Представление инструкций в компьютере

Инструкция — это команда, отдаваемая компьютерному процессору компьютерной программой. Каждая инструкция представляет собой последовательность нулей и единиц. Они помогают в описании физической операции, которую должен выполнять компьютер. Регистры используются для временного хранения данных и выполнения операций, на которые нацелена инструкция.

Описание полей ARM:

1. Код операции представляет основную операцию инструкции.
2. R _d представляет операнд назначения регистра. Здесь сохраняется результат, полученный в результате выполнения операции.
3. R _n представляет первый операнд-источник регистра.
4. Операнд2 представляет собой второй исходный операнд (в случае инструкций по обработке данных) и смещение (адрес) в случае инструкций по передаче данных.
5. Я представляю Непосредственное, если

• I = 0, то регистрируется второй исходный операнд.
• I = 1, тогда второй исходный операнд является 12-битным непосредственным (постоянным).

6. S представляет собой код состояния установки. Это связано с инструкцией условного перехода.
7. Условие представляет Условие. Это связано с инструкцией условного перехода.
8. F представляет формат инструкции, если

• F = 0, тогда это формат обработки данных
• F = 1, тогда это формат передачи данных

Различные форматы инструкций:

1. Обработка данных (DP): включает общие арифметические операции (например, сложение, вычитание и т. д.).

2. Передача данных (DT): включает операции передачи данных (например, загрузка, сохранение).

Представительство ARM Field:

Каждая инструкция имеет длину 32 бита. На рисунке приведенная выше информация представлена в виде таблицы. Здесь,

Reg refers to the Register numbers between 0 and 15.
Constant: 12 bit constant
Address: 12 bit address

Кодировка инструкций ARM также представлена на рисунке ниже.

Кодировка инструкций ARM:

Каждый из сегментов инструкции называется полем . Код операции, содержащий 4 бита (для DP) и 6 бит (для DT), указывает тип операции, которую выполняет инструкция. (Пример: сложение, вычитание и т. д. в случае DP и загрузка или сохранение в случае DT). R _n , содержащий 4 бита, дает номер регистра, который является первым исходным операндом. Операнд2, содержащий 12 бит, дает другой исходный операнд для операции, которая должна быть выполнена инструкцией. R _d , содержащий 4 бита, дает номер регистра, который должен получить сумму, и называется регистром назначения .

Примечание :

1. Несмотря на то, что несколько форматов (DP и DT) усложняют аппаратное обеспечение, сложность снижается за счет сохранения одинаковых форматов.
2. Первые два поля и последние три поля двух форматов имеют одинаковый размер и четыре из них имеют одинаковые имена.
3. Длина поля кода операции в формате DT (6 бит) равна сумме длин трех полей формата DP (код операции , S, I: 4+1+1 бит ).
4. На рисунках числа представлены в десятичной системе счисления, но на самом деле они хранятся в двоичном виде (0 и 1).

Преобразование инструкций ARM в машинные инструкции:

Пример 1: Рассмотрим эту инструкцию ARM.

ДОБАВИТЬ r3,r1,r2

Значения полей представлены в таблице. Числа хранятся в двоичном виде.

I = 0 because here the second source operand is a register but not a constant.
Opcode = 4(0100) corresponds to the Addition operation.
Since, it is an arithmetic operation, F = 0.

The value in,

           R_n field is 1. (Because r1 is the first source operand)
           Operand2 is 2. (Because r2 is the second source operand)
           R_d field is 3. (Because r3 is destination register in which result achieved by 
                                adding contents of registers r1 and r2 is stored)

Пример 2: Рассмотрим эту инструкцию ARM.

SUB r2,r2,#6

I = 1 because here the second source operand is a constant.
Opcode = 2(0010) corresponds to the Subtraction operation.
Since, it is an arithmetic operation, F = 0.

The value in, 

          R_n field is 2. (Because r2 is first source operand)
          Operand2 is 6. (Constant)
          R_d field is 2. (Because r2 is destination register in which result achieved by subtracting 6 from r2 is stored).

Пример 3: Рассмотрим эту инструкцию ARM.

ЛДР r4,[r3,#24]

Opcode = 24(011000) corresponds to the Load operation.
Since,it is a data transfer operation, F = 1.

The value in,

        R_n field is 3. (Because r3 is first source operand).
        Address is 32. (offset to be added to the base register r3)
        R_d field is 4.

Таким образом, инструкции по сборке ARM преобразуются в машинные инструкции.

Полнота инструкции:

Набор инструкций считается полным, если инструкции относятся к каждой из следующих категорий:

1. Арифметика, логика и инструкции сдвига.
2. Инструкции по передаче данных (т. е. загрузка и сохранение).
3. Инструкции ввода-вывода.
4. Инструкции управления программой включают в себя инструкции, которые проверяют условия состояния с помощью флагов.