5-6 mavzu. Buyruqlar tizimi arxitekturasi tasniflash. Operandlarning turlari va formatlari. Buyruqlar turlari va formatlari

5-6 mavzu. Buyruqlar tizimi arxitekturasi tasniflash. Operandlarning turlari va formatlari. Buyruqlar turlari va formatlari.

Buyruqlar tizimi arxitekturasi deganda kompilyator uzatayotgan ma’lumotlarning darajasi tushuniladi. Buyruq arxitektura darajasini ishlab chiqishda kompilyator yaratuvchi mashinada qanday xotira ishlatilayotganini, qanday registrlar, ma’lumotlar tipi, qanday komandalar ishlatilishi kabilarni bilishi talab etiladi. Mana shu hamma axborotni umumlashgan xolda buyruqlar tizimi arxitekturasi deyish mumkin.

Bundan kelib chiqib, mikroarxitektura dasturlanadimi yoki yo’q, mashina konveyerlanganmi yoki yo’q, superskalyarmi yoki yo’q va h.k kabi muammolar kompilyator i/chiquvchi uchun ahamiyatsizdir.

Buyruqlar tizimi arxitekturasi. RISC va CISC protsessorlari

Buyruqlar tizimi arxitekturasi (ISA – Instruction Set Architecture) deganda buyruqlar tizimining tarkibi va imkoniyatlari, buyruqlar tizimining umumiy ko'rinishi va dasturchi nuqtai nazaridan protsessorning tegishli mikroarxitekturasi tushuniladi. Ko'p jihatdan, komandalar tizimi arxitekturasi umuman kompyuter arxitekturasining ta’rifini "...dasturchi nuqtai nazaridan kompyuterning mavhum g'oyasi" sifatida belgilaydi.
Tarixiy jihatdan, XX asrning 70-yillarida paydo bo'lgan birinchi mikroprotsessorlar nisbatan oddiy komandalar tizimiga ega bo'lib, bu integral mikrosxemalarning kichik imkoniyatlari bilan izohlanadi. Integral sxemalarning integratsiya darajasi oshib borgani sayin, MP ishlab chiquvchilar buyruqlar tizimini kengaytirishga va buyruqlarni ko'proq funksional, "semantik yuklangan" qilishga harakat qilishdi. Bu, xususan, ikkita jihat bilan bog'liq edi - birinchidan, dasturlarni joylashtirish uchun xotirani tejash, ma'lumotlar uchun ko'proq xotira qoldirish va boshqa talablari, ikkinchidan, protsessor chipi ichidagi murakkab ko'rsatmalarni dasturiy ta'minotni bajarishdan ko'ra tezroq amalga oshirish qobiliyati.
Natijada katta komandalar to'plamiga ega protsessorlar paydo bo'ldi va bu komandalar ham ko'pincha juda murakkab tuzilishga ega bo’lgan. Keyinchalik, bu mikroprotsessorlar CISC deb nomlandi (Complete Instruction Set Computer - to'liq ko'rsatmalar to'plamiga ega kompyuter) yoki Kompleks ISC - murakkab komandalar to'plami. CISC protsessorlarining tipik misollari sifatida Intel firmasining x86 protsessorlari va uning raqobatchilari (shuningdek, Motorola 68K va boshqalar) ni ko’rsatib o’tish mumkin.
Qayd etilgan afzalliklar bilan bir qatorda, CISC protsessorlari ham bir qator kamchiliklarga ega edi, xususan, komandalar bajarilish vaqti (turli xil sikllar soni), noto'g'ri yo'naltirilganligi, murakkab (va uzoq) dekodlash va bajarilishini talab qilishda tengsiz bo'lib chiqdi.
Unumdorlikni oshirish uchun kristallarning muntazamligi va murakkabligida o'z aksini topgan qattiq boshqaruv mantig'I (жесткую логику управления)dan foydalanish boshlandi (doimiy bo’lmagan kristallar ishlab chiqarishda texnologik jihatdan kam rivojlangan).
Bundan tashqari, tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, kompilyator ishlab chiqaruvchilari va oddiy dasturchilar ko'p sonli murakkab komandalardan foydalanmaydilar balki, qisqa buyruqlar ketma-ketligini ishlatishni afzal ko'rishadi.

Ishlab chiquvchilar biroz orqaga qaytish - oddiy va qisqa komandalarga ega bo'lgan sodda va texnologik jihatdan ilg'or protsessor kontseptsiyasiga yaqinlashdilar. 1970-yillarning oxiridan 1980-yillarning o'rtalariga qadar Stenford universiteti va Berkli universitetida (Kaliforniya) bunday protsessorlarning loyihalari - MIPS va RISC paydo bo'ldi.

RISC (Reduced Instruction Set Computer) arxitekturasi, xususan, murakkab va ko'p funksiyali buyruqlardan voz kechish, ularning sonini kamaytirish, shuningdek, barcha ma'lumotlarni asosan xotiraga minimal sonli murojaat bilan protsessor chipida qayta ishlashga e'tibor qaratish tamoyillariga asoslanadi. .

RISC arxitekturasining asosiy xususiyatlari:

1. Komandalar sonini qisqarishi (30-40 tagacha).
2. Buyruqlar formatlarini soddalashtirish va unifikatsiya qilish.
3. Buyruqlar tizimida qisqa buyruqlar ustunlik qilishi (masalan, komandalar tizimida ko'paytirish amali ko'pincha bo'lmaydi).
4. Xotira-xotira tipidagi buyruqlarda foydalanishni rad etish (masalan, x86 da MOVSB).
5. Xotira bilan ishlash registrlarni yuklash va saqlash bilan bog'liq (shuning uchun RISC arxitekturasining yana bir nomi Load-Store Architecture - "yukni saqlash" tipidagi arxitektura).
6. Ko'pincha 3-adresli buyruqlar amalga oshiriladi, masalan:
add r1, r2, r3 //– сложить r2 с r3 и поместить результат в r1.
7. Katta registr fayli - 32-64 RON gacha.
8. Qattiq boshqaruv mantig'iga (жесткой логике управления) ustunlik beriladi.
RISC arxitekturasining afzalliklari:
1. Konveyerlash, superscalyar va boshqa turdagi parallel ishlov berish osonlashadi, yuklanishni rejalashtirish, oldindan tanlash, qayta tartiblash va boshqalar osonlashtiriladi.
2. Chip maydoni yanada samarali ishlatiladi (ko'proq xotira - RON, kesh uchun).
3. Dekodlash va buyruqlarni bajarish tezroq bajariladi - mos ravishda, yuqori takt chastotasi ta’minlanadi.
RISC protsessorlari oilalariga misol sifatida DEC Alpha, SGI MIPS, Sun SPARC va boshqalarni keltirishi mumkin.
Ko'pgina zamonaviy superscalyar va VLIW protsessorlari (shu jumladan Intel) RISC arxitekturasiga ega yoki RISC ga o'xshash printsiplarni amalga oshiradi yoki CISC ko'rsatmalarini qo'llab-quvvatlaydi, lekin konveyerlarni yuklashni va boshqa vazifalarni hal qilishni osonlashtirish uchun ularni RISC-ga o'xshash ko'rsatmalarga translyatsiya qiladi.

Operandlar tipi va formati

Mashina komandalari operandlar deb ataluvchi ma’lumotlar bilan ishlaydi. Operandlarning asosiy tiplari

• 
  Adreslar
  
• 
  Sonlar
  
• 
  Simvollar
  
• 
  Mantiqiy ma’lumotlar
  

Hisoblash mashinalari bulardan tashqari murakkabroq bo’lgan axborot birlilari bilan ishlaydi mas: grafik tasvirlar, audio, video, animatsiya. Bular esa bazaviy tipdagi malumotlardan kelib chiqadi va tashqi xotirada mavjud bo’ladi.
Raqamli ma’lumot. HM da sonlar ikki xil tasvirlanadi: qo’zg’almas va qo’zg’aluvchi vergulli. Bu formatlarni shuningdek tabiiy va yarimlogarifmik deb aytiladi.
Qo’zg’almas vergulli (tabiiy) sonlar. Bunday shakldagi sonlarda vergul son razryadlariga nisbatan qat’iy o’rinda joylashadi.

Slayd
Odatda vergul katta razryad oldidan yoki kichik razryaddan keyin joylashadi deb ko’zda tutiladi. 1-holatda moduli 1 dan kichik sonlar tasvirlansa, 2-holatda faqat butun sonlar tasvirlanadi.

Butun sonlarni ifodalashning ikki varianti ishlatiladi: ishorali va ishorasiz.

Slayd

Shuningdek butun sonlar adreslar bilan ishlashda ham ishlatiladi.
O’nlik sonlar.
O’nlik sonlarni tasvirlashning asosi qilib har bir o’nlik raqamni ekvivalent ikkilik songa (tetradaga) almashtirish olinadi (ikkili-o’nli tizim). O’nlik sonlarni tasvirlashning ikki formata ishlatiladi (barcha sonlar butun deb qaraladi)

slayd

Har ikkala formatda har bir o’nlik raqam ikkilik tetradada ifodalanadi (ikkili-o’nli kodda tasvirlanadi). Qolgan 4 razryadli ikkilik kombinatsiyalar + va – ni kodlash uchun ishlatiladi. Masalan IBM 360/390 tipidagi HM larda + uchun 1100 (C16), - uchun 1101 (D16) olingan.

Ikkili-o’nli tizimning juda ko’plab variantlari mavjud(2,9*10¹⁰ mln). Eng ko’p ishlatiladigan kodlash tizimlari bu 8421 va 8421+3

s layd

Qo’zg’aluvchi vergulli shakldagi sonlar.

Bunday sonlarni normal yoki yarimlogarifmik deb ham ataladi. Umumiy ko’rinishi

Slayd
QVV sonlar diapazoni va aniqligi tartib va mantissaga ajratilgan razryadlar soni, sanoq tizimi asosiga bog’liq. Masalan IBMning universal HMlarida 16 lik tizim ishlatiladi.

QVV sonlarning mantissasi 1 dan kichik bo’lishi va birinchi raqami 0 dan farqli bo’lishi kerak. Bunday mantissa normallashgan deyiladi. Agar QVV ning asosi 2 bo’lsa, aniqlikni oshirish usuli sifatida yashirin bir usuli dan foydalaniladi. Normal mantissada katta registr hamisha 1 ga teng, shu sababi yashirin bir usuli da bu raqam yozilmaydi, balki bor deb ko’zda tutiladi.

To’lib ketish – hisoblash natijasining maksimal tartibdan oshib ketishi. Qiymat yo’qotish – hisoblash natijasi haddan tashqari kichik bo’lishi. QVV sonlar absissa o’qida notekis joylashgan bo’ladi. Markazdan uzoqlashgan sari tarqoqlanish kuchayib boradi.

Bu standart ikkita – birli va ikkili kengaytirilgan formatga ega. Kengaytirilgan formatlar tartib va mantissa uchun qo’shimcha bitlarni talab qiladi.

QVV sonar uchun IEEE 754 standartida alohida xususiyatlar

0 (ishorali nol)
Son nolga teng deyiladi, qachonki ishora bitidan tashqari hamma bitlar 0 ga teng bo’lsa. Bunda ishora bit qiymatiga ko’ra nol musbat va/yoki manfiy bo’lishi mumkin.
Noaniqlik. (NaN)
NaN – Not a Number. Amallar bajarilishi vaqtida sodir bo’lgan xatoning qiymati. NaN son shaklida ifodalanadi, uning barcha ikkilik razryadlari va mantissa 1 ga teng.
Cheksizliklar. Son tartibining barcha ikkilik razryadlari 1 ga teng va mantissa 0 ga teng bo’lsa (QVV)

Simvolli ma’lumotlar.

Har bir simvolning ikkilik kombinatsiyasi mavjud. Simvollar va ularga belgilangan kodlar kodlash jadvalini beradi. Kodlashga talablar:
1. Raqamning kodi hajmi raqam oshib borgani sari oshib boradi
2. Harflarning hajmi (kodlangandagi hajmi) alfavit tartibida oshib boradi

Mashxur kodlash jadvallari

1. ASCII (American Standart Code for Information Interchange) 7 razryadli, 8-razryad juftlikni aniqlash uchun ishlatiladi
2. Latin1 – ASCIIning Yevropa modifikatsiyasi (128 dan 255 gacha kodlar turli alfavitlarning maxsus harflarini, psevdografik simvollarni, grek alifbosi simvollarini, matematik va boshqa simvollarni ifodalash uchun ishlatiladi).
3. Unicode – sanoat standarti bo’lib, dunyoning barcha tillaridagi belgilarni, maxsus simvollarni kodlash standarti. 1991-yilda taklif qilingan.

1944₁₀ soni tetradalarda: 1=0001, 9=1001, 4=0100, 4=0100  1944₁₀=0001 1001 0100 0100₂

Управляющие символы