บทที่ 8 รูปแบบของคำสั่งและการบ่งตำแหน่งที่อยู่

  

      ในระบบคอมพิวเตอร์ จะทำงานกับข้อมูลหรือคำสั่งที่เป็นรหัส ไบนารี ข้อมูลหรือคำสั่งแต่ละชุดประกอบด้วยรหัสไปนารีหลายๆบิต อาจเป็น 8, 16 หรือ 32 บิต เรียงเข้ากัน เรียกว่า 1 เวิร์ด ในโปรเซสเซอร์ เวิร์ด 1 เวิร์ดจะใช้เป็นรหัสแทนสิ่งต่อไปนี้คือ เลขหนึ่งจำนวน ตำแหน่งในหน่วยความจำ อักษรหนึ่งตัว สัญลักษณ์หนึ่งตัวและแทนคำสั่งการทำงาน

  8.1 รหัสที่ใช้แทนอักขระ

            1)   รหัสแอสกี
                       รหัสแอสกี (ASCII)   เป็นเป็นรหัสที่กำหนดขึ้นโดยหน่วยงานกำหนดมาตรฐานของสหรัฐอเมริกา ย่อมาจาก American Standard Code for Information Interchange  เป็นรหัส 8 บิต ใช้แทนสัญลักษณ์ต่าง ๆ ได้256 ตัว นิยม ใช้กันแพร่หลายกับระบบคอมพิวเตอร์ทั่วไปและระบบสื่อสารข้อมูล

จากหลักการของระบบเลขฐานสอง แต่ละบิตสามารแทนค่าได้ 2 แบบ คือ เลข 0 หรือเลข 1 ถ้าเราเขียนเลขฐานสอง เรียงกัน 2 บิต ในการแทนอักขระ เราจะมีรูปแบบในการแทนอักขระได้ 2 หรือ 4 รุปแบบคือ 00 ,01 ,10 ,11ดังนั้นในการใช้รหัสแอสกีซึ่งมี 8 บิต ในการแทนอักขระแล้ว เราจะมีรูปแบบที่ใช้แทนถึง 28 หรือ 256 รูปแบบ ซึ่งเมื่อใช้แทนตัวอักษรภาษาอังกฤษแล้ว ยังมีเหลืออยู่ สำนักงานมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม หรือ สมอ.จึงได้กำหนดรหัสภาษาไทยเพิ่มลงไปเพื่อให้ใช้งานร่วมกัน

             2)    รหัสเอ็บซีดิก
                         รหัสเอ็บซีดิก (EBCDIC) เป็นคำย่อมาจาก Extended Binary Coded Decimal Interchange Codeพัฒนาและใช้งาน โดยบริษัทไอบีเอ็ม เครื่องคอมพิวเตอร์เมนเฟรมของไอบีเอ็มยังคงใช้รหัสนี้ การกำหนดรหัสจะใช้ 8 บิต หรือ 1 ไบต์ ต่อหนึ่งอักขระ เหมือนกับรหัสแอสกี แต่รูปแบบของรหัสที่กำหนดจะแตกต่างกัน

 โครงสร้างรหัสเอ็บซีดิก มีดังนี้

                         บิตที่                    รหัส                             ประเภทของตัวอักขระ

                               0 - 1                      01                       สัญลักษณ์ต่าง ๆ
                                                            10                       ตัวหนังสือภาษาอังกฤษแบบพิมพ์ตัวเล็ก
                                                            11                       ตัวหนังสือภาษาอังกฤษแบบพิมพ์ตัวใหญ่และตัวเลข
                               2 - 3                      00                                      A - I
                                                            01                                      J - R
                                                            10                                      S - Z
                                                            11                                      ตัวเลข
                               4 - 7                                                 รหัสแทนอักขระแต่ละตัวในกลุ่ม

            3)   รหัสยูนิโค้ด 

                       รหัสยูนิโค้ด (Unicode) เป็นรหัสที่สร้างขึ้นมาในระยะหลังที่มีการสร้างแบบตัวอักษรของภาษาต่าง ๆ รหัสยูนิโค้ด เป็นรหัสที่ต่างจาก 2 ชนิด ที่ได้กล่าวมา คือใช้เลขฐานสอง 16 บิต ในการแทนตัวอักษร เนื่องจากที่มาของการคิดค้นรหัสชนิดนี้ คือ เมื่อมีการใช้งานคอมพิวเตอร์ในหลายประเทศและมีการสร้างแบบตัวอักษร (font) ของภาษาต่าง ๆ ทั่วโลกในบางภาษา เช่น ภาษาจีน และภาษาญี่ปุ่น เป็นภาษาที่เรียกว่าภาษารูปภาพ ซึ่งมีตัวอักษรเป็นหมื่นตัว หากใช้รหัสที่เป็นเลขฐานสอง 8 บิต เราสามารถแทนรูปแบบตัวอักษรได้เพียง 256 รูปแบบซึ่งไม่สามารถแทนตัวอักษรได้ครบ จึงสร้างรหัสใหม่ขึ้นมาที่สามารถ แทนตัวอักขระได้ถึง 65,536 ตัว ซึ่งมากพอและสามารถแทนสัญลักษณ์กราฟิกและสัญลักษณ์ทางคณิตศาสตร์ได้อีกด้วย

  8.2 รูปแบบคำสั่ง

ไมโครโปรเซสเซอร์ไม่ว่าจะผลิตจากบริษัทไหนก็แล้วแต่ จะมีชุดคำสั่งประจำไมโครโปรเซสเซอร์เบอร์นั้น พื้นฐานคือคำสั่งจะอยู่ในลักษณะไบนารี คำสั่งหนึ่งคำสั่งอาจประกอบด้วยไบต์เดียวหรือสองไบต์ สามไบต์ สี่ไบต์ ก็ได้แล้วแต่กรณี ไบต์แรกของคำสั่งเรียกว่าออปโค้ด ไบต์ส่วนที่เหลือเรียกว่า โอเปอร์แรนด์

องค์ประกอบของคำสั่งภาษาเครื่อง

ภายในเครื่องคอมพิวเตอร์ คำสั่งแต่ละคำสั่งจะอยู่ในรูปของกลุ่มบิต คำสั่งจะถูกแบ่งออกเป็นเขตข้อมูลหลายส่วนซึ่งใช้แสดงแทนองค์ประกอบแต่ละส่วน ชุดคำสั่งส่วนใหญ่ใช้รูปแบบคำสั่งมากกว่าหนึ่งแบบเสมอ ในระหว่างทำการประมวลผล คำสั่งจะถูกอ่านเข้าไปในรีจิสเตอร์คำสั่ง ที่อยู่ภายในซีพียู ซีพียูจะต้องสามารถดึงข้อมูลแต่ละเขตข้อมูลในรีจิสเตอร์คำสั่งไปใช้ได้อย่างถูกต้องจึงจะสามารถประมวลผลคำสั่งนั้นได้อย่างถูกต้อง

ชนิดของคำสั่ง

 คำสั่งภาษาระดับสูง เช่น ปาสคาล หรือ ฟอร์แทน ตัวอย่างเช่น X = X+Y  ประโยคนี้บอกให้คอมพิวเตอร์ นำค่าตัวแปร Y บวกกับค่าตัวแปร X แล้วเก็บผลลัพธ์ไว้ที่ X  สมมติว่าให้ใช้ชุดคำสั่งที่ง่ายต่อการทำความเข้าใจแล้ว ประโยคดังกล่าวจะถูกแปลคำสั่ง ดังนี้

1. อ่านข้อมูลที่เก็บอยู่ที่ตำแหน่ง 513 เข้ามาไว้ในรีจิสเตอร์

2. นำค่าที่เก็บอยู่ใน 514 มาบวกเข้ากับรีจิสเตอร์

3. นำผลลัพธ์ในรีจิสเตอร์ไปบันทึกไว้ที่ตำแหน่ง 513

จากตัวอย่างที่แสดงนี้ นำไปสู่การพิจารณาชนิดของคำสั่งที่จะต้องมีอยู่ในเครื่องคอมพิวเตอร์อเนกประสงค์ทั่วไป คอมพิวเตอร์ควรมีชุดคำสั่งที่ช่วยให้ผู้ใช้สามารถนำมาใช้ในการประมวลผลงานที่ต้องการได้ อีกมุมมองหนึ่งคือการพิจารณาขีดความสามารถของภาษาระดับสูง ทุกโปรแกรมที่ใช้ภาษาระดับสูงจะต้องได้รับการแปลให้กลายเป็นคำสั่งภาษาเครื่อง เพื่อที่จะได้นำไปประมวลผล

ที่อยู่อ้าอิงในคำสั่งเครื่อง

วิธีที่นิยมใช้ในการอธิบายสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์คือ การอธิบายจำนวนของที่อยู่อ้างอิง ในคำสั่งเครื่องแต่ละคำสั่ง วิธีการนี้ได้รับความนิยมน้อยลงเมื่อมีการออกแบบซีพียูมีความสลับซับซ้อนมากขึ้น

คำสั่งแต่ละคำสั่ง มีความจำเป็นจะต้องอ้างอิงที่อยู่เป็นจำนวนเท่าใด คำสั่งเกี่ยวกับคณิตศาสตร์และตรรกะ มักจะต้องการอ้างอิงที่อยู่ของตัวถูกดำเนินการมากกว่าคำสั่งชนิดอื่น โดยทั่วไปคำสั่งในกลุ่มนี้จะเป็นคำสั่งประเภท อันนารี หรือ ไบนารี ผลลัพธ์ที่ได้จากการคำนวณจะต้องถูกนำไปเก็บไว้ในหน่วยความจำ จึงอาจจะต้องอ้างอิงถึงที่อยู่แห่งที่สามในแต่ละคำสั่งนั้น

ด้วยเหตุผลดังกล่าว ทำให้น่าเชื่อว่าคำสั่งแต่ละคำสั่งจะต้องการอ้างอิงที่อยู่สี่แห่งด้วยกัน ในทางปฏิบัติแทบจะไม่มีคอมพิวเตอร์เครื่องใดที่มีการอ้างอิงอยู่มากถึงสี่แห่ง คำสั่งส่วนใหญ่จะอ้างอิงที่อยู่จำนวนระหว่างหนึ่งถึงสามที่อยู่ต่อคำสั่ง และนำที่อยู่ของคำสั่งต่อไปใส่ไว้ในรีจิสเตอร์แยกต่างหาก

8.3 ชนิดของตัวถูกดำเนินการ

คำสั่งเครื่องทำงานกับข้อมูลซึ่งสามารถแบ่งออกตามชนิดหรือประเภทได้ดังนี้

1. ตำเหน่งที่อยู่

2. ตัวเลข

3. ตัวอักษร

4. ข้อมูลภาพ

อันที่จริงตำแหน่งที่อยู่ก็เป็นข้อมูลชนิดหนึ่งในหลายกรณีมีการคำนวณเกิดขึ้นกับตัวถูกกระทำที่ถูกอ้างอิงในคำสั่งเครื่อง เพื่อกำหนดตำแหน่งที่อยู่ในหน่วยความจำหลัก หรือในหน่วยความจำเสมือน ในกรณีเช่นนี้ตำแหน่งที่อยู่จะถูกคำนวณในลักษณะเดียวกันกับเลขแบบไม่มีเครื่องหมาย

ข้อมูลตัวเลข

ภาษาเครื่องทุกชนิดจะมีข้อมูลชนิดตัวเลขไว้ใช้งาน แม้กระทั่งงานที่ไม่เกี่ยวข้องกับตัวเลขก็ยังมีความจำเป็นจะต้องใช้ตัวเลขมาช่วยในการนับ บอกความกว้างหรือขนาดของข้อมูล และอื่นๆ ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างตัวเลขที่เก็บอยู่ในคอมพิวเตอร์ คือ ตัวเลขคอมพิวเตอร์มีขนาดที่จำกัดเนื่องจากเหตุผลสองประการ ประการแรก ตัวเลขที่เก็บอยู่ในคอมพิวเตอร์นั้นถูกจำกัดขนาดด้วยรูปแบบที่ใช้อยู่ในเครื่องนั้น ประการที่สอง ในกรณีของเลขจำนวนจริงก็ถูกจำกัดขนาดด้วยระดับความเที่ยงตรงที่ต้องการนักพัฒนาโปรแกรมจึงต้องทำความเข้าใจในผลที่เกิดขึ้นจากการปัดเศษ โอเวอร์โฟลว์ และการ อันเดอร์โฟลว์

ข้อมูลตัวอักษร

รูปแบบข้อมูลที่ใช้งานทั่วไปคือ ตัวอักษร หรือข้อความ ข้อมูลที่เป็นข้อความนั้น เป็นรูปแบบ ที่สะดวกสบายต่อคน แต่ในเวลาเดียวกันก็เป็นรูปแบบที่ไม่สามารถเก็บไว้ในคอมพิวเตอร์ หรือนำไปประดิษฐ์รหัสสำหรับการเก็บข้อมูลตัวอักษรไว้ในคอมพิวเตอร์ รหัสแบบแรกที่ได้รับการออกแบบมาใช้งานคือ รหัสมอส ในปัจจุบันโค้ดรหัสที่ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายเรียกว่ารหัสแอสกี ได้รับความนิยมนำไปใช้งานทั่วโลก ตัวอักษรแต่ละตัวในรหัสนี้ถูกแทนด้วยเลขฐานสองจำนวน 7 บิต ทำให้สามารถกำหนดสัญลักษณ์ได้ 128 แบบ ซึ่งเป็นจำนวนที่มากเกินพอสำหรับตัวอักษรที่สามารถพิมพ์ออกมาทางเครื่องพิมพ์ได้ รหัสส่วนหนึ่งจึงถูกนำไปใช้เป็นรหัสควบคุมในขณะที่รหัสส่วนที่เหลือถูกนำไปใช้ในการสื่อสารข้อมูล

ข้อมูลตรรกะ

โดยปกติแต่ละเวิร์ด หรือแต่ละหน่วยสามารถอ้างอิงได้ จะถือเสมือนหนึ่งว่าเป็นข้อมูลหน่วยเดียวแต่ในบางครั้งก็มีความจำเป็นจะต้องพิจารณาข้อมูลในแต่ละหน่วยนั้นครั้งละ 1 บิต ซึ้งจะมีค่าเป็น 0 หรือ 1 เมื่อข้อมูลถูกมองในลักษณะนี้ เรียกว่าเป็นข้อมูลแบบตรรกะ

การมองข้อมูลครั้งละ 1 บิต มีประโยชน์สองประการ  ประการแรก คือ บางครั้งก็มีความจำเป็นจะต้องเก็บข้อมูลอาร์เรย์แบบบูลลีน หรือข้อมูลที่เป็นเลขฐานสองโดยตรง ซึ่งข้อมูลแต่ละตัวจะกินเนื้อที่เพียง 1 บิต เท่านั้น  การเก็บข้อมูลแบบตรรกะจึงถูกนำมาใช้งานประเภทนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ประการที่สอง คือ ในบางครั้งก็มีความจำเป็นจะต้องจัดการกับข้อมูลธรรมดาครั้งละ 1 บิต

8.4 การบ่งตำแหน่งที่อยู่

            เมื่อซีพียูจะทำงานตามคำสั่งที่เขียนไว้ในหน่วยความจำจะต้องนำคำสั่งจากหน่วยความจำถ่ายลงสู่ซีพียูแล้วจึงประมวลผลตามวัฏจักร ดังได้กล่าวมาแล้ว แต่ละคำสั่งจะมี ออปโค้ด เป็นไบต์แรก แล้วตามด้วยข้อมูลหรือตำแหน่งข้อมูล ในไบต์ที่สองและสาม เมื่อซีพียูแปลรหัสออปโค้ดแล้วจะทราบว่า จะต้องไปนำข้อมูลจากที่ใดมาปฏิบัติต่อ เพื่อให้คำสั่งนั้นแล้วเสร็จวิธีต่างๆที่ซีพียูไปนำข้อมูลมาจากหน่วยความจำดังกล่าวนี้เรียกว่า การบ่งตำแหน่งที่อยู่ หรือแอดเดรสซิงโหมด

            การบ่งตำแหน่งทันที

เป็นรูปแบบของการบ่งตำแหน่งที่ง่ายที่สุด ตัวถูกกระทำจะปรากฏอยู่ ในคำสั่งนั้น หรือค่าของตัวถูกกระทำจะเขียนตามหลังคำสั่งตำแหน่งที่ติดต่อกัน ซึ่งหมายความว่า เราสามารถที่จะดึงตัวถูกกระทำออกจากหน่วยความจำได้ ในเวลาเดียวกันกับที่ดึงคำสั่งขึ้นมาทำงาน ดังนั้นจึงประหยัดวงรอบของการทำงานอ้างอิงหน่วยความจำไปได้หนึ่งรอบ

            การบ่งตำแหน่งโดยตรง

รูปแบบที่จัดว่าง่ายอีกวิธีหนึ่งคือ การบ่งตำแหน่งโดยตรง ซึ่งเขตข้อมูลตำแหน่งที่อยู่จะบรรจุตำแหน่งจริงของตัวถูกกระทำเอาไว้ดังนี้

EA=A

            วิธีการนี้ได้รับความนิยมในการใช้งานกับคอมพิวเตอร์ รุ่นแรกๆ แต่ไม่เป็นที่นิยมในปัจจุบัน การประมวลผลจะต้องใช้วงรอบการอ้างอิงหน่วยความจำเพิ่มอีกหนึ่งรอบโดยไม่ต้องคำนวณเพิ่มเติม ข้อด้อยประการสำคัญคือ ขอบเขตที่จำกัดในการอ้างอิงข้อมูลในหน่วยความจำ

            การบ่งตำแหน่งทางอ้อม

เนื่องจากวิธีอ้างอิงโดยตรงนั้น ความยาวของเขตข้อมูลตำแหน่งที่อยู่มักจะมีขนาดสั้นกว่าความยาวของหนึ่งเวิร์ด จึงทำให้ขอบเขตในการอ้างอิงข้อมูลลดลง การแก้ไขปัญหานี้ทำได้โดยการใช้ขอบเขตข้อมูลตำแหน่งที่อยู่ในการอ้างอิงทางอ้อม

สรุป

ในระบบคอมพิวเตอร์ จะทำงานกับข้อมูลหรือคำสั่งที่เป็นรหัส ไบนารี ข้อมูลหรือคำสั่งแต่ละชุดประกอบด้วยรหัสไปนารีหลายๆบิต อาจเป็น 8, 16 หรือ 32 บิต เรียงเข้ากัน เรียกว่า 1 เวิร์ด ในโปรเซสเซอร์ เวิร์ด 1 เวิร์ดจะใช้เป็นรหัสแทนสิ่งต่อไปนี้คือ เลขหนึ่งจำนวน ตำแหน่งในหน่วยความจำ อักษรหนึ่งตัว สัญลักษณ์หนึ่งตัวและแทนคำสั่งการทำงาน

รหัสที่ใช้แทนอักขระ มี2 รหัส คือ รหัสแอสกีและรหัสเอ็บซีดิก  รูปแบบของการสั่ง พื้นฐานคือคำสั่งจะอยู่ในลักษณะไบนารี คำสั่งหนึ่งคำสั่งอาจประกอบด้วยไบต์เดียวหรือสองไบต์ สามไบต์ สี่ไบต์ ก็ได้แล้วแต่กรณี ไบต์แรกของคำสั่งเรียกว่าออปโค้ด ไบต์ส่วนที่เหลือเรียกว่า โอเปอร์แรนด์ 

พื้นฐานคือคำสั่งจะอยู่ในลักษณะไบนารี คำสั่งหนึ่งคำสั่งอาจประกอบด้วยไบต์เดียวหรือสองไบต์ สามไบต์ สี่ไบต์ ก็ได้แล้วแต่กรณี ไบต์แรกของคำสั่งเรียกว่าออปโค้ด ไบต์ส่วนที่เหลือเรียกว่า โอเปอร์แรนด์

ชนิดของตัวถูกดำเนินการ

1. ตำเหน่งที่อยู่

2. ตัวเลข

3. ตัวอักษร

4. ข้อมูลภาพ

การบ่งตำแหน่งที่อยู่ จะมี การบ่งตำแหน่งทันทีและการบ่งตำแหน่งที่อยู่ทางอ้อม

        

แหล่งที่มา

http://neung.kaengkhoi.ac.th/mdata/rsdata4.html

ค้นหาเมื่อ 16/11/2558

เอกสารประกอบการสอนบทที่ 8 เรื่อง รูปแบบของคำสั่งและการบ่งตำแหน่งที่อยู่

วิชาสถาปัตยกรรมและคอมพิวเตอร์ อาจารย์ภัทรดร จั้นวันดี