Системы команд и типы команд

Программа работы ЭВМ состоит из последовательности команд. Под командой понимается информация, обеспечивающая выработку управляющих сигналов, формируемых в устройстве управления процессора, для выполнения машиной определенных действий.

Система команд — это перечень команд, которые способен выполнить процессор ЭВМ. Система команд устанавливает, какие конкретно операции может выполнять процессор, сколько операндов требуется указать в команде, какой вид (формат) должна иметь команда для ее распознания. Количество основных разновидностей команд невелико. С их помощью ЭВМ способны выполнять операции сложения, вычитания, умножения, деления, сравнения, записи в память, передачи числа из регистра в регистр, преобразования из одной системы счисления в другую и т. д. При необходимости выполняется модификация команд, учитывающая специфику вычислений. Обычно в ЭВМ используется от десятков до сотен команд (с учетом их модификации).

Все машинные команды можно разделить на группы по видам выполняемых операций:

· Операции пересылки данных;

· Арифметические операции;

· Логические операции;

· Операции обращения к внешним устройствам ЭВМ;

· Операции передачи управления;

· Обслуживающие и вспомогательные операции

На современном этапе развития вычислительной техники используются два основных подхода при формировании системы команд процессора. С одной стороны, это традиционный подход, связанный с разработкой процессоров с полным набором команд, — архитектура CISC (Complete Instruction Set Computer — компьютер с полным набором команд). С другой стороны, это реализация в ЭВМ сокращенного набора простейших, но часто употребляемых команд, что позволяет упростить аппаратные средства процессора и повысить его быстродействие — архитектура RISC (Reduced Instruction Set Computer — компьютер с сокращенным набором команд).

При проектировании новых процессоров разработчикам приходится решать сложную задачу выбора длины команды и определения списка необходимых команд (системы команд).

2.10 Ввод/вывод и прерывания

Вводом-выводом (ВВ) называют передачу данных между ядром ЭВМ, включающим в себя процессор и ОЗУ, и периферийными устройствами.

Система ВВ – это единственное средство общения ЭВМ с внешним миром. Ее возможности в серийных ЭВМ представляют собой один из важнейших параметров, определяющих выбор машины для конкретного применения.

Несмотря на разнообразие персональных устройств (ПУ), в настоящее время разработано несколько стандартных способов их подключения к ЭВМ.

Существует 3 режима ВВ:

1. Программный ВВ (нефорсированный)

2. ВВ по прерыванию (форсированный)

3. Прямой доступ к памяти (ПДП).

Программный ВВ. Инициирование и управление ВВ осуществляет процессор. ПУ играет пассивную роль и только сигнализирует о своем состоянии, в частности о готовности к операциям ВВ.

ВВ по прерыванию. Операции ВВ инициируются ПУ, генерирующим сигнал прерывания, при этом процессор переключается на подпрограмму обслуживания данного ПУ, вызывающего прерывание. В результате выполнение подпрограммы осуществляется обменом данными.

Действие, выполняемые этой подпрограммой, определяется пользователем, а непосредственными операциями ВВ управляет процессор.

Прямой доступ к памяти. Процессор в передаче данных не участвуют. Он отключается от системный шины, а все операции обмена данными идут под управлением специального управляющего устройства – контроллера ПДП. Этот режим используется для быстродействующих ПУ, когда пропускной способности процессора недостаточно.

Прерывание (interrupt) — сигнал, сообщающий процессору о наступлении какого-либо события. При этом выполнение текущей последовательности команд приостанавливается, и управление передаётся обработчику прерывания, который выполняет работу по обработке события и возвращает управление в прерванный код.

В зависимости от источника возникновения сигнала прерывания делятся на:

· Аппаратные прерывания это события от периферийных устройств (например, нажатия клавиш клавиатуры, движение мыши, сигнал от таймера, сетевой карты или дискового накопителя) — внешние прерывания, или события в микропроцессоре — (например, деление на ноль) — внутренние прерывания;

· Программные прерывания — инициируются выполняемой программой явным исполнением специальных инструкций.

Устройства ввода/вывода можно разделить на две категории: блочное устройство и символьное устройство. Блочными называются устройства, хранящие информацию в виде адресуемых блоков фиксированного размера. Обычно размеры блоков варьируются от 512 байт до 32 768 байт. Важное свойство блочного устройства состоит в том, что каждый блок может быть прочитан независимо от остальных блоков. Наиболее распространенными блочными устройствами являются диски.

Диск является блочно адресуемым устройством, так как вне зависимости от текущего положения головки дисковода всегда можно переместить ее на определенный цилиндр и затем считать или записать отдельный блок с нужной дорожки. На магнитной ленте, применяемой для хранения резервных копий диска, хранится последовательность блоков. Если накопителю на МЛ дать команду прочитать некоторый блок, ему потребуется перемотать ленту и начать читать данные, пока процесс не дойдет до запрашиваемого блока. Эта операция подобна поиску блока на диске с той лишь разницей, что она занимает значительно больше времени. Кроме того, в зависимости от накопителя и формата хранящихся на нем данных не гарантирована запись отдельного произвольного блока в середине ленты. Поэтому магнитные ленты являются блочными устройствами ввода/вывода последовательного доступа, в отличие от дисков, которые считаются устройствами с произвольным доступом.

Другой тип устройств ввода/вывода — символьные устройства. Символьное устройство принимает или предоставляет поток символов без какой-либо блочной структуры. Оно не является адресуемым и не выполняет операцию поиска. Принтеры, сетевые интерфейсные адаптеры, мыши (для указания точки на экране), и большинство других устройств, не похожих на диски, можно рассматривать как символьные устройства.

Такая схема классификации не совершенна. Некоторые устройства просто не попадают ни в одну из категорий. Например, часы не являются блочно адресуемыми. Они также не формируют и не принимают символьных потоков. Вся их деятельность сводится к инициированию прерываний в строго определенные моменты времени. Видеопамять также не укладывается в рамки этой модели. И все же классификация на блочные и символьные устройства является настолько общей, что неплохо подходит в качестве основы для достижения независимости от устройств некоторого программного обеспечения операционных систем, имеющего дело с вводом/выводом. Так, файловая система общается с абстрактными блочными устройствами, а зависимую от устройств часть оставляет программному обеспечению низкого уровня, драйверам устройств.

Устройства ввода-вывода подключаются к системе через порты.

Физическим управлением устройством ввода-вывода, передачей информации через порт, и выставлением некоторых сигналов на магистрали занимается контроллер устройства.

Именно единообразие подключения внешних устройств к вычислительной системе является одной из составляющих идеологии, позволяющих добавлять новые устройства без перепроектирования всей системы.

Дата добавления: 2015-08-27