LABORATORIO CPU. LDC 10 ;00 Caricare una costante nel Accu STO 31 ;01 Salvare il valore del Accu in cella [31] HLT ;02 STOP.

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1 LABORATORIO CPU LDC 10 ;00 Caricare una costante nel Accu STO 31 ;01 Salvare il valore del Accu in cella [31] HLT ;02 STOP 30

2 Un CPU radicalmente ridotto qui si presenta un processore minimale, con solo otto istruzioni, che verrà usato in seguito per presentare e provare in pratica alcuni algoritmi di base. Un istruzione (codice operazione + operandi) = 8 bit (1 byte): 3 bit per il codice dell'istruzione (quindi, 2 3 =8 istruzioni) 5 bit (2 5 =32 valori) per costante (valori ) o indirizzi della RAM ( ) Tre registri: IR, PC, un registro dati (Accumulatore). In seguito le istruzioni: I. Trasferimento dati: LOD ind LDC cost STO ind carica nell Acc il contenuto della memoria con indirizzo ind carica la costante cost nell Acc trasferisce il contenuto dell Acc nella memoria con indirizzo ind II. Aritmetica: ADD ind SUB ind III. Controllo del flusso: JMP ind salto all indirizzo ind se il valore nell Acc >= 0 JMZ ind salto all indirizzo ind se il valore nell Acc = 0 HLT ferma l esecuzione del programma aggiunge all Acc il contenuto della memoria con indirizzo ind sottrare dall Acc il contenuto della memoria con indirizzo ind info@stoianov.it 31

3 Linguaggio Assembler: Sintassi Memoria del simulatore: nel CPU: IR, PC, un accumulatore RAM: 32 celle per programma & dati Programma = Dati + Algoritmo + Commenti istruzioni: localizzati all'inizio della RAM dati: localizzati alla fine della RAM Per prima vengono definiti i dati da utilizzare DEF indirizzo valore ad es.: [ DEF ] pp. possiamo utilizzare dati anche all'interno del programma: (LDC valore ) Segue la descrizione dell'algoritmo con una serie di istruzioni Ciascun'istruzione viene commentata utilizzando ; all'inizio dei commenti, enumerare gli istruzioni, partendo da 00 ad es.: [ LDC -1 ;03 Acc=-1 ] gli indirizzi servono a riferire gli istruzioni nei salti ad es.: [ JMP 03 ;09 Salto al 3] info@stoianov.it 32

4 Il primo programma (trasferimento dati) ; Imaginary Computer v4 ; OBBIETIVI: ; -fare il primo programma ; il compito: Assegnare a cella di memoria [31] una costante: [31]=10 ; -scrivere un programma in un file testuale ; -copiare il programma dal file alla finestra codice-assembler; ; -Compilare e Caricare il programma nella memoria; ; -Far notare che il programma va caricata dal indirizzo 0 ; -Eseguire passo per passo ; -Osservare come cambiano le registri e la memoria ad ogni passo ; IL PROGRAMMA LDC 10 ;00 Caricare una costante nel Accu STO 31 ;01 Salvare il valore del Accu in cella [31] della memoria HLT ;02 STOP info@stoianov.it 33

5 Primi passi: Aritmetica ; Imaginary Computer v4 ; OBBIETIVI : imparare a fare un programma ; compito: X=X+Costante (X=X+1) ;-definire una variabile (cella di memoria) ed assegnarle un valore iniziale ; usare celle con indirizzi grandi (31, 30, 29, ) (programma sta in basso) ;-caricare nell'accumulatore una costante ;-aggiungere all'accumulatore il contenuto della cella di memoria ;-trasferire il risultato nella stessa cella di memoria ; DATI DEF 31 2 ; mem[31]=x ; PROGRAMMA LDC 1 ; 00 Acc=1 ADD 31 ; 01 Acc=Acc+X STO 31 ; 02 X=X+1 HLT ; 03 fermi! info@stoianov.it 34

6 Primi passi: Aritmetica con 2 variabili ; Imaginary Computer v4 ; OBBIETIVI: imparare a fare elaborazione aritmetiche ; compito: X=X+Y ;- definire due variabili, X e Y come celle di memoria, [31] e [30] ;- caricare nell'accumulatore una di loro ;- aggiungere all'accumulatore l'altra ;- copiare il contenuto dell'accumulatore nella cella X ; DATI DEF 31 2 ; mem[31]=x DEF 30 6 ; mem[30]=y ; IL PROGRAMMA LOD 31 ; 00 Acc=X ADD 30 ; 01 Acc=X+Y STO 31 ; 02 X=X+Y HLT ; 03 fermi! info@stoianov.it 35

7 Primi passi: Elaborazione condizionale ; Imaginary Computer v4 ; OBBIETIVI: realizzare elaborazione condizionale semplice: non eseguire un pezzo di codice, utilizzando salto condizionale ; compito: se una variabile X>=0, assegnare alla variabile Y=1,altrimenti Y=0 ; -definire la variabile Y, dandole il valore iniziale 1 ; -caricare nell'accumulatore la variabile da verificare ; -saltare se necessario un pezzo di codice in quale si assegna Y=0 ; DATI DEF 31 5 ; mem[31]=x DEF 30 1 ; mem[30]=1 ; IL PROGRAMMA LOD 31 ; 00 Acc=X JMP 04 ; 01 se Acc>=0, vai a HLT LDC 0 ; 02 altrimenti: (i) Acc=0 STO 30 ; 03 (ii) Y=Acc (Y=0) HLT ; 04 fermi! info@stoianov.it 36

8 Elaborazione condizionale complessa ; Imaginary Computer v4 ; OBBIETIVI: elaborazione condizionale complesso; gestire più condizioni ; compito: X=[31];Y=[30]; Se (X>0) Y=1; Se (X=0), Y=0; Se (Y<0), Y=-1 ; DATI DEF 31 5 ; mem[31]=x ; PROGRAMMA LOD 31 ; 00 Acc=X JMP 05 ; 01 se Acc>=0, vai a "metti 0 o 1" LDC -1 ; 02 else Acc=-1 STO 30 ; 03 Y=-1 (x<0) HLT ; 04 FERMI JMZ 09 ; 05 se Acc=0, vai a "metti 0" LDC 1 ; 06 altrimenti Acc=1 STO 30 ; 07 Y=1 (x>0) HLT ; 08 FERMI LDC 0 ; 09 Acc=0 STO 30 ; 10 Y=0 (X=0) HLT ; 11 FERMI info@stoianov.it 37

9 Elaborazione condizionale (3) ; Imaginary Computer v4 ; OBBIETIVI: formule aritmetiche condizionali ;-compito: [31]=X; [30]=Y; X=X+ Y ;-verificare se Y è positivo o negativo e quindi aggiungerlo o sottrarlo da X utilizzando due diversi pezzi di codi; fermarsi dopo ognuno di questi. ; DATI DEF 31 5 ; mem[31]=x DEF 30-3 ; mem[30]=y ; PROGRAMMA LOD 30 ; 00 Acc=Y JMP 06 ; 01 Acc>=0? X=X+Y LOD 31 ; 02 Acc=X SUB 30 ; 03 Acc=X-Y STO 31 ; 04 X=Acc, cioè, X=X-Y HLT ; 05 STOP ADD 31 ; 06 (da 00: Acc=Y). Qui: Acc=Y+X STO 31 ; 07 X=Acc, cioè, X=X+Y HLT ; 08 STOP info@stoianov.it 38

10 Diagrammi di Flusso E' facile leggere le singole istruzioni di un programma scritta nel codice mnemonico, ma è difficile da capire la sua logica, sopratutto se nel programma c'e sono tanti cambi del flusso. La rappresentazione più apparente del flusso dei programmi utilizza Diagrammi di flusso. Essi sono costruiti dai seguenti blocchi fondamentali: elaborazione decisione I/O Inizio / Fine Ogni passo elementare di un algoritmo è rappresenta da un blocco. La sequenza di passi che costruiscono l'algoritmo si rappresenta con la sequenza dei passi elementari, rappresentati dai blocchi, collegati con frecce. info@stoianov.it 39

11 Esecuzione non-condizionale(2) Esempio: Aggiungere Y al X START mem[31]=x mem[30]=y X = X + Y HALT ADD X,Y? NO :-( START mem[31]=x mem[30]=y Acc = X Acc = Acc + Y X = Acc HALT DEF 31 2 DEF 30 6 LOD 31 ADD 30 STO 31 ; DATI ; mem[31]=x ; mem[30]=y ; PROGRAMMA ; 00 X Acc ; 01 Acc=X+Y ; 02 Acc X HLT ; 03 fermi! A sinistra: la realizzazione della somma X=X+Y con un processore completo A destra: la realizzazione della stessa somma, utilizzando il nostro processore ridotto. info@stoianov.it 40

12 Esecuzione non-condizionale ESERCIZIO Scambiare il contenuto di due variabili X e Y START Def X,Y Z = X X = Y Y = Z COMPITO Scrivere un programma in Assembler per il nostro CPU minimale che realizza questo algoritmo HALT info@stoianov.it 41

13 Esecuzione condizionale Eseguire una serie di elaborazioni solo se una condizione è vera Esempio: Aggiungere Y ad X solo se Y<0 verifica della condizione Se vero elaborazioni Se falso se vero Y < 0? X = X + Y se falso info@stoianov.it 42

14 Esecuzione condizionale Esempio: Aggiungere Y al X solo se Y<0 Y >= 0? se falso X = X + Y se vero ; DATA DEF 31 5 ; mem[31]=x DEF 30 3 ; mem[30]=y ; PROGRAMMA LOD 30 ; 00 Y Acc JMP 04 ; 01 se Acc>0 HLT ADD 31 ; 02 Acc=Acc+X STO 31 ; 03 Y+X X HLT ; 04 fermi! info@stoianov.it 43

15 Esecuzione condizionale (2) falso Elaborazioni-B verifica di condizione vero Elaborazioni-A La memoria RAM è lineare (non ha una natura spaziale, come, ad esempio, il cervello) Come implementare questa schema? 44

16 vero Confronto di due numeri Obbiettivo: confrontare due numeri ed eseguire qualcosa secondo il risultato di questo confronto Compito: trovare il massimo tra due numeri Dati: X,Y:[31,30] Mettere il risultato MAX(X,Y) in cella 29 Metodo: salto condizionato dalla differenza tra X e Y falso X>=Y max=y max=x Non - eseguire questo codice utilizzando salto noncondizionale ; DATA DEF 31 5 ; X DEF 30 4 ; Y ; PROGRAMMA LOD 31 ; 00 Acc = X SUB 30 ; 01 Acc = X Y JMP 07 ; 02 X Y>=0? 07 LOD 30 ; 03 Y Acc STO 29 ; 04 Acc MAX LDC 00 ; 05 Acc = 0 JMZ 09 ; 06 HLT LOD 31 ; 07 X Acc STO 29 ; 08 Acc MAX HLT ; 09 fermi! info@stoianov.it 45

17 Esercizi da fare da soli Obbiettivo: confrontare due numeri; assegnare uno o altro valore ad un'altra variabile secondo il risultato del confronto DATI:[31]=X,[30]=Y,[29]=Z; Compito: Se X>Y, Z=1, altrimenti Z=0 Obbiettivo: confronto ed ordine di due numeri DATI:[29],[30]; Compito: ordinare le celle 29,30 in modo crescente info@stoianov.it 46