Архитектура системы команд
Лекция 7+д.з. для самостоятельного изучения.
(С.А.Орлов,Б.Я.Цилькер “Организация ЭВМ И СИСТЕМ”:учебник для ВУЗов, 2-е издание.-СПб.:Питер, 2011.)
Системой команд вычислительной машины называют полный перечень команд, которые способна выполнять данная ВМ. В свою очередь, под архитектурой системы команд (АСК) принято определять те средства вычислительной машины, которые видны и доступны программисту.
АСК можно рассматривать как линию согласования нужд разработчиков программного обеспечения с возможностями создателей аппаратуры вычислительной машины (рис.1).
Рис.1. Архитектура системы команд как интерфейс между программным и аппаратным обеспечением
В конечном итоге, цель тех и других — реализация вычислений наиболее эффективным образом, то есть за минимальное время, и здесь важнейшую роль играет правильный выбор архитектуры системы команд.
В упрощенной трактовке время выполнения программы (Твыч) можно определить через число команд в программе (Nком), среднее количество тактов процессора, приходящихся на одну команду (CPI), и длительность тактового периода :
Каждая из составляющих выражения зависит от одних аспектов архитектуры системы команд и, в свою очередь, влияет на другие (рис.2), что свидетельствует о необходимости чрезвычайно ответственного подхода к выбору АСК.
Рис.2. Взаимосвязь между системой команд и факторами, определяющими эффективность вычислений
Общая характеристика архитектуры системы команд вычислительной машины складывается из ответов на следующие вопросы:
1. Какого вида данные будут представлены в вычислительной машине и в какой форме?
2. Где эти данные могут храниться помимо основной памяти?
3. Каким образом будет осуществляться доступ к данным?
4. Какие операции могут быть выполнены над данными?
5. Сколько операндов может присутствовать в команде?
6. Как будет определяться адрес очередной команды?
7. Каким образом будут закодированы команды?
Предметом данной главы является обзор наиболее распространенных архитектур системы команд, как в описательном плане, так и с позиций эффективности.