В процессе создания ЭВМ 4-го поколения сформировалась обобщенная структура процессора общего назначения (рис.3.3). Она основывается на подходе В.М. Глушкова.
Любое устройство ЭВМ функционально может быть представлено как композиция из операционной и управляющей части.
Блок регистровой памяти
Арифметико-логическое
устройство
Блок
управляющих
регистров
Устройство управления
запросы
прерываний
результаты операций
(в память)
команды, операнды
(из памяти)
Блок контроля и диагностики
Рис. 3.3. Обобщенная структура процессора общего назначения
Функции ОУ состоят в промежуточном хранении слов информации, выполнения набора микроопераций, вычисления значений логических условий.
Функции УУ состоят в генерации последовательности управляющих сигналов, определенных выполняемой командой/микрокомандой в соответствии со значениями логических условий.
Операционное устройство преобразует множество входных слов Х в множество выходных слов У под воздействием определенной последовательности микроопераций из множества А, порядок выполнения которых зависит от вида выполняемой операции из множества К и значения логических условий из множества Р.
1. Классификация архитектур системы команд.
2. Типы и форматы операндов.
3. Типы команд.
4. Форматы команд.
Системой команд вычислительной машины (ВМ) называют полный перечень команд, которые способна выполнять данная ВМ. Архитектура системы команд (АСК) – это те средства вычислительной машины, которые видны и доступны программисту.
Хронология развития архитектур системы команд представлена на рис. 4.1.
Рис. 4.1. Классификация архитектур системы команд
Классификация по составу и сложности команд
С точки зрения преодоления семантического разрыва различают один из трех типов АСК:
- архитектура с полным набором команд: CISC (Complex Instruction Set Computer);
- архитектура с сокращенным набором команд: RISC (Reduced Instruction Set Computer);
- архитектура с командными словами сверхбольшой длины:VLIW (Very Long Instruction Word).
В вычислительных машинах типа CISC проблема семантического разрыва решается за счет расширения системы команд, дополнения ее сложными командами, семантически аналогичными операторам ЯВУ.
В вычислительных машинах типа RISC проблема семантического разрыва решается за счет сокращения системы команд.
Концепция VLIW базируется на RISC-архитектуре, где несколько простых RISC-команд объединяются в одну сверхдлинную команду и выполняются параллельно.
Таблица. 4.1. Сравнение CISC-, RISC и VLIW-архитектур
В таблице 4.1 приведена сравнительная оценка наиболее существенных различий в архитектурах типа CISC, RISC и VLIW.
С точки зрения места хранения операндов различают следующие виды архитектур системы команд:
- стековую;
- аккумуляторную;
- регистровую;
- с выделенным доступом к памяти.
Стек образует множество логически взаимосвязанных ячеек, взаимодействующих по принципу «последним вошел, первым вышел» (LIFO, Last In First Out).
Верхнюю ячейку называют вершиной стека. Для работы со стеком предусмотрены две операции: push (проталкивание данных в стек) и рор (выталкивание данных из стека). Запись возможна только в верхнюю ячейку стека, при этом вся хранящаяся в стеке информация предварительно проталкивается на одну позицию вниз. Чтение допустимо также только из вершины стека. Извлеченная информация удаляется из стека, а оставшееся его содержимое продвигается вверх.
На рис.4.2 показаны основные узлы и информационные тракты одного из возможных вариантов ВМ на основе стековой АСК.
Информация может быть занесена в вершину стека из памяти или из АЛУ. Результат операции из АЛУ заносится в вершину стека автоматически.
Рис. 4.2. Архитектура вычислительной машины на базе стека
Дешифратор кода операции
Регистр
команды
Стек
Арифметико-логическое
устройство
Основная память
В вершину
Из вершины
Рис. 4.3. Архитектура вычислительной машины на базе аккумулятора
