Машинные языки
Машинные языки
Центральный процессор современного компьютера — это устройство, исполняющее команды. Полный набор команд конкретного процессора называют машинным языком или системой команд (иногда систему команд называют также архитектурой, но это слово слишком перегружено различными значениями).
Различные процессоры часто имеют одну и ту же" (или слабо варьирующую) систему команд — например, процессоры Intel 80386, 486, Pentium, Pentium II, AMD Кб, Athlon и т. д. — далее в тексте книги мы будем называть все эти процессоры х86.
Процессоры, которые могут исполнять программы на одном и том же машинном языке, называются бинарно-совместимыми. Отношение бинарной совместимости не всегда симметрично: например, более новый процессор может иметь дополнительные команды — тогда он будет бинарно-совместим с более старым процессором того же семе,йства, но не наоборот. Нередко бывает и так, что более новый процессор имеет совсем другую систему команд, но умеет исполнять программы на машинном языке старого процессора в так называемом режиме совместимости — например, все процессоры семейства х86 могут исполнять программы для Intel 8086 и 80286. Некоторые ОС для х8б даже предоставляют возможность собрать единую программу из модулей, использующих разные системы команд.
Еще более обширны семейства процессоров, совместимые между собой по языку ассемблера. Такая совместимость означает всего лишь, что каждая команда одного процессора имеет полный функциональный аналог в системе команд другого, это дает возможность автоматизировать преобразование программ из одного машинного языка в другой. Так, Intel 8086 совместим по языку ассемблера с более ранними процессорами той же фирмы, 8080 и 8085.
Как уже говорилось, асимметрия отношений совместимости обычно направлена от предыдущего поколения процессоров к следующему: более новое (как правило, более мощное) устройство совместимо со своим более старым аналогом, но не наоборот, поэтому часто говорят о совместимости снизу вверх. Это отношение позволяет нам не только классифицировать вычислительные системы по поколениям, но и выделять в разных поколениях предка и совместимых с ним потомков, а в пределах одного поколения находить "братьев" и более дальних родственников.
Прослеживание генеалогий систем команд современных процессоров — увлекательное занятие, которому посвящено немало публикаций, например (jbayko vl2.1.2]. Иногда, кроме бинарной и ассемблерной совместимостсй, при построении таких генеалогий учитывают и столь размытое понятие, как концептуальное родство — и тогда, например, процессоры Motorola 680x0 оказываются родней DEC PDP-11.
Наборы команд различных процессоров отличаются большим разнообразием, однако есть операции, которые в той или иной форме умеют выполнять все современные процессоры.
Во-первых, это арифметические операции над целыми числами в двоичном представлении. Даже в наше время многие микроконтроллеры предоставляют только операции сложения и вычитания, но процессоры современных компьютеров "общего назначения" все без исключения умеют также умножать и делить, при чем не только целые, но и "вещественные" числа (в разд. Представление рациональных чисел мы видели, чем такие числа отличаются от того, что называется вещественным числом в математическом анализе и производных от него дисциплинах). Некоторые специализированные процессоры предоставляют и более экзотические математические функции, например отдельные шаги алгоритма дискретного преобразования Фурье.
Но самая главная команда (или, точнее, самое главное семейство команд), которая и делает процессор полностью программируемым, — это команда перехода, точнее, как минимум две команды: безусловного и условного перехода. На практике большинство современных процессоров имеют по несколько команд безусловного перехода (с разными механизмами вычисления адреса точки перехода), а также до десятка, а иногда и более, команд условного перехода по различным условиям.
