Длина команды

ВАРИАНТ № 6

1. В чем состоит проблема семантического разрыва? Поясните различия в подходах по преодолению семантического разрыва, применяемых в ВМ с CISC и RISC- архитектурами.

2. Какие факторы определяют выбор формата команды?

3. Опишите относительную адресацию.

4. Опишите назначение счетчика команд, дешифратора кода операций.

5. Что обеспечивает структура взаимосвязей ВМ, ее эволюция.

6. Назначение и основные характеристики шины данных.

1. Современная технология программирования ориентирована на языки высокого уровня, главная цель которых — облегчить процесс программирования. Такой переход породил серьезную проблему: сложные операторы, характерные для ЯВУ, существенно отличаются от простых машинных операций, реализуемых в большинстве вычислительных машин. Проблема получила название семантического разрыва, а ее следствием становится недостаточно эффективное выполнение программ на ВМ.

В настоящее время, разработчики вычислительных машин, пытаясь преодолеть семантический разрыв, выбирают один из подходов и, соответственно, один из типов АС К:

• архитектуру с полным набором команд: CISC (Complex Instruction Set Com- puter);

• архитектуру с сокращенным набором команд: RISC (Reduced Instruction Set Computer);

В вычислительных машинах типа CISC проблема семантического разрыва решается счет расширения системы команд, дополнения ее сложными командами, семантически аналогичными операторам ЯВУ.

Для CISC-архитектуры типичны:

• наличие в процессоре сравнительно небольшого числа регистров общего назначения;

• большое количество машинных команд, некоторые из них аппаратно реализуют сложные операторы ЯВУ;

• разнообразие способов адресации операндов;

• множество форматов команд различной разрядности;

• наличие команд, где обработка совмещается с обращением к памяти.

К типу CISC можно отнести практически все ВМ, выпускавшиеся до середины 1980-х годов, и значительную часть производящихся в настоящее время. Рассмотренный способ решения проблемы семантического разрыва вместе с тем ведет к усложнению аппаратуры ВМ. Был предпринят комплекс исследований, в результате которых обнаружилось, что доля дополнительных команд, эквивалентных операторам ЯВУ, в общем объеме программ не превышает 10-20%, а для некоторых наиболее сложных команд даже 0,2%.

В то же время объем аппаратных средств, требуемых для реализации дополнительных команд, возрастает весьма существенно. Так, емкость микропрограммной памяти при поддержании сложных команд может увеличиваться на 60%.

Анализ результатов привел к пересмотру традиционных решений, следствием чего стало появление RISC-архитектуры. Идея заключается в ограничении списка команд ВМ наиболее часто используемыми простейшими командами, оперирующими данными, размещенными только в регистрах процессорах. Обращение к памяти допускается лишь с помощью специальных команд чтения и Резко уменьшено количество форматов команд и способов указания адресов операндов. Сокращение числа форматов команд и их простота, использование ограниченного количества способов адресации, отделение операций обработки данных от операций обращения к памяти позволяет существенно упростить аппаратные средства ВМ и повысить их быстродействие.

2. Формат типовой команды должен указывать:

· подлежащую выполнению операцию;

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

· адрес, по которому должен бить помещен результат операции.

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

Формат команды определяет:

· структуру - количество двоичных разрядов, отводимых под всю команду;

· 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.