Índice. 1. Limitaciones de la calculadora simple 2. El Computador Simple 1 (CS1) 3. El Computador Simple 2 (CS2) 4. El Computador Simple CS2010

Transcripción

1 Índice 1. Limitaciones de la calculadora simple 2. El Computador Simple 1 (CS1) (concepto de Programa almacenado en memoria) 3. El Computador Simple 2 (CS2) (memoria de datos y memoria de programa). El Computador Simple CS2010 (ampliación del conjunto de instrucciones) utor: lberto J. Molina Cantero Trabajo basado en el realizado por David Guerrero, Isabel Gómez y Francisco Pérez. Última modificación: 2/03/12 1

2 En CS2010 sólo las instrucciones de subrutinas (CLL, ET) usan SP Modelo de programador del CS2010 egistros de propósito general: 0, 1, 2, 3,, 5, 6 y 7 (para suministrar datos a la LU). 3 egistros de propósito específico: PC (Program counter): Contiene la dirección de la próxima instrucción que se ejecutará. Se inicializa a cero y se va incrementando a medida que se ejecutan las instrucciones. S (Status egister): Dan información sobre el tipo de resultado de la última operación realizada en la LU: Z (cero), V (desbordamiento), N (negativo) y C (carry/borrow). SP (Stack Pointer): Puntero de pila (memoria LIFO). SP apunta hacia la primera posición libre de la pila. PUSH (escribir en la pila): MEM(SP) EG; SP SP-1 POP ó PULL (leer de la pila): SP SP+1; EG [MEM(SP)]

3 Formato de instrucciones del CS2010 El juego de instrucciones (ISP) (mnemónicos del ensamblador) del CS2010 es un subconjunto del de la arquitectura V. Los programas en ensamblador del CS2010 pueden reensamblarse y ejecutarse en el V excepto los modos indirectos. No es compatible a nivel de código máquina Instrucciones de 16 bits, con códigos de operación de 5 bits (32 tipos de instrucción diferentes) código de operación

4 Formato de instrucciones del CS2010 Formatos: Solo hay tres y comparten campos formato instrucción con operando registro instrucción con operando memoria o inmediato código de operación registro destino (fuente en ST) registro fuente (registro base en ST/LD) dato inmediato / dirección del dato C instrucción de salto condición de salto dirección de salto

5 Códigos de operación CS2010 its del código de operación NEMÓNICO FOMTO TIPO SINTXIS EFECTO 1 VCNZ ST memoria ST (base),fuente MEM[base] fuente LD memoria LD destino,(base) fuente MEM[base] STS memoria STS dirección,fuente MEM[dirección] fuente LDS memoria LDS destino,dirección fuente MEM[dirección] CLL C salto CLL dirección MEM[SP] PC,SP SP-1, PC dirección ET - salto ET PC MEM[SP+1],SP SP xx C salto xx dirección xx:pc dirección JMP C salto JMP dirección PC dirección DD aritmético/lógica DD destino,fuente destino destino+fuente **** no documentado UUUU SU aritmético/lógica SU destino,fuente destino destino-fuente **** CP estado CP destino,fuente NOP **** no documentado UUUU no documentado UUUU no documentado UUUU MOV movimiento de datos MOV destino,fuente destino destino no documentado UUUU no documentado UUUU CLC - estado CLC NOP ---* SEC - estado SEC NOP ---* O o desplazamiento O destino destino SH(destino,C) **** OL o desplazamiento OL destino destino SHL(destino,C) **** no documentado UUUU STOP - especial STOP lleva el procesador a espera DDI aritmético/lógica DDI destino,dato destino destino+dato **** no documentado UUUU SUI aritmético/lógica SUI destino,dato destino destino-dato **** CPI estado CPI destino,dato NOP **** no documentado UUUU no documentado UUUU no documentado UUUU LDI movimiento de datos LDI destino,dato destino dato (sin tener en cuenta el registro de estado y el incremento del PC) 2 El caracter '-' denota no modificado, '*' denota modificado de forma definida, 'U' denota no documentado

6 Códigos de operación CS2010 its del código de operación NEMÓNICO FOMTO TIPO SINTXIS EFECTO 1 VCNZ ST memoria ST (base),fuente MEM[base] fuente LD memoria LD destino,(base) fuente MEM[base] STS memoria STS dirección,fuente MEM[dirección] fuente LDS memoria LDS destino,dirección fuente MEM[dirección] CLL C salto CLL dirección MEM[SP] PC,SP SP-1, PC dirección ET - salto ET PC MEM[SP+1],SP SP xx C salto xx dirección xx:pc dirección JMP C salto JMP dirección PC dirección DD aritmético/lógica DD destino,fuente destino destino+fuente **** no documentado UUUU SU aritmético/lógica SU destino,fuente destino destino-fuente **** CP estado CP destino,fuente NOP **** no documentado UUUU no documentado UUUU no documentado UUUU MOV movimiento de datos MOV destino,fuente destino destino no documentado UUUU no documentado UUUU CLC - estado CLC NOP ---* SEC - estado SEC NOP ---* O o desplazamiento O destino destino SH(destino,C) **** OL o desplazamiento OL destino destino SHL(destino,C) **** no documentado UUUU STOP - especial STOP lleva el procesador a espera DDI aritmético/lógica DDI destino,dato destino destino+dato **** no documentado UUUU SUI aritmético/lógica SUI destino,dato destino destino-dato **** CPI estado CPI destino,dato NOP **** no documentado UUUU no documentado UUUU no documentado UUUU LDI movimiento de datos LDI destino,dato destino dato (sin tener en cuenta el registro de estado y el incremento del PC) 2 El caracter '-' denota no modificado, '*' denota modificado de forma definida, 'U' denota no documentado

7 rquitectura propuesta para el CS2010 V N Z C COMNDOS L UNIDD DE DTOS FICHEO DE EGISTOS S w IN 3 EG I S S 3 I 2-0 STOP 3 I US S S S IN S OUT V N Z C C UNIDD DE CONTOL US LU ESULT C 0 1 S OP C INM I SP D SP OP I D SP I 15- C STT C SP SP I I 7-0 I 16 MEMOI DE CÓDIGO I PC CODE CODE_DD I D PC I PC PC SISTEM DE MEMOI DE DTOS I/O* E I/O* MD MD I MD MEM MEM D DT DT_DD M M US COMPTIDO

8 CS2 rquitectura del CS2

9 rquitectura propuesta para el CS2010 V N Z C Nuevo COMNDOS L UNIDD DE DTOS FICHEO DE EGISTOS S w IN 3 EG I S S 3 I 2-0 STOP 3 I US S S S IN S OUT V N Z C C UNIDD DE CONTOL US LU ESULT C 0 1 S OP C INM I SP D SP OP I D SP I 15- C STT C SP SP I I 7-0 I 16 MEMOI DE CÓDIGO I PC CODE CODE_DD I D PC I PC PC SISTEM DE MEMOI DE DTOS I/O* E I/O* MD MD I MD MEM MEM D DT DT_DD M M US COMPTIDO

10 egistros ocultos al programador de la arquitectura del CS2010 I[16] (Instruction egister): sirve para almacenar la instrucción que está siendo ejecutada. MD[] (Memory Data egister): lmacenar los datos que se intercambian con la memoria de datos. M[] (Memory ddress egister): Sirve para direccionar la memoria de datos C[]: lmacena el resultado de la operación realizada por la LU PC[] SP[]

11 Descripción de los nuevos componentes del Computador Simple CS2010 (i) S IN S OUT LU OP ESULT SIN={VINNINZINCIN} Salida del registro estado que almacena Sout V N Z C SOUT={V N Z C} - it C: carreo de operaciones aritméticas. Se puede poner a 0 o a 1. Se utiliza para operaciones de rotación. - it Z: Se pone a 1 cuando el resultado de una operación es 0 - it N: it más significativo del resultado. - it V: Informa de overflow en operaciones aritméticas con signo.

12 Descripción de los nuevos componentes del Computador Simple CS2010 (i) S IN S OUT LU OP ESULT SIN={VINNINZINCIN} Salida del registro De estado, S, que almacena Sout. V N Z C SOUT={V N Z C} OP 3 OP 2 OP 1 OP 0 ESULT= V OUT = N OUT = Z OUT = C OUT = V IN N IN Z IN V IN N IN Z IN SH(,C IN ) c IN EXO 0 ESULT 7 7 NOT O i = 0 i 0 SHL(,C IN ) 7 EXO 6 ESULT 7 7 NOT O i = 0 i 7 ( + ) mod 2⁸ overflow(+) ESULT 7 NOT O i 7= 0 (ESULT i ) carry(+) ( - ) mod 2⁸ overflow(-) ESULT 7 NOT O i 7= 0 (ESULT i ) borrow(-)

13 Descripción de los nuevos componentes del Computador Simple CS2010 (i) S IN S OUT LU OP ESULT V N Z C OP 3 OP 2 OP 1 OP 0 ESULT= V OUT = N OUT = Z OUT = C OUT = V IN N IN Z IN V IN N IN Z IN 1 - Permite poner a uno o a cero el biestable de acarreo, C, dejando intactos los restantes banderines: V, N,Z - Instrucciones SEC,CLC

14 Descripción de los nuevos componentes del Computador Simple CS2010 (i) S IN S OUT LU OP ESULT V N Z C OP 3 OP 2 OP 1 OP 0 ESULT= V OUT = N OUT = Z OUT = C OUT = SH(,C IN ) c IN EXO 0 ESULT 7 7 NOT O i = 0 i 0 SHL(,C IN ) 7 EXO 6 ESULT 7 7 NOT O i = 0 i 7 -Desplaza el contenido de (derecha o izquierda) con Cin. - Cout = 0 o 7, Z =1 si resultado es 0, N es el bit 7 del resultado y V si el bit de signo cambia de valor. - Instrucciones O, OL

15 Ejemplos de ejecución de algunas instrucciones Indique el resultado de las siguientes instrucciones y el valor que tomarían los banderines tras su ejecución. Para todas ellas el contenido de los registros 3 y 7 son $0 y $7F y los valores iniciales de los banderines son: CNZV=1000 a) DD 3,7 3= 7= CNZV= b) SU 3,7 3= 7= CNZV= c) SU 7,3 3= 7= CNZV= d) SUI,$0 3= 7= CNZV= e) CP 3,7 3= 7= CNZV= f) CPI,$0 3= 7= CNZV= g)o 7 3= 7= CNZV= h) OL 3 3= 7= CNZV= i) LDI 3,1 3= 7= CNZV= j) MOV 3,7 3= 7= CNZV= k) CLC 3= 7= CNZV= l) SEC 3= 7= CNZV=

16 Formato de instrucciones del CS2010 Hay tres y comparten campos formato instrucción con operando registro instrucción con operando memoria o inmediato C instrucción de salto código de operación registro destino (fuente en ST) condición de salto registro fuente (registro base en ST/LD) dato inmediato / dirección del dato dirección de salto Formatos 16

17 Códigos de condición de la instrucción de salto condicional XX (ranch if ) Los bits I 10 I 9 I codifican la condición de salto xx. I 10 I 9 I CONDICIÓN nmónico(s) de la condición xx = notas Z EQ será cierta justo tras realizar la resta - si y solo si = C CS, LO será cierta justo tras realizar la resta - si y solo si < asumiendo notación base 2 sin signo V VS será cierta si y solo si el dato recién calculado no es representable en notación base 2 sin signo N xor V LT será cierta justo tras realizar la resta - si y solo si < asumiendo notación complemento a 2 Instrucciones de salto condicional: EQ, CS (LO), VS, LT. En programación las instrucciones de salto condicional viene tras una instrucción de comparación (CP, CPI) las cuales actualizan los banderines del registro de estado sin modificar los operandos.

18 Ejemplos de uso de las instrucciones de salto condicional Comparación en igualdad: CP, EQ La instrucción CP 1,0 resta 0 de 1 y afecta a los flags. Si Z=1, implica que el resultado de la instrucción anterior fue 0. Por tanto 1==0. Pseudocódigo Ensamblador CP 1,0 Si (==) EQ 1igual0 {..cuerpo =... } 1noesigual0: {...cuerpo!=...} sino JMP Fsi {..cuerpo!= } 1igual0: {..cuerpo =...} fsi Fsi:

19 Ejemplos de uso de las instrucciones de salto condicional Comparación en desigualdad (números sin signo): CP, CS (LO) La instrucción CP 1,0 resta 0 de 1 y afecta a los flags. Si C=1, implica que el resultado de la instrucción anterior fue en desigualdad. Por tanto 1<0. Pseudocódigo Si (<) {..cuerpo <... } Ensamblador CP 1,0 CS 1menorq0 1mayorigualq0: {...cuerpo >=...} sino JMP Fsi {..cuerpo >= } 1menorq0: {..cuerpo <...} fsi Fsi:

20 Ejemplos de uso de las instrucciones de salto condicional Comparación en desigualdad (números con signo): CP, LT La instrucción CP 1,0 resta 0 de 1 y afecta a los flags. N xor V representa el signo verdadero del resultado. Si V=0, el signo verdadero es N. Si V=1, el signo verdadero es el contrario de N. Si se restan dos números con signo, 0-1, si el resultado verdadero es negativo, el número 1 es mayor que 0. Pseudocódigo Si (<) {..cuerpo <... } Ensamblador CP 1,0 LT 1menorq0 1mayorigualq0: {...cuerpo 1>=0...} sino JMP Fsi {..cuerpo >= } 1menorq0: {..cuerpo 1<0...} fsi Fsi:

21 Descripción de los nuevos componentes del Computador Simple CS2010 (ii) S IN S OUT V N Z C LU OP ESULT OP 3 OP 2 OP 1 OP 0 ESULT= V OUT = N OUT = Z OUT = C OUT = V IN N IN Z IN V IN N IN Z IN SH(,C IN ) c IN EXO 0 ESULT 7 7 NOT O i = 0 i SHL(,C IN ) 7 EXO 6 ESULT 7 7 NOT O i = 0 i ( + ) mod 2⁸ overflow(+) ESULT 7 NOT O i 7= (ESULT ) 0 i carry(+) ( - ) mod 2⁸ underflow(-) ESULT 7 NOT O i 7= (ESULT ) 0 i borrow(-) I D C SP OUT:= I D SP OUT C OTS SP SP 0 SP-1 SP+1 POHIIDS HI SP HI HI HI La descripción del STTUS EGISTE (S) es idéntica a la del M

22 Ejemplo de secuencia de microinstrucciones de la instrucción ST (j),i (Store in memory) V N Z C CICLO MEM(j) <- i 1 C <- EG(I 2-0 ) C, OP3, OP2 COMNDOS L UNIDD DE DTOS FICHEO DE EGISTOS S w IN 3 EG I S S 3 I 2-0 STOP 3 I US S S S IN S OUT V N Z C C UNIDD DE CONTOL US LU ESULT C 0 1 S OP C INM I SP D SP OP I D SP I 15- C STT C SP SP I I 7-0 I 16 MEMOI DE CÓDIGO I PC CODE CODE_DD I D PC 2 M <-C C <-EG (I 10- ) I PC PC SISTEM DE MEMOI DE DTOS I/O* E I/O* MD MD I MD DT D 7-0 MEM M M, C C, OP2, OP1 3 MD <- C MD, C MEM(M)<- MD MEM MEM DT_DD 7-0 M US COMPTIDO

23 Ejemplo de secuencia de microinstrucciones de la instrucción CLL dirección (Llamada a subrutina) CICLO MEM(SP) PC; SP SP-1; PC dirección COMNDOS L UNIDD DE DTOS FICHEO DE EGISTOS S w IN 3 EG I S S 3 I I S S STOP US S IN S OUT V N Z C C UNIDD DE CONTOL US LU ESULT C 0 1 S V N Z C OP C INM I SP D SP OP I D SP I 15- C STT C SP SP I I 7-0 I 16 MEMOI DE CÓDIGO I PC CODE CODE_DD I 1 MD PC MD, PC 2 M SP, SP SP-1 M, SP, DSP 3 C 7-0 MEM(M) MD D PC I PC PC SISTEM DE MEMOI DE DTOS I/O* E I/O* MD MD I MD DT D 7-0 MEM INM, OP3, OP2, C MEM PC C PC, C M MEM DT_DD 7-0 M US COMPTIDO

24 Nota La descripción T del resto de las instrucciones se encuentra en un documento anexo a éste. El alumno debe trabajar con ese documento. 2

25 Ejemplo de programación en ensamblador del CS2010 Ejemplo 1. Escriba una subrutina para el cálculo de la multiplicación mediante el algoritmo de sumas sucesivas. ; Ejemplo 1: ; multiplica los datos de los registros 1 y 2 ; y devuelve el resultado en 0 (truncando a bits) ; sumo el dato de 1 tantas veces como diga 2 MULT: LDI 0,0 ;Inicializa 0 a 0 CPI 2,0 ;Comprueba si multiplicador es 0 EQ ETON ;Salta al final de la rutina si 2=0 UCLE: DD 0,1 ; 0 se le añade el multiplicando SUI 2,1 ;Decrementa multiplicador 2 en 1 EQ ETON ;Salta al final de la rutina si 2=0 JMP UCLE ;epite bucle ETON: ET ;etorno de subrutina

26 Ejemplo de programación en ensamblador del CS2010 Ejemplo 2. Escriba una subrutina que devuelva el mayor de dos números (escritos en complemento a 2) ; Ejemplo 2: ; devuelve en 0 el mayor de los datos almacenados ; en los registros 1 y 2. MX: CP 1,2 ;Evalúa 1-2 LT 2MYO MOV 0,1 ET ;Si N xor V = 1 entonces 2>1 ;Copia 1 en 0 ;Salida de la subrutina 2MYO: MOV 0,2 ;Copia 2 en 0 ET ;Salida de la subrutina

27 Ejemplo de programación en ensamblador del CS2010 Ejemplo 3. Escriba una subrutina que devuelva el mayor de dos números sin signo ; Ejemplo 3: ; devuelve en 0 el mayor de los datos almacenados ; en los registros 1 y 2. MX: CP 1,2 ;Evalúa 1-2 CS 2MYO ;Si C = 1 entonces 2>1 MOV 0,1 ;Copia 1 en 0 ET ;Salida de la subrutina 2MYO: MOV 0,2 ;Copia 2 en 0 ET ;Salida de la subrutina

28 Ejemplo de programación en ensamblador del CS2010 Ejemplo. Escriba una subrutina que escriba, en orden descendente, los números del 100 al 1 en una tabla situada a partir de la posición de memoria 123 ; Ejemplo : ; ellena una tabla en orden descendente, del 100 a 1 ; la tabla empieza en la dirección 123 CUENT: LDI 0,100 ;Cargo en 0 el número 100 LDI 1,123 ;Cargo en 1 la dirección donde empieza la tabla. UCLE: ST (1),0 ;Muevo a la dirección de memoria que está en 1 ;el dato almacenado en 0 DDI 1,1 SUI 0,1 EQ ETON JMP UCLE ;Incremento 1 para que éste contenga la ;dirección ;siguiente ;Decremento el valor de 0 ;Si 0=0, hemos terminado. Saltamos a etorna ;Salta a la línea con la etiquete bucle ETON: ET ;Finalizamos el bucle.

29 Índice 1. Limitaciones de la calculadora simple 2. El Computador Simple 1 (CS1) (concepto de Programa almacenado en memoria) 3. El Computador Simple 2 (CS2) (memoria de datos y memoria de programa). El Computador Simple CS2010 (ampliación del conjunto de instrucciones) péndice: Cartas SM del Computador Simple CS