Команди процесора, структура команд. Цикл Фон-Неймана

Система команд - это набор допустимых для данного процессора управляющих кодов и способов адресации данных. Система команд жестко связана с конкретным типом процессора, поскольку определяется аппаратной структурой блока дешифрации команд.

В систему команд традиционно входят такие группы:

· пересылка данных (регистр-регистр, регистр-память, память-регистр, специфические команды типа память-память);все команды пересылки выполняют, по сути, копирование данных из ячейки-источника в ячейку-приемник;

· арифметические операции (+, –, *, : );

· логические операции (and, or, xor, not) и операции сдвига;

· ввод-вывод – специфические команды для передачи данных между процессором и устройствами ввода-вывода, размещенными в адресном пространстве ввода-вывода;

· передача управления – при выполнении такой команды процессор записывает в счетчик команд PC адрес следующей команды, взятый из адресной части текущей команды;

· специальные – останов, сброс, управление прерываниями, управление режимом пониженного энергопотребления и т.п.

Типовая структура формата команды:

1.КОП - код операции - двоичный код, однозначно указывающий процессору на выполнение конкретных действий (пересылка, сложение и т.п.), и определяющий при этом форму задания адресов операндов; 1 или 2 байта;

2.АЧ - адресная часть - двоичное число, которое может представлять собой адрес (адреса) операндов, значение операнда, адрес следующей команды (адрес перехода, передачи управления). 1 до 4 байт.

Трехадресные команды- 32 разряда

Двухадресные команды -16 разрядов

Одноадресные команды

В случае, когда с разрядностью совсем плохо, полезно иметь в процессоре регистр со специальными свойствами – аккумулятор. По конструкции, аккумулятор представляет собой самый обычный регистр. От других регистров он отличается не конструкцией, а своим особым предназначением. Особое предназначение аккумулятора определяется соглашением, согласно которому в качестве одного из аргументов команды всегда используется аккумулятор, и в нем же всегда сохраняется результат выполнения команды. Тогда в самой команде нам потребуется указать только один адрес:

Большинство современных процессоров для персональных компьютеров в общем основаны на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки данных, изобретённого Джоном фон Нейманом.

Дж. фон Нейман придумал схему постройки компьютера в 1946 году.

Отличительной особенностью архитектуры фон Неймана является то, что инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти.

В различных архитектурах и для различных команд могут потребоваться дополнительные этапы. Например, для арифметических команд могут потребоваться дополнительные обращения к памяти, во время которых производится считывание операндов и запись результатов.

Этапы цикла выполнения:

1. Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса и отдаёт памяти команду чтения.

2. Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных и сообщает о готовности.

3. Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её.

4. Если последняя команда не является командой перехода, процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды.

Данный цикл выполняется неизменно, и именно он называется процессом (откуда и произошло название устройства).

Во время процесса процессор считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой и представляет алгоритм работы процессора. Очерёдность считывания команд изменяется в случае, если процессор считывает команду перехода, — тогда адрес следующей команды может оказаться другим. Другим примером изменения процесса может служить случай получения команды остановка или переключение в режим обработки прерывания.

Команды центрального процессора являются самым нижним уровнем управления компьютером, поэтому выполнение каждой команды неизбежно и безусловно. Не производится никакой проверки на допустимость выполняемых действий, в частности, не проверяется возможная потеря ценных данных. Чтобы компьютер выполнял только допустимые действия, команды должны быть соответствующим образом организованы в виде необходимой программы.

Скорость перехода от одного этапа цикла к другому определяется тактовым генератором. Тактовый генератор вырабатывает импульсы, служащие ритмом для центрального процессора. Частота тактовых импульсов называется тактовой частотой.