Міністерство освіти і науки України
Національний університет „Львівська політехніка ”
Кафедра ЕОМ
Звіт
з лабораторної роботи № 2
з дисципліни: «Організація та функціонування комп’ютерів»
на тему: «Набір інструкцій навчального комп’ютера. Загальний порядок виконання інструкцій»
Виконав: ст.гр. КІ-14
Бударецький. С.Ю.
Прийняв: ст..викл.
Кудрявцев О.Т.
Львів
2011
Тема: Набір інструкцій навчального комп’ютера. Загальний порядок виконання інструкцій.
Мета:
1. Засвоїти порядок виконання програм у комп’ютері. Ознайомитися з форматом та набором
інструкцій симулятора навчальної ЕОМ. Засвоїти формати і способи використання
інструкцій звертання до пам’яті та інструкцій арифметичних операцій;
2. Засвоїти призначення регістра ознак процесора;
3. Ознайомитися з потактовим режимом роботи навчального комп’ютера.
4. Засвоїти базовий порядок виконання інструкції навчального комп’ютера та
навчитися досліджувати хід виконання окремих інструкцій.
Теоретичні відомості:
Усі інструкції у навчальному комп’ютері можна поділяти за такими напрямками:
За форматом коду інструкції (адресні, безадресні)
За призначенням.
Усі інструкції навчального комп’ютера за призначенням можна розділити на такі групи:
1) інструкції звертання до пам’яті (LOAD та STORE);
2) арифметичні інструкції (ADD та SUB);
3) логічні інструкції (AND, OR, XOR та NOT);
4) інструкції вводу/виводу (INPUT та OUTPUT);
5) інструкції керування виконанням програми:
а) інструкція зупинки (HALT);
б) інструкції умовних переходів (JNZ, JZ, JP, JM, JNC та JC);
в) інструкція безумовного переходу (JMP);
6) інструкції зсувів (вліво (Left) та вправо (Right)):
а) інструкції логічного зсуву (LSL та LSR);
б) інструкції арифметичного зсуву (ASL та ASR);
в) інструкції циклічного зсуву (ROL та ROR);
г) інструкції циклічного зсуву через тригер ознаки переносу C (RCL та RCR).
1. Інструкції звертання до пам’яті:
1) LOAD ADR - завантажити (від англ. Load - завантажувати).
Дивимося на рис. 2.3: машинний код цієї інстркції – 0000 aaaa aaaa aaaa; виконання – (ADDR) Акумулятор.
Ця інструкція здійснює читання 16-розрядного числа з комірки пам’яті, на яку вказує поле адреси ADR, і розміщує його у акумуляторі. Перші найстарші 4 розряди (старша тетрада) містять код операції “завантаження” з пам’яті – 0000, а наступні 12 розрядів – адресу комірки, з якої відбуватиметься читання. Наприклад, для того, щоб прочитати число з 15-ї або 2041-ої комірки пам’яті і записати його до акумулятора, необхідно використати :
-
Мнемонічний запис
Машинний код
LOAD 15
0000 0000 0000 1111
LOAD 2041
0000 1111 1111 1001
2) STORE ADR - зберегти (від англ. Store - зберігати)
Машинний код – 0001 aaaa aaaa aaaa; виконання – Акумулятор (ADDR)).
Ця інструкція здійснює протилежну до інструкції LOAD дію, тобто 16-розрядне значення вмісту акумулятора записує у комірку пам’яті, на яку вказує поле адреси ADR. Код операції інструкції “збереження” до пам’яті – 0001, а наступні 12 розрядів – адреса комірки пам’яті. Наприклад, щоб записати значення вмісту акумулятора до 148-ї або 2043 комірки, необхідно використати такі машинні коди:
-
Мнемонічний запис
Машинний код
STORE 148
0001 0000 1001 0100
STORE 2043
0001 1111 1111 1011
Якщо нам потрібно у пам’яті перенести число з однієї комірки до іншої, однією командою цього зробити не можна. Потрібно скористатись послідовно двома командами - LOAD та STORE, причому акумулятор буде посередницьким пунктом, через який відбудеться передача.
Так, програма з двох інструкцій:
Мнемонічний запис |
Машинний код |
LOAD 28 |
0000 0000 0001 1100 |
STORE 56 |
0001 0000 0011 1000 |
виконує переміщення 16-розрядного числа, яке знаходилось у 28-й комірці пам’яті, до 56-ї комірки. Відзначимо, що інструкція читання (завантаження) LOAD не знищує числа у 28-ій комірці. Після виконання у цій програмі інструкції запису (збереження) STORE, код числа з 28-ої комірки пам’яті буде скопійований до 56-ої комірки, а у акумуляторі залишиться те саме 16-розрядне число з 28-ї комірки.
2. Інструкції арифметичних операцій:
1) ADD ADR – арифметичне додавання (від англ. Addition -додавання)
Машинний код – 0010 aaaa aaaa aaaa; виконання – Акумулятор + (ADDR) Акумулятор.
Ця інструкція виконує додавання вмісту акумулятора і числа з комірки пам’яті, на яку вказує адреса ADR, та записує результат назад до акумулятора. Перші 4 розряди машинного коду містять код операції додавання – 0010, а решта 12 розрядів – адресу у пам’яті 2-го операнда, що буде додаватись. Знову звернемо увагу на центральну позицію акумулятора, який постачає одне з двох чисел для додавання та зберігає результат.
Можна не переживати, що результат знищить одне з 2-х чисел, яке перед виконанням дії додавання було записано з пам’яті до акумулятора, бо воно залишилося у пам’яті за своєю адресою. Проте, якщо операнд був записаний в акумулятор як результат виконання попередньої інструкції і не був збережений у пам’яті, то тоді він пропаде – буде “затертий” новим значенням акумулятора.
2) SUB ADR – віднімання (від англ. Subtraction - віднімання).
Машинний код – 0011 aaaa aaaa aaaa; виконання: Акумулятор – (ADDR) Акумулятор.
Ця інструкція виконує віднімання від вмісту акумулятора значення вмісту комірки пам’яті з адресою, що вказана у полі ADR, і записує результат назад до акумулятора. Код операції віднімання – 0011, а решту 12 розрядів займає адреса комірки, вміст якої буде відніматися. Інші властивості цієї інструкції співпадають із властивостями інструкції додавання ADD.
3. Призначення Регістру Ознак
Відповідно до обмежень, які закладені у архітектурі любого комп’ютера, у тому числі і нашого навчального – симулятора DeComp, результат виконання арифметичних і більшості інших інструкцій необхідно аналізувати для визначення його певних особливостей. Що саме:
- потрібно відрізняти додатні і від’ємні числа;
- потрібно визначати стан, коли результат виконання інструкції дорівнює нулю;
- потрібно визначати переповнення розрядної сітки акумулятора.
Для фіксації цих станів існує регістр ознак у процесорі, який має три тригери: Z, S i C. На панелі навчального комп’ютера він розміщений біля акумулятора.
Прапорець Z (Zero - нуль) встановлюється у 1 (світиться), якщо результат операції дорівнює 0. Зрозуміло, що для команди ADD ця ознака встановиться лише у випадку, якщо до 0 додати 0, або якщо додаються два однакових числа з протилежними знаками.
Прапорець S (Sign - знак) встановлюється в 1, якщо результат операції – від’ємне число. Знову ж таки, інструкція ADD не може дати від’ємного результату за винятком чисел у доповняльному коді, яких ми поки-що не розглядаємо. Зрозуміло, якщо віднімати від меншого числа більше інструкцією SUB, отримаємо ознаку від’ємного результату S.
Прапорець C (Carry - перенос) встановлюється в 1, коли у результаті арифметичної операції (додавання чи віднімання) виникає перенос із старшого розряду результату або при виконанні операції зсуву вправо чи вліво крайній розряд числа вийшов за межі розрядної сітки. Так, наприклад, перенос виникне і, відповідно, встановиться тригер C, якщо додати два 16-ти розрядних числа у 16-ти розрядному процесорі:
-
результат – 17-ти
розрядне
число.