Смагин М.С. Вычислительные машины, системы и сети (1088253), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Он содержит набор однобитовых сигналов, называемых флагами, характеризующих текущее состояниефункционального блока и результаты выполняемых им операций.Остановимся чуть подробнее на регистре PSW. Его состав также определяется техническими особенностями конкретной модели процессоров, но,почти всегда в нём присутствуют следующие флаги:• s (sign – знак).Содержит знаковый разряд результата последней арифметической операции.32• z (zero – нуль).Устанавливается в 1, если результат последней операции был равен 0.• c (carry – перенос).Устанавливается в 1, если в результате последней арифметическойоперации возник перенос (при сложении) или заём (при вычитании) из старшего значащего разряда.• e (equal – равенство).Устанавливается в 1, если при логическом сравнении обнаружено равенство операндов.• o (overflow – переполнение).Индикатор переполнения при выполнении последней арифметическойоперации.• I (interrupt enable/disable – разрешение/блокировка прерывания).Используется для разрешения или блокировки прерывания.Теперь необходимо ненадолго вернуться к адресным регистрам.
Какуже было сказано, их состав и функции определяются поддерживаемымипроцессором режимами адресации операндов. Режим адресации, по сути, определяет, каким способом функциональный блок получит данные для обработки. Значения операндов подаются на вход приёма и передачи данныхфункционального блока или могут храниться в его внутренней памяти.Разберёмся более подробно, почему развитая система режимов адресации столь необходима.
Рассмотрим подробнее структуру ассемблерной операции. Она представляет собой двоичный числовой код конечной разрядности. Число разрядов, которое занимает операция, называется длиной операции. В зависимости от особенностей устройства той или иной модели микропроцессора, эта длина может быть различной, кроме того, некоторые семейства микропроцессоров поддерживают работу с ассемблерными операциямипеременной длины.33В числовом коде, соответствующем ассемблерной команде, можно выделить, как минимум, два поля, − поле кода операции и поле операндов.
Конечно же, ассемблерные команды современных микропроцессоров гораздосложнее, однако данные поля присутствуют почти всегда. Поле кода операции задаёт команду, а поле операндов – данные, над которыми её надо выполнить. Схема разбиения ассемблерной команды с нумерацией битов представлена на рисунке.Рис.10 Операция длиной N двоичных разрядовПоле операндов может содержать один или несколько операндов. Соответственно, команды подразделяются на одно- и многооперандные.
Вбольшинстве современных процессоров команды допускают использованиедвух или трёх операндов. В таких случаях говорят о двух- и трёхоперандныхкомандах.Проще всего, если данные передаются непосредственно в поле операндов, но это не всегда возможно. Поскольку данные в процессор поступаютпараллельно, разрядность машинной команды равна числу контактов микропроцессора, на которые поступают электрические сигналы, являющиеся носителями данных.
Чем больше контактов имеет конструктив процессора, темон дороже и сложнее в производстве, поэтому превышение их числа свышеопределённого предела приведёт к тому, что разработка и производство процессора станут не рентабельны. С другой стороны, как мы уже говорили, вычислительной технике с самого начала пришлось иметь дело с очень большими числами, передавать которые непосредственно в поле операндов было,зачастую просто невозможно. Поэтому возникла необходимость в более34сложных способах передачи данных процессору. Эти способы и получилиназвание способов адресации данных.Существует довольно большое количество режимов адресации. Каждый процессор поддерживает лишь несколько различных режимов из этогомножества. Давайте рассмотрим наиболее популярные из них.1.
Непосредственная адресацияПри этом режиме адресации значения операндов включаются непосредственно в код команды. Подобный режим адресации обеспечивает высокую скорость выполнения команд благодаря отсутствию дополнительногообращения к памяти для считывания данных. Однако диапазон значенийоперанда при этом будет ограничен разрядностью поля операндов.Рис.11 Получение операнда при непосредственной адресации2. Прямая регистровая адресацияДля того, чтобы избежать зависимости между диапазоном значенийобрабатываемых чисел и разрядностью поля операндов, обрабатываемыезначения нужно хранить в отдельном запоминающем устройстве.
В этомслучае в поле операндов можно было бы передавать не само значение операнда, а лишь идентификатор ячейки запоминающего устройства, в которомоно хранится. Ближайшим доступным запоминающим устройством для микропроцессора являются внутренние регистры данных. Такой способ адресации называется прямой регистровой. При таком режиме адресации операндвыполняемой команды хранится в одном из регистров общего назначения,расположенных в функциональном блоке. Однако, количество регистров в35процессоре невелико, и поэтому программист должен быть предельно аккуратным¸ чтобы в регистрах хранились наиболее важные и часто используемые данные.Рис.12 Получение операнда при регистровой адресации3. Прямая адресацияЕсли же обрабатываемых данных больше, чем может храниться в регистрах процессора, их приходится хранить во внешней памяти.
Простейшимспособом реализации данного принципа хранения данных является прямаяадресация. При таком режиме адресации в коде команды передаётся адресячейки памяти, в которой находится необходимый операнд. Такой адрес называется ссылкой на операнд. Данный способ также является сравнительнопростым, но адресное пространство, адресуемое подобным образом, будетограничено разрядностью поля адресов операндов.36Рис.13 Получение операнда при прямой адресации4. Косвенная адресацияДанный способ адресации позволяет существенно расширить число адресуемых ячеек памяти. При его использовании в поле операндов хранитсяадрес ячейки памяти, в которой хранится адрес нужного операнда. То есть,поле операндов содержит ссылку на ссылку на операнд.Рис.14 Получение операнда при косвенной адресации37Таким образом, при выполнении команды с косвенным режимом адресации, необходимо будет выполнить три обращения к памяти, – за командой,за адресом операнда и за самим операндом.
Это значительно замедляет выполнение команды, поэтому в современных микропроцессорах используетсяболее скоростной способ косвенной адресации, − косвенная регистровая.При таком способе адресации в поле адресов операндов указывается нессылка, а идентификатор регистра, хранящего адрес операнда. Такой способадресации позволяет ускорить вычисления за счёт сокращения времени доступа к операндуРис.15 Получение операнда при косвенной регистровой адресации5. Адресация со смещениемПри данном режиме адресации адрес операнда вычисляется как суммабазового значения и смещения. Базовое значение, как и значение смещения,может передаваться в поле операндов другой команды или храниться в специальном регистре.
Такой способ используется чаще всего, а специальныйрегистр для хранения базового значения называется регистром базы или базовым регистром.38Рис.16 Получение операнда при адресации со смещением6. Стековая адресацияПри таком режиме адресации в памяти выделяется определённая область, доступ к которой осуществляется как к списку, организованному попринципу «последний пришёл – первый вышел» или, по-английски “Last in –first out”, сокращённо LIFO. Эта область называется стеком.Стек в переводе с английского означает «стопка». Ближайшей аналогией стека является стопка тарелок. Взять из стопки всегда можно только тарелку, лежащую на вершине, т.е., положенную последней.
Для того, чтобывзять тарелку из середины стопки, надо поднять все тарелки, лежащие выше,взять нужную тарелку, а затем вернуть остальные обратно.Аналогично формируется стек в памяти. Ячейка, в которую в настоящее время можно добавлять и забирать переменные называется вершинойстека, а ячейка, чьё значение хранится дольше всех – дном стека.Адреса вершины и дна стека хранятся в памяти или в специальных регистрах. В некоторых процессорах значения переменных, расположенных навершине стека, также хранятся в специальных регистрах, что ускоряет работукоманд, использующих стековую адресацию.39Рис.17 Получение операнда при стековой адресацииВ заключение следует сказать о том, как процессор определяет, с какимвидом адресации ему приходится иметь дело в конкретной команде. Здесьсуществует два способа:• фиксированная адресация;• произвольная адресация.При фиксированной адресации за каждой ассемблерной командой закрепляется определённый режим адресации.
Использование данного способаупрощает, а значит и ускоряет работу процессора, но усложняет и замедляетработу программиста.При произвольной адресации программист сам задаёт режим адресации, для чего в коде команды выделяется несколько битов под поле режимаадресации. Данный режим наоборот, − усложняет работу процессора, но приэтом расширяет возможности программиста и ускоряет его работу.40Лекция №4Функциональный блокСистемы классификации вычислительных устройствТеперь от блока управления, перейдём к функциональному блоку.
Какуже было сказано, в данном блоке собраны узлы, отвечающие за выполнениеопераций, соответствующих основному функциональному назначению устройства. И, прежде всего, раз уж мы заговорили о функциях вычислительныхустройств, следует упомянуть о системе классификации вычислительныхустройств по функциональному назначению. Это первая из систем классификации вычислительных устройств, о которой мы говорим в этом курсе, однако дальше мы будем говорить ещё о ряде других.Итак, классификация по функциональному назначению разбивает вычислительные устройства на два класса:• устройства общего назначения;• специализированные устройства.Вычислительные устройства общего назначения предназначены длярешенияширокогоклассазадачспримерноодинаковойтехнико-экономической эффективностью.Специализированными называются ЭВМ и устройства, ориентированные на решение определенного (постоянного) класса задач в течение всегопериода эксплуатации.Специализированные вычислительные устройства применяются гораздо шире вычислительных устройств общего назначения.
Мобильные телефоны, фото- и видеотехника, радиостанции, кассовые аппараты, − во всех этихизделиях применяются вычислительные устройства, ориентированные навыполнение жёстко заданного и сравнительно небольшого набора функций.Однако по мере развития технологий производства вычислительных устройств, снижения себестоимости их производства, их удешевления и миниа41тюризации, всё большее распространение начинают приобретать вычислительные устройства общего назначения.Существует несколько различных способов предметной специализацииЭВМ и устройств. В микропроцессорной технике чаще всего используютсядва из них:1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
