Форматы команд и система команд

Структура машинной программы обуславливается набором команд рассматриваемой ЭВМ и порядком обработки команд машиной. Команды, каждая

из которых соответствует отдельной операции, обрабатываются процессором последовательно.

Команда осуществляет изменение содержания определенного регистра или передачу содержимого определенного регистра в другой регистр. Выполнение команды, таким образом, соответствует определенному переходу из одного состояния в другое. Возможные переходы машины из одного состояния в другое описываются набором ее команд. И наоборот, действие каждой команды исчерпывающим образом характеризуется осуществляемым изменением перехода.

Команда работает с определенными ячейками памяти или регистрами, называемыми операндами команд, содержимое которых при выполнении команды читается и/или записывается. Машины обычно представляют пользователю фиксированный набор элементарных команд. Для каждой из этих команд в аппаратуре машины имеется соответствующая часть для выполнения данной команды. Различают следующие типы команд:

* команды загрузки и передачи;

* арифметические команды (двоичная арифметика для чисел с фиксированной точкой, двоичная арифметика для чисел с плавающей запятой, десятичная арифметика);

* логические операции, выполняемые поразрядно над двоичными словами, выполняемые поразрядно над двоичными словами;

* операции с адресами;

* команды сдвига и организационные команды;

* команды завершения программы;

* команды перехода и вызова подпрограмм;

* команды ввода/вывода;

* управляющие команды (привилегированные команды для изменения статуса программ).

Здесь команды классифицированы по их действию на различные составные части машины.

Представление команд.

Команда содержит несколько составных частей (полей). Формат команды зависит от структуры машинных слов и обычно содержит:

* указание на ту операцию, которая подлежит выполнению (операционная часть);

* указание на то, с какими операндами надо работать (адресная часть);

* дополнительную организационную информацию (индикаторная часть), причем эта информация часто содержится в адресной части.

Команда представляется в машине двоичным словом. Отдельные части (поля) этого слова задают упомянутую выше информацию. При машинной трактовке все данные также представляются в виде двоичных слов. Поэтому важно знать, как должно интерпретироваться это слово – как команда, как адрес или как элемент данных. Это достигается путем использования признаков.

Основной формат кодирования команд Ассемблера (на примере IBM) имеет следующий вид:

[метка] команда [операнд(ы)].

Машинные коды имеют различную длину: один, два, три или четыре байта. Многие специфические команды имеют однобайтовые машинные коды и не используют прямой адресации памяти, например:

КОД Обозначение

40 INC AX Увеличение АХ на 1

50 PUSH AX Запись АХ в стек

C3 RET (short) Короткий возврат из процедуры

CB RET (far) Длинный возврат из процедуры

FD STD Установка флага направления

Ни одна из перечисленных команд не использует прямой адресации памяти. Другие команды, использующие непосредственный операнд, 8-битовый регистр, регистровую пару или адрес памяти, требуют более сложного машинного кода. Команды, использующие регистр, могут содержать три бита, указывающих на конкретный регистр, и один бит, определяющий размер регистра: байт или слово. Кроме того, лишь некоторые команды обеспечивают доступ к сегментным регистрам.

Пример.

Команда MOV с однобайтовым непосредственным операндом.

MOV AH, 00 1011 0 100 00000000

w reg = AH

Первый байт машинного кода указывает на однобайтовый размер (w=0) и на регистр AH (100). Следующая команда MOV содержит непосредственный двухбайтовый операнд:

MOV AX,00 1011 1 000 00000000

w reg=AX

Первый байт машинного кода указывает на размер в одно слово (w=1) и на регистр AX (000).

Обобщать приведенные примеры не следует, так как указание регистра и бита w может быть в различных позициях кода.

Двухбайтовые команды

Рассмотрим пример сложения содержимого регистров DX и AX:

ADD BX, AX 0000 0011 11 011 000

dw mod reg r/m

d=1 означает, что биты reg и w описывают операнд 1 (BX), а биты mod, r/m и w – операнд 2 (AX); w=1 определяет размер регистров в одно слово; mod=11 указывает, что операнд 2 является регистром; reg = 011, указывает, что операнд 1 является регистром BX; r/m=000, указывает, что операнд 2 является регистром AX.

Трехбайтовые команды

Трехбайтовые команды можно рассмотреть на примере команды MOV.

MOV mem, AX 10100001 dddddddd dddddddd

В данном примере w=1 означает слово, следовательно, предполагается 16-битовый регистр AX. Байты 2 и 3 содержат относительный адрес памяти.

Ниже приведен примерный перечень команд Ассемблера для процессоров 80286, 80386.

ADD: Сложение двоичных чисел. При выполнении данной операции прибавляется один байт или одно слово в памяти, регистре или непосредственно к содержимому регистра или прибавляет один байт или слово в регистре или непосредственно к памяти.

AND: Логическое И. Команда выполняет поразрядную конъюнкцию (И) битов двух операндов. Операнды представляют собой одно- или двухбайтовые величины в регистре или памяти. Второй операнд может содержать непосредственные данные. Команда AND проверяет два операнда поразрядно. Если два проверяемых бита равны 1, то в первом операнде устанавливается единичное значение бита, в других случаях нулевое.

CMP: Сравнение. Выполняется сравнение содержимого двух полей данных. Фактически команда CPM вычитает второй операнд из первого, но содержимое полей не изменяет. Операнды должны иметь одинаковую длину: байт или слово. Команда может сравнивать содержимое регистра, памяти или непосредственное значение с содержимым регистра; или содержимое регистра или непосредственное значение с содержимым памяти.

JMP: Безусловный переход. Выполняется переход по указанному адресу при любых условиях. Команда JMP заносит в регистр IP необходимый адрес перехода. Существует пять типов команды JMP для передачи управления внутри сегмента или между сегментами. При межсегментном переходе в регистр CS заносится также новый сегментный адрес.

LOOP: Цикл. Данная команда управляет выполнением группы команд определенное число раз. До начала цикла в регистр CX должно быть загружено число выполняемых циклов. Команда LOOP находится в конце цикла, где она уменьшает значение в регистре CX на единицу. Если значение в регистре CX не равно нулю, то команда передает управление по адресу, указанному в операнде (прибавляет к регистру IP значение операнда); в противном случае управление передается на следующую после LOOP команду (происходит выход из цикла).

MOV: Пересылка данных. Один байт или одно слово пересылается между регистрами или между регистром и памятью, а также передает непосредственное значение в регистр или в память. Команда MOV не может передавать данные между двумя адресами памяти. Существует семь типов команды MOV.

NEG: Изменение знака числа. Команда меняет двоичное значение из положительного в отрицательное и из отрицательного в положительное. Команда NEG вычисляет двоичное дополнение от указанного операнда: вычитает операнд из нуля и прибавляет единицу. Операндом может быть байт или слово в регистре или памяти.

NOT: Логическое НЕТ. Меняет нулевые биты на единичные и наоборот. Операндом может быть байт или слово в регистре или памяти.

OR: Логическое ИЛИ. Команда выполняет поразрядную дизъюнкцию (ИЛИ) над битами двух операндов. Операндами являются байты или слова в регистрах или памяти, второй операнд может иметь непосредственное значение. Команда OR обрабатывает операнды побитово. Если любой из проверяемых бит равен единице, то бит в операнде 1 становится равным единице, в противном случае бит в операнде 1 не изменяется.

OUT: Вывод байта или слова в порт. Байт или слово из регистра передается в порт вывода. Порт кодируется как фиксированный числовой операнд или как переменная в регистре.

1. Рассмотреть программу, которая позволяет установить требуемый временной интервал и отработать некоторым образом его окончание. Поскольку MS-DOS является однозадачной системой, единственным способом организации параллельных процессов – выполнения программы и ожидания окончания временного интервала – является использование механизма прерываний. В нашем случае программа содержит обработчик прерываний от системного таймера, который 18 раз в секунду читает системное время и сравнивает его значение с заданной заранее величиной. При достижении равенства обработчик прерываний либо сам отрабатывает это событие, либо устанавливает флаг окончания временного интервала, который периодически тестируется в основной программе.

Пример 1. Чтение и сравнение системного времени

;по прерываниям от таймера
.586 ;Будут 32-разрядные операнды
assume CS : code, DS:code
code segment use16 ;16-разрядное приложение
org 100h ;Формат .COM
main proc
;Сохраним исходный вектор
mov AX,3508h
int 21h
mov word ptr old_08,BX
mov word ptr old_08+2,ES
;Установим наш обработчик
mov AX,2508h
mov DX,offset new_08
int 21h
;Прочитаем системное время, прибавим требуемый интервал
;и сохраним в двухсловной ячейке памяти
mov AX,40h ;Настройка ES на
mov ES,AX ;область данных BIOS
mov EAX, ES : 6Ch ;Получаем системное время
add EAX,time_int ;Прибавить интервал
mov time_end,EAX ;Сохраним в памяти
;Имитация рабочего цикла программы с опросом флага
again: test flag,0FFh ;Проверка флага готовности
jnz ok ;Если установлен, на OK
mov АН,02h ;B ожидании окончания
mov DL,'.' ;временного интервала
int 2 In ;выводим на экран точки
jmp again ;И снова на проверку флага
ok: mov АН,09h ;Интервал завершен.
mov DX,offset msg ;Выполним, что хотели
int 2 In
;Завершим программу, восстановив сначала исходный вектор
lds DX,old_08
mov AX,2508h
int 21h
mov AX,4C00h
int 21n
main endp
;Наш обработчик прерываний от системного таймера
new_08 proc
pushf ;Запишем флаги в стек
call CS:old_08 ;и вызовем системный обработчик
push EAX ;Сохраним используемые
push ES ;регистры
mov AX,40h ;Настроим ES
mov ES,AX ;на область данных BIOS
mov EAX,ES:6Ch;Прочитаем текущее время
cmp EAX,CS:time_end ;Сравним с вычисленным
jb ex ;Если меньше, на выход
inc CS:flag ;Интервал истек, установим флаг
ex: mov AL,20h ;Команда конца прерывания
out 20h,AL ;в контроллер прерываний
pop ES ;Восстановим
pop EAX ;сохраненные регистры
iret ;Выход из обработчика
new_08 endp
;Поля данных программы
old_08 dd 0 ;Для хранения исходного вектора
time_int dd 18*2 ;Требуемый интервал (~2с)
time_end dd 0 ;Момент истечения интервала
flag db 0 ;Флаг истечения интервала
msg db "Время истекло !$' ;Информационное сообщение
code ends
end main

Задание

2. Форматы команд. Дать описание разрядов.

3. Привести примеры одноадресных команд. Привести примеры двухадресных команд.

4. Основной формат кодирования команд Ассемблера для компьютеров фирмы IBM.

5. Перечислить типы команд Ассемблера для компьютеров фирмы IBM.

6. Составные части (поля) команд.

7. Привести примеры использования команд Ассемблера.

Лабораторная работа № 5

Интерфейс

Интерфейсная часть МП предназначена для связи и согласования МП с системной шиной ПК, а также для приема, предварительного анализа команд выполняемой программы и формирования полных адресов операндов и команд.

Интерфейсная часть включает в свой состав адресные регистры МПП, узел формирования адреса, блок регистров команд, являющийся буфером команд в МП, внутреннюю интерфейсную шину МП и схемы управления шиной и портами ввода-вывода.

Порты ввода-вывода – это пункты системного интерфейса ПК, через которые МП обменивается информацией с другими устройствами. Всего портов у МП может быть 65536. Каждый порт имеет адрес – номер порта, соответствующий адресу ячейки памяти, являющейся частью устройства ввода-вывода, использующего этот порт, а не частью основной памяти компьютера.

Порт устройства содержит аппаратуру сопряжения и два регистра памяти – для обмена данными и обмена управляющей информацией. Некоторые внешние устройства используют и основную память для хранения больших объемов информации, подлежащей обмену.

Схема управления шиной и портами выполняет следующие функции:

· формирование адреса порта и управляющей информации для него (переключение порта на прием или передачу и др.);

· прием управляющей информации от порта, информации о готовности порта и его состоянии;

· организацию сквозного канала в системном интерфейсе для передачи данных между портом устройства ввода-вывода и МП.

Схема управления шиной и портами использует для связи с портами кодовые шины инструкций, адреса и данных системной шины: при доступе к порту МП посылает сигнал по КШИ, который оповещает все устройства ввода-вывода, что адрес на КША является адресом порта, а затем посылает и сам адрес порта. То устройство, адрес порта которого совпадает, дает ответ о готовности, после чего по КШД осуществляется обмен данными.