El nivel ISA (II)! Conjunto de Instrucciones

Transcripción

1 El nivel ISA (II) Conjunto de Instrucciones EC-2721 Arquitectura del Computador I Que es un Conjunto de Instrucciones? Colección completa de instrucciones comprendida por un procesador Lenguaje de máquina Usualmente es representado en lenguaje ensamblador Binario Organización de Computadoras: Un enfoque estructurado, Andrew Tanenbaum, Pearson Education. Capítulo 4 Universidad Simón Bolívar Departamento de Electrónica y Circuitos Prof. Juan. C. Regidor Qué es una instrucción? Es una orden al procesador: Haz esta operación a estos datos y dejas los resultados aquí. Luego, sigue haciendo esto otro. Elementos de una Instrucción Código de operación (Op code) Hacer esto Referencia a operandos fuente A esto Referencia a operando resultado Pon la respuesta aquí Referencia a la siguiente instrucción Cuando lo termines, sigues con esto otro...

2 Diagrama de estados del Ciclo de Instrucción Representación de Instrucciones En código de máquina cada instrucción tiene una representación binaria única Buscar instrucción Búsqueda de operandos Múltiples Operandos Almacenar Resultado Múltiples Resultados Para consumo humano (programadores) usa una representación simbólica Calcular Dirección Instrucción Decodificación de instrucción Instrucción Completa, Buscar próxima instrucción Cálculo Dirección Operandos Operación sobre datos Cálculo dirección operandos ej. ADD, SUB, LOAD Los operandos se representan asi: -ADD A,B Formatos de Instrucción Formatos de Instrucción Sencillos Cod. Op. Ref. Operando 1 Ref. Operando 2 Ref. Operando 3 3 Direcciones Cod. Op. Ref. Operando 1 Ref. Operando 2 2 Direcciones Cod. Op. Ref. Operando 1 1 Dirección Formato del código binario que representa una instrucción Cod. Op. 0 Direcciones

3 Tipos de Instrucciones Clasificación por" Número de direcciones (a) Clasificación por operación a realizar: Procesamiento de datos Almacenamiento de datos (Memoria principal) Movimiento de datos (I/O) Control de flujo de Programa 3 direcciones Operando 1, Operando 2, Resultado a = b + c; Puede haber una cuarta direccion prox. instrucción (usualmente implícita) No es común: Necesita palabras muy largas para contener toda la información Clasificación por " Número de direcciones(b) Clasificación por" Número de direcciones (c) 2 direcciones Una dirección actúa como operando y resultado a = a + b Reduce la longitud de la instrución Requiere algún trabajo adicional Es necesario almacenar temporalmente algunos resultados 1 dirección Segunda dirección implicita Usualmente es un registro (acumulador) Comúnmente usado en máquinas antiguas

4 Clasificación por" Número de direcciones (d) 0 (cero) direcciones Todas las direcciones son implicitas Usa una pila ej. load a load b add store c c = a + b Decisiones de Diseño" Cuantas direcciones? Mas direcciones Instrucciones mas complejas ( poderosas?) Menos instrucciones por programa Si hay muchos registros Operaciones entre registros son mas rápidas Si los operandos estan en memoria son mas lentas Menos direcciones Instrucciones menos complejas ( poderosas?) Mas instrucciones por programa Búsqueda/ejecución de instrucciones mas rápida Decisiones de diseño (1) Decisiones de diseño (2) Repertorio Cuantas? Que pueden hacer? Cuán complejas serán? Tipos de datos Formatos de instrucción Longitud del opcode Numero de direcciones Registros Número de registros disponibles en el CPU Que operaciones pueden ser efectuadas por los registros? Modos de direccionamiento (después ) RISC v CISC

5 Tipos de Operando Direcciones Números Entero/Punto flotante Caracteres ASCII etc. Datos Lógicos Bits o Banderas Tipos de Datos Específicos General contenido binario arbitrario Entero valor binario Ordinal Entero sin signo Unpacked BCD - Un dígito por byte Packed BCD - 2 dígitos BCD por byte Near Pointer - 32 bit de offset en segmento Bit field Byte String Punto Flotante Tipos de Operación Transferencia de datos: Mov Aritmeticas: Add Lógicas: And Conversión Num Entrada / Salida In, Read Control del Sistema Trap Transferencia de Control Jump, Call Modos de Dirección Inmediato Directo Indirecto Registro Registro Indirecto Desplazamiento (Indizado) Pila

6 Dirección Inmediata Opcode Operando El operando es parte de la instrucción El operando ocupa el campo de dirección ej. ADD #5 Suma 5 al contenido del acumulador 5 es operando No hay referencia a memoria para buscar el dato Rápido Rango limitado Dirección Directa El campo de dirección contiene la dirección del operando Dirección efectiva (EA) = Campo de dirección (A) e.g. ADD 32 Suma el contenido de la celda 32 con el acumulador Busca el operando en la posicion 32 Referencia única a memoria No requiere calculos adicionales para determinar la dirección Espacio de dirección limitado Dirección Directa Dirección Indirecta (1) Opcode Instrucción Dirección A Memoria Operando El operando se encuentra en una celda de de memoria apuntada por el contenido de la posición apuntada por el campo de dirección EA = (A) Buscar en A, Encontrar la dirección (A) y buscar el operando e.g. ADD (A) Add el contenido de la celda de memoria apuntada por el contenido de A con el acumulador

7 Dirección Indirecta (2) Mayor espacio de dirección 2 n donde n = ancho de la palabra Puede ser anidada, multinivel, en cascada ej. EA = (((A))) Multiples accesos a memoria para encontrar el operando >>>Lento Dirección Indirecta Instruction Opcode Address A Memory Pointer to operand Operand Dirección por Registro (1) Es en terminos generales, directo El operando esta en un registro referenciado en el campo de dirección EA = R Número de registros limitado Se necesitan campos de dirección mas pequeños Instrucciones mas cortas Búsquedas de direcciones mas rápidas Dirección por Registro(2) No necesita acceder a memoria Ejecución mas rápida Espacio de direcciones muy limitado Multiples registros mejoran el rendimiento

8 Dirección por Registro Instruction Opcode Register Address R Registers Operand Dirección Indirecta por Registro Dirección Indirecta EA = (R) El operando está en la posición de memoria apuntada por el contenido del registro R Amplio espacio de direcciones (2 n ) Requiere un solo acceso a memoria para leer el operando Dirección Indirecta por Registro Instruction Opcode Register Address R Registers Memory Dirección por desplazamiento EA = A + (R) El campo de dirección contiene dos valores: A = valor base R = registro que contiene el desplazamiento o vice versa Pointer to Operand Operand

9 Dirección por desplazamiento" Instruction Opcode Register R Address A Registers Memory Dirección Indizada A = base R = desplazamiento (autoincrementado) EA = A + R Eficiente direccionando arreglos EA = A + R R++ Pointer to Operand + Operand Dirección de pila El operando está (implicitamente) en el tope de la pila Ej: ADD: Saca dos elementos del tope de la pila y coloca su suma Formatos de Instrución Distribución de los bits en una instrucción Incluye el opcode Incluye (implicita o explicitamente) los operandos Generalmente hay mas de un formato de instrucción en un conjunto de instrucciones

10 Longitud de Instrucción Afectada por y afecta a: Tamaño de la Memoria Organización de la memoria Estructura del Bus Complejidad del CPU Velocidad del CPU Compromiso entre disponer de un repertorio de instrucciones poderoso y ahorrar espacio Asignación de Bits Factores: # de Modos de direccionamiento Numero de operandos # de Registos # de conjuntos de registros Rango de direcciones Granularidad de las direcciones (palabras vs bytes)