Πρόγραμμα Αναβάθμισης Προγράμματος Σπουδών Τμήματος Πληροφορικής Τ. Ε Πρόγραμμα Αναβάθμισης Προγράμματος Σπουδών Τμήματος Πληροφορικής Τ.Ε.Ι Θεσσαλονίκης Μάθημα Οργάνωση και Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Κεφαλαίο Τέταρτο Ο Υποθετικός Υπολογιστής ΜΙΧ 1009 Μέρος Πρώτο Καθηγητής: Α. Βαφειάδης 2008

Ο Υποθετικός Υπολογιστής ΜΙΧ 1009 Περιεχόμενα Ο Υποθετικός Υπολογιστής ΜΙΧ 1009 Περιεχόμενα Γιατί Υποθετικός Υπολογιστής Η Αρχιτεκτονική του ΜΙΧ Περιγραφή του Βασικού Συνόλου Εντολών Διαδικασία Σύνταξης Προγράμματος Γλώσσας Μηχ. Κύκλος Ανάκλησης - Εκτέλεσης Εντολής Μέθοδοι Υπολογισμού της Τελικής Διεύθυνσης

Γιατί Υποθετικός Υπολογιστής Απλοποιημένη Δομή Εύκολη κατανόηση των βασικών χαρακτηριστικών Διαχρονικότητα

Γιατί Υποθετικός Υπολογιστής Ο Donald E. Knuth με αφορμή τη συγγραφή ενός τρίτομου έργου με τίτλο “The art of Computer Programming” στο οποίο περίγραφε αλγορίθμους χρήσιμους στους System programmers, χρησιμοποίησε μια υποθετική Μηχανή. Στην εισαγωγή αυτού του έργου έγραψε: " Όταν αποφάσισα να γράψω το παραπάνω έργο έπρεπε να απαντήσω στην ερώτηση, ποια συμβολική γλώσσα μηχανής να χρησιμοποιήσω; Αν επέλεγα τη γλώσσα μίας συγκεκριμένης μηχανής Χ , τότε οι άνθρωποι που δεν χρησιμοποιούσαν την μηχανή Χ , θα υπέθεταν ότι το έργο μου απευθύνεται μόνο σε αυτούς που την χρησιμοποιούν. Επί πλέον η μηχανή Χ θα είχε ένα σωρό ιδιαιτερότητες που δεν θα αφορούσαν τον σκοπό του βιβλίου μου. Επίσης σε δύο χρόνια ο κατασκευαστής της μηχανής Χ θα παρουσίαζε την μηχανή Χ+1 ή τη μηχανή 10Χ , και κανένας ποια δεν θα ενδιαφερόταν για τη μηχανή Χ."

Ο Υπολογιστής ΜΙΧ

Δομές δεδομένων του ΜΙΧ Θέση μνήμης Ακέραιος Πραγματικός Χαρακτήρες

Σύστημα κωδικοποίησης χαρακτήρων Χαρ ΜΙΧ SP 00 Μ 16 Υ 34 ( 52 Γ 70 A 01 N 17 Z 35 ) 53 Δ 71 Β 02 O 20 36 + 54 Λ 72 C 03 P 21 1 37 - 55 Ξ 73 D 04 Q 22 2 40 * 56 Σ 74 E 05 R 23 3 41 / 57 Ψ 75 F 06 Φ 24 4 42 = 60 Ω 76 G 07 Π 25 5 43 $ 61 77 H 10 S 26 6 44 < 62 I 11 T 27 7 45 > 63 Θ 12 U 30 8 46 @ 64 J 13 V 31 9 47 ; 65 K 14 W 32 . 50 : 66 L 15 X 33 , 51 ‘ 67

Καταχωρητές - Σηματοδότες Καταχωρητές συστήματος Καταχωρητής διευθύνσεων μνήμης (Memory Address Register) (MAR) Καταχωρητής αποθήκευσης δεδομένων (Memory Data Register) (MDR) Απαριθμητής εντολών (Program Counter) (PC) Καταχωρητής εντολών (Instruction Register) (IR) Καταχωρητές εργασίας Συσσωρευτής (Accumulator) (rΑ) Καταχωρητής επέκτασης (Extension Register). (rΧ) Καταχωρητές δεικτών (Ιndex registers) (rΙ1, rΙ2, rΙ3, rΙ4, rΙ5, rΙ6) Καταxωρητής αλλαγής ροής) (Jump register) (rJ) Σηματοδότες κατάστασης Σηματοδότης σύγκρισης (Comparison flag) Σηματοδότης υπερπλήρωσης (overflow flag)

Δομή εντολής γλώσσας μηχανής m Αρχική διεύθυνση Ι Πεδίο δείκτη F Πεδίο τριπλής ενέργειας Μερικό πεδίο Κωδικός μονάδας Ι/Ο Συμπληρωματικός κωδικός C κωδικός εντολής

Σύμβολο C F NOP 00 00 Σύμβολο C F MOVE 07 N ADD 01 L:R LDA 10 L:R FADD 01 06 SUB 02 L:R FSUB 02 06 MUL 03 L:R FMUL 03 06 DIV 04 L:R FDIV 04 06 NUM 05 00 CHAR 05 01 HLT 05 02 AND 05 03 ORR 05 04 XOR 05 05 FLOT 05 06 SLA 06 00 SRA 06 01 SLAX 06 02 SRAX 06 03 SLC 06 04 SRC 06 05 SLB 06 06 SRB 06 07 Σύμβολο C F LDAN 20 L:R LD1N 21 L:R LD2N 22 L:R LD3N 23 L:R LD4N 24 L:R LD5N 25 L:R LD6N 26 L:R LDXN 27 L:R STA 30 L:R ST1 31 L:R ST2 32 L:R ST3 33 L:R ST4 34 L:R ST5 35 L:R ST6 36 L:R STX 37 L:R STJ 40 L:R STZ 41 L:R Σύμβολο C F MOVE 07 N LDA 10 L:R LD1 11 L:R LD2 12 L:R LD3 13 L:R LD4 14 L:R LD5 15 L:R LD6 16 L:R LDX 17 L:R JBUS 42 N IOC 43 N IN 44 N JRED 46 N JMP 47 00 JSJ 47 01 JOV 47 02 JNOV 47 03 JL 47 04 JE 47 05 JG 47 06 JGE 47 07 JNE 47 10

Δομή συμβολικής εντολής γλώσσας μηχανής ΟΡCODE ADDRESS, I(F) LDA +1024,3(4:5) Σύμβολα-Δεκαδικό 0 2000 03 45 10 Οκταδικό 0 010 000 000 000 000 011 100 101 001 000 Δυαδικό

Παράδειγμα αντιστοιχίας συμβολικής και γλώσσας μηχανής Συμβολική Περιγραφή Κωδικοποιημένη περιγραφή opcode address,I(L:R) m I F C LDA 1024,3(4:5) 0 20 00 03 45 10 LDA 1024(1:3) 0 20 00 00 13 10 LDA 1024,2(1:3) 0 20 00 02 13 10 LDA 1024 0 20 00 00 05 10 LDA -1024,4 1 20 00 04 05 10 IN 1024(16) 0 20 00 00 20 45 HLT 0 00 00 00 02 05

Βασικό σύνολο εντολών/1 Εντολές φόρτωσης καταχωρητών (Loading instructions) LDA, LD1, LD2, LD3, LD4, LD5, LD6, LDX LDAN, LD1N, LD2N, LD3N, LD4N, LD5N, LD6N, LDXN Εντολές αποθήκευσης (Storing Instructions) STA, ST1, ST2, ST3, ST4, ST5, ST6, STX ,STJ,STZ Αριθμητικές εντολές (Arithmetic Instructions) ADD, SUB, MUL, DIV FADD, FSUB, FMUL, FDIV Εντολές Σύγκρισης (comparison operators) CMPA, CMP1, CMP2, CMP3, CMP4, CMP5, CMP6, CMPX

Βασικό σύνολο εντολών/2 Εντολές αλλαγής ροής (Jump instructions) JAN, JAZ, JAP, JANN, JANZ, JANP J1N, J1Z, J1P, J1NN, J1NZ, J1NP J2N, J2Z, J2P, J2NN, J2NZ, J2NP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J6N, J6Z, J6P, J6NN, J6NZ, J6NP JXN, JXZ, JXP, JXNN, JXNZ, JXNP JMP Εντολές αλλαγής ροής (Jump instructions) σε συνδυασμό με εντολές Compare JL, JE, JG, JGE, GNE, JLE

Βασικό σύνολο εντολών/3 Εντολές αμέσου ενέργειας (no memory access) ENTA, ENT1, ENT2, . . . . ENT6, ENTX ENNA, ENN1, ENN2, . . . . ENN6, ENNX DECA, DEC1, DEC2, . . . .. DEC6, DECX INCA, INC1, INC2, . . . ….INC6, INCX Εντολές εισόδου εξόδου (I/O instructions) JBUS, IOC, IN, OUT, JRED Εντολές μετατόπισης (Shift Instructions) SLA, SRA, SLAX, SRAX, SLC, SRC Δυαδικές Εντολές AND, OR , XOR, SLB, SRB, JAE, JAO, JXE, JXO Διάφορες εντολές NUM, CHAR, HLT, MOVE, NOP