1

1

Architektura listy instrukcji – ISA

2

Zbiór poleceń (instrukcji) zrozumiałych dla CPU

–

lista instrukcji powinna być

funkcjonalnie pełna

, tzn.

umożliwiać zapis dowolnego algorytmu

Instrukcje są zapisywane w postaci binarnej

–

każda instrukcja ma swój unikatowy kod binarny (kod
operacji)

W programach źródłowych zapisanych w języku
asemblera zamiast kodów binarnych stosuje się
zapis symboliczny operacji

–

np. add, mov

Program źródłowy jest tworzony przy użyciu
edytora tekstu jako plik ASCII

Lista instrukcji

2

3

1.

Kod operacji (op code), określa czynność wykonywaną
przez instrukcję

2.

Wskazanie na argument źródłowy (source operand)

3.

Wskazanie na argument docelowy (destination operand)

4.

Wskazanie na kolejną instrukcję programu, która ma być
wykonana jako następna

Przykład: mov a,r0 ;prześlij r0 do a

Elementy instrukcji

Mnemonik

(rodzaj operacji)

Argument źródłowy

Argument

docelowy

Element 1) jest obligatoryjny, elementy 2) – 4) są opcjonalne

4

Reprezentacja instrukcji

Postać symboliczna (język asemblera)

mov a,r0

Zapis funkcjonalny

a r0

Postać binarna w pamięci programu (x51)

11101000

w postaci binarnej kod operacji jest zapisywany jako

pierwszy, dalej następują argumenty (w tym przypadku
informacja o argumentach jest zawarta w kodzie
operacji)

3

5

Reprezentacja instrukcji

cd.

Przykład (x51)

–

Zapis symboliczny

add a,#3ch

–

Zapis funkcjonalny

(a) (a)+#3ch

–

Opis słowny: dodaj liczbę 3c w kodzie szesnastkowym do
zawartości akumulatora

–

Postać instrukcji w pamięci:

Kod operacji ADD

Dodajnik 3CH

Adres x

Adres x+1

Następna instrukcja

P oprzednia instrukcja

0 0 1 0 0 1 0 0

0 0 1 1 1 1 0 0

. . .

. . .

6

Istotnym czynnikiem przy projektowaniu ISA jest liczba
argumentów (lub odniesień do argumentów) zawartych w
instrukcji

–

wpływ na długość słowa instrukcji oraz złożoność CPU

–

duża liczba argumentów wymaga długiego słowa instrukcji

Rozważmy, ile argumentów wymaga instrukcja
dodawania ADD

–

jeśli chcemy dodać do siebie zawartość dwóch komórek pamięci
potrzebujemy

dwóch

adresów

–

gdzie umieścić wynik dodawania? Potrzebny jest

trzeci

adres

–

która instrukcja w programie ma być wykonana jako następna?

zwykle domyślnie przyjmuje się, że będzie to kolejna instrukcja w
programie, ale czasem chcemy wykonać skok w inne miejsce
programu
do wskazania miejsca skoku potrzebny jest

czwarty

adres

Liczba argumentów

4

7

Liczba argumentów

cd.

W praktyce procesory czteroadresowe nie są
stosowane

–

zbyt skomplikowana budowa CPU

–

długie słowo instrukcji

–

nie zawsze instrukcja wymaga aż czterech adresów

Większość instrukcji wymaga jednego, dwóch
lub najwyżej trzech adresów

–

adres kolejnej instrukcji w programie jest określany
przez inkrementację licznika rozkazów (z wyjątkiem
instrukcji skoków)

8

Więcej adresów

–

bardziej skomplikowane, ale też wygodne w użyciu
instrukcje

–

dłuższe słowo instrukcji

–

większa liczba rejestrów

operacje na rejestrach są szybsze niż operacje na zawartości
pamięci

–

krótsze programy (w sensie liczby instrukcji)

Mniej adresów

–

mniej skomplikowane instrukcje

–

dłuższe programy (w sensie liczby instrukcji)

–

krótszy cykl pobrania instrukcji

Większość współczesnych procesorów stosuje
architekturę

–

2-adresową (x51, x86)

–

3-adresową (MIPS)

Liczba adresów – wnioski

5

9

Reprezentacja instrukcji

cd.

Typowy format instrukcji z odniesieniami do dwóch
argumentów (architektura dwuadresowa)

Kod operacji

Argument 1

Argument 2

Binarny kod
operacji określający
jednoznacznie
rodzaj rozkazu;
zdeterminowany
przez mnemonik
instrukcji (np. MOV,
ADD itp.)

Odniesienie do
argumentu nr. 1
• jawnie (wprost)

podana wartość
argumentu lub

• adres lub
• inne wskazanie na

argument

Odniesienie do
argumentu nr. 2
• jawnie (wprost)

podana wartość
argumentu lub

• adres lub
• inne wskazanie na

argument

10

Formaty instrukcji

(x51)

a)

b)

Format 1 -bajtowy

16-b itowy operand
16-b itowy adres argumentu
8-bitowy adres i 8-bit owy operand

bajt B0

bajt B1

bajt B2

Kod oper acji

0 1 0 0 1 0 0 1

ORL A,R1

(A) (A) v (R1)

(A) (A) v #0FH

(3FH) (3FH) v #0FH

ORL A,#0FH

ORL 3FH,#0FH

Kod oper acji

0 1 0 0 0 1 0 0

Kod oper acji

0 1 0 0 0 0 1 1

0 0 1 1 1 1 1 1

Operand lub adres

0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 0 0 1 1 1 1

Format 2 -bajtowy

Format 3 -bajtowy

6

11

Tryby adresowania argumentów

Tryb adresowania – sposób wskazania na
argumenty instrukcji
Liczba i rodzaje trybów adresowania są różne
dla różnych typów mikroprocesorów
Najważniejsze tryby adresowania

–

rejestrowe, zwane też implikowanym lub
wewnętrznym (ang. register, implied, inherent)

–

natychmiastowe (ang. immediate)

–

bezpośrednie (ang. direct)

–

pośrednie (ang. indirect)

–

indeksowe (ang. indexed)

–

względne (ang. relative)

12

Adresowanie rejestrowe

0 0 1 0 1 0 0 1

Akumulator

Rejestr R1

ADD A,R1

(A) (A) + (R1)

Kod rozkazu

7

13

Adresowanie natychmiastowe

0 0 1 0 0 1 0 0

dana

Akumulator

ADD A,#dana

Kod rozkazu

(A) (A) + #dana

14

Adresowanie bezpośrednie

0 0 1 0 0 1 0 0

a dres 8-bitowy

Operand

00

FF

256 bajtó w

RAM

. . .

. . .

Akumula tor

Wewnętrzna p amięć

danych

ADD A,adre s

Kod rozkazu

(A) (A) + (direct)

Długość adresu bezpośredniego może być różna.

• Zależy to od typu procesora i rodzaju instrukcji
• Niektóre instrukcje mogą dopuszczać warianty instrukcji z

adresem 8-, 16-, 32 – itd.. bitowym

8

15

Adresowanie indeksowe

Operand

Przesunięcie

Przesunięcie

. . .

. . .

Rejestr indeksowy

Pamięć danych

Kod rozkazu

Adres

bazowy

B0

B1

B2

Uwaga: niektóre typy mikroprocesorów (np. x51) nie mogą
realizować tego trybu adresowania

16

Adresowanie pośrednie

Operand

. . .

. . .

Pamięć

Kod rozkazu

Adres

pośredni

Adres efektywny

B0

B1

B2

Uwaga: odmianą adresowania pośredniego
jest adresowanie zawartością rejestru lub
rejestrów (pointer addressing)

9

17

Adresowanie względne

Operand

. . .

. . .

. . .

Licznik programu

Pamięć programu

Kod rozkazu

Następny rozkaz

Przesunięcie

18

Jest używane przy dostępie do stosu

Przykłady

pop psw

;pobierz słowo wskaźników

(flagi) ze stosu

push psw

;wyślij słowo wskaźników na

stos

Adres szczytu stosu znajduje się w rejestrze
wskaźnika stosu SP

Adresowanie stosu

10

19

Data Transfer – przesyłanie danych (np. MOV)

Arithmetic – operacje arytmetyczne (np. ADD)

Logical – operacje logiczne (np. OR)

Conversion – konwersja danych, np. liczb binarnych na
BCD

I/O – operacje wejścia/wyjścia

System Control

–

specjalne operacje systemowe, np. sterowanie stanem
procesora, zarządzanie protekcją itp.

Transfer of Control (np. JMP)

–

skoki, wywołanie podprogramów itp..

Rodzaje instrukcji

20

Lista instrukcji

Każdy mikroprocesor ma własną, ustaloną przez
producenta listę instrukcji
Liczba instrukcji zależy od architektury i stopnia
złożoności procesora

–

Procesory RISC (np. PowerPC) realizują zwykle
kilkadziesiąt instrukcji

–

Procesory CISC (np. Pentium) mają znacznie
bogatszą listę instrukcji (kilkaset)

Najprostsze procesory CISC (np. x51) mogą realizować
mniej rozkazów

Architektura listy rozkazów ma wpływ na
budowę kompilatorów języków wysokiego
poziomu