INF2100. Dagens tema: Flink-maskinen Litt datamaskinhistorie. Registre og lagre. Instruksjoner. Flass-koden

Transkript

1 Dagens tema: Flink-maskinen Litt datamaskinhistorie Registre og lagre Instruksjoner Flass-koden Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 30. august 2005 Ark 1 av 20

2 Datamaskinenes historie Menneskene har alltid prøvd å lage maskiner for å løse sine problemer. Charles Babbage Midt på 1800-tallet var problemet tabeller med feil. Charles Babbage konstruerte sin Difference Engine som kunne lage tabeller automatisk ved å regne ut polynomer: Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 30. august 2005 Ark 2 av 20

3 Maskinen ble først ferdig i 1991 og finnes hos Science Museum i London. Dette var ingen ekte datamaskin: Binær Elektronisk Generell Komplett Program i minnet Han arbeidet også med en Analytical Engine som skulle bli en generell beregningsmaskin. Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 30. august 2005 Ark 3 av 20

4 De første moderne datamaskiner Problemet rundt var kanoner. Det er mulig å beregne en prosjektilbane, men det er mye arbeid for en matematiker. U.S. Army Ordnance Department Ballistic Research Laboratory trengte data for dusinvis av nye kanoner i 1930-årene. Løsning Lag en arbeidsbeskrivelse, og la egne «beregnere» gjøre jobben (etter en kort opplæring). Fra en eldre utgave av Webster s Dictionary: computer n, one that computes; specif : an automatic electronic machine for performing calculations Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 30. august 2005 Ark 4 av 20

5 En typisk arbeidsbeskrivelse ➂ Tast 2,78 inn i regnemaskinen. ➃ Multiplisér tallet med 3, Skriv svaret i rubrikk 28. ➄ Hvis tallet i rubrikk 71 er < 0, gå til punkt 88. ➅ Tast tallet i rubrikk 29 inn i regnemaskinen. ➆ Legg til 1. ➇ Gå til punkt , Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 30. august 2005 Ark 5 av 20

6 Problem Hver bane tok opptil 20 timer å beregne (selv med elektrisk bordregnemaskin), og man trengte ulike baner for hver kanon. Løsning Lag en maskin som gjør dette automatisk. Moore School of Electrical Engineering ved universitetet i Pennsylvania gjorde det med penger fra Ballistic Research Laboratory. Resultatet ble Eniac som ble ferdig i Den målte 2½ 1 30 m, veide 30 tonn og inneholdt radiorør. Den kunne beregne en kulebane på drøyt 10 s. Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 30. august 2005 Ark 6 av 20

7 Oppbyggingen av Eniac Tanken bak Eniac var å kopiere en menneskelig beregner. Derfor fikk man Aritmetisk enhet («ALU») tilsvarte regnemaskinen. Den kunne de fire regneartene: + Regnemaskinen har et tall for videre beregning; datamaskinen har et register for dette. Minnet tilsvarte arket med mellomresultater. Datamaskinen kunne skrive innholdet av registeret til en celle i minnet, og hente innholdet av en celle tilbake til registeret. Programmet tilsvarte beregnerens arbeidsbeskrivelse. Det skulle følges helt slavisk. Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 30. august 2005 Ark 7 av 20

8 Programmet Et program for datamaskinen inneholdt de samme elementene som beregnerens arbeidsbeskrivelse: Aritmetiske operasjoner var mulig i de fire regneartene; svaret kom i registeret. Mellomlagring av data skjedde ved at registeret ble kopiert til en angitt celle i minnet. Derfra kunne det hentes tilbake ved behov. Hopp til en angitt instruksjon var nødvendig for å kunne gå i løkker. Tester i forbindelse med hopp var typisk på om registeret var < 0, = 0 eller > 0. Programmene ble etter hvert kodet som tall (men Eniac ble kodet med kabler). Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 30. august 2005 Ark 8 av 20

9 Den aller første «bug» Også de første datamaskinene hadde feil. Den 9. september 1945 kl fant man feilen i relé nr 70 i panel F i en Mark II Aiken elektromekanisk datamaskin og foretok den første «debugging»: Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 30. august 2005 Ark 9 av 20

10 Oppbygningen av en datamaskin Det viktigste i en moderne datamaskin er hovedkortet («motherboard»): Grovt sett inneholder det En prosessor Minne (for både program og data) Klokke Kontrollere for periferutstyr. Dette er den såkalte Von Neuman-arkitekturen som omtrent alle datamaskiner siden Eniac har fulgt. Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 30. august 2005 Ark 10 av 20

11 Prosessoren Prosessoren er «selve datamaskinen». Det finnes mange ulike prosessorer fra ulike produsenter. Flink er en forenklet utgave av flere typiske prosessorer. Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 30. august 2005 Ark 11 av 20

12 Flink-maskinen «Datamaskinnen» Flink har To internlagre: Datalageret kan lagre heltall. Instruksjonslageret brukes til å lagre instruksjonene som utgjør programmet. Hver celle består av tre deler: Func angir hvilken operasjon det er snakk om. Adrs gir adresser. Corr gir adressekorreksjon med C-registeret. (Mer om dette siden.) Seks registre: I aktuell verdi C korrigeringsregister (omtales senere) PC programteller CF Siste Func-del av instruksjon CA Siste Adrs-del av instruksjon CC Siste Corr-del av instruksjon Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 30. august 2005 Ark 12 av 20

13 Programutførelsen Instruksjonene utføres alltid én og én: PC = 0; I = 0; C = 0; stoppet = false; while (! stoppet) { CF = Func[PC]; CA = Adrs[PC]; CC = Corr[PC]; PC = PC + 1; } if (CF == 0) { stoppet = true; } else { <<utfør instruksjonen (CF,CA,CC)>> } Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 30. august 2005 Ark 13 av 20

14 Instruksjonene (Denne uken kan vi regne at addr er CA.) 0 STOP Stopp 1 1 LDI I = ISTORE[addr]; 2 2 STI ISTORE[addr] = I; 2 5 ADDI I = I+ISTORE[addr]; 2 6 SUBI I = I-ISTORE[addr]; 2 7 MULI I = I*ISTORE[addr]; 10 8 DIVI I = I/ISTORE[addr]; 15 9 INI I = «fra tastaturet»; OUTI System.out.print(I); OLIN System.out.println(); JMP Hopp til addr 1 14 JLTI Hopp til addr om I< JLEI Hopp til addr om I<= JEQI Hopp til addr om I== JNEI Hopp til addr om I!= JGTI Hopp til addr om I> JGEI Hopp til addr om I>= SETI I = addr; 1 21 INCI I = I+addr; 1 Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 30. august 2005 Ark 14 av 20

15 Et eksempel Dette programmet skriver ut tallet 4: Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 30. august 2005 Ark 15 av 20

16 Flok-koden For å få Flink-maskinen til å utføre koden, må vi «pakke den inn»: #! /store/bin/flink ❶ Først kommer to tall: antall instruksjoner og antall heltall med initialverdi. ❷ Så kommer instruksjonene. ❸ Til sist kommer heltallene (men det er ingen i dette eksemplet). Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 30. august 2005 Ark 16 av 20

17 Kjøring Nå kan vi kjøre programmet: > minila skriv4 4 Total execution time: 102 Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 30. august 2005 Ark 17 av 20

18 Flass-kode For å gjøre det enklere å skrive Flink-kode, har man funnet på Flass. Da kan man bruke navn istedenfor tallkoder bruke navn på datalokasjoner sette navn på instruksjoner (for å hoppe dit) Eksempel Dette programmet beregner absoluttverdien av et tall: # Leser et tall og beregner absoluttverdien. Start INI # Les tallet JGEI Skriv # Hvis negativt, STI Var # lagre i Var. SETI 0 # Beregn SUBI Var # 0-Var. Skriv OUTI 1 # Skriv ut tallet. OLIN Slutt STOP # Ferdig. Var INTG 0 # Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 30. august 2005 Ark 18 av 20

19 Kjøringen går slik: > minila abs Inint: Total execution time: 202 > minila abs Inint: Total execution time: 207 Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 30. august 2005 Ark 19 av 20

20 Programmet flass lager også en liste over koden den genererer: # Leser et tall og beregner absoluttverdien. Code 0: Start INI # Les tallet Code 1: JGEI Skriv # Hvis negativt, Code 2: STI Var # lagre i Var. Code 3: SETI 0 # Beregn Code 4: SUBI Var # 0-Var. Code 5: Skriv OUTI 1 # Skriv ut tallet. Code 6: OLIN Code 7: Slutt STOP # Ferdig. Int 0: 0 Var INTG 0 # Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 30. august 2005 Ark 20 av 20