограмм.

Стековая память реализуется на основе обычной памяти с использованием указателя стека и автоиндексной адресации.

Запись в стек производится с использованием автодекрементной адресации, а чтение — с использованием автоинкрементной адресации.

Источник

Система кодирования команд. Способы адресации

Система кодирования команд

Запись любой команды определяется ее форматом. Формат команды – это структура команды, позволяющая распознать назначение отдельных ее полей.

Исходя из определения, команда должна содержать информацию о выполняемой операции , адресах операндов и адресе ячейки ЗУ для записи результата. Этому в наибольшей степени соответствует формат команды , содержащий поле кода операции и три адресных поля. Такая система кодирования команд называется трехадресной (рис.11.1,в).

Схема выполнения трехадресной команды имеет вид:

Здесь (А₁) и (А₂) – адреса ячеек ЗУ, в которых хранятся первый и второй операнды соответственно; * – знак обобщенной операции (например, сложение или умножение ), задаваемой полем кода операции (КОп). Знак » -> » обозначает передачу результата операции в ячейку памяти с адресом А₃ .

Для выполнения операции сложения операндов, находящихся по адресам a и b , с записью результата в ячейку c ( c = a + b ) требуется одна команда такого формата:

Здесь ADD – код операции сложения.

Формат двухадресной команды представлен на рис.11.1,б. Выполнение операции с помощью такой команды проходит по следующей схеме:

Выполнение того же самого действия c = a + b в двухадресной системе кодирования команд потребует уже двух команд, например:

КОп	А₁	А₂
ADD	a	b	a = a + b
MOV	c	a	c = a

Одноадресная команда имеет формат, приведенный на рис.11.1,а. Обычно ЭВМ с одноадресной системой команд имеют особую структуру, в состав которой входит специальный регистр ( регистр результата – РР ). Он служит для хранения результата операции и используется в качестве одного из операндов при выполнении операции ( рис. 11.2).

Схема выполнения операции на ЭВМ с одноадресной системой команд имеет вид:

Операцию c = a + b в одноадресной системе команд можно выполнить следующим образом:

КОп	А₁
MOVR	a	РР = a
ADD	b	РР = РР + b
MOVS	c	c = РР

Рассмотренные форматы команд используются при так называемом естественном порядке выполнения программы. При этом подразумевается, что после выполнения любой команды, не меняющей в явном виде порядок выполнения программы, очередная команда выбирается из ячейки ЗУ, располагающейся сразу же вслед за ячейкой (или ячейками), содержащей код текущей команды. При четырехадресной системе кодирования команд (рис.11.1,г) первые три адреса выполняют те же функции, что и в трехадресной команде, а четвертый адрес указывает адрес ячейки, где хранится следующая выполняемая команда . Такая система обеспечивает принудительный порядок выполнения команд программы. Она хотя и повышает гибкость программирования, но практического применения не получила. Основной причиной этого является существенное увеличение размера каждой команды и, соответственно, увеличение объема ЗУ, необходимого для размещения программы, в то время как реальной потребности в такой кодировке каждой команды не существует.

Несколько особое положение занимает безадресное кодирование команд . Оно используются в компьютерах, имеющих стековую организацию памяти . Обращение к ячейкам такой памяти производится последовательно с помощью специального указателя стека ( УС ), определяющего рабочую в данный момент ячейку. Каждая ячейка снабжена тэгом – специальным признаком хранимой информации. Такая ЭВМ имеет структуру, представленную на рис. 11.3. В ее состав помимо АЛУ входят два специальных буферных регистра РР1 и РР2 . Здесь значение тэгов следующее: Op – в данной ячейке хранится операнд , C – признак наличия в ячейке кода операции .

Проиллюстрируем работу такой ЭВМ на примере вычисления выражения ((a + b) * c — d) / e .

На первых двух тактах работы из памяти извлекаются операнды a и b и помещаются в рабочие регистры РР1 и РР2 . Считав следующую ячейку стековой памяти, устройство управления по ее тэгу определяет, что данная информация представляет собой код операции . Этот код направляется в АЛУ , где и проводится сложение хранящихся в регистрах операндов с записью результата в один из рабочих регистров. Так как в следующей ячейке хранится операнд , то он направляется в РР , свободный от записанного результата. После этого производится выполнение следующей операции и так далее.

Такая структура ЭВМ обеспечивает высокое быстродействие , но требует весьма сложного программирования.

Взаимозависимость формата команды и основных параметров ЭВМ

Важной характеристикой команды служит ее длина, которая складывается из длины поля кода операции и суммы длин адресных полей:

где n – количество адресных полей в команде.

Максимальное количество операций, которое может быть закодировано в поле кода операций длиной n_коп, составляет

Тогда по известному количеству команд ( K ), составляющих систему команд данной ЭВМ, можно определить необходимую длину поля операции:

Естественно, что эта величина должна быть минимально возможным целым числом. Так, для ЭВМ, имеющей систему команд из 100 команд, длина поля кода операции составит 7 бит.

Если поле адреса команды содержит просто номер ячейки ЗУ, к которой производится обращение, то длина этого поля определяется следующим образом:

где V_ЗУ – объем запоминающего устройства.

Правомерна и другая постановка задачи – определение максимального объема запоминающего устройства ( V_ЗУmax ), к которому можно обратиться при заданной длине поля адреса. В этом случае

Современные ЭВМ имеют, как правило, запоминающие устройства с минимальной адресуемой единицей 1 байт ( 1 байт = 8 бит ). Поэтому, например, адресация ЗУ объемом 1 мегабайт ( 1М байт = 2 20 байт ) требует 20 разрядов адресного поля, а поле адреса длиной 16 разрядов позволяет обращаться к памяти максимального объема 64 килобайта ( 1К байт = 2 10 байт ).

Одним из способов уменьшения длины поля адреса является введение в состав ЭВМ дополнительно специального блока памяти небольшого объема – регистровой памяти ( РП ). Это запоминающее устройство имеет высокое быстродействие и служит для хранения часто используемой информации: промежуточных результатов вычислений, счетчиков циклов, составляющих адреса при некоторых режимах адресации и т.д.. Так как объем РП невелик, адресация ее элементов требует относительно короткого адресного поля. Например, для регистровой памяти объемом 8 регистров требуется всего лишь трехразрядное адресное поле.

Источник

Читайте также: Способы борьбы с ожогом