Вычислительные машины, системы и сети. Лекция 3. Тема 4. Система команд процессора

1.

Вычислительные машины, системы
и сети
Лекция 3
Система команд процессора.
Способы адресации.
к.т.н., доцент, Тычинина Юлия Александровна

2.

4 Система команд процессора.
4.1 Структуры и типы команд
Обработка информации и функционирование процессора
обеспечиваются с помощью программного управления.
Программа записывается в ОЗУ в виде последовательности
команд. Каждая команда определяет:
• вид операции, исполняемой в данном цикле работы;
• адреса операндов, участвующих в операции;
• место расположения результата операции;
• адрес расположения следующей команды.

3.

4 Система команд процессора.
4.1 Структуры и типы команд
Набор команд процессора – ограниченный по размеру
список – называется системой команд.
Совокупность сведений, которые задают для каждой
команды процессора её длину, состав, назначение и взаимное
расположение её частей, называется форматом команды.
• Команды можно классифицировать
• по функциональному назначению;
• по числу адресов;
• по способу кодирования команд;
• по длине команды;
• по способу адресации.

4.

4 Система команд процессора.
4.1 Структуры и типы команд
По функциональному назначению различаются команды:
• передачи данных (команды передачи данных между регистрами
процессора, пересылки данных между процессором и памятью,
передачи данных между процессором и внешними устройствами (MOV,
LEA) );
• обработки данных (арифметические (ADD, SUB, MUL, DIV), логические
(NOT, AND, OR, XOR) и команды сдвига (SHR, SHL, ROL, ROR, для dsPic LSR
логический сдвиг вправо);
• передачи управления (команды условного и безусловного переходов
(JMP, JA, JAE, JE, JLE, JL, JNE для dsPic GOTO), организации циклов (LOOP,
для dsPic DO, REPEAT). Команды условного перехода проверяют
указанное в команде условие, и модифицируют программный счётчик,
если условие истинно;
• дополнительные команды (останов программы, начальная установка
аппаратных средств, реализация ожидания).

5.

4 Система команд процессора.
4.1 Структуры и типы команд
По числу адресов различают безадресные, одноадресные,
двухадресные, многоадресные команды. Код операции
позволяет определить длину каждой команды.
ADD #15, W1 // 2 адреса;
ADD W2, #15, W1 // 3 адреса;
По способу кодирования различают команды с
фиксированным и расширяющимся полем кода операций.
По длине различают команду длиной в одно, два и три
слова (для dsPic DO и GOTO имеют длину 2 слова, остальные в
основном одно слово).

6.

4 Система команд процессора.
4.2 Способы адресации
Часть способов адресации можно проиллюстрировать с помощью
команд процессора Intel 8086. Однако, не все способы адресации
реализованы в системе команд данного процессора.
Регистры делятся на пять категорий:
Регистры общего назначения (ax, bx, cx, dx)
Регистровые указатели и индексные регистры (sp, bp, si, di)
Сегментные регистры (cs, ds, ss, es)
Регистр командного указателя (ip)
Регистр флагов
Все регистры процессора 8086 являются 16-битовыми. Кроме того,
четыре регистра общего назначения – ax, bx, cd, dx - разделены на старшую
(high) и младшую (low) 8-битовые половины. Это позволяет оперировать
либо всем 16-битовым регистром (например, ax), либо обращаться
отдельно к старшей (ah) или младшей (al) половинам регистра.

7.

4 Система команд процессора.
4.2 Способы адресации
Регистры общего назначения — это регистры данных, каждый из
которых помимо хранения операндов и результатов операций имеет еще и
свое специфическое назначение:
регистр AX (accumulator) — умножение, деление, обмен с устройствами
ввода/вывода (команды ввода и вывода) для dsPic W0;
регистр BX (base) — базовый регистр в вычислениях адреса, часто
указывает на начальный адрес (называемый базой) структуры в памяти;
регистр CX (count) — счетчик циклов, определяет количество повторов
некоторой оперции;
регистр DX (data) — определение адреса ввода/вывода, так же может
содержать данные, передаваемые для обработки в подпрограммы.

8.

4 Система команд процессора.
4.2 Способы адресации
Регистровая адресация. Операнд находится в одном из регистров
процессора. операнды располагаются в любых регистрах общего
назначения или сегментных регистрах.
MOV Ax, Bx. // Ax:=Bx
Add $a0, $v0, $v1 // a0:=v0+v1

9.

4 Система команд процессора.
4.2 Способы адресации
Непосредственная адресация позволяет задавать значение операнда в
команде.
В команде содержится не адрес операнда, а непосредственно сам
операнд. При непосредственной адресации не требуется обращения к
памяти для выборки операнда и ячейки памяти для его хранения. Это
способствует уменьшению времени выполнения программы и
занимаемого ею объёма памяти. Непосредственная адресация удобна для
хранения различного рода констант.
MOV Ax, 5 ;Число 5 загружается в Ах
mov AL,'*' ; Код ASCII символа "*' загружается в AL
add ax, 2
для dsPic: ADD #3, W1 // W1:=W1+3
для Pic32: li v0, 123 // v0:=123
ori t0, t0, 0x400

10.

4 Система команд процессора.
4.2 Способы адресации
Прямая адресация. Часть команды является адресом операнда
(обрабатываемого слова) в памяти. Если известен адрес операнда
располагающегося в памяти
MOV Ax, a;
ADD Ax, a.
для dsPic
.equ a, 0x802
…
Mov W1, a

11.

4 Система команд процессора.
4.2 Способы адресации
Регистровая косвенная адресация. Адрес операнда извлекается из
регистра процессора (MOV Ax, [Bx]. В системе команд процессора Intel 8086
для косвенной регистровой адресации могут использоваться только
регистры Вх, ВР, SI, DI).
для dsPic
mov W1, [W2]
для Pic32
lw s0, (t0)

12.

4 Система команд процессора.
4.2 Способы адресации
Автоинкрементная косвенная адресация основана на вычислении
исполнительного адреса так же, как и при регистровой косвенной
адресации, затем осуществляется увеличение содержимого регистра на
некоторую константу.
MOV Ax,[ Bx++].
mov ax, [bp]+2
для dsPic
mov W1, [W2++]

13.

4 Система команд процессора.
4.2 Способы адресации
Автоинкрементная косвенная адресация основана на вычислении
исполнительного адреса так же, как и при регистровой косвенной
адресации, затем осуществляется увеличение содержимого регистра на
некоторую константу.
MOV Ax,[ Bx++].
mov ax, [bp]+2
для dsPic
mov W1, [W2++]
Автодекрементная адресация: сначала из содержимого регистра
вычитается константа, затем полученный результат используется в качестве
исполнительного адреса.

14.

4 Система команд процессора.
4.2 Способы адресации
Совместное использование автоинкрементной и автодекрементной
адресации обеспечивает применение регистра в качестве указателя
стека. Поскольку регистровая косвенная адресация требует
предварительной загрузки регистра косвенным адресом из оперативной
памяти, что связано с потерей времени, такой тип адресации особенно
эффективен при обработке массива данных, если имеется механизм
автоматического приращения или уменьшения содержимого регистра
при каждом обращении к нему. Такой механизм называется
соответственно автоинкрементной и автодекрементной адресацией. В
этом случае достаточно один раз загрузить в регистр адрес первого
обрабатываемого элемента массива, а затем при каждом обращении к
регистру в нём будет формироваться адрес следующего элемента
массива.

15.

4 Система команд процессора.
4.2 Способы адресации
При автоинкрементной адресации сначала содержимое регистра
используется как адрес операнда, а затем получает приращение, равное
числу байт в элементе массива. При автодекрементной адресации сначала
содержимое указанного в команде регистра уменьшается на число байт в
элементе массива, а затем используется как адрес операнда.
для dsPic
mov W1, [W2--]
Важно различать варианты префиксной автоинкрементной адресации и
постфиксной.
mov W1, [--W2]
mov W1, [W2--]

16.

4 Система команд процессора.
4.2 Способы адресации
Неявная или подразумеваемая адресация. При таком способе
адресации в команде явно не указывается адрес одного или нескольких
операндов. Операнды в командах с неявной адресацией находятся в
выделенных для этой команды регистрах процессора или некоторый
специально выделенный регистр процессора содержит адрес операнда.
(LOOP @Cycl, MUL Cx).
CBW ; преобразование байта в слово.
Mul Cx; у команды MUL фиксировано положение первого множителя и
результата. Ax*Cx=Dx:Ax
для dsPic
Div W4, W2 // [W1:W0]=W4/W2
для Pic32
Div s2, s0 // L0=s2/s0, Hi=s2 mod s0 (L0 и Hi младшая и старшая чать
аккумулятора)

17.

4 Система команд процессора.
4.2 Способы адресации

18.

4 Система команд процессора.
4.2 Способы адресации
Относительная адресация. В команде указывается не полный адрес
операнда, а сокращённый адрес, обычно называемый смещением. В
процессе выполнения команды полный адрес операнда вычисляется
путём суммирования смещения, указанного в команде с некоторой
величиной, которая называется базовым адресом. Существует два
способа расширения адреса, указанного в короткой форме.
Первый способ адресации называется неявным базированием. В этом
случае смещение, указанное в команде складывается с адресом самой
команды (текущее содержимое программного счётчика). Такой способ
широко используется в командах условной передачи управления многих
процессоров. (JMP @label1).
Lw t1, 4(s0)

19.

4 Система команд процессора.
4.2 Способы адресации
Второй вид относительной адресации называется базовой
адресацией. При базовой адресации смещение,
указываемое в команде, складывается с базовым адресом,
хранящимся в регистре базы процессора (в качестве
базового регистра системе команд процессора Intel 8086
могут выступать регистры Bx и BP: MOV Ax, [Bx]+2) Вообще,
сегментная адресация является разновидностью базовой
адресации.

20.

4 Система команд процессора.
4.2 Способы адресации

21.

4 Система команд процессора.
4.2 Способы адресации

22.

4 Система команд процессора.
4.2 Способы адресации

23.

4 Система команд процессора.
4.2 Способы адресации