Instrukce

1. Instrukce Ve von Neumannovské koncepci (architektuře) počítačů jde vlastně o zvláštní typ dat

2. Instrukční soubor • styčný bod mezi návrhářem počítače a programátorem • v abstraktním smyslu programátor nemá znát fyzický návrh – obvodové řešení • musí ale znát logický návrh, tedynapř. registrový a adresový model

3. Instrukční sada Instrukční sada musí být: • funkčně úplná • musí dovolit uživateli formulovat libovolnou úlohu zpracování jeho dat na vyšší úrovni • účinná • často opakované funkce by měly být prováděny rychle a za pomoci malého počtu instrukcí

4. Obsah instrukce Každá instrukce musí obsahovat: • operační kód (jaká operace má být vykonána) • odkaz a určení zdrojových operandů • umístění a určení výsledku • odkaz na další instrukci

5. Modalita instrukcí • modalita operačního kódu • např. směr rotace • modalita operandů • např. velikost a umístění • modalita ochrany (paměti) • např. úroveň procesu

6. Modalita operačního kódu • upřesnění operace • směr a vzdálenost rotace • způsob testování podmínky v podmíněném skoku • směr operace load/store • použití operandů (paměť / registry) • úprava výsledku po provedení operace

7. Modalita operandů • způsob adresace přímé, nepřímé, ... • velikost a typ operandů stejnou instrukci možno vykonat nad různými daty • ovlivňuje přípravu instrukce • vícestupňové načítání • vícenásobné načítání

8. Modalita ochrany • přístupová práva k operandům • ochrana paměti • právo vykonání instrukce • ochrana OS, procesu

9. Dělení instrukcí IPodle počtu operandů • bezadresové • jednoadresové • dvouadresové • tříadresové • (čtyřadresové)

10. Bezadresové instrukce • bez operandů (NOP, RET) • operandy dány implicitně • operand dán operačním kódem (CLI, TBA) • operace nad zásobníkem – zásobníková architektura všechny operandy jsou na (vršku) zásobníku instrukce jich ze zásobníku vyzvedne potřebný počet instrukce je vykonána případný výsledek je uložen zpět na zásobník

11. Jednoadresové instrukce • zbývající dvě adresy (operandy) dány implicitně • obvyklé pro akumulátorovou architekturu ADD x ... Acc := Acc + x

12. Dvouadresové instrukce • jedna z adres je použita jak pro operand, tak pro výsledek • Velmi obvyklé SUB A,4 ... A := A – 4

13. Tříadresové instrukce • určeny jak oba operandy, tak umístění výsledku • pro větší délku instrukcí a výslednou délku instrukčního slova se nepoužívá často • se zvyšováním rychlosti pamětí roste flexibilita počítače a dává velké možnosti dobrým kompilátorům (nahrazovat tříadresové instrukce dvouadresovými).

14. Zápis výrazu • Infixová notace (A-B) / (C+D*E) • Postfixová notace AB-CDE*+/ • Prefixová notace /-AB+C*DE (převod z infixové notace do postfixové a prefixové notace pomocí gramatiky výrazu)

15. Gramatika výrazu • lze popsat stromem • (A–B) / (C+D*E) • AB-CDE*+/ • /-AB+C*DE

16. Reverzní polská notace • Snadný výpočet pomocí zásobníku • Vstup – výraz v RPN: • číslo (proměnná): uložit na zásobník • operace: vyzvednout potřebný počet operandů provést operaci výsledek uložit na zásobník

17. Y = (A–B) / (C+D*E)Y = AB–CDE*+/

18. Dělení instrukcí IIPodle typu operace • aritmetické operace • logické operace • operace pro přesun dat uvnitř počítače • operace pro vstup/výstup dat do/z počítače • řídící operace

19. 1. aritmetické instrukce • základní výpočetní operace + – * / abs, neg, inc, dec • speciální aritmetické operace práce v plovoucí řádové čárce logaritmy, odmocniny, ...... • typové konverze, překlady

20. 2. logické instrukce • Booleovské operace AND, OR, NOT, XOR • Porovnávání, test pouze nastavení příznaků • Posuny a rotace pozor na znaménko

21. 3. přesuny dat • typické pro Load/Store architekturu 4. vstup/výstup • přesuny dat z/na periferie • obsluha periferií start, test

22. 5. řídící instrukce • skoky nepodmíněný, podmíněný volání podprogramu, návrat • řízení execute skip halt, wait, nop

23. Určení argumentů • implicitně parametry dány použitou instrukcí • explicitně součástí zápisu instrukce je odkaz na parametry • nutno jasně definovat při návrhu instrukční sady

24. Způsoby adresace • immediate – bezprostřední zápis v instrukci • direct – v instrukci zapsána adresa operandu • indirect – odkaz do paměti, kde je adresa oper. • indexed – k adrese je přičten index • based – adresa tvoří posunutí vzhledem k bázi • relative – vzhledem k adresovému čítači

25. Immediate Mode • operand je obsažen v instrukci • data jsou za běhu kódu konstantní • po načtení instrukce není třeba přistupovat do paměti • velikost operandu je omezená formátem instrukcí

26. Direct Mode • v instrukci je zapsána adresa operandu • k vykonání instrukce je třeba navíc jeden přístup k paměti • rozsah adres limitován velikostí instrukce • adresa operandu je konstantní, data se mohou měnit

27. Indirect Mode • v instrukci je adresa, na které se v paměti nachází operand • k vykonání instrukce jsou třeba 2 přístupy navíc: • načtení adresy operandu • přístup k operandu

28. Indexed Mode, Base Mode • výsledná adresa složena ze dvou částí: • základ • posunutí • velmi podobné, někdy se nerozlišuje • při rozlišování – podle toho, kdo to dělá: • indexed: v programu pro přístup k datům • based: v OS pro implementaci ochrany/segmentace

29. Indexed mode +

30. Based mode +

31. Relative Mode • operand je určen relativně vzhledem k programovému čítači • typický případ: relativní odskok v cyklu

32. Adresace s použitím registrů • Některá ze zúčastněných adres je z domény registrů, nikoli hlavní paměti • Register addressing • jako direct, ale adresová část určuje registr • Register indirect • jako indirect, ale adresová část určuje registr, který obsahuje adresu operandu