Выполнение команд в микропроцессоре. Система команд МП, форматы команд, способы адресации.

Микропроцессор – центральное устройство ПК, предназначенное для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.

ЦП выполняет каждую команду за несколько шагов:

1. вызывает следующую команду из памяти и переносит её в регистр команд.

2. Меняет положение счётчика команд, который теперь должен указывать на следующую команду.

4. Если команда использует слово из памяти, определяет, где находится это слово.

7. Переходит к шагу 1, чтобы начать выполнение следующей команды.

Такая последовательность шагов(выборка-декодирование-исполнение) является основой работы всех компьютеров.

Сложные команды могли выполняться параллельно, но для этого требовалось дополнительная аппаратура.

Для того чтобы недорогой компьютер смог выполнять все сложные команды стали применять интерпретацию (1951г.).

Главное преимущество интерпретации заключалась в том, что можно было разобрать простой процессор, а всё сложное можно было реализовать с помощью интерпретатора.

Команда—это совокупность сведений, представленных в виде двоичного кода необходимых процессору для выполнения очередного шага.

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

Главным элементом кода команды является код операции, что определяет, какие действия будут выполнены по данной команде.

Длина кода измеряется в машинных словах. Длина зависит от числа адресных полей по числу адресов команды делятся на безадресные, 1,2, 3-адресные. Множество реализуемых машинных действий образуют систему команд.

Система команд часто определяет область и эффективность применения ЭВМ.

Состав и число команд должны быть ориентированы на стандартный набор операций, используемый для решения определённых задач.

По функциональному назначению в системе команд ЭВМ выделяют следующие группы:

1. Команды передачи данных (обмен кодами между регистрами процессора, процессора и ОП, процессора и периферийными устройствами)

3. Команды передачи управления (команды безусловного и условного перехода)

· Явная адресация. В команде есть поле адреса этого операнда

· Неявная адресация. Адрес операнда подразумевается кодом операции.

· Непосредственная адресация (операнд располагается в адресном поле команды)

· Прямая адресация (обращение за операндом по адресному коду в поле команды при этом исполнительный адрес совпадает с адресом кода команды)

· Косвенная адресация (код команды указывает адрес ячейки, в которой находится не сам операнд, а указатель на него).

3. По способу формирования адресов ячеек памяти

Все микропроцессоры можно разделить на группы:

ü CISC (Complex Instruction Set Command) с набором системы полных команд:

ü RISC (Reduced Instruction Set Command) с набором системы усеченных команд

ü VLIW (Very Length Instruction Word) со сверхдлинным командным словом;

ü MISC (Minimum Instruction Set Command) с минимальным набором системы команд и весьма высоким быстродействием.

В конце 70-х годов проводилось много экспериментов с очень сложными командами, появление которых стало возможным благодаря интерпретации. Разработчики пытались уменьшить разрыв между тем, что компьютеры способны делать, и тем, что требуют языки высокого уровня. Едва ли кто-нибудь тогда думал о разработке более простых машин, так же как сейчас мало кто (к несчастью) занимается разработкой менее мощных операционных систем, сетей, редакторов и т. д.

В компании IBM этой тенденции противостояла группа разработчиков во главе с Джоном Коком (John Соске); они попытались воплотить идеи Сеймура Крея, создав экспериментальный высокоэффективный мини-компьютер 801. Хотя компания IBM не занималась сбытом этой машины, а результаты эксперимента были опубликованы только через несколько лет, весть быстро разнеслась по свету, и другие производители тоже занялись разработкой подобных архитектур.

В 1980 году группа разработчиков в университете Беркли во главе с Дэвидом Паттерсоном (David Patterson) начала разработку не ориентированных на интерпретацию процессоров VLSI. Для обозначения этого понятия они придумали термин RISC, а новый процессор назвали RISC I, вслед за которым вскоре был выпущен RISC II. Немного позже, в 1981 году, Джон Хеннеси (John Hennesy) в Стенфорде разработал и выпустил другую микросхему, которую он назвал MIPS. Эти две микросхемы развились в коммерчески важные продукты SPARC и MIPS соответственно. Новые процессоры существенно отличались от коммерческих процессоров того времени. Поскольку они были несовместимы с существующей продукцией, разработчики вправе были включать туда новые наборы команд, которые могли бы повысить общую производительность системы. Первоначально основное внимание уделялось простым командам, которые могли быстро выполняться. Однако вскоре разработчики осознали, что ключом к высокой производительности компьютера является разработка команд, которые можно быстро запускать. То есть не так важно, как долго выполняется та или иная команда, важнее то, сколько команд в секунду может быть запущено. В то время, когда разрабатывались эти простые процессоры, всеобщее внимание привлекало относительно небольшое количество команд (обычно около 50). Для сравнения: число команд в компьютерах VAX производства DEC и больших компьютерах производства IBM в то время составляло от 200 до 300. Компьютер RISC (Reduced Instruction Set Computer — компьютер с сокращенным набором команд) противопоставлялся системе CISC (Complex Instruction Set Computer — компьютер с полным набором команд). В качестве примера машины типа CISC можно привести компьютер VAX, который доминировал в то время в университетской среде. На сегодняшний день мало кто считает, что главное отличие RISC и CISC состоит в количестве команд, но названия сохраняются до сих пор.

С этого момента началась грандиозная идеологическая война между сторонниками RISC и разработчиками VAX, Intel и мэйнфреймов IBM. По мнению первых, наилучший способ разработки компьютеров — включение туда небольшого количества простых команд, каждая из которых выполняется за один цикл тракта данных, то есть производит над парой регистров какую-либо арифметическую или логическую операцию (например, сложение или операцию логического И) и помещает результат обратно в регистр. В качестве аргумента они утверждали, что, даже если системе RISC приходится выполнять 4 или 5 команд вместо одной, которую выполняет CISC, RISC все равно выигрывает в скорости, так как RISC-команды выполняются в 10 раз быстрее (поскольку они не интерпретируются). Следует также отметить, что к этому времени быстродействие основной памяти приблизилось к быстродействию специальных командных ПЗУ, поэтому недостатки интерпретации были налицо, что еще более поднимало популярность компьютеров RISC.

Учитывая преимущества RISC в плане производительности, можно было предположить, что на рынке такие компьютеры, как Alpha компании DEC, должны доминировать над компьютерами CISC (Pentium и т. д.). Однако ничего подобного не произошло. Возникает вопрос: почему?

Во-первых, компьютеры RISC несовместимы с другими моделями, а многие компании вложили миллиарды долларов в программное обеспечение для продукции Intel. Во-вторых, как ни странно, компания Intel сумела воплотить те же идеи в архитектуре CISC. Процессоры Intel, начиная с процессора 486, содержат RISC-ядро, которое выполняет самые простые (и обычно самые распространенные) команды за один цикл тракта данных, а по обычной технологии CISC интерпретируются более сложные команды. В результате обычные команды выполняются быстро, а более сложные и редкие — медленно. Хотя при таком «гибридном» подходе производительность ниже, чем в архитектуре RISC, новая архитектура CISC имеет ряд преимуществ, поскольку позволяет использовать старое программное обеспечение без изменений.

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: