при каком действии происходит выполнение команды
Основные стадии выполнения команды
Команды посылочных операций (чтение, пересылка, загрузка регистра, запись и др.) в самостоятельную группу не выделены, так как по общей схеме выполнения их можно уподобить операционным командам, в которых преобразования операндов (пересылаемых данных) отсутствуют.
|
Рис. 2. Общий порядок выполнения операционных команд (а) и команд управления (б).
Различные этапы выполнения команд, соответствующие рис. 2, имеют следующие особенности:
Для того, чтобы выполнить некоторую команду, ее необходимо выбрать из ОП и переслать в регистр команд. Разрядность регистра команд обычно должна позволять разместить команду полностью, хотя в ряде случаев это необязательно имеет место.
2. Выборка операндов, выполнение операции и завершение команды.
Основное функциональное содержание этапа выборки операндов при выполнении операционных команд связано с формированием исполнительных адресов операндов.
Примерный общий вид микропрограммы выполнения команд процессором представлен на рис 3.
Основные стадии выполнения команд
Процесс выполнения команды состоит из двух этапов: выборка и выполнение.
Цикл процессора – цикл выборки и выполнения команды.
Выборка начинается со считывания из счетчика команд номера ячейки ОЗУ, содержащей код команды. После считывания содержимое счетчика команд сразу увеличивается на 1. Номер ячейки ОЗУ передается через регистр адреса памяти и адресную шину в дешифратор ОЗУ.
Дешифратор ОЗУ выбирает ячейку ОЗУ, содержащую код команды. Код команды считывается из ОЗУ и через шину данных передается в регистр данных памяти. Из регистра данных памяти код команды передается в регистр команд, где он хранится до конца выполнения команды, и передается в АЛУ. АЛУ анализирует код команды и, если не нужно дополнительного обращения к памяти, переходит к выполнению.
Если же нужно дополнительное обращение к памяти, то МП переходит ко второму машинному циклу, который также начинается с выборки. МП запрашивает в ОЗУ дополнительные данные и выполняет команды.
Команды могут выполняться за 1 или несколько машинных циклов. В каждом машинном цикле происходит только одно обращение к памяти. Выполнение команды происходит под управлением сигналов, вырабатываемых устройством управления. При выполнении команды АЛУ взаимодействует с РОН. РОН используются для кратковременного хранения операндов и результатов.
Затраты времени на выполнение одной команды можно определить, умножая число тактов синхронизации, необходимых для выполнения команды, на период синхронизации. Это время можно выразить в виде суммы базового времени выполнения (которое зависит от команды и режима адресации) и времени вычисления эффективного адреса, если привлекается операнд из памяти. Базовое время выполнения предполагает, что выполняемая команда уже выбрана и находится в очереди команд. В противном случае требуется учесть дополнительные такты синхронизации, необходимые для выборки команды.
Многие компоненты ПК, к которым, в первую очередь, относятся процессор, память и периферийные устройства, должны быть соединены друг с другом линиями передачи электрических сигналов. В этом и заключается предназначение шины. Она состоит из определенного числа линий (проводов), которые в соответствии с выполняемыми ими функциями называются линиями данных, управления или адресными линиями. Группы линий, выполняющих одинаковые функции, обычно также называют шинами с указанием выполняемой ими функции (шины данных, управления, адресная шина), выделяя их для удобства из полной системной шины.
Системная шина – основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.
Системная шина состоит из шины данных, адреса и управления.
Основной функцией системной шины является передача информации между микропроцессором и остальными электронными компонентами компьютера. По этой шине осуществляется также адресация устройств и происходит обмен специальными служебными сигналами.
Информация передается по шине в виде групп битов. В состав шины для каждого бита слова может быть предусмотрена отдельная линия (параллельная шина), или все биты слова могут последовательно во времени использовать одну линию (последовательная шина).
Передачей информации по шине управляет процессор или специально выделенный для этого узел, называемый арбитром шины (в многопроцессорных системах).
Важнейшими характеристиками шины являются ширина (разрядность), т.е. число линий данных, и частота, которые непосредственно влияют в совокупности на производительность, измеряемую в мегабайтах в секунду.
Пользователь ПК «общается» с шиной через посредничество гнезд расширения, вставляя в эти гнезда различные платы (графические, звуковые, сетевые и т. д.). Хотя за время, истекшее с момента появления первого ПК, было разработано довольно много типов шин и связанных с ними гнезд расширения, все они разрабатывались в рамках определенных стандартов.
Статьи к прочтению:
Команда рядом, метод наведения кормом
Похожие статьи:
При написании сценариев часто требуется перехватить результат выполнения команды для использования его в сценарии командной оболочки; т. е. выполнить…
В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон…
6. Основные стадии выполнения команды
Время, затрачиваемое на получение работоспособной программы ЭВМ, резко сокращается, если программист хорошо представляет, как выполняются отдельные машинные команды, и использует эти знания при отладке программы. Подробные сведения о процессах, происходящих в базовой ЭВМ во время выполнения отдельных команд, приведены в параграфах 2 — 4, а здесь кратко рассмотрим лишь те из них, знание которых позволяет быстрее локализовать ошибки при исполнении отлаживаемой программы.
В процессе исполнения машинных команд устройство управления ЭВМ производит анализ и пересылку команды, отдельных ее частей (кода операции, признака адресации и адреса) или операнда из одного регистра машины в другой ее регистр, АЛУ, память или устройство ввода-вывода.
Эти действия (микрооперации) протекают в определенной временной последовательности и скоординированы между собой. Для создания временной последовательности используется генератор тактовых импульсов (импульсов с частотой в несколько МГц).
Цикл команды. Для реализации одной команды требуется выполнить определенное количество микрокоманд, каждая из которых инициирует одновременное осуществление одной или нескольких микроопераций за время одного рабочего такта ЭВМ. Общее число тактовых импульсов (микрокоманд), требуемых для выполнения команды, определяет время ее выполнения, называемое циклом команды (рис. 8). Цикл команды обычно включает один или несколько машинных циклов.
Устройство управления базовой ЭВМ может находиться в четырех возможных состояниях: выборки команды, выборки адреса, исполнения и прерывания. Длительность каждого из этих четырех состояний определяет время выполнения соответствующего машинного цикла. Каждый машинный цикл предназначен для определенной цели.
Выборка команды. В данном машинном цикле выполняются чтение команды из памяти, ее частичное декодирование и иногда исполнение (для безадресных команд и команд ввода-вывода, являющихся одноцикловыми командами):
1) содержимое ячейки памяти, указываемой счетчиком команд, читается из памяти в регистр данных (см. рис. 3, а, б);
содержимое счетчика команд увеличивается на единицу (см. рис. 3, б, в);
содержимое регистра данных пересылается в регистр команд (см. рис. 3, г), код операции команды частично декодируется для выяснения типа команды (адресная, безадресная или ввода-вывода), анализируется бит признака адресации и происходит подготовка цепей, необходимых для выполнения команды;
если выбрана адресная команда, то осуществляется переход к микрокомандам следующего машинного цикла; в противном случае выполняются действия по завершению одноцикловой команды.
На рис. 9, а, б показаны действия, выполняемые в конце цикла выборки для одноцикловой команды СМА, инвертирующей содержимое аккумулятора (5).
Выборка адреса. Это состояние (этот машинный цикл) следует за выборкой команды для адресных команд с косвенной адресацией (бит вида адресации равен единице). Состояние используется для чтения адреса опeранда (адреса результата или перехода) из памяти и состоит из следующих шагов:
адресная часть команды пересылается из регистра данных (где пока еще сохраняется копия команды) в регистр адреса (рис. 10, а);
содержимое ячейки памяти, указываемой регистром адреса, читается в регистр данных (рис. 10,6); теперь в этом регистре находится адрес операнда (адрес результата или перехода), который будет использоваться при выполнении команды (в цикле исполнения).
Для иллюстрации действий, осуществляемых в этом машинном цикле, выбрана команда ADD (21), расположенная в ячейке 43. После выборки в регистре данных и регистре команд хранится сама команда (4821): четыре старших разряда — код операции (0100)2, затем признак адресации (1)2 и, наконец, адрес (000 0010 0001)2= (21)16. В счетчике команд записан адрес следующей команды (44), в аккумуляторе — результат предыдущих операций (7) и в 11-разрядном регистре адреса — адрес исполняемой команды (43). В начале цикла выборки адреса содержимое регистра адреса заменяется на 11 младших разрядов регистра данных (рис. 10, а), т. е. на адрес адреса операнда, а затем в регистр данных считывается сам адрес операнда (рис. 10,6).
Если косвенно адресуется одна из индексных ячеек (ячеек с номерами от 008 до 00F), то цикл выборки адреса операнда (результата) продолжается:
содержимое регистра данных увеличивается на единицу (рис. 10, е, г);
измененное содержимое регистра данных пересылается в ячейку памяти по адресу, указываемому регистром адреса (рис. 10, д);
содержимое регистра данных уменьшается на 1 (рис. 10, д, е).
После этой операции в регистре данных восстанавливается значение адреса, находившегося в индексной ячейке до выполнения шага 3. Содержимое же индексной ячейки увеличилось на единицу, и при следующем обращении к ней будет выбран новый адрес операнда (результата).
Для иллюстрации шагов 3, 4 и 5 выбрана команда ADD (8), также расположенная в ячейке 43. Поэтому два первых шага по выборке адреса операнда (результата) будут очень похожи на аналогичные действия при выполнении команды ADD (21), которые показаны на рис. 10, а, б. Различие лишь в том, что в регистрах данных и команд первоначально сохранялась команда ADD (8) вместо ADD (21) и, следовательно, регистр адреса указывает на ячейку 8 (а не на ячейку 21).
Исполнение. Последовательность действий, выполняемых в этом цикле, определяется типом выполняемой адресной команды.
A. Для команд, при выполнении которых требуется выборка операнда из памяти ЭВМ (AND, ADD, ADC, SUB, ISZ), состояние исполнения используется для чтения операнда в регистр данных и выполнения операции, указываемой кодом операции команды.
Пример цикла исполнения для команды ADD 21 подробно рассмотрен на рис. 3, д — 3, з. И хотя на рис. 3 иллюстрировалось выполнение команды сложения с прямой адресацией, оба цикла (выборки и исполнения) будут совершенно такими же и при сложении с косвенной адресацией. В последнем случае между этими циклами будет выполнен цикл выборки адреса операнда, и этот адрес, так же, как и при прямой адресации, будет помещен в регистр данных.
Б. По команде пересылки (MOV) в этом машинном цикле производится запись содержимого аккумулятора в ячейку памяти с адресом, расположенным в регистре данных, для чего содержимое регистра данных пересылается в регистр адреса, а содержимое аккумулятора — в регистр данных и далее в ячейку памяти, указываемую регистром адреса.
B. При исполнении команд переходов (BCS, BPL, BMI, BEQ) производятся проверка соответствующего условия (1 в регистре переноса, 0 в знаковом разряде аккумулятора и т. п.) и пересылка адреса из регистра данных в счетчик команд при выполнении этого условия. Если исполняется команда безусловного перехода (BR), то пересылка адреса перехода в счетчик команд осуществляется без какой-либо проверки.
Следовательно, при выполнении условия, определяемого кодом операции команды, или при выполнении команды BR следующей будет выбираться команда из ячейки памяти с адресом, расположенным в регистре данных (адресом, расположенным в исполняемой команде или выбранным из ячейки, на которую указывает этот адрес). В противном случае будет выбрана команда, расположенная вслед за исполняемой.
Г. Для команды обращения к подпрограмме (JSR) во время этого машинного цикла осуществляются пересылка содержимого счетчика команд в ячейку памяти, адрес которой содержится в регистре данных, и занесения в счетчик команд увеличенного на единицу содержимого регистра данных.
Эти действия иллюстрируются на примере выполнения команды JSR 30 (рис. 11). Здесь в качестве регистра для временного хранения адреса первой команды подпрограммы служит регистр команд, содержимое которого после декодирования команды уже не используется устройством управления.
Сначала адресная часть команды пересылается из регистра данных в регистр адреса (рис. 11, а). Затем этот же адрес наращивается на единицу (формируется адрес первой команды подпрограммы) и пересылается на временное хранение в регистр команд (рис. 10, б). Потом содержимое счетчика команд (адрес команды, которая должна выполняться после возврата из подпрограммы) пересылается в регистр данных (рис. 2.10, в) и далее в ячейку памяти, указываемую регистром адреса (рис. 10, г). Наконец, в счетчик команд переписывается из регистра команд адрес первой команды подпрограммы (рис. 10, г).
Таким образом организуются переход к выполнению команд подпрограммы (начиная с команды в ячейке 31) и запоминание (перед первой ее командой) адреса возврата из подпрограммы. Когда в конце подпрограммы будет выполнена команда BR (30), то в счетчик команд попадет адрес 21, сохраняемый в ячейке 30, и машина продолжит выполнение команд, расположенных за командой JSR 30.
Как было указано в начале параграфа, время отладки машинных программ можно сократить, если знать, как реализуются команды ЭВМ, и иметь возможность выполнять отлаживаемую программу по отдельным командам, а иногда и по машинным циклам. Такая возможность предоставлена пользователю базовой ЭВМ. Он может выполнять программу не только по командам и машинным циклам, но и по отдельным тактам, т. е. проследить процесс выполнения каждой из команд, узнать, какие регистры использует процессор при их выполнении, какая информация размещается в этих регистрах и как реагирует микропрограммное устройство управления на изменение содержимого тех или иных регистров.
С процессом отладки можно ознакомиться в тексте следующей лекции, где дано описание отладочного пульта базовой ЭВМ.
ПРОЦЕДУРА ВЫПОЛНЕНИЯ КОМАНД. РАБОЧИЙ ЦИКЛ ПРОЦЕССОРА
Функционирование процессора в основном состоит из повторяющихся рабочих циклов, каждый из которых соответствует выполнению одной команды программы. Завершив рабочий цикл для текущей команды, процессор переходит к выполнению рабочего цикла для следующей команды программы.
На рис. 9.34 представлена схема рабочего цикла процессора. Эта схема имеет достаточно общий характер.
На схеме показаны варианты рабочего цикла для четырех групп команд:
1) основных (осуществляющих арифметические, логические и пересылочные операции), 2) передачи управления, 3) ввода-вывода и 4) системных (устанавливающих состояние процессора, маску прерывания, слово состояния программы и др.).
Рабочий цикл начинается с распознавания состояния процессора. Устанавливается, какое из альтернативных состояний — Счет или Ожидание — имеет место. Далее проверяется наличие незамаскированных прерываний.
В состоянии Ожидание никакие программы не выполняются. Процессор ждет прихода запроса прерывания, после чего управление переходит к соответствующей прерывающей программе, переводящей процессор в состояние Счет.
В состоянии Счет при наличии незамаскированных прерываний происходят выход из нормального рабочего цикла н переход к процедуре обработки запросов прерывания.
При отсутствии в состоянии Счет запросов прерывания последовательно выполняются этапы рабочего цикла: выборка очередной команды и определение по коду операции команды ее группы, подготовка операндов (формирование исполнительных адресов и выборка операндов из памяти), обработка операндов в АЛУ и запоминание результата.
На этапе выборки очередной команды образуется согласно естественному порядку адрес следующей за ней команды (продвинутый адрес), при этом содержимое счетчика команд (соответствующего поля ССП) увеличивается на число, равное числу байт в очередной команде. В некоторых ЭВМ формирование адреса следующей команды составляет отдельный этап, завершающий рабочий цикл.
В процессе выполнения заданной командой операции формируется признак результата операции, используемый командами условного перехода при организации ветвлений в программах.
Указанная выше последовательность этапов составляет основной вариант рабочего цикла, реализуемый при выполнении основных команд.
При выполнении команд передачи управления проверяется заданное командой (например, ее полем маски) условие. Если условие не выполняется, то следующую команду указывает продвинутый адрес, ранее установленный в СчК (регистре ССП). Если условие выполняется или имеется один из вариантов команды безусловного перехода, то адрес, задаваемый командой передачи управления, передается в СчК.
Команды ввода-вывода инициируют в канале операцию обмена информацией между ядром ЭВМ (основной памятью) и периферийным устройством. Сама эта операция выполняется каналом под управлением его собственной. программы. Поэтому на долю процессора остается только процедура опроса состояний канала и периферийного устройства — свободны ли они для операции ввода-вывода. Если свободны, процессор выдает в канал информацию, необходимую для начала операции ввода-вывода. В противном случае процессор переключается в состоянии Ожидание и ждет сигнала прерывания от этого канала.
Системные команды осуществляют переключение состояния процессора (программы) путем загрузки нового ССП или его части. В частности, эти команды изменяют маски прерывания, устанавливают ключи памяти и ключи защиты в ССП, реализуют операции прямого управления.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Основные стадии выполнения команд
Процесс выполнения команды состоит из двух этапов: выборка и выполнение.
Цикл процессора – цикл выборки и выполнения команды.
Выборка начинается со считывания из счетчика команд номера ячейки ОЗУ, содержащей код команды. После считывания содержимое счетчика команд сразу увеличивается на 1. Номер ячейки ОЗУ передается через регистр адреса памяти и адресную шину в дешифратор ОЗУ.
Дешифратор ОЗУ выбирает ячейку ОЗУ, содержащую код команды. Код команды считывается из ОЗУ и через шину данных передается в регистр данных памяти. Из регистра данных памяти код команды передается в регистр команд, где он хранится до конца выполнения команды, и передается в АЛУ. АЛУ анализирует код команды и, если не нужно дополнительного обращения к памяти, переходит к выполнению.
Если же нужно дополнительное обращение к памяти, то МП переходит ко второму машинному циклу, который также начинается с выборки. МП запрашивает в ОЗУ дополнительные данные и выполняет команды.
Команды могут выполняться за 1 или несколько машинных циклов. В каждом машинном цикле происходит только одно обращение к памяти. Выполнение команды происходит под управлением сигналов, вырабатываемых устройством управления. При выполнении команды АЛУ взаимодействует с РОН. РОН используются для кратковременного хранения операндов и результатов.
Затраты времени на выполнение одной команды можно определить, умножая число тактов синхронизации, необходимых для выполнения команды, на период синхронизации. Это время можно выразить в виде суммы базового времени выполнения (которое зависит от команды и режима адресации) и времени вычисления эффективного адреса, если привлекается операнд из памяти. Базовое время выполнения предполагает, что выполняемая команда уже выбрана и находится в очереди команд. В противном случае требуется учесть дополнительные такты синхронизации, необходимые для выборки команды.
СисТемная шина
Шины
Многие компоненты ПК, к которым, в первую очередь, относятся процессор, память и периферийные устройства, должны быть соединены друг с другом линиями передачи электрических сигналов. В этом и заключается предназначение шины. Она состоит из определенного числа линий (проводов), которые в соответствии с выполняемыми ими функциями называются линиями данных, управления или адресными линиями. Группы линий, выполняющих одинаковые функции, обычно также называют шинами с указанием выполняемой ими функции (шины данных, управления, адресная шина), выделяя их для удобства из полной системной шины.
Системная шина – основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.
Системная шина состоит из шины данных, адреса и управления.
Основной функцией системной шины является передача информации между микропроцессором и остальными электронными компонентами компьютера. По этой шине осуществляется также адресация устройств и происходит обмен специальными служебными сигналами.
Информация передается по шине в виде групп битов. В состав шины для каждого бита слова может быть предусмотрена отдельная линия (параллельная шина), или все биты слова могут последовательно во времени использовать одну линию (последовательная шина).
Передачей информации по шине управляет процессор или специально выделенный для этого узел, называемый арбитром шины (в многопроцессорных системах).
Важнейшими характеристиками шины являются ширина (разрядность), т.е. число линий данных, и частота, которые непосредственно влияют в совокупности на производительность, измеряемую в мегабайтах в секунду.
Пользователь ПК «общается» с шиной через посредничество гнезд расширения, вставляя в эти гнезда различные платы (графические, звуковые, сетевые и т. д.). Хотя за время, истекшее с момента появления первого ПК, было разработано довольно много типов шин и связанных с ними гнезд расширения, все они разрабатывались в рамках определенных стандартов.