Архитектура с выделенным доступом к памяти

В архитектуре с выделенным доступом к памяти обращение к основной памяти возможно только с помощью двух специальных команд: load и store. В английской транскрипции данную архитектуру называют Load/Store architecture. Команда load (загрузка) обеспечивает считывание значения из основной памяти и занесение его в регистр процессора (в команде обычно указывается адрес ячейки памяти и номер регистра). Пересылка информации в противоположном направлении производится командой store (сохранение). Операнды во всех командах обработки информации могут находиться только в регистрах процессора (чаще всего в регистрах общего назначения). Результат операции также заносится в регистр. В архитектуре отсутствуют команды обработки, допускающие прямое обращение к основной памяти. Допускается наличие в АСК ограниченного числа команд, где операнд является частью кода команды.

Состав и информационные тракты ВМ с выделенным доступом к памяти показаны на рис. 14. Две из трех шин, расположенных между массивом РОН и АЛУ, обеспечивают передачу в арифметико-логическое устройство операндов, хранящихся в двух регистрах общего назначения. Третья служит для занесения результата в выделенный для этого регистр. Эти же шины позволяют загрузить в регистры содержимое ячеек основной памяти и сохранить в ОП информацию, находящуюся в РОН.

 

Рис. 14. Архитектура вычислительной машины с выделенным доступом к памяти.

 

АСК с выделенным доступом к памяти характерна для всех вычислительных машин с RISC-архитектурой. Команды в таких ВМ, как правило, имеют длину 32 бита и трехадресный формат. В качестве примеров вычислительных машин с выделенным доступом к памяти можно отметить HP PA-RISC, IBM RS/6000, Sun SPARC, MIPS R4000, DEC Alpha и т. д. К достоинствам АСК следует отнести простоту декодирования и исполнения команды.

 

Форматы команд

Типовая команда, в общем случае, должна указывать:

· подлежащую выполнению операцию;

· адреса исходных данных (операндов), над которыми выполняется операция;

· адрес, по которому должен быть помещен результат операции.

В соответствии с этим команда состоит из двух частей: операционной и адресной.

Формат команды – одна из основных характеристик АСК. Чем большую гибкость в программировании имеет вычислительная машина, чем больше различных операций может выполнять процессор, тем сложнее становится формат команды. Вместе с тем, реализация слишком упрощенного формата команды может создать сложности при написании программ и компиляторов с языков высокого уровня, а также снизить потенциал для дальнейшего развития процессора. В результате, инженерам приходится искать «золотую середину» при создании вычислительной машины.

Формат команды определяет ее структуру, то есть количество двоичных разрядов, отводимых под всю команду, а также количество и расположение отдельных полей команды. Полем называется совокупность двоичных разрядов, кодирующих составную часть команды. При создании ВМ выбор формата команды влияет на многие характеристики будущей машины. Оценивая возможные форматы, нужно учитывать следующие факторы:

· общее число различных команд;

· общую длину команды;

· тип полей команды (фиксированной или переменной длины) и их длина;

· простоту декодирования;

· адресуемость и способы адресации;

· стоимость оборудования для декодирования и исполнения команд.

 

Длина команды

Это важнейшее обстоятельство, влияющее на организацию и емкость памяти, структуру шин, сложность и быстродействие ЦП. С одной стороны, удобно иметь в распоряжении мощный набор команд, то есть как можно больше кодов операций, операндов, способов адресации, и максимальное адресное пространство. Однако все это требует выделения большего количества разрядов под каждое поле команды, что приводит к увеличению ее длины. Вместе с тем, для ускорения выборки из памяти желательно, чтобы команда была как можно короче, а ее длина была равна или кратна ширине шины данных. Для упрощения аппаратуры и повышения быстродействия ВМ длину команды обычно выбирают кратной байту, поскольку в большинстве ВМ основная память организована в виде 8-битовых ячеек. В рамках системы команд одной ВМ могут использоваться разные форматы команд. Обычно это связано с применением различных способов адресации. В таком случае в состав кода команды вводится поле для задания способа адресации (СА), и обобщенный формат команды приобретает вид, показанный на рис. 15.

 

Рис. 15. Непосредственная адресация. КОп – поле кода операции, СА – поле сопособа адресации.

 

Общая разрядность команды R _к может быть описана следующим соотношением [41]:

(2)

,

где i — количество адресов в команде; R _A — количество разрядов для записи i -го адреса; R _KOп, — разрядность поля кода операции; R _СА — разрядность поля способа адресации.

В большинстве ВМ одновременно уживаются несколько различных форматов команд.

Разрядность полей команды

Как уже говорилось, в любой команде можно выделить операционную и адресную части. Длины соответствующих полей определяются различными факторами, которые целесообразно рассмотреть по отдельности.