Представление данных в модели
МГЭУ им. А.Д. Сахарова Минск Содержание Практическая работа № 1. Знакомство с моделью учебной ЭВМ... 3 Практическая работа № 2. Архитектура ЭВМ и система команд.. 22 Практическая работа № 3. Команды управления и ветвления.. 33 Практическая работа № 4. Применение косвенной адресации.. 39 Практическая работа № 5. Подпрограммы и стек.. 44 Практическая работа № 6. Командный цикл процессора.. 50 Практическая работа № 7. Программирование внешних устройств 56 Практическая работа № 8. Знакомство с организацией кэш-памяти учебной ЭВМ... 71 Контрольная работа и методические указания по выполнению 80 Требования к оформлению отчета по практической или лабораторной работе.. 81
Информационных технологий
Практическая работа № 1. Знакомство с моделью учебной ЭВМ Цель работы: 1. Знакомство с архитектурой модели учебной ЭВМ. 2. Изучение системы команд модельной ЭВМ, действиями основных классов команд и способов адресации. 3. Освоение программы реализующей модель учебной ЭВМ. Знакомство с интерфейсом пользователя модели ЭВМ, методами ввода и отладки программы. 4. Изучение процесса программирования на модели учебной ЭВМ.
Теоретические сведения:
Описание архитектуры учебной ЭВМ Современные процессоры и операционные системы — не слишком благоприятная среда для начального этапа изучения архитектуры ЭВМ. Одним из решений этой проблемы может быть создание программных моделей учебных ЭВМ, которые, с одной стороны, достаточно просты, чтобы обучаемый мог освоить базовые понятия архитектуры (система команд, командный цикл, способы адресации, уровни памяти, способы взаимодействия процессора с памятью и внешними устройствами), с другой стороны — архитектурные особенности модели должны соответствовать тенденциям развития современных ЭВМ. Программная модель позволяет реализовать доступ к различным элементам ЭВМ, обеспечивая удобство и наглядность. С другой стороны, модель позволяет игнорировать те особенности работы реальной ЭВМ, которые на данном уровне рассмотрения не являются существенными.
Структура ЭВМ Моделируемая ЭВМ включает: - процессор; - блок регистров общего назначения; - оперативную память (ОЗУ); - сверхоперативную память (СОЗУ) (кэш-память); - устройства ввода (УВв); - устройства вывода (УВыв). Процессор, в свою очередь, состоит из: - центрального устройства управления (УУ); - арифметического устройства (АУ); - блока системных регистров (CR, PC, SP и др.). Структурная схема ЭВМ показана на рисунке 1. Рис. 1. Общая структура учебной ЭВМ
В ячейках ОЗУ хранятся команды и данные. Емкость ОЗУ составляет 1000 ячеек. По сигналу MWr выполняется запись содержимого регистра данных (MDR) в ячейку памяти с адресом, указанным в регистре адреса (MAR). По сигналу MRd происходит считывание — содержимое ячейки памяти с адресом, содержащимся в MAR, передается в MDR. Блок регистров общего назначения (РОН) с прямой адресацией содержит десять регистров общего назначения R0—R9. Доступ к ним осуществляется (аналогично доступу к ОЗУ) через регистры RAR и RDR. АУ осуществляет выполнение одной из арифметических операций, определяемой кодом операции (СОР), над содержимым аккумулятора (Асc) и регистра операнда (DR). Результат операции всегда помещается в Асc. При завершении выполнения операции АУ вырабатывает сигналы признаков результата: - Z (равен 1, если результат равен нулю); - S (равен 1, если результат отрицателен); - OV (равен 1, если при выполнении операции произошло переполнение разрядной сетки). В случаях, когда эти условия не выполняются, соответствующие сигналы имеют нулевое значение. В модели ЭВМ предусмотрены внешние устройства двух типов. Во-первых, это регистры IR и OR, которые могут обмениваться с аккумулятором с помощью безадресных команд in (Асс := IR) и out (OR := Асс). Во-вторых, это набор моделей внешних устройств, которые могут подключаться к системе и взаимодействовать с ней в соответствии с заложенными в моделях алгоритмами. Каждое внешнее устройство имеет ряд программно-доступных регистров, может иметь собственный обозреватель (окно видимых элементов). Подробнее эти внешние устройства описаны в разделе описания программы моделирующей работу ЭВМ. УУ осуществляет выборку команд из ОЗУ в последовательности, определяемой естественным порядком выполнения команд (т. е. в порядке возрастания адресов команд в ОЗУ) или командами передачи управления; выборку из ОЗУ операндов, задаваемых адресами команды; инициирование выполнения операции, предписанной командой; останов или переход к выполнению следующей команды. В качестве сверхоперативной памяти может подключаться модель кэш-памяти. В состав УУ ЭВМ входят: · PC — счетчик адреса команды, содержащий адрес текущей команды; · CR — регистр команды, содержащий код команды; · RB — регистр базового адреса, содержащий базовый адрес; · SP — указатель стека, содержащий адрес верхушки стека; · RA — регистр адреса, содержащий исполнительный адрес при косвенной адресации. Регистры данных, такие как : - Асc, DR, IR, OR, CR и все ячейки ОЗУ и РОН имеют длину 6 десятичных разрядов, а регистры команд: - PC, SP, RA и RB — 3 разряда.
Представление данных в модели Данные в ЭВМ представляются в формате, показанном на рис. 2. Это целые десятичные числа, изменяющиеся в диапазоне "-99 999... +99 999", содержащие знак и 5 десятичных цифр. Рис. 2. Формат десятичных данных учебной ЭВМ Старший разряд слова данных используется для кодирования знака: плюс (+) изображается как 0, минус (-) — как 1. Если результат арифметической операции выходит за пределы указанного диапазона, то говорят, что произошло переполнение разрядной сетки. АЛУ в этом случае вырабатывает сигнал переполнения OV = 1. Результатом операции деления является целая часть частного. Деление на ноль вызывает переполнение. Система команд При рассмотрении системы команд ЭВМ обычно анализируют три аспекта: форматы, способы адресации и систему операций. Форматы команд Большинство команд учебной ЭВМ являются одноадресными или безадресными, длиной в одно машинное слово (6 разрядов). Исключение составляют двухсловные команды с непосредственной адресацией и команда mov, являющаяся двухадресной. В форматах команд выделяется три поля: · два старших разряда [0:1] определяют код операции СОР; · разряд 2 может определять тип адресации (в одном случае (формат 5а) он определяет номер регистра); · разряды [3:5] могут определять прямой или косвенный адрес памяти, номер регистра (в команде mov номера двух регистров), адрес перехода или короткий непосредственный операнд. В двухсловных командах непосредственный операнд занимает поле [6:11]. Полный список форматов команд показан на рис. 3, где приняты следующие обозначения: · СОР — код операции; · ADR — адрес операнда в памяти; · ADC — адрес перехода; · I — непосредственный операнд; · R, Rl, R2 — номер регистра; П ТА — тип адресации; · X — разряд не используется.
Рис. 3. Форматы команд учебной ЭВМ
Способы адресации В ЭВМ принято различать пять основных способов адресации: - прямая, - косвенная, - непосредственная, - относительная, - безадресная. Каждый способ адресации имеет разновидности. В модели учебной ЭВМ реализованы семь способов адресации, приведенные в табл. 1. Таблица 1.Адресация в командах учебной ЭВМ
Система операций Система команд учебной ЭВМ включает команды следующих классов: · арифметико-логические и специальные: o сложение, o вычитание, o умножение, o деление; · пересылки и загрузки: o чтение, o запись, o пересылка (из регистра в регистр), o помещение в стек, o извлечение из стека, o загрузка указателя стека, o загрузка базового регистра; · ввода/вывода: o ввод, o вывод; · передачи управления: o Безусловный переход o шесть команд условного перехода, o вызов подпрограммы, o возврат из подпрограммы, o цикл, o программное прерывание, o возврат из прерывания; · системные: o пустая операция, o разрешить прерывание, o запретить прерывание, o стоп. Список команд учебной ЭВМ приведен в табл. 2 и 3.
Таблица 2. Таблица команд учебной ЭВМ В таблице 3 приняты следующие обозначения: · DD — данные, формируемые командой в качестве (второго) операнда: прямо или косвенно адресуемая ячейка памяти или трехразрядный непосредственный операнд; · R* — содержимое регистра или косвенно адресуемая через регистр ячейка памяти; · ADR* — два младших разряда ADR поля регистра CR; · V — адрес памяти, соответствующий вектору прерывания; · М(*) — ячейка памяти, прямо или косвенно адресуемая в команде; · I — пятиразрядный непосредственный операнд со знаком. Таблица 3. Система команд учебной ЭВМ Таблица 3 (продолжение)
Популярное: Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1631)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |