Команда для эвм состоит из. Структура и форматы команд эвм. Автоинкрементный метод адресации

Машинная команда представляет собой код, определяющий операцию вычислительной машины и данные, участвующие в операции. Команда должна содержать в явной или неявной форме информацию об адресе результата операции, и об адресе следующей команды.

Машинная операция – это действия машины по преобразованию информации, выполняемые под воздействием одной команды.

Программа – последовательность команд, отображающих все действия, необходимые для решения задачи по некоторому алгоритму.

Машинный такт – период тактовой частоты работы процессора.
Машинный цикл­­ –­ количество машинных тактов, требуемых для выполнения одной команды.

По характеру выполняемых операций различают следующие основные группы команд:

• арифметические операции над числами с фиксированной или плавающей точкой;
• команды двоично-десятичной арифметики;
• логические (поразрядные) операции;
• пересылка операндов;
• операции ввода-вывода;
• передача управления;
• управление работой центрального процессора.

Машинная команда состоит из операционной и адресной частей. Эти части могут состоять из нескольких полей. В общем виде машинная команда имеет следующую структуру:

Операционная часть содержит код, задающий вид операции (сложение, умножение, передача и т.д.).
Адресная часть содержит информацию об адресах операндов, результата операции и следующей команды.
Структура команды определяется составом, назначением и расположением полей в команде.
Формат команды – это структура команды с разметкой номеров разрядов, определяющих границы отдельных полей команды.

Возможные структуры машинных команд

содержит наиболее полную информацию о выполняемой операции, включает поле кода операции и четыре адреса для указания ячеек памяти двух операндов, ячейки результата операции, и ячейки, содержащей адрес следующей команды. Такой порядок выборки команд называется принудительным . Он использовался в первых моделях вычислительных машин, имеющих небольшое число команд и очень незначительный объем ОП, поскольку длина такой команды зависит от разрядности адресов операндов и результата.

используется в вычислительных машинах, построенных так, что после выполнения команды по адресу K (команда занимает L ячеек памяти) выполняется команда по адресу K+L. Такой порядок выборки команд называется естественным . Он нарушается только специальными командами передачи управления. При естественном порядке выборки адрес следующей команды формируется в устройстве, называемом счетчик адреса команд. В этом случае команда становится трехадресной.

используется в вычислительных машинах, построенных так, что результат операции будет всегда помещаться в фиксированный регистр процессора, например на место первого операнда. В этом случае адрес результата может явно не указываться.

подразумеваемые адреса имеют результат операции и один из операндов. При этом один из операндов и результат операции размещаются в одном фиксированном регистре. Выделенный для этой цели внутренний регистр процессора получил название аккумулятор . Адрес другого операнда указывается в команде.

Фиксирует адреса обоих операндов и результата операции, например при работе со стековой памятью.

Обычно в вычислительной машине используется несколько форматов команд разной длины (чаще всего безадресные, одноадресные и двухадресные).

Команды ЭВМ представляют собой код определяющий операцию и данные участвующие в операции, кроме этого в явной или неявной форме команда содержит информацию об адресе, куда помещаются результат и адресе следующей команды.

По характеру выполняемых операций выделяются следующие группы команд:

1) Команды арифметических операций для чисел с фиксированной или плавающей запятой.

2) Команды десятичной арифметики.

3) Команды передачи данных

4) Команды операций ввода/вывода

5) Команды логических операций

6) Команды передачи управления (управление циклом, условный и безусловный переход)

………………………………………… А информация об адресах в ячейках памяти, в которых они находятся. Команда состоит из операционной части (код операции) и адресной части (информация о местонахождении операндов и месте хранения результатов)

А1-А2: адреса операндов

А3: адрес результата

А4: адрес следующей команды

Команда содержит в явном виде всю информацию его задаваемой операции. Существует принудительная адресация. Такая структура приводит к большой длине команды и неприемлема при прямой адресации операндов. В ряде случаев после выполнения команды расположенных по адресу К, и занимающие L ячеек памяти выполняется команда из ячейки К+L. Такой порядок выборки команд является естественным. Нарушается командами передачи управления. В этом случае отпадает необходимость в явном виде указывать А4.

В трехадресной команде:

А1-А2: адреса операндов

А3: адрес результата

Можно условиться, что результат помещается на место одного из операндов, получаем двухадресную команду, где для результата используется подразумеваемый адрес.

В одноадресной команде: подразумеваемые адреса имеют и результат операции и один из операндов. Один из операндов указывается адресом в команде, в качестве второго используется содержимое регистра процессора (аккумулятора). Результат записывается в тот же регистр.

В некоторых случаях используются безадресные команды, когда подразумевается адреса и операндов и результата (например стековая память). Адресные поля в большинстве случаев содержат не сами адреса а информацию, позволяющую определить действительные или исполнительные адреса операндов. В соответствии с используемыми способами адресации.

Способы адресации.

Существует два принципа поиска операндов в памяти: ассоциативный и адресный. Ассоциативный поиск операнда (поиск по содержанию ячейки) предполагает просмотр содержимого всех ячеек памяти, для выявления кодов, содержащий ассоциативный признак заданный командой.

Адресный поиск предполагает, что искомый операнд извлекается из ячейки, номер которой формируется на основе информации в адресном поле команды.

Различают понятия исполнительного адреса и адресного кода. Адресный код – информация об адресе операнда, содержащегося в команде. Исполнительный адрес – номер ячейки памяти, к которой фактически производится обращение (по сути – физический адрес).

В ЭВМ адресный код как правило не совпадает с исполнительным адресом. Способ адресации – это способ формирования исполнительного адреса операнда А и по адресному коду команды А к ­­.

В системах команд ЭВМ часто предусматривается возможность использования нескольких способов адресации операндов для одной и той же операции. В этом случае в системе команд выделяется специальное поле – указатель адресации.

Классификация способов адресации по наличию адресной информации в команде. Различают явную и неявную адресацию. При явной адресации операнда в команде есть поле адреса операнда, в котором задается адресный код А к, при неявной адресации адресное поле в команде отсутствует, адрес операнда подразумевается кодом операции. Метод неявной адресации используется с целью уменьшения длины команды за счет исключения части адресов.

Наименование параметра	Значение
Тема статьи:	Форматы команд
Рубрика (тематическая категория)	Компьютеры

Система команд процессора

Разнообразие типов данных, форм их представления и действий, которые не­обходимы для обработки информации и управления ходом вычислений, по­рождает крайне важно сть использования различных команд - набора команд. Каждый процессор имеет собственный вполне определœенный набор команд, называемый системой команд процессора. Система команд должна обладать двумя свойствами - функциональной полнотой и эффективностью.

Функциональная полнота - это достаточность системы команд для описания любого алгоритма. Требование функциональной полноты не является слиш­ком жестким. Доказано, что свойством функциональной полноты обладает система, включающая всœего три команды (система Поста): присвоение О, присвоение 1, проверка на 0. При этом составление программ в такой системе команд крайне неэффективно.

Эффективность системы команд - степень соответствия системы команд назначению ЭВМ, т. е. классу алгоритмов, для выполнения которых предна­значается ЭВМ, а также требованиям к производительности ЭВМ. Очевидно, что реализация развитой системы команд связана с большими затратами обо­рудования и, следовательно, с высокой стоимостью процессора. В то же вре­мя ограниченный набор команд приводит к снижению производительности и повышенным требованиям к памяти для размещения программы. Даже про­стые и дешевые современные микропроцессоры поддерживают систему ко­манд, содержащую несколько десятков (а с модификациями - сотен) ко­манд.

Система команд процессора характеризуется тремя аспектами: форматами, способами адресации и системой операций.

Под форматом команды следует понимать длину команды, количество, раз­мер, положение, назначение и способ кодировки ее полей.

Команды, как и любая информация в ЭВМ, кодируются двоичными словами, которые должны содержать в себе следующие виды информации:

□ тип операции, которую следует реализовать в данной команде (КОП);

□ место в памяти, откуда следует взять первый операнд (А1);

□ место в памяти, откуда следует взять второй операнд (А2);

□ место в памяти, куда следует поместить результат (A3).

Каждому из этих видов информации соответствует своя часть двоичного сло­ва - поле, а совокупность полей (их длины, расположение в командном слове, способ кодирования информации) принято называть форматом команды. В свою очередь, некоторые поля команды могут делиться на подполя. Формат команды, поля которого перечислены выше, принято называтьтрехадресным (рис. 2.1, а).

. Форматы команд: а - трехадресный; б - двухадресный; в - одноадресный;

г - безадресный

Команды трехадресного формата занимают много места в памяти, в то же время далеко не всœегда поля адресов используются в командах эффективно. [Действительно, наряду с двухместными операциями (сложение, делœение, Конъюнкция и др.) встречаются и одноместные (инверсия, сдвиг, инкремент др.), для которых третий адрес не нужен. При выполнении цепочки вычис-ний часто результат предыдущей операции используется в качестве опе-да для следующей. Более того, нередко встречаются команды, для кото-операнды не определœены (СТОП) или подразумеваются самим кодом раций (DAA, десятичная коррекция аккумулятора).

ому в системах команд реальных ЭВМ трехадресные команды встреча-я редко. Чаще используются двухадресные команды (рис. 2.1,6), в данном "ае в бинарных операциях результат помещается на место одного из опе-ов.

реализации одноадресных форматов (рис. 2.1, в) в процессоре преду-ивают специальную ячейку- аккумулятор.
Размещено на реф.рф
Первый операнд и резуль-всœегда размещаются в аккумуляторе, а второй операнд адресуется по-А.

ьная система команд обычно имеет команды нескольких форматов, при-тип формата определяется в поле КОП.

12. Способы адресации

особ адресации определяет, каким образом следует использовать инфор-ию, размещенную в поле адреса команды.

Не следует думать, что во всœех случаях в поле адреса команды помещается адрес операнда. Существует пять базовых способов адресации операндов в командах.

□ Прямая - в данном случае в адресном поле располагается адрес операнда. Разновидность - прямая регистровая адресация, адресующая не ячейку памяти, а РОН. Поле адреса регистра имеет в команде значительно мень­шую длину, чем поле адреса памяти.

□ Непосредственная - в поле адреса команды располагается не адрес опе­ранда, а сам операнд. Такой способ удобно использовать в командах с константами.

□ Косвенная - в поле адреса команды располагается адрес ячейки памяти, в которой хранится адрес операнда ("адрес адреса"). Такой способ позволяет оперировать адресами как данными, что облегчает организацию циклов, обработку массивов данных и др.
Размещено на реф.рф
Его основной недостаток - потеря вре­мени на двойное обращение к памяти - сначала за адресом, потом - за операндом. Разновидность - косвенно-регистровая адресация, при кото­рой в поле команды размещается адрес РОН, хранящего адрес операнда. Этот способ, помимо преимущества обычной косвенной адресации, позво­ляет обращаться к большой памяти с помощью коротких команд и не тре­бует двойного обращения к памяти (обращение к регистру занимает го­раздо меньше времени, чем к памяти).

□ Относительная - адрес формируется как сумма двух слагаемых: базы, хранящейся в специальном регистре или в одном из РОН, и смещения, из­влекаемого из поля адреса команды. Этот способ позволяет сократить длину команды (смещение должна быть укороченным, правда в данном слу­чае не вся память доступна в команде) и/или перемещать адресуемые массивы информации по памяти (изменяя базу). Разновидности- ин­дексная и базово-индексная адресации. Индексная адресация предполага­ет наличие индексного регистра вместо базового. При каждом обращении содержимое индексного регистра автоматически модифицируется (обычно увеличивается или уменьшается на 1). Базово-индексная адресация фор­мирует адрес операнда как сумму трех слагаемых: базы, индекса и сме­щения.

□ Безадресная - поле адреса в команде отсутствует, а адрес операнда или не имеет смысла для данной команды, или подразумевается по умолчанию. Часто безадресные команды подразумевают действия над содержимым аккумулятора. Характерно, что безадресные команды нельзя применить к другим регистрам или ячейкам памяти.

Одной из разновидностей безадресного обращения является использование т. н. магазинной памяти или стека. Обращение к такой памяти напоминает обращение с магазином стрелкового оружия. Имеется фиксированная ячейка, называемая верхушкой стека. При чтении слово извлекается из верхушки, а всœе остальное содержимое "поднимается вверх" подобно па­тронам в магазинœе, так что в верхушке оказывается следующее по порядку слово. Одно слово нельзя прочитать из стека дважды. При записи новое слово помещается в верхушку стека, а всœе остальное содержимое "опус­кается вниз" на одну позицию. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, слово, помещенное в стек первым, будет прочитано последним. Говорят, что стек поддерживает дисциплину LIFO - Last In First Out (последний пришел - первый ушел). Реже используется безадресная память типа очередь с дисциплиной FIFO - First In First Out (первый пришел - первый ушел).

Форматы команд - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Форматы команд" 2017, 2018.

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.

Обработка информации в ЭВМ осуществляется путём программного управления.

Программа представляет собой алгоритм обработки информации, записанной в виде последовательности команд, которые должны быть выполнены машиной для полу­чения результата.

Команда ЭВМ представляет собой код, определяющий операцию вычислительной машины и данные, участвующие в операции. В явной и неявной форме команда содержит также информацию об адресе, по которому помещается результат операции, и об адресе следующей команды.

По характеру выполняемых операций можно выделить следующие группы команд:

команды арифметических операций для чисел с фиксированной или плавающей запятой;

команды десятичной арифметики;

команды передачи данных (MOV AX, 0FFFh);

команды операций ввода/вывода (IN, OUT);

команды логических операций (AND, OR, NOT);

команды передачи управления (управление циклом – LOOP, условные переходы – JAE, JB);

команды задания режима работы машины и др.

1. Форматы команд эвм

В команде, как правило, содержатся не сами операнды, а информация об адресах ячеек памяти или регистрах, в которых они находятся.. Код команды можно представить состоящим из нескольких полей, каждое из которых имеет свое функциональное назначение.

В общем случае команда состоит из:

операционной части (содержит код операции);

адресной части (содержит адресную информацию о местонахождении обрабатываемых данных и месте хранения результатов).

В свою очередь, эти части, что особенно характерно для адресной части, могут состоять из нескольких полей.

Структура команды определяется составом, назначением и расположением полей в коде.

Форматом команды называется заранее оговоренная структура полей ее кода сразметкой номеров разрядов (бит), определяющих границы отдельных полей команды, или с указанием числа разрядов (бит) в определенных полях, позволяющая ЭВМ распознавать составные части кода.

Пример формата команды процессора i486.

mod r/m - спецификатор режима адресации;

r/m - регистр памяти;

SS - масштабный множитель для режима масштабирования индексной адресации;

КОП - код операции;

index - определяет индексный регистр;

base - определяет базовый регистр.

Важной и сложной проблемой при проектировании ЭВМ является выбор структуры и форматов команды, т.е. ее длины, назначения и размерности отдельных ее полей. Естественно стремление разместить в команде в возможно более полной форме информацию о предписываемой командой операции. Однако в условиях, когда в современных ЭВМ значительно возросло число выполняемых различных операций и соответственно команд (в компьютерах с CISC-архитектурой более 200 команд) и значительно увеличилась емкость адресуемой основной памяти (32, 64 Мб), это приводит к недопустимо большой длине формата команды.

Вместе с тем, для упрощения аппаратуры и повышения быстродействия ЭВМ длина формата команды должна быть по возможности короче, укладываться в машинное слово или полуслово. Решение проблемы выбора формата команды значительно усложняется в микропроцессорах, работающих с коротким словом.

Проследим изменения классических структур команд.

Чтобы команда содержала в явном виде всю необходимую информацию о задаваемой операции, она должна, как это показано на рис. 3.1 (б), содержать следующую информацию: А1, А2 - адреса операндов, А3 - адрес результата, А4 - адрес следующей команды (принудительная адресация команд).

Рис. 3.1. Структуры команд: а) обобщенная, б) четырехадресная, в) трехадресная, г) двухадресная, д) одноадресная, е) безадресная

Такая структура приводит к большей длине команды и неприемлема для прямой адресации операндов основной памяти. В компьютерах с RISC-архитектурой четырехадресные команды используются для адресации операндов, хранящихся в регистровой памяти процессора.

Можно установить, как это принято для большинства машин, что после выполнения данной команды, расположенной по адресу К (и занимающей L ячеек), выполняется команда из (K+L)-ой ячейки. Такой порядок выборки команды называется естественным. Он нарушается только специальными командами (передачи управления). В таком случае отпадает необходимость указывать в команде в явном виде адрес следующей команды.

В трехадресной команде (рис. 3.1, в) первый и второй адреса указывают ячейки памяти, в которых расположены операнды, а третий определяет ячейку, в которую помещается результат операции.

Можно условиться, что результат операции всегда помещается на место одного из операндов, например первого. Получим двухадресную команду (рис. 3.1, г), т.е. для результата используется подразумеваемый адрес.

В одноадресной команде (рис. 3.1, д) подразумеваемые адреса имеют уже и результат операции и один из операндов. Один из операндов указывается адресом в команде, в качестве второго используется содержимое регистра процессора, называемого в этом случае регистром результата или аккумулятором. Результат операции записывается в тот же регистр.

Наконец, в некоторых случаях возможно использование безадресных команд (рис. 3.1, е), когда подразумеваются адреса обоих операндов и результата операции, например, при работе со стековой памятью.

С точки зрения программиста, наиболее естественны и удобны трехадресные команды. Обычно в ЭВМ используется несколько структур и форматов команд разной длины. Приведенные на рис. 3.1. структуры команд достаточно схематичны. В действительности адресные поля команд большей частью содержат не сами адреса, а только информацию, позволяющую определить действительные (исполнительные) адреса операндов в соответствии с используемыми в командах способами адресации.