|
Форматы команд MMIX
Структура команд процессора для выполнения различных операций может несколько отличаться: например заранее ясно, что инструкции сложения и условного перехода функционально не похожи настолько сильно, что вполне могут по-разному хранить внутри себя необходимую информацию. Распределение битов команды между отдельными ее частями часто называют форматом команды.
MMIX использует 5 форматов операций. Опишем их, сохраняя введенную Д.Кнутом нумерацию. Напомним читателю, что каждая команда занимает 32 бита, т.е. 4 байта.
Формат 0
Используется довольно редко, только для немногочисленных системных инструкций (я насчитал всего три, и все достаточно экзотические). Существенным является только код операции, остальная часть команды произвольна.
| ОП |
При первом знакомстве этот формат смело можно пропустить, поэтому никаких примеров и дополнительных сведений здесь не приводится.
Формат 1
Данный формат в MMIX является основным. Помимо кода операции, задаются адреса трех регистров: в первый из них ($X) заносится результат выполнения операции, а второй и третий ($Y и $Z) позволяют сослаться на исходные данные (операнды).
| ОП | $X | $Y | $Z |
В наиболее общем виде рассматриваемый тип операций можно сформулировать в виде “установить регистр $X в соответствии с результатом операции над регистрами $Y и $Z”.
Операция может быть любой: арифметической, логической или даже записью или чтением из ячейки памяти. Вот несколько примеров:
20 03 01 02 – сложить регистры $1 и $2, результат поместить в $3;
C8 06 04 05 – выполнить логическую операцию И над регистрами
$4 и $5, результат поместить в $6;
AC 07 08 09 – сохранить значение регистра $7 в ячейку памяти с
адресом, равным сумме значений регистров $8 и $9.
Формат 2
Фактически является разновидностью предыдущего формата. Единственное отличие состоит в том, что вместо последнего регистра указывается константа – беззнаковое целое значение от 0 до 255.
| ОП | $X | $Y | Z |
Например: 21 03 01 02 – к содержимому регистра $1 прибавить 2, результат поместить в $3 (сравните с первым примером из предыдущего пункта). Обратите внимание на то обстоятельство, что большинство инструкций MMIX допускает оба формата, причем коды одноименных операций форматов 1 и 2 всегда отличаются на единицу.
Формат 3
Кроме кода операции задается единственный регистр $X и двухбайтовая константа от 0 до 655353, обозначенная на рисунке YZ.
| ОП | $X | YZ |
Формат используется в двух различных случаях:
В первом случае непосредственно заданная в команде константа YZ указанным в коде операции способом воздействует на содержимое регистра $X. Например, команда с кодом E1 03 FFFF устанавливает значение регистра $3 равным 0000 FFFF 0000 0000, т.е. в определенную пару байт заносится указанная константа FFFF, а остальные байты обнуляются.
Во втором случае анализируется содержимое регистра $X и в случае выполнения условия, определяемого кодом операции, к адресу текущей команды добавляется 4*YZ байт, т.е. осуществляется условный переход через заданное число инструкций. Так инструкция с кодом 42 05 0004 в случае нулевого содержимого регистра $5 пропустит 4 следующих после нее команды программы.
Подчеркнем, что значение смещения YZ в командах перехода MMIX может быть как положительным, так и отрицательным, а коды инструкций "вперед по программе" или "назад" отличаются на единицу.
Формат 4
Объединяет 3 последних байта в одну большую беззнаковую константу.
| ОП | XYZ |
Используется довольно редко: для реализации "длинных" безусловных переходов и в двух достаточно сложных системных командах. Примеры рассматривать не будем.
P.S. Форматы команд здесь описаны по данным Д.Кнута. Но, честно говоря, есть еще несколько специфических форматов для 1-2 операций каждый, не отраженных на данной страничке.
© Е.А.Еремин, 2002
Статья:
Еремин Е.А. MMIX – учебный RISC-процессор нового тысячелетия от Дональда Кнута. - Газета "Информатика", 2002, N 40, с.18-27
