• Указатель команд

• РЕГИСТР IP (Instruction Pointer) - содержимым регистра IP является так называемый продвинутый адрес команды. Это означает, что в момент выполнения какой-либо команды регистр IP указывает на адрес следующей команды. В качестве адреса команды фигурирует адрес ее младшего байта (по адресации).

• Структура и формат команд микропроцессора

• 

• Формат команд

• По критерию формата команды должны соответствовать однозначной идентификации операций и объектов, над которыми операции должны быть выполнены через кодирование частных атрибутов команд в каждом из перечисленных классов.

• Под форматом команды обычно понимают схему представления команды в памяти с указанием расположения, назначения и размера отдельных полей - кода операции КОП, первого операнда, второго операнда, признаков и т.п.

• Формат команды и архитектура ЭВМ рассчитаны на определенное число операндов, в соответствии с чем команды будут однобайтными либо многобайтными, а микроЭВМ и МПС - одноадресными, двухадресными, трехадресными.

• В первых ЭВМ формат команд навязывался постоянным размером машинного слова.

• Машины с сокращенным набором команд

• С середины 60-х до 80-х годов доминирует микропрограммное управление выполнением команд, что соответствовало основным требованиям к процессорам того времени:

  • Минимизация длины кода программы

  • Упрощение реализации компиляторов за счет снижения семантического разрыва между ЯВУ и машинными командами.

• Компьютеры с большим набором команд и разнообразием их форматов получили название CISC-компьютеров (Complete Instruction Set Computer – машина с полным набором команд).

• Компьютеры с сокращенным набором команд (КСНК) – RISC-компьютеры (RISC – Reduced Instruction Set Computer) – воплощают направление развития архитектуры ЭВМ, связанное с возвращением к принципам аппаратного управления выполнением команд с целью повышения производительности они содержат 30 - 50 команд в наборе.

• Термин «сокращённый» в названии описывает тот факт, что сокращён объём (и время) работы, выполняемый каждой отдельной инструкцией — как максимум один цикл доступа к памяти, — тогда как сложные инструкции CISC-процессоров могут требовать сотен циклов доступа к памяти для своего выполнения.

• Основные принципы RISC-архитектур:

1. Основной набор команд не должен интерпретироваться микрокомандами, а должен выполняться аппаратным обеспечением.

2. Все команды должны иметь одинаковую длину и минимальное число форматов.

3. Любая команда основного набора должна выполняться за один машинный цикл, обратно пропорциональный тактовой частоте процессора; это достигается параллельным выполнением максимально возможного числа команд путем конвейеризации или использования нескольких обрабатывающих узлов

4. Обращение к памяти производиться только по специально выделенным командам работы с памятью типа: Load – загрузка и Store – сохранение, а вся обработка данных должна вестись в регистровом формате; при этом количество регистров должно быть велико (100 и более).

5. Система команд должна обеспечивать поддержку компиляции с конкретного языка

• Характерные особенности RISC-процессоров

• Фиксированная длина машинных инструкций и простой формат команды.

• Специализированные команды для операций с памятью – чтения или записи. Операция вида «прочитать-изменить-записать» отсутствуют. Любые операции «изменить» выполняются только над содержимым регистров.

• Большое количество регистров общего назначения (32 и более).

• Отсутствие поддержки операций вида «изменить» над укороченными типами данных – байт, 16-битное слово.

• Отсутствие микропрограмм внутри самого процессора. То что в CISC процессоре исполняется микропрограммами, в RISC процессоре исполняется как обыкновенный машинный код, не отличающийся принципиально от кода ядра ОС и приложений.

• В процессе выполнения задачи RISC-система неоднократно вынуждена обновлять содержимое регистров процессора. Для CISC-систем подобной проблемы не существует, поскольку модификация регистров может происходить на фоне обработки команд формата «память-память».

• Существует два подхода к решению проблемы модификации регистров в RISC-архитектуре:

• Аппаратный – основан на стремлении уменьшить время вызова процедур за счет установки дополнительного оборудования процессора;

• Программный – базируется на возможностях компилятора и является более экономичным с точки зрения аппаратуры центрального процессора.

• В RISC-архитектуре используется механизм переключения множественных перекрывающихся регистровых окон – MORS (Multiple Overlapping RegisterSets), в соответствии с которым процессор содержит 138 регистров для хранения данных. Из них 10, именуются глобальными. Остальные 128 регистров разбиты на восемь перекрывающихся окон по 22 регистра.

• Идея структуры MORS заключается в минимизации затрат процессорного времени при обращении к процедурам. Для этого каждое из восьми окон связано с конкретной процедурой, а регистры окна разделены на верхние, локальные и нижние. Перекрывающиеся зоны окон - это физически одни и те же регистры, доступные обеим процедурам. Они используются для передачи параметров, адресов возврата и т.д.

• Недостатки MORS:

• Ограниченное число параметров при передаче через регистры.

• Ограниченное число подпрограмм, которым могут предоставляться регистровые окна. Если глубина вложенности процедур превышает число регистровых окон, то освобождение регистровых бланков при переполнении регистрового файла осуществляется путем передачи их содержимого в память.

• Пример реализации механизма MORS