Форматы команд

Любая команда ЭВМ представляет собой некоторую упорядоченною последовательность битов, которая определяет:

1. Операцию, инициируемую этой командой.

2. Адреса операндов участвующих в этой операции.

Поэтому в большинстве ЭВМ команда имеет операционно-адресную систему.

В операционной части с точки зрения машинного представления записывается код операции. А в адресной части задается код адресов операндов. Он содержит информацию не только об адресах операндов и результата операции, но и об адресе следующей команды.

Под форматом команды понимается состав, назначение и расположение отдельных полей команды.

Развитие структуры происходит лишь вследствие уменьшения поля адреса (SISC процессоры). С появлением RISC процессоров произошел возврат к расширенной адресности системы команд (о процессорах SISC и RISC типа см. также параграф 8.5.). Говоря о базовом уровне, речь идет о SISC процессорах. Первоначально система команд имела следующий формат:

, где СчАК - счетчик адреса команд. * - операция (х) содержимое адреса х.

В каждой команде задается адрес следующей команды (это самый универсальный вариант), но длина такой команды велика. При такой системе команд их можно располагать в любом порядке, но обычно стараются расположить последовательно. Такой порядок называется естественным, но при естественном расположении необходимость в поле А4 отпадает. Следовательно, формат приобрел вид:

А3:= (Al)*(A2) СчАК:= (СчАК)+1

Даже переход к такому формату слабо уменьшает длину команды. Большинство вычислений имеет рекуррентную схему вычислений, следовательно, систему команд можно сделать двух адресной.

(Al):= (Al)*(A2) СчАК:= (СчАК)+1

Такая схема вычислений является основной для современных ЭВМ.

Но развитие шло и в направление развития процессора и его внутренней памяти, это привело к тому, что в процессорах появились специальные регистры, которые всегда используются в вычислениях.

АСС:= (ACC)*Y

Если использовать аккумуляторный принцип, то для системы команд достаточно использовать один адрес.

Основная масса команд SISC процессора является одно и двух адресная. В некоторых случаях команды можно не адресовать, если команда задает операцию над фиксированными адресами (например, действие над аккумуляторами), в формате таких команд адресное поле отсутствует. Команда называется безадресной или нульадресной. Качественный сравнительный анализ показывает:

1. Короткие команды предпочтительнее длинных, так как занимают меньше памяти. Любая память ЭВМ характеризуется скоростью передачи (пропускной способностью). Если физическое быстродействие фиксировано, то количество выбираемых из памяти команд, обратно пропорционально длине команды. А значит скорость работы процессора для коротких команд больше, чем для более длинных. Короткие команды увеличивают производительность процессора. Для большинства современных ЭВМ процессор работает быстрее памяти, следовательно, чтобы обеспечить высокую производительность, нужно увеличить количество команд извлекаемых из памяти за один цикл обращения.

2. Форматы команд должны обеспечивать достаточное пространство для задания всех операций (если система компьютера включает в себя N операций -округление в большую сторону).

3. Длина команды должна быть кратна длине базовой структурной информационной единице (т.е. либо команда должна занимать целое число байт или слов, или в одном слове должно находится целое число команд). Если в одном слове не целое число команд, то либо память недоиспользуется, либо усложняются процедуры выбора команд. Кроме того, длина команды должна выбираться с учетом длины кодов символов обрабатываемых данных.

4. Длина адресного поля команды очень тесно связана с организацией памяти компьютера, а также с размером адресного пространства памяти, которую можно непосредственно адресовать в памяти компьютера. Если память включает в себя М адресных элементов, тогда минимальная длина адресного поля: . Если исходить от фиксированной длины адресного поля, то емкость памяти будет зависеть от того, какова минимально адресуемая единица информации.