2.6 Formato de instrucciones

2.5. Formato de las instrucciones
Representación binaria de las instrucciones en el computador.
La secuencia de bits se divide en campos que especifican la operación
y los operandos.
Representación sencilla:
Representación más compleja:
1
Tamaño de las instrucciones: aspecto básico del diseño del formato.
Compromiso entre:
- Repertorio de instrucciones potente (más operaciones, más
operandos, más modos de direccionamiento y mayor rango de
direcciones (más registros)): más bits para codificar.
- Programas cortos: instrucciones cortas y de longitud fija.
- Sencillez del hardware de captación y decodificación de las
instrucciones: tamaño de las instrucciones fijo e igual al tamaño de la
palabra de la máquina.
Los direccionamientos implícito e indirecto, permiten acortar el tamaño
de la instrucción.
2
Codificación de los modos de direccionamiento
Según el número de modos de direccionamiento que tenga una
arquitectura:
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Características de los formatos de instrucción que deben tener las
arquitecturas:
- Cada computador tiene unos pocos formatos: cada instrucción se
ajusta a uno de ellos. Cuantos menos más sencilla la unidad de
control.
- Son sistemáticos: campos del mismo tipo tienen la misma longitud y
ocupan el mismo sitio dentro de la instrucción (código de operación
el primero). Simplifica la decodificación de la instrucción.
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Ejemplos de formatos de instrucciones
IBM 360
16 registros de tipo general: 0 – 15
Palabra de 32 bits
Modos de direccionamiento del computador:
- inmediato (8 bits)
- registro: Ri (4 bits)
- almacenamiento (base + desplazamiento): Bi (registro base), Di
(desplazamiento de 12 bits)
- indexado: Xi (registro índice), Bi (registro base), Di (desplazamiento)
Tiene 5 formatos de instrucción, según los modos de direccionamiento.
2 o 3 operandos explícitos, cada uno mediante un modo de
direccionamiento determinado.
5
6
Veamos ejemplos de instrucciones (RR, RS y SI) del IBM 360:
Especificación de las instrucciones:
Descripción Código
mnemónico
Suma
ADR
normalizada
larga
Salta si
BXH
índice alto
Movimiento MVI
inmediato
Código
Formato Especificación de
operación instrucc. los operandos
2A
RR
R1, R2
86
RS
R1, R3, D2(B2)
92
SI
D1(B1), inmediato
ADR 3, 4
equivale a 0x2A34
BXH 5, 8, X’6B8’(7) equivale a 0x865876B8
MVI X’A49’(6), X’3F’ equivale a 0x923F6A49
7
El VAX
Formato de instrucción muy flexible: código de operación de 8 bits,
seguido de un máximo de cinco especificadores de operando:
8
Cada especificador de operando se compone de dos o tres partes:
1. Código del modo de direccionamiento (4 bits):
-
5: registro
0xC: base + desplazamiento (de 16 bits)
0xA: base + desplazamiento (de 8 bits)
Para especificar un operando inmediato los 2 bits más significativos
son 00 y los 6 bits restantes (2 + 4 del campo registro) se utilizan
para codificar el valor del operando.
2. Especificación de registro (4 bits).
3. Especifica
opcionalmente
un
desplazamiento
en
direccionamiento base + desplazamiento (8, 16 ó 32 bits).
el
Veamos algunos ejemplos de instrucciones del VAX:
9
10
Ejemplos:
Dar la instrucción máquina equivalente a:
CLRL R13
equivale a 0xD45D
MOVW 362(R3), 67(R12)
equivale a 0xB0C36A01AC43
ADDL3 #58, R1, 55(R11)
equivale a 0xC13A51AC37
11
Formatos de instrucción de la MIPS (3 de 32 bits)
12
13
1. Tipo R (Registro)
-
opcode: código de operación primario, cuyo valor es cero.
rs: especificador de registro fuente.
rt: especificador de registro objetivo (fuente/destino).
rd: especificador de registro destino.
sa: cantidad de desplazamiento.
function: campo función, especifica la operación.
Utilizado para instrucciones aritméticas y lógicas:
14
(1.1) Tres operandos en registros
ADD rd, rs, rt
(rd ← rs + rt)
SUB rd, rs, rt
(rd ← rs - rt)
15
Ejemplos
Modo de direccionamiento registro:
16
(1.2) Dos operandos en registros
SLL rd, rt, sa
(rd ← rt << sa)
(Desplaza rt, sa posiciones a la izquierda, y pone el resultado en rd)
Ejemplo
sll $7, $3, 5 =
0
X
3
7
5
0
17
Divide rs por rt, deja el cociente en LO y el resto en HI.
Ejemplo
DIV $8, $9
0
8
9
X
X
0x1A
=
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2. Tipo I (Inmediato)
- opcode: especifica la operación.
Para instrucciones:
(2.1) de transferencia de datos (carga/almacenamiento):
- rs: registro base.
- rt: registro fuente/destino.
- offset: desplazamiento.
(2.2) de salto condicional:
- rs y rt: para establecer la condición.
- offset: desplazamiento.
(2.3) instrucciones con operandos inmediatos:
- rs: operando fuente.
- rt: operando destino.
- offset (inmediate): operando fuente.
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(2.1) Instrucciones de carga/almacenamiento
LW rt, offset(base)
(rt ← memory[base+offset])
SW rt, offset(base)
(memory[base+offset] ← rt)
20
Ejemplos
21
Existen instrucciones distintas para los diferentes tamaños de dato
(i) Load Byte
(ii) Load Half Word
(iii) Load Word
En todos los casos, el direccionamiento para el segundo operando es
base (registro rt) + desplazamiento (offset)
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(2.2) Instrucciones de salto condicional (bifurcación)
BEQ rs, rt, offset
(if (rs = rt) then branch)
Operación: tgt_offset ← sign_extend(offset || 02)
condition ← (GPR[rs] = GPR[rt])
if (condition) then PC ← PC + tgt_offset endif
An 18-bit signed offset (the 16-bit offset field shifted left 2 bits) is added
to the address of the instruction following the branch (not the branch
itself), to form a PC-relative effective target address.
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Ejemplos
beq $19, $20, 6205
bne $19, $20, 6205
Estas instrucciones saltarían a la instrucción
instrucciones más adelante en memoria.
que
está
6206
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El modo de direccionamiento es relativo al contador de programa.
En este modo, se especifica el desplazamiento (en número de
instrucciones), con respecto al PC, donde está la instrucción destino del
salto: dirección destino = PC + desplazamiento * 4.
Las instrucciones de bifurcación pueden saltar 215-1 instrucciones hacia
delante y 215 hacia atrás.
En el ejemplo, si la instrucción “beq $19, $20, 6205” está en la dirección
5300, la dirección de la instrucción destino del salto sería:
PC + (6205 * 4) = 5304 + 24820 = 30124
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(2.3) Instrucciones con un operando inmediato
Para operaciones con constantes
ADDI rt, rs, immediate (rt ← rs + immediate)
Ejemplo
Modo de direccionamiento inmediato.
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3. Tipo J (Salto)
Operación: PC ← PC32..28 || instr_index || 02
Modo de direccionamiento pseudodirecto: la dirección de salto son los
26 bits menos significativos de la instrucción, desplazados 2 posiciones
a la izquierda y concatenados con los 4 bits más significativos del PC.
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