Раздел 3. Выполнение команд в центральном процессоре (ЦП)

Основные узлы ЦП

Центральным процессором (ЦП) называется устройство, которое предназначено для обработки данных под управлением выполняемой программы.

 

Основные узлы центрального процессора:

1. АЛУ – арифметико-логическое устройство

2. УУ – устройство управления

3. УР – управляющие регистры

· СчК – счётчик команд

· РК – регистр команд

4. РОНы – регистры общего назначения

5. Вспомогательные блоки

· блок связи ЦП и ОП

· система прерывания

· блок контроля и диагностики

· и т. д.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ)

Предназначено для непосредственной обработки данных над числами с фиксированной точкой и с плавающей точкой, а также для выполнения операций двоично-десятичной арифметики, логических операций, текстовых данных.

Различают:

· однофункциональные АЛУ – отдельный блок АЛУ выполняет один тип операций;

· многофункциональные АЛУ –один блок АЛУ выполняет несколько типов операций.

· одноразрядные;

· многоразрядные – в основе одноразрядный сумматор;

Устройство управления (УУ)

Предназначено для выработки управляющих сигналов, под воздействием которых выполняются команды ЭВМ.

По способу организации различают:

· микропрограммные УУ

· аппаратные УУ (схемная реализация, УУ с жесткой логикой).

Управляющие регистры (УР)

СчК (счётчик команд) – хранит адрес следующей выполняемой команды.

РК (регистр команд) – хранит текущую выполняемую команду.

 

Регистры общего назначения (РОНы)

РОНы – программно-адресуемые регистры, предназначенные для хранения операндов, результатов, а также ряда вспомогательной информации, используемой при вычислении адреса (база, индекс).

 

Структура кода команд ЦП

Машинная команда – это двоичный код, который имеет 2 основные части:

§ операционную часть

§ адресную часть.

коп – код операции

 

 

операционная адресная

часть часть

 

Операционная часть предназначена для хранения кода операции.

По способу организации адресной части выделяют:

 

- четырёхадресные команды

- трёхадресные команды

- двухадресные команды

- одноадресные команды

- безадресные команды

Адресность команды

Четырёхадресные команды

А1 – адресная часть команды, в которой содержится информация об адресе первого операнда.

А2 – содержит информацию об адресе второго операнда.

А3 – содержит информацию об адресе, по которому должен быть помещён результат.

А4 – содержится информация об адресе следующей выполняемой команды.

Микропрограмма выполнения четырёхадресной команды. Структура операционной части ЦП

В полях А1, А2, А3, А4 в простых случаях задаются адреса ячеек ОП: адреса операндов, результата и выполняемой команды.

ОП

Чт

Зп

 

РК

 

РК

 

 

1 этап. Выбор машинной команды.

РАП = РК (А4) – адрес следующей команды подаётся в память.

РЧП = Чт (РАП) – на РЧП прочитали команду, т.к. её адрес был подан на РАП.

РК = РЧП – машинную команду из памяти переписали на регистр команд.

2 этап. Дешифрация кода операции.

3 этап. Формирование исполнительного адреса и выбор операндов.

Выбор 1-го операнда:

РАП = РК (А1) – адрес первого операнда подаётся в память.

РЧП = Чт (РАП) – из памяти прочитали первый операнд.

РА = РЧП – первый операнд переслали на регистр АЛУ.

Выбор 2-го операнда:

РАП = РК (А2)

РЧП = Чт (РАП)

РВ = РЧП

4 этап. Выполнение операций в АЛУ.

РС = РА операция РВ

5этап. Запись результата.

РАП = РК (А3) – адрес результата подаётся в память.

РЧП = РС -результат подаётся в память

Зп (РАП) = РЧП -результат записывается в запоминающий массив

Трёхадресные команды

 

 

При переходе к трёхадресной системе, адрес следующей выполняемой команды будет храниться на счётчике команд (СчК). По сравнению с предыдущим пунктом меняется только первый этап в микропрограмме.

 

ОП

Чт

Зп

 

РК

 

РК

 

 

+n

 

1 этап. Выбор машинной команды.

РАП = СчК

РЧП = Чт (РАП)

РК = РЧП

СчК = СчК + n

2 – 5 этапы – Аналогично.

 

Двухадресные команды

Нет поля А3.

 

 

Результат записываем либо по адресу А1, либо по адресу А2 (тогда этот операнд, на место которого будет записан результат, сотрётся, и нужна дополнительная команда, чтобы перезаписать этот операнд, если он понадобится для другой команды).

 

Изменится только 5 этап:

РАП = РК (А1)

РЧП = РС

Зп (РАП) = РЧП

 

 

Одноадресные команды

Для хранения второго операнда вводится вспомогательный регистр (регистр-аккумулятор), и до начала выполнения машинной команды на него записывается второй операнд.

Результат записывается либо на место первого операнда, либо в регистр - аккумулятор.

Безадресные команды

 

Используется стек.

 

z=c+b

c + b = z

 

ü

ü Самый оптимальный вариант – это двухадресные и трёхадресные команды.