Prosessoren. Bakgrunnen Innhold LMC. Assemblerkode Oppsummering instruksjonene [Englander kap 6] Hva inneholder den? Hvordan utføres instruksjonene?

Transkript

1 Prosessoren Bakgrunnen Innhold LMC Hva inneholder den? Hvordan utføres instruksjonene? Assemblerkode Oppsummering instruksjonene [Englander kap 6]

2 Lagdelingen av en datamaskin Internett Lokalnett (LAN) Mitt program Programtolker (python, java,...) Operativsystemet Prosessoren (CPU-en) Logiske porter (AND, OR, XOR,...) Transistorer

3 Bakgrunnen LMC Instruksjoner Assemblerkode Oppsummering De menneskelige beregnerne Inspirasjonen De som laget de første datamaskinene, prøvde å etterligne de menneskelige beregnerne.

4 Bakgrunnen LMC Instruksjoner Assemblerkode Oppsummering De menneskelige beregnerne Disse menneskelige beregnerne hadde: arbeidsbeskrivelse inndata og resultater regnemaskin ark til mellomresultater

5 John von Neumann fant løsningen Von Neumann-arkitekturen Basert på dette designet John von Neumann den moderne datamaskinen: CPU inndata utdata Minne prosessor Den viktigste egenskapen er at minnet inneholder både data og instruksjoner.

6 Hva er LMC? LMC En meget enkel men teoretisk korrekt datamaskin er LMC («Little man computer») designet av Stuart Madnick. Denne simulatoren er laget av Peter Higginson.

7 Inn- og utdata Data inn og ut LMC kan lese tall som brukeren skriver inn. Svaret kommer i form av tall som LMC skriver ut. Ekte datamaskiner Data inn kan komme fra tastatur, mus, sensorer,... Data ut kan gå til skjerm, høytaler, skriver,...

8 Minnet Minnet Minnet i LMC er en posthylle med hundre hyller nummerert Hver hylle kan lagre ett tall. Ekte datamaskiner Minnet er på 2 8 GB (gigabyte).

9 CPU CPU CPU («Central Processing Unit») er den sentrale delen i en datamaskin. Den inneholder: ALU («Arithmetic Logic Unit») til aritmetiske og logiske beregninger registre kontrollogikk til å utføre instruksjonene inndata CPU ALU Registre Minne prosessor utdata

10 Regnemaskinen Regnemaskinen Regneenheten til LMC kan addere og subtrahere heltall. Ekte datamaskiner En moderne ALU kan alle vanlige regnearter for heltall av ulik lengde samt for flyt-tall.

11 Registre Registre Inne i CPU-en finnes noen få lagerceller for data som CPU-en trenger. LMC har fire registre: Accumulator er til beregninger; svaret kommer hit. Program counter (alias Location counter) angir hvilken instruksjon i minnet som neste gang skal utføres. Instruction register inneholder koden til den instruksjonen som utføres. Address register inneholder adresseinformasjonen til den instruksjonen som utføres. Ekte datamaskiner Moderne prosessorer har fra 20 til et par hundre registre.

12 Instruksjonene Instruksjonene Arbeidsbeskrivelse lagres på numerisk form i minnet. Hver instruksjon er en tall der 1. siffer angir instruksjonskoden og 2. og 3. siffer angir en adresse i minnet (om det er aktuelt). Eksempel 599 betyr «Hent verdien i adresse 99 i minnet og legg den i akkumulatorregisteret.» (Kode 5 angir at prosessoren skal hente noe i minnet.)

13 Tolkning av instruksjonene Utførelse av instruksjonene Kontrollogikken i CPU-en er i stand til å utføre det instruksjonene angir. Læreboken demonstrerer dette med en liten mann:

14 Tolkning av instruksjonene Instruksjonssykelen Kontrollogikken i CPU-en gjør det som de menneskelige beregnerne gjorde: 1 Bruk verdien i programtelleren som adresse til minnet og hent neste instruksjon der. Samtidig: Øk programtelleren med 1. 2 Splitt instruksjonen og legg delene i instruksjonsregisteret og adresseregisteret. 3 Utfør det som instruksjonsregisteret angir. 4 Gjenta.

15 HLT Instruksjonen HLT Denne instruksjonen (HLT = «Halt», også kalt COB = «Coffee break» i boka) har kode 000. Den stopper kjøringen. Eksempel Dette minimale programmet gjør ingen ting, det bare stopper: 000

16 INP og OUT Instruksjonen INP Denne instruksjonen (INP = «Input», kalt IN i boka) har kode 901. Den ber brukeren skrive et tall, og dette tallet legges i akkumulatorregisteret. Instruksjonen OUT Denne instruksjonen (OUT = «Output») har kode 902. Den skriver ut verdien i akkumulatoren. Eksempel Dette lille programmet leser et tall og skriver det ut igjen før det stopper

17 LDA og STO Instruksjonen STA Denne instruksjonen (STA = «Store accumulator», kalt STO i boka) har kode 3xx, og den kopierer verdien i akkumulatoren til adresse xx i minnet. Instruksjonen LDA Denne instruksjonen (LDA = «Load accumulator») har kode 5xx, og den kopierer verdien i lokasjon xx til akkumulatoren.

18 ADD og SUB Instruksjonen ADD Denne instruksjonen har kode 1xx og adderer verdien i adresse xx i minnet til akkumulatoren. Instruksjonen SUB Denne instruksjonen (SUB = «Subtract») har kode 2xx, og den trekker verdien i adresse xx i minnet fra akkumulatoren.

19 Et addisjonsprogram Et eksempel Dette lille programmet [Englander side ] vil 1 lese inn et tall og legge det i adresse 99 i minnet, 2 lese et tall til, 3 legge tallet i adresse 99 til det sist innleste tallet og 4 skrive ut svaret

20 Numeriske koder er kronglete Assemblerkode Forrige eksempel viste at numeriske koder er kronglete å bruke. Det er bedre om vi kan navngi instruksjonene. add2.lmc INP // Les et tall STA 99 // og legg det i celle 99. INP // Les et tall til ADD 99 // og legg til tallet i celle 99. OUT // Skriv ut svaret. HLT // Avslutt. Slik tekstlig kode kalles assemblerkode.

21 Alle instruksjonene Alle LMC-instruksjonene Kode Navn Beskrivelse 0xx HLT Stopper 1xx ADD Adderer angitt minneverdi med akkumulatoren 2xx SUB Subtraherer minneverdi fra akkumulatoren 3xx STO Lagrer akkumulatoren i minnet 4xx (Ikke i bruk) 5xx LDA Henter verdi fra minnet til akkumulatoren 6xx BRA Hopper til angitt adresse 7xx BRZ Hopper hvis akkumulatoren er 0 8xx BRP Hopper hvis akkumulatoren er INP Leser verdi; svar i akkumulatoren 902 OUT Skriver ut verdien i akkumulatoren 922 OTC Skriver ut ASCII-tegn (ikke i boka)