Система - команда - процессор
Cтраница 3
Чем шире набор системных команд процессора, тем сложнее его архитектура, тем длиннее формальная запись команды ( в байтах), тем выше средняя продолжительность исполнения одной команды, измеренная в тактах работы процессора. Так, например, система команд процессоров семейства Pentium в настоящее время насчитывает более тысячи различных команд. [31]
 |
Микропрограммная поддержка внешней архитектуры оборудования. [32] |
При этом, например, операция LOAD предполагает выполнение микропрограммы, обеспечивающей требуемое перемещение данных и загрузку их в один из доступных обычным программам регистров. Большей частью система микрокоманд значительно проще системы команд основного процессора. Поэтому каждой традиционной команде соответствует целая микропрограмма, содержащая иногда довольно много микрокоманд. Так, вполне реальна ситуация, когда основной процессор имеет команды обработки 32-битовых полей, а процессор микрокоманд способен работать только с 8-битовыми словами. Ясно, что загрузка 32 битов при этом требует выполнения микропрограммы определенной сложности. [33]
Микропрограммирование представляет собой альтернативный описанному способ поддержки внешней архитектуры. Ее структура и функции определяются специальным внутренним процессором, имеющим свою систему микрокоманд. Эта система микрокоманд, как правило, существенно отличается от системы команд основного процессора. [34]
В ходе выполнения заданной программы процессор обслуживает данные, находящиеся в его регистрах, в поле оперативной памяти, а также данные, находящиеся во внешних портах процессора. Часть данных он интерпретирует непосредственно как данные, часть данных - как адресные данные, а часть - как команды. Совокупность всех возможных команд, которые может выполнить процессор над данными, образует так называемую систему команд процессора. Процессоры, относящиеся к одному семейству, имеют одинаковые или близкие системы команд. Процессоры, относящиеся к разным семействам, различаются по системе команд и являются невзаимозаменяемыми. [35]
В процессе работы процессор обслуживает данные, находящиеся в его регистрах, в поле оперативной памяти, а также данные, находящиеся во внешних портах процессора. Часть данных он интерпретирует непосредственно как данные, часть данных - как адресные данные, а часть - как команды. Совокупность всех возможных команд, которые может выполнить процессор над данными, образует так называемую систему команд процессора. Процессоры, относящиеся к одному семейству, имеют одинаковые или близкие системы команд. Процессоры, относящиеся к разным семействам, различаются по системе команд и невзаимозаменяемы. [36]
Как было описано выше, команда состоит из кода операции и адресов операндов. Все множество команд процессора, определяющих набор выполняемых им элементарных операций, и способов адресации операндов называется системой команд процессора. В случае бинарных операций ( сложение, вычитание и др.) функционально в команде должно присутствовать четыре адреса: два для операндов, один для результата-операции и один для следующей выполняемой команды. [37]
В [5, 66] рассматривается статико-динамический подход к исследованию программ с однократно выполняемым статическим анализом модельного кода. Если время выполнения программы зависит от исходных данных, то погрешность оценки сложности фрагментов в статике может быть весьма велика. Однако в таких приложениях, как цифровая обработка сигналов, точность получаемых оценок практически не уступает точности эмуляции на уровне системы команд процессора. При этом, правда, необходимо заметить, что моделирование процессоров цифровой обработки сигналов оказывается значительно проще моделирования суперскалярных процессоров и VLIW-процессоров. Это объясняется, в частности, отсутствием иногда кэш-памяти и несложной организацией конвейера команд. [38]
Команды прерываний во многих случаях оказываются удобнее, чем обычные команды переходов с возвратом. Номер прерывания соответствует номеру подпрограммы, то есть номеру функции, выполняемой подпрограммой. Поэтому команды прерывания гораздо чаще включаются в системы команд процессоров, чем обычные команды переходов с возвратом. [39]
Это RISC-процессор, предоставляющий в то же время пользователю возможность создания макрокоманд, помещаемых в ПЗУ процессора. Макрокоманда, таким образом, работает, как микропрограмма в CISC-процессоре, в то время как остальные команды выполняются аппаратурой процессора, как RISC, за один такт. Это пример хорошего подхода, но он не обладает достаточной гибкостью. Архитектура процессора должна учитывать совершенствование технологии и по возможности обеспечивать совместимость с системами команд предыдущих процессоров. [40]
Программы состоят из команд. Эти команды выполняет процессор компьютера. Список всех команд называется системой команд процессора. [41]
Написание программ для микропроцессорной системы - важнейший и часто наиболее трудоемкий этап разработки такой системы. А для создания эффективных программ необходимо иметь хотя бы самое общее представление о системе команд используемого процессора. Самые компактные и быстрые программы и подпрограммы создаются на языке Ассемблер, использование которого без знания системы команд абсолютно невозможно, ведь язык Ассемблер представляет собой символьную запись цифровых кодов машинного языка, кодов команд процессора. Конечно, для разработки программного обеспечения существуют всевозможные программные средства. Пользоваться ими обычно можно и без знания системы команд процессора. Чаще всего применяются языки программирования высокого уровня, такие как Паскаль и Си. Однако знание системы команд и языка Ассемблер позволяет в несколько раз повысить эффективность некоторых наиболее важных частей программного обеспечения любой микропроцессорной системы - от микроконтроллера до персонального компьютера. [42]
Вычислительная система Интел 432 во многих аспектах является необычной. С другой стороны, в эту систему заложены свойства, встречающиеся в основном лишь в больших ЭВМ - многопроцессорность, виртуальная память и архитектура, позволяющая создавать серию из все более мощных, но совместимых процессоров. Большое внимание уделено выбору языка программирования Ада как в качестве языка реализации операционной системы, так и в качестве базового языка для создания прикладных пакетов программ и систем управления базами данных. Система Интел 432 представляет собой одну из последних разработок архитектуры ЭВМ в направлении усложнения системы команд процессора вплоть до явного использования абстрактных типов данных и управления объектами. Существует и противоположная линия развития ЭВМ, которая состоит в максимально возможном упрощении системы команд и переносе реализации сложных программных объектов на компиляторы с языков программирования. В настоящее время трудно сказать, какая линия развития в конце концов получит преобладание в вычислительной технике. По-видимому, оба направления будут на первых порах развиваться параллельно и покажут свои преимущества. Сами принципы, положенные в основу архитектуры системы Интел 432, еще нуждаются в проверке практикой, так как эта система пока остается экспериментальной и не получила достаточно широкого применения в вычислительной технике. [43]
Рассмотрим в качестве примера одну из моделей этой системы ЕС-1035 и остановимся на некоторых ее возможностях. Базовый комплекс ЕС-1035 включает в себя следующие основные устройства. Центральный процессор предназначен для управления последовательностью и ходом выполнения команд, обработки прерываний. В него входят и каналы ввода-вывода. Форматы команд и операторов, обрабатываемых процессором, кратны 1 байту ( 8 битов) и представляют байт, полуслово ( 2 байта), слово ( 4 байта), двойное ( 8 байтов) и учетверенное ( 16 байтов) слово. Система команд процессора состоит из 172 команд. Минимальная длина команды-полуслово, максимальная - 6 байтов. [44]
Инструментами программиста являются тоже программы. Именно с помощью программ создают новые программы. Ответ очевиден - с помощью других инструментальных программ, хотя и более примитивных. Прослеживая историю создания одних программ с помощью других, мы непременно дойдем до молота и наковальни - до того момента, когда никаких программ в распоряжении программистов не было, а имели они дело непосредственно с процессором, понимающим только определенный числовой код. Этот код называется машинным кодом. Каждый процессор понимает только свой собственный машинный код. Совокупность кодов, которые понимает и исполняет процессор, называется его системой команд. В системе команд процессоров семейства х86 ( на базе которых собраны компьютеры IBM PC) порядка тысячи всевозможных команд. Из этих команд и состоят компьютерные программы. [45]
Страницы: 1 2 3