Система команд специализированного вычислителя БВЦ ТАКТ51

Состав системы команд и структура команд неразрывно связаны с архитектурой вычислительной системы.

В блоке цифрового вычислителя ТАКТ.51.51.000, как и во всех цифровых машинах с программным управлением, процесс переработки информации в итоге слагается из выполнения последовательности арифметических, логических и других операций. Тип каждой исполняемой операции, местоположение операндов, указание, куда поместить результат, и другая необходимая управляющая информация определяются командой, представленной в виде условного двоичного кода.

Система команд блока цифрового вычислителя — одноадресная. Для выполнения каждой операции требуется отдельная команда. При работе вычислителя команды исполняются одна за другой, так как они расположены в последовательных ячейках памяти, за исключением команд передачи управления, пропуска и обработки прерывания.

Текущий адрес команды находится в счетчике команд (СК). При естественном порядке выполнения команд из последовательных ячеек памяти СК увеличивается на единицу после выборки однословной команды и на два после выборки двухсловной команды.

Виды адресации в БВЦ:

• · абсолютная и относительная (страничная);
• · прямая и косвенная.

Адресация ячеек памяти в ОЗУ и ПЗУ БВЦ сквозная, начиная с ОЗУ. Диапазон адресов ОЗУ 0000₈-0777₈, диапазон адресов ПЗУ 1000₈-7777₈. Для обеспечения возможности обращения в любую ячейку памяти с помощью 12-разрядной команды в БВЦ используется страничная организация памяти. С этой целью вся память делится на страницы. Так как общий объем памяти 4096 ЯП (5I2 — ОЗУ, 3584 — ПЗУ), то память имеет всего 32 страницы. Нумерация страниц проводится в двоичном коде, начиная с нулевой страницы ОЗУ. Длина страницы памяти составляет 128 (200₈) ЯП, поэтому в ОЗУ располагаются только четыре первые страницы, начиная с нулевой. Таким образом, максимальный относительный адрес равен 0177₈, т. е. в пределах текущей страницы, а максимальный абсолютный — 7777₈.

Адресные команды обращения к памяти могут непосредственно адресовать одно из 256 слов: 128 слов в нулевой странице и 128 слов в текущей странице. Текущей страницей называется страница памяти, в которой хранится выполняемая команда.

В адресной команде выделен один разряд (4-й разряд — признак страницы ПСТ), указывающий, к какой странице производится обращение — к нулевой (если 4-й разряд содержит 0) или текущей (если 4-й разряд содержит 1). Для обращения к любой другой странице введено понятие косвенной адресации.

При косвенной адресации в адресной части команды указывается адрес ЯП, в который записан 12-разрядный адрес слова. При непосредственной (прямой) адресации, в отличие от косвенной, в адресной части команды указывается адрес ЯП, в который записано само слово. Для записи признака прямой или косвенной адресации в команде также выделен один разряд (3-й разряд — признак адресации ПКА). При наличии 1 в 3-м разряде выполняется косвенная адресация, а, при 0 — прямая.

На нулевой странице находятся модифицируемые ячейки памяти (в диапазоне 0010₈-0017₈). При обращении к ячейкам памяти из этого диапазона их содержимое сначала увеличивается на единицу, а уже затем выполняется предписанное действие.

Система команд вычислителя имеет обширный набор команд, обеспечивающий выполнение более 260 видов операций. По назначению команды вычислителя можно сгруппировать в следующие классы:

• · адресуемые команды или команды обращения к памяти;
• · безадресные команды;
• · специальные команды;
• · арифметические команды;
• · команды управления дополнительной памятью;
• · команды обмена с внешними устройствами.

Рассмотрим каждый класс команд отдельно.

1. Адресные (адресуемые) команды.

В адресных (адресуемых) командах кроме КОДа указывается адрес ЯП ЗУ, к которой необходимо обратиться за очередным адресом, операндом или для записи результата выполнения действия. Адресных команд шесть.

Это команды:

• · Логическое умножение (КОД 000₂) — И;
• · Сложение (КОД 001₂) — СЛ;
• · Конец цикла (КОД 010₂) — КЦ;
• · Запись (КОД 011₂) — ЗРС;
• · Безусловная передача управления с возвратом (КОД 100₂) — БВП;
• · Безусловная передача управления (КОД 101₂) — БП.

Логическое умножение.

Код команды 000 показывает, что это команда «Логическое умножение», которая определяет операцию конъюнкций РС:=РС? П[А].

Регистру сумматора присваивается значение регистра сумматора, поразрядно логически умноженное на содержимое ЯП по адресу «А» согласно правилу логического умножения. Разряд знака умножается на общих основаниях. После выполнения операции содержимое ЯП с адресом «А» не изменяется.

Сложение.

Код команды 001₂ показывает, что это адресная команда «Сложение», которая определяет операцию:

РС:=РС+П[А].

В РС после выполнения данной команды будет занесено значение бывшего в РС операнда, суммированное со значением операнда, взятым из памяти по адресу «А» (адресу слова).

Конец цикла.

Код команды 010₂ показывает, что это команда «конец цикла», которая определяет операцию П[А]: =П[А]+1.

По этой команде производится алгебраическое сложение содержимого ЯП с адресом «А» с единицей. Результат снова заносится в ЯП с адресом «А» и анализируется. Если содержимое ЯП не равно нулю, то выполняется очередная команда, обеспечивающая возврат к началу цикла. Адрес этой команды формируется в счетчике команд в результате операции СК:=СК+1.

Как только в ЯП появится ноль, содержимое СК увеличится на два СК:=СК+2.

и следующая команда (команда зацикливания «БП») пропускается. Таким образом, прекращается выполнение цикла и идет продолжение программы.

Запись.

Код команды 011₂ показывает, что это команда «Запись», которая определяет операции П[А]: =РС; РС:=0.

В ЯП по адресу «А» записывается содержимое РС, после чего РС обнуляется. Предыдущее значение ЯП стирается.

Безусловная передача управления с возвратом.

Код команды 100₂ показывает, что эта команда «Безусловная передача управления возвратом», которая определяет операции:

П[А]: =СК+1; СК:=П[А+1].

В ЯП по адресу «А» записывается содержимое СК, увеличенное на единицу (сформированный адрес возврата на продолжение программы). Управление передается команде, адрес которой находится в ЯП «А+1». В конце подпрограммы выполняется команда БП на ЯП с адресом «А» .

Безусловная передача управления.

Код команды 101₂ показывает, что эта команда «Безусловная передача управления», которая определяет операцию СК:=П[А].

Управление передается команде, адрес которой находится в ЯП с адресом «А», для чего содержимое ЯП записывается в СК. Таким образом, обеспечивается безусловный переход на другие участки программы.

Команды обмена с внешними устройствами Команды обмена с внешними устройствами имеют КОД 6₈. С помощью команд обмена осуществляется обмен информацией между ВЧУ и периферийными блоками (устройствами) по интерфейсному каналу и прием информации от блока ввода данных БВД. К этой же группе команд относятся команды управления режимом обмена и обработки прерывания интерфейса, а также команды управления дополнительной памятью.

Безадресные команды.

Безадресные команды имеют КОД 7₈ (111₂). Команды этого типа не требуют обращения к памяти. В них 3…11-й разряды используются под код операции. Все безадресные команды делятся на две основные группы. Первая группа характеризуется наличием 0 в 3-м разряде. Вторая группа безадресных команд характеризуется единицей в 3-м разряде и нулем в 11-м разряде.

Команды этой группы служат для кодирования операций обнуления и инвертирования регистра сумматора и дополнительного триггера, циклического сдвига РС в ТД вправо (влево) на один (два) разряда и увеличения на «1» содержимого РС.

Команды этой группы служат для кодирования операций обнуления РС, останова программы и операций, осуществляющих различного рода пропуски следующей команды по условию.

Специальные команды имеют код 7₈ и характеризуются наличием 1 в 8-м и 9-м разрядах. Специальные команды служат для кодирования операций: записи в РС содержимого регистров маски, ошибок, состояния программы и счетчика времени, установки и сброса регистров маски и маски контроля, записи содержимого счетчика команд в память, выдачи требуемой последовательности импульсов, проверки схем контроля. Для кодирования этих операций служат 4, 5, 10 и 11-й разряды. Специальные команды бывают однои двухсловные.

Однословные специальные команды.

Количество однословных специальных команд — восемь. Однословные команды не требуют обращения к памяти (за исключением команды «ЗСК»).

Двухсловные специальные команды.

К двухсловным специальным командам относятся: команды обращения к устройству выдачи последовательностей и команда проверки контроля (идентификатор — ПК). Команда ПК используется для проверки исправности следующих схем контроля: тактового генератора, блока местного управления ОЗУ, на четность СК, РА, РЧ, РК и др. Проверка осуществляется путем имитации неисправности отдельно в каждом из контролируемых устройств. Если проверяемая схема контроля исправна, то возникает прерывание по аппаратному контролю. Если схема контроля неисправна, то управление передается следующей команде. Команда ПК занимает две расположенные друг за другом ячейки памяти. В первой ячейке записывается сама команда, во второй — слово, где в соответствующих разрядах указывается проверяемая схема контроля.

Арифметические команды.

Арифметические команды имеют код 7₈ и характеризуются наличием «1» в 3-м и 11-м разрядах. Команды этого типа имеют идентификатор «АК» и делятся на две группы. К первой группе относятся однословные команды, не требующие обращения к памяти. Арифметические команды второй группы являются двухсловными и требуют обращения к памяти.

Однословные арифметические команды.

Разряды 4, 5, 6, 7 и 10 в командном слове используются для кодирования операций обмена между регистрами РС, РД (регистр дополнительный) и СС (счетчик сдвигов). Однословные арифметические команды микропрограммируются для выполнения непротиворечивых логических операций.

Двухсловные арифметические команды.

Команды инвертирования, умножения и деления, сдвиги влево и вправо. Команды этого типа занимают две расположенные друг за другом ячейки памяти. В первой ячейке записывается собственно команда, во второй — операнд или адрес ячейки, в которой находится операнд. В арифметическом регистре команд (РКА) устройства управления записываются 6, 8, 9 и 10-й разряды командного слова, которые определяют код арифметической операции. Тип информации (операнд или адрес операнда), расположенной во втором слове арифметической команды, определяется специальным триггером модификации ТМ.