Общие сведения о командах МП

Команда это совокупность сведений используемых микропроцессором для выполнения одной из предусмотренных в нём операций по обработке данных.

В целом, система команд микропроцессора предназначена для осуществления последовательности действий с целью выполнения требуемого задания (программы).

В зависимости от степени универсальности или специализации каждый микропроцессор обладает определённой, присущей только ему системой команд.

Что же определяет система команд?

Это, как правило,

· перечень и содержание всех команд, которые способен выполнять микропроцессор;

· название машинных операций и коды, присвоенные этим операциям в соответствии с выполняемыми командами;

· структуру (формат) кодов команд;

· условия, при которых признаки результатов выполнения операций принимают определенные значения;

· условия переполнения разрядной сетки и т.д.

Современные микропроцессоры имеют свою индивидуальную систему команд, состоящую из 70-100 базовых команд. Базовыми являются команды, под воздействием которых микропроцессор выполняет все предписанные ему операции. С учётом модификации команд, вызванных использованием различных способов адресации памяти система команд микропроцессоров расширяется до 200-300 команд. (Например: i80386 - 220 команд, Pentium MMX - дополнительно к основным командам 57 команд по обработке мультимедийной информации, Pentium III - . дополнительно к основным командам 70 SIMD команд по обработке мультимедийной информации и т.д.).

Классификация команд микропроцессора.

Команды микропроцессоров классифицируются по нескольким основным признакам.

Рис. 1 Классификация команд микропроцессоров

Рассмотрим эту классификацию.

1. С функциональной точки зрения команды делятся на:

* команды передачи данных;

* команды обработки данных;

* команды управления;

* дополнительные команды.

2. С точки зрения структуры команд они делятся:

а) по числу адресов в команде:

* безадресные команды;

* одноадресные команды;

* двухадресные команды;

б) по длине команд:

* длиной в один байт;

* длиной в два байта;

* длиной в три байта.

3. По виду операндов:

* скалярные;

* векторные.

4. По типу адресации:

* с неявной адресацией;

* с непосредственной адресацией;

* с прямой адресацией.

Рассмотрим основное назначение команд, классифицируемых с функциональной точки зрения.

Команды передачи данныхобеспечивают пересылку информации между внутренними регистрами микропроцессора или регистрами и ячейками внешней памяти без выполнения каких либо операций обработки информации. Команды этой группы делятся на

* команды, связанные с обращением к регистрам;

* команды, связанные с обращением к памяти;

* команды ввода-вывода, выполняющие процедуру ввода-вывода информации из внешней памяти и периферийных устройств.

Команды обработки данных делятся на арифметические и логические.

Арифметические команды предназначены для выполнения в микропроцессоре арифметических операций сложения, вычитания, для добавления или вычитания константы и т.п. с данными, находящимися во внутренней (регистровой) или внешней памяти. Особенностями выполнения этой группы команд в микропроцессоре является то, что один из исходных операндов и результат операции хранятся в накопительном регистре (аккумуляторе). Поэтому эта группа команд адресует только один из исходных операндов.

Логические команды предназначены для выполнения в микропроцессоре логических операций: логического сложения, логического умножения, неравнозначности, поразрядного сравнения, сдвигов и других операций над символами, хранящимися во внутренних регистрах внешней памяти. Так как при выполнении этой группы команд один из операндов хранится в регистре-аккумуляторе, то эти команды так же адресуют только один из операндов.

Команды управления. Обычно в памяти микропроцессора команды программ расположены в последовательных ячейках памяти и выполняются одна за другой. Такая выборка команд из памяти для исполнения называется естественной. Однако, нередко случаются ситуации, когда необходимо изменить естественную последовательность выполнения команд. Это может иметь место тогда, когда вычислительный процесс должен пойти по одной из альтернативных ветвей алгоритма или в случае необходимости принудительного перехода на другой участок выполнения программы.

Команды управления (по другому команды перехода или команды ветвления) позволяют выполнять переходы в программе в соответствии со значением сформированных внутри микропроцессора признаков результатов. Все команды управления делятся на команды безусловного и условного перехода.

К числу команд управления часто относят команды вызова подпрограмм и команды возврата, предназначенные для организации входа в подпрограмму и последующего возврата к основной программе. В микропроцессоре эти команды находят исключительно широкое применение, так как по подпрограммам реализуются сложные арифметические операции типа умножения, деления, вычисления сложных тригонометрических функций и др.

Дополнительные команды используются для определения текущего состояния микропроцессора, работы со стековой памятью микропроцессора, изменения состояния специальных внутренних регистров или триггеров, влияющих на управление ходом вычислительного процесса, и др.

Структура команд.

Важнейшей характеристикой любой команды является её формат. Под форматом команды принято понимать распределение полей кода команды по разрядам машинного слова. Формат команды определяет её длину. Длина команды определяется в байтах.

Каждая команда должна указывать:

* машинную операцию подлежащую выполнению;

* местоположение операндов, участвующих в выполняемой операции;

* местоположение результата выполняемой операции.

Кроме указанной информации, в некоторых случаях в команде могут размещаться адрес следующей команды, непосредственно операнд или другая дополнительная информация.

В большинстве случаев команда состоит из трёх основных частей (полей):

* признаковой;

* операционной;

* адресной.

Упрощенная структура команды имеет вид:

Рис. 2 Упрощенная структура команды

Каждая часть команды интерпретируется определённым образом при её выполнении.

Признаковая часть команды содержит информацию о типе используемых запоминающих устройств, способе адресации, памяти, типе формата выполняемой команды.

В некоторых случаях признаки команд содержат другую вспомогательную информацию или не используются вообще. В командах микропроцессора из-за ограниченной разрядной сетки, как правило, поле признаков отсутствует, а способы адресации операндов и другая дополнительная информация указывается в неявном виде в коде операции.

Операционнаячасть команды называется ещё кодом операции. Она содержит указание о типе выполняемой машинной операции, т.е. о тех действиях, которые должен выполнять микропроцессор. Число двоичных разрядов (n), отводимое для представления кода операции, определяется из соотношения

n > log₂N

где N - число всех операций, выполняемых микропроцессором.

Адресная часть содержит адреса операндов участвующих в операции. Под адресомпонимается номер внутреннего регистра микропроцессора или ячейка внешней памяти, где содержатся необходимые данные для выполнения операции. В некоторых случаях в адресной части команды непосредственно содержится операнд.

Адресность - одна из основных характеристик МП и определяется количеством полей в формате команды, отводимых для размещения адресов операндов и результата операции.

Число указываемых в команде адресов может быть различным или совсем отсутствовать. Соответственно этому числу в МП используются безадресные, одноадресные, двухадресные, трёхадресные и четырёхадресные команды соответственно:

формат безадресной команды

Рис. 3 Формат безадресной команды

формат одноадресной команды

Рис. 4 Формат одноадресной команды

формат двухадресной команды

Рис. 5 Формат двухадресной команды

формат трёхадресной команды

Рис. 6 Формат трёхадресной команды

формат четырёхадресной команды

Рис. 7 Формат четырёхадресной команды

Безадресные команды состоят только их операционной части (КОП) и используются в тех случаях, когда действия выполняются над операндами, хранящимися в специально предусмотренных регистрах, адреса которых заранее известны. Признаки этих регистров (для безадресного обращения к ним) содержатся в кодах операции команд.

(Так, например, если перед выполнением операции операнд должен быть записан в специальный накопительный регистр (аккумулятор), то в команде передачи данных нет необходимости специально указывать адрес (номер) этого регистра. Эта информация может содержаться в коде операции команды, а ее выполнение при этом упрощается, так как не надо расшифровывать адрес регистра, к которому идется обращение. Однако при этом усложняется аппаратная реализация выполнения такой команды.)

Одноадресные команды содержат адрес только одного операнда. Местонахождение второго операнда и результата операции определяются неявно с помощью информации, заключенной в коде операции. В этом случае второй операнд находится в аккумуляторе и его использование предусматривается кодом операции. Аналогично, результат операции предполагается помещать, например в один и тот же накопительный регистр-аккумулятор или любой внутренний регистр МП.

Двухадресные команды содержат адреса двух операндов, участвующих в операции. Так как третий адрес в команде отсутствует, то результат операции можно записать либо по первому (второму) адресу с потерей информации, которая там была записана, либо оставить в регистре- аккумуляторе.

Использование трехадресных и многоадресныхкоманд не нашло широкого применения в микропроцессорах по причине неэкономного расходования памяти, аппаратных затрат и увеличения времени обработки таких команд.

Увеличение адресности команд, расширение самих адресных полей с ростом объема адресуемой памяти и использование вспомогательных полей для записи дополнительной информации в командах ведет к увеличению их длины.

Рис. 8 Структура однобайтовых команд

Современные МП оперируют с командами переменной длины. При этом число разрядов, образующих двоичный код команды, не является произвольным. Оно, как правило, кратно длине байта.

Широкое применение в МП получили одно-, двух- и трехбайтовые команды. Варианты форматов команд МП различной длины приведены ниже на Рис. 8 Рис. 9 Рис. 10.

а)

б)

Рис. 9 Структура двухбайтовых команд

Рис. 10 Структура трёхбайтовых команд

На Рис. 8 Рис. 9 Рис. 10 обозначено:

К - разряд поля кода операции;

Д - разряд трехбайтного номера регистра - приемника;

S - разряд номера регистра - источника;

PR - указатель, адресующую регистровую пару;

ССС - указатель условной передачи управления;

NNN - указатель адреса вектора прерывания.

Увеличение длины команды приводит к уменьшению производительности МП, так как обычно в МП осуществляется пословная (побайтная) обработка команд. Поэтому однобайтовые команды выполняются быстрее любых команд.

Вывод.

Таким образом, командаэто совокупность сведений используемых микропроцессором которая предназначена для осуществления последовательности действий с целью выполнения требуемого задания (программы).

2. выполнение команд в МП