Материал: А. Д. Чередов, А. Н. Мальчуков

стей (рис. 2.16, а).

В свою очередь, эти части, что особенно характерно для адресной части, могут состоять из нескольких полей.

Операционная часть содержит код операции (КОП), который задает вид операции (сложение, умножение и др.). Адресная часть содержит информацию об адресах операндов и результате операции.

Структура команды определяется составом, назначением и рас- положением полей в команде.

Форматом команды называют ее структуру с разметкой номеров разрядов (бит), определяющих границы отдельных полей команды, или с указанием числа бит в определенных полях.

Важной и сложной проблемой при проектировании ЭВМ является выбор структуры и форматов команды, т.е. ее длины, назначения и раз- мерности отдельных ее полей. Естественно стремление разместить в команде в возможно более полной форме информацию о предписыва- емой командой операции. Однако в условиях, когда в современных ЭВМ значительно возросло число выполняемых различных операций и соответственно команд (в системе команд х86 более 500 команд) и зна- чительно увеличилась емкость адресуемой основной памяти (4 Гбайт, 6 Гбайт), это приводит к недопустимо большой длине формата команды.

Действительно, число двоичных разрядов, отводимых под код опе- рации, должно быть таким, чтобы можно было представить все выпол- няемые машинные операции. Если ЭВМ выполняет М различных опе- раций, то число разрядов в коде операции

n_коп  log₂ М; например, при М= 500 n_коп = 9.

Если основная память содержит S адресуемых ячеек (байт), то для явного представления только одного адреса необходимо в команде иметь адресное

поле для одного операнда с числом разрядов

n_А  log₂ S; например, при S = 4 Гбайт n_А = 32.

Отмечавшиеся ранее, характерные для процесса развития ЭВМ расширение системы (наборы) команд и увеличение емкости основной памяти, а особенно создание микроЭВМ с коротким словом, потребова- ли разработки методов сокращения длины команды. При решении этой проблемы существенно видоизменилась структура команды, получили развитие различные способы адресации информации.

Проследим изменения классических структур команд.

Чтобы команда содержала в явном виде всю необходимую инфор- мацию о задаваемой операции, она должна, как это показано на рис. 2.16, б, содержать следующую информацию:

А₁, А₂ – адреса операндов, А₃ – адрес результата, А₄ – адрес следу- ющей команды (принудительная адресация команд).

Такая структура приводит к большой длине команды (например, при М = 500, S = 4 Гб длина команды – 137 бит) и неприемлема для прямой адресации операндов основной памяти. В компьютерах с RISC- архитектурой четырехадресные команды используются для адресации операндов, хранящихся в регистровой памяти процессора.

Можно установить, что после выполнения данной команды, распо- ложенной по адресу К (и занимающей L ячеек), выполняется команда из (К + L)-й ячейки. Такой порядок выборки команды называется есте- ственным. Он нарушается только специальными командами передачи управления. В таком случае отпадает необходимость указывать в ко- манде в явном виде адрес следующей команды.

В трехадресной команде (рис. 2.16, в) первый и второй адреса ука- зывают ячейки памяти, в которых расположены операнды, а третий определяет ячейку, в

которую помещается результат операции.

Можно условиться, что результат операции всегда помещается на место одного из операндов, например первого. Получим двухадресную команду (рис. 2.16, г), т.е. для результата используется подразумевае- мый адрес.

В одноадресной команде (рис. 2.16, д) подразумеваемые адреса имеют уже и результат операции, и один из операндов. Один из операн- дов указывается адресом в команде, в качестве второго используется содержимое регистра процессора, называемого в этом случае регистром результата, или аккумулятором. Результат операции записывается в тот же регистр.

Наконец, в некоторых случаях возможно использование безадрес- ных команд (рис. 2.16, е), когда подразумеваются адреса обоих операн- дов и результата операции, например при работе со стековой памятью.

С точки зрения программиста, наиболее естественны и удобны трехадресные команды. Однако из-за необходимости иметь большее число разрядов для представления адресов основной памяти и кода опе- рации длина трехадресной команды становится недопустимо большой и ее не удается разместить в машинном слове. Следует отметить, что очень часто в качестве операндов используются результаты предыду- щих операций, хранимые в регистрах машины. По указанным причинам в современных ЭВМ применяют трехадресные команды для адресации

регистров. Обычно в ЭВМ используется несколько структур и форматов команд.

Приведенные на рис. 2.16 структуры команд достаточно схематич- ны. В действительности адресные поля команд большей частью содер- жат не сами адреса, а только информацию, позволяющую определить действительные (исполнительные) адреса операндов в

соответствии с используемыми в командах способами адресации.

а

Рис. 2.17. Ассоциативный поиск

Адресный поиск предполагает, что искомый операнд извлекается из ячейки, номер которой формируется на основе информации в адрес- ном поле команды (рис.2.18).




Рис. 2.18. Адресный поиск
Ниже мы будем рассматривать только реализацию адресного прин- ципа поиска операнда. Следует различать понятия «адресный код» в ко-

манде А_К и «исполнительный (физический) адрес» А_И. Адресный код – это информация об адресе операнда, содержащаяся в команде. Исполни- тельный адрес – это номер ячейки памяти, к которой