Símplez: modelo estructural

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Elisa Carla Luna Ojeda
hace 6 años
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1 Símplez: modelo estructural bus A 9 bus C 15 UCP 2 UC AC UAL MP CTEC teclado CPAN pantalla bus D 12 c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 1 Símplez: memoria principal Capacidad, organización y funcionamiento: direcciones bits palabra 0 palabra 1 palabra 2 bus C lec esc 511 palabra 511 bus A (lec) (esc) bus D 12 "celda" (palabra de 12 bits) direccionada c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 2

2 Símplez: unidad aritmética AC UAL 1 2 operando 1 operando 2 (del bus D) pac sum tra2 dec1 Operaciones (notación «RT»): * pac: 0 AC * sum: (AC) + (bus D) AC * tra2: (bus D) AC * dec1: (AC) 1 AC c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 3 Símplez: unidad de control Repite indefinidamente: 1. Extrae (lee) una instrucción de la MP. 2. La interpreta: a) Descodifica la instrucción. b) En su caso, extrae el operando (de la MP o de periférico). c) Ejecuta la instrucción. Incluye, en su caso, escribir en la MP o en periférico. 3. Genera dirección de la siguiente (normalmente, ya en el paso 1). lectura de instrucción ejecución de instrucción decodific. lectura de operando c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 4

3 Símplez: periféricos Teclado y pantalla (trivializados) Caracteres codificados en ISO «Latin 1» (ISO ) o «Latin 9» (ISO ) Comunicación a través del acumulador Tiempos para las transferencias mucho mayores que los de la UAL y la MP Ocupan las direcciones 508 a 511 («robadas» a la MP) c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 5 Símplez: modelo funcional (1) Representación de información numérica (sólo números enteros no negativos): En binario, con 12 bits Rango: de 0 a = 4095 Ejemplos: D 4 = B = Q 0004 = H 004 D 10 = B = Q 0012 = H 00A D 1022 = B = Q 1776 = H 3FE D 4095 = B = Q 7777 = H FFF c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 6

4 Símplez: modelo funcional (2) Representación de información textual (caracteres): Código ISO Latin9 en los 8 bits menos significativos de una palabra Ejemplos: a = B = Q 141 = H 61 = 97 à = B = Q 340 = H E0 = 224 e = B = Q 244 = H A4 = 164 = B = Q 040 = H 20 = 32 Ö Ø = B = Q 015 = H 0D = 13 ÒÐ = B = Q 012 = H 0A = 10 c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 7 Símplez: modelo funcional (3) Formato de instrucciones: CO CD CO : Código de operación (2 3 = 8) CD : Campo de dirección (2 9 = 512) c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 8

5 (programa) Símplez: modelo funcional (4) Repertorio de instrucciones: CO CO CO Significado («RT») (bin) (oct) (nem) ËÌ (AC) MP[(CD)] Ä (MP[(CD)]) AC (AC) + (MP[(CD)]) AC Ê siguiente instrucción en MP[(CD)] si cero, siguiente instrucción en MP[(CD)] ÄÊ 0 AC (AC) 1 AC À ÄÌ para c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 9 Suma de dos enteros Ö ÙÐØ Ó ÓÔ Ö Ò Ó½ ÓÔ Ö Ò Ó¾ Asignación de direcciones: ÓÔ Ö Ò Ó½: D 300 = Q 454 ÓÔ Ö Ò Ó¾: D 301 = Q 455 Ö ÙÐØ Ó: D 302 = Q 456 Mapa de memoria: ÖºÅÈ ÓÒØº ÓÒØº ÓÑ ÒØ Ö Ó ºµ ÓØºµ Ò Ñºµ ¹¹¹¹¹¹ ¹¹¹¹¹ ¹¹¹¹¹¹¹ ¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹ ¼ ½ Ä» ¼¼ ÓÔ½ ½ ¾» ¼½ µ ÓÔ¾ ¾ ¼ ËÌ» ¼¾ µ Ö ¼¼¼ À ÄÌ (operando 1) (operando 2) (resultado) c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 10

6 Progresión aritmética (1) ¼ ÙÑ ¼ ÓÖ ÒØ ½ Ò µ ß Ð Ö ÙÑ ÙÑ Asignación de direcciones (por ej.): Ò : D 46 = Q 56 Ö : D 47 = Q 57 ¼ : D 48 = Q 60 : D 49 = Q 61 ÙÑ : D 50 = Q 62 : D 51 = Q 63 (contador) Mapa de memoria: 0 15 Programa n = D 9 r = D 5 a0 = D ai suma contador 511 Resultado: a0+a1+...+a9 = = 245 c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 11 Progresión aritmética (2) Asignaciones iniciales (suponemos que en [52] hay «1»): ÅÒ Ñ Ò Ó ÇØ Ð ¼ Ä» ½¼ ¼ ËÌ» ¼¼ ½ ÙÑ ¼ ËÌ» ¼ ¼¼ ¾ ½ Ä» ¾ ½¼ ËÌ» ½ ¼¼ Asignaciones dentro del bucle: ÅÒ Ñ Ò Ó ÇØ Ð Ö Ä» ½¼ ½» ¾¼ ËÌ» ¼¼ ½ ÙÑ» ¼ ¾¼ ¾ ÙÑ ËÌ» ¼ ¼¼ ¾ 0 15 Programa n = D 9 r = D 5 a0 = D ai suma contador 511 Resultado: a0+a1+...+a9 = = 245 Control del bucle: Comprobar si Ò y seguir o no seguir. Pero sólo tenemos una instrucción de bifurcación,, y no hay instrucción para restar! c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 12

7 Progresión aritmética (3) Solución: contar hacia atrás hasta que ¼ ¼ ÙÑ ¼ ÓÖ ÒØ Ò ¼ ¹¹µ ß Ö ÙÑ ÙÑ Ð ÅÒ Ñ Ò Ó ÇØ Ð ÖºÅÈ ¼ Ä» ½¼ ¼ ¼ ËÌ» ¼¼ ½ ½ ÙÑ ¼ ËÌ» ¼ ¼¼ ¾ ¾ Ò Ä» ½¼ ËÌ» ½ ¼¼ ú ¼»½ ¼½ 0 15 Programa n = D 9 r = D 5 a0 = D ai suma contador 511 Resultado: a0+a1+...+a9 = = 245 Ö Ä» ½¼ ½ ÅÒ Ñ Ò Ó ÇØ Ð ÖºÅÈ» ¾¼ ¹¹ Ä» ½ ½¼ ½½ ËÌ» ¼¼ ½ ¼¼¼ ½¾ ÙÑ» ¼ ¾¼ ¾ ËÌ» ½ ¼¼ ½ ÙÑ ËÌ» ¼ ¼¼ ¾ ½¼ Ê» ¼¼ ½ À ÄÌ ¼¼¼ ½ c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 13 Interpretación de contenidos de la MP (1) dir. MP cont. (binario) cont. (octal) cont. (hex.) [0] Q 5000 H A00 [1] Q 7772 H FFA [5] Q 2001 H Qué hay en estas palabras? (interpretación) Depende... c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 14

8 Interpretación de contenidos de la MP (2) Dir.MP/cont. Interpretación como... instrucción número carácter [0] Q 5000 ÄÊ D 2560 ÆÍÄ [1] Q 7772 À ÄÌ D 4090 ú [5] Q 2001»½ D 1025 [control] Qué ocurre si la UC ejecuta [5]? Qué ocurre si empieza ejecutando [0]? En el nivel de máquina convencional no hay «tipos» (salvo en algunas máquinas) c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 15 Modificación de instrucciones ¼ ¼¼¾ Ê»¾ ½ ¼¼¼½ ¾ ¼¼¼ ÄÊ ººº ½½ Ä»½¼¼ LD / LD /101 ººº ½ ½¼½¼ Ä» ½ ¾¼¼½»½ ½ ¼¼½¼ ËÌ» LD /8 ADD /1 ST / ½ ººº ¾ ¼½¼ Ê» ¾ ººº c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 16

9 Intercambio («swapping») en la MP ÒØ Ø ÑÔ ÒØ Ò Û ÒØ ¼ ÒØ Ò Û ÒØ ¼ ¹¹¹ ¹¹¹ ÓÖ ÒØ ¼ ºÐ Ò Ø µ ß Ø ÑÔ Ø ÑÔ Ð Programa Zona A Zona B Ejercicio: Traducir al lenguaje de Símplez, suponiendo que el compilador pone las constantes 50 y 1 en las direcciones [1] y [2] y reserva la dirección [3] para la variable y la [4] para Ø ÑÔ. 511 c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 17 Subprogramas Implementación de procedimientos y funciones («métodos») en el nivel de máquina convencional. Programa Transmisión de los argumentos (paso de parámetros). En Símplez, únicamente por valor. A través del AC, o de palabras de la MP (variables globales). Preservación de la dirección de retorno. En Símplez, «construyendo» la instrucción de retorno, Ê» Ö, antes de cada llamada. llamada llamada Subprograma retorno c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 18

10 Subprograma para restar Estas instrucciones implementan el subprograma, suponiendo que: El minuendo (mayor que el sustraendo) se pasa por el acumulador. El sustraendo (mayor que 0) se pasa por la dirección ¾¼¾. Antes de llamarlo (con una instrucción Ê»¾¼¼) se modifica adecuadamente la última instrucción. Ejercicio: Escribir las instrucciones necesarias de un programa que a partir de la dirección ½¼ requiere hacer la operación ¼µ¹ ½µ ¾, y a partir de ¾¼, ½¼¼µ¹ ½¼½µ ½¼¾. ¾¼¼ ½ Ê»¾¼ ¾¼½ ¼¼¼¼ ¾¼¾ ¼¼¼¼ Ù ØÖº ¾¼ ¼¼¼ ¾¼ ¼ ½½ ËÌ»¾¼½ ¾¼ ½ ½¾ Ä»¾¼¾ ¾¼ ¼¼¼ ¾¼ ¾»¾½½ ¾¼ ¼ ½¾ ËÌ»¾¼¾ ¾¼ ½ ½½ Ä»¾¼½ ¾½¼ ½ Ê»¾¼ ¾½½ ½ ½½ Ä»¾¼½ ¾½¾ ¼¼¼ Ê»¼ c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 19 Lenguaje ensamblador Etiquetas, seudoinstrucciones, directivas... Nivel de máquina simbólica ÈÖÓ Ö Ñ Ù ÒØ ¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹ ÇÊ ¾¼¼ ¾¼¼ ½ Ê ËÌ Ê» Í Ä ¾¼½ ¼¼¼¼ Ê ËÍÄÌ Ê Ë ½ ¾¼¾ ¼¼¼¼ ËÍËÌÊ Ê Ë ½ ¾¼ ¼¼¼ Í Ä ¾¼ ¼ ½½ ËÌ»Ê ËÍÄÌ ¾¼ ½ ½¾ Ä»ËÍËÌÊ ¾¼ ¼¼¼ ¾¼ ¾» ÁÆ Ä ¾¼ ¼ ½¾ ËÌ»ËÍËÌÊ ¾¼ ½ ½½ Ä»Ê ËÍÄÌ ¾½¼ ½ Ê» Í Ä ¾½½ ½ ½½ ÁÆ Ä Ä»Ê ËÍÄÌ ¾½¾ ¼¼¼ Ê»¼ Æ c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 20

11 Comunicaciones con los periféricos Cada periférico tiene un puerto de datos y un puerto de estado. Puerto Dirección estado de la pantalla 508 datos de la pantalla 509 estado del teclado 510 datos del teclado 511 Ä» ½½: lee el último carácter tecleado. Ä» ½¼: lee el estado del teclado («1» = preparado para enviar un carácter; «0» = no preparado). ËÌ» ¼ : saca por pantalla el carácter del AC. Ä» ¼ : lee el estado de la pantalla («1» = preparada para recibir un carácter; «0» = no preparada, ocupada con el anterior). c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 21 Espera activa («busy waiting») Para escribir en la pantalla: ¾¼ ½ Ä» ¼ Ò ¾¼ ÔÓÖ ÑÔÐÓµ ¾½ ¼¾»¾¼ ÒÓ ÔÖ Ô Ö Ù ÔÖÓ Ò Ó ¾¾ ½¼¼ Ä» Ö Ð Ö Ø Ö Ò Ôº ºµ ¾ ¼ ËÌ» ¼ Ý ÐÓ ÒÚ Ð Ô ÒØ ÐÐ Para leer del teclado: ¼ ½ Ä» ½¼ Ò ¼ ÔÓÖ ÑÔÐÓµ ½ ¼ ¼» ¼ ÒÓ ÔÖ Ô Ö Ó Ù ÔÖÓ Ò Ó ¾ ½ Ä» ½½ Ö Ð Ö Ø Ö ¼¼¼ ËÌ» Ý ÐÓ ÐÑ Ò Ò Ôº ºµ c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 22

12 iniciación terminación Análisis de tiempos en la espera activa Supongamos estos datos: Tiempo de ejecución para las instrucciones Ê,, ÄÊ, y À ÄÌ: 1 ciclo de MP = 200 ns. Tiempo de ejecución para las instrucciones ËÌ, Ä y : 2 ciclos de MP = 400 ns. Tiempo de escritura de un carácter en la pantalla: 1/30 s ns. Si inmediatamente después de ËÌ ¼ se inicia otro bucle de espera para escritura, cuántas veces se ejecutan las dos instrucciones del bucle? /600 = veces c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 23 Introducción a otros mecanismos Interrupciones: «iniciativa» del periférico interrumpe a la UCP para cada carácter la UCP ejecuta una RS para cada carácter Espera activa: seg/caracter Interrupciones: tiempo Acceso directo a la memoria: el periférico se comunica directamente con la MP sólo interrumpe al final de la transferencia de un bloque va «robando» ciclos a la UCP tiempo de RS Acceso directo a la memoria: ciclo de MP c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 24

13 Símplez: conclusiones Conveniencia de más «facilidades hardware» instrucciones ËÍ, ÄÄ/Ê Ì, lógicas y de desplazamiento Capacidad de direccionamiento ridícula modo de direccionamiento indirecto. Modificación de instrucciones para recorrer la MP modo de direccionamiento indexado. Pocos y pobres tipos de datos facilidades hardware para «empalmar» palabras. Comunicación con periféricos bloquea a la UCP interrupciones, ADM.. c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 25 Programación: conclusiones (1) Programación en el nivel de máquina convencional: Propensa a errores y costosa en desarrollo Programas ligados a la máquina Aparición del nivel de máquina simbólica No utilizada, salvo casos especiales Automodificación de los programas: Programas no reutilizables Propensión a errores Absolutamente «prohibido» en ingeniería del software Lenguajes de alto nivel no lo permiten Aprendizaje? c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 26

14 Programación: conclusiones (2) Comunicaciones con los periféricos: Interrupciones y ADM permiten obtener mejor rendimiento de la máquina, pero programación delicada y costosa Aparición del nivel de máquina operativa c 2009 DIT-ETSIT-UPM Símplez transp. 27

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