DEC PDP8, III Generazione, '65-'75

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1 Parte I

2 DEC PDP8, III Generazione, '65-'75

3 PDP8 Architettura (Livello Registri) 12 bit Program Counter PC 12 bit Memory Address Register MAR Random Access Memory RAM 4096 x 16 1 bit I 3 bit Operation Code OPR Memory Buffer Register MBR 16 bit 1 bit 16 bit 1 bit 1 bit 1 bit E Accumulator A S F R

4 Dati Rappresentabili Avendo a disposizione 16 bit, ogni cella di memoria puo' contenere un valore tra i 2 16 =65536 numeri rappresentabili Sta al processore saper interpretare i dati letti Sta al programmatore sapere utilizzare correttamente le possibili rappresentazioni. Così come accadeva per l'abaco, uno stesso valore puo' rappresentare più cose La rappresentazione dei 'numeri' utilizzata nel PDP8 è in complemento a 2, quindi, letti in tal modo, il range dei numeri rappresentabili è [-32768,32767] Rappresentazione in Complemento a 2

5 Notazione Complento a 2 (richiami) La rappresentazione di un numero N non negativo è uguale alla rappresentazione base 2 La rappresentazione di un numero -N negativo si ottiene come differenza di 2 k -N, dove k è il numero di bit a disposizione, nel caso del PDP8 k=16 Una semplice regola di conversione per -N: si converte in binario a k bit il numero N si complementano tutti i bit si somma 1

6 PDP8 Architettura LD read write MAR RAM 0 Output Selection Logic LD MBR 1 s 2 s 1 s 0 ALU LD LD LD E - AC I - OPR PC 2 3 4

7 PDP8, livello linguaggio macchina In generale un'istruzione è composta da: I OPR ADDRESS Il significato del primo bit dipende dal campo OPR Il campo OPR costituito da 3 bit può potenzialmente riferirsi a 2 3 istruzioni differenti Anche il significato del campo ADDRESS in realtà non si riferisce sempre ad un indirizzo, ma dipende dal campo OPR, in tal modo è possibile specificare piu' istruzioni

8 Memory Reference Instructions (MRI) MRI è l'insieme di istruzioni che fa riferimento ad operazioni in memoria, sono distinguibili dalle altre poiché il campo OPR può assumere valori compresi in [000,110] (ovvero in [0,6]) Se 0 OPR 6 allora il primo bit dell'istruzione si riferisce al registro I Il campo address si sirerisce ad un indirizzo in memoria I OPR ADDRESS

9 Register Reference Instructions (RRI) RRI è l'insieme di istruzioni che fa riferimento ad operazioni sui registri, sono distinguibili dalle altre poiché il campo OPR = 111 e il primo bit dell'istruzione è = 0 Se OPR = 7 & bit1 = 0 allora il primo bit dell'istruzione è necessario ad identificare un'istruzione del set RRI Il campo address rappresenta il codice vero e proprio dell'istruzione che dovra' essere eseguita Instruction

10 Input/Output Instructions (I/O-I) I/O-I è l'insieme di istruzioni di ingresso e uscita, sono distinguibili dalle altre poiché il campo OPR = 111 e il primo bit dell'istruzione è = 1 Se OPR = 7 & bit1 = 1 allora il primo bit dell'istruzione è necessario ad identificare un'istruzione del set I/O-I Il campo address rappresenta il codice vero e proprio dell'istruzione che dovra' essere eseguita instruction

11 Passi base per l'esecuzione di un programma Un calcolatore funziona a passi discreti. In ciascun passo vengono eseguite delle micro-operazioni. Una volta caricato il programma in memoria ed avviata l'esecuzione L'istruzione il cui indirizzo è presente nel registro PC è letta dalla memoria e copiata nel registro MBR i bit 2 4 vengono trasferiti nel registro OPR in base all'analisi di OPR vengono interpretati gli altri bit dell'istruzione Ciclo di fetch: l'istruzione è letta dalla memoria Ciclo di execute: l'istruzione viene eseguita Ciclo di indirizzamento indiretto: ADDRESS viene interpretato come l'indirizzo di memoria dove è contenuto l'indirizzo ricercato Ciclo di interrupt: cambia programma in esecuzione salvando lo stato attuale della memoria e dei registri per poter tornare ad eseguire il programma originale (non lo trattiamo)

12 Diagramma Unità di Controllo Sequence Counter

13 Fetch-Execute E' compito dell'unità di Controllo predisporre i diversi cicli A tale scopo l'uc impiega due flip-flop, F e R F R Linea Decoder descrizione 0 0 C0 Ciclo di fetch 0 1 C1 Ciclo di indirizzamento indiretto 1 0 C2 Ciclo di execute 1 1 C3 Ciclo di interruzione

14 Ciclo di Fetch (F=0, R=0) MAR MBR PC PC +1; incrementa il PC OPR I If (I=1 & OPR 111) then R else F PC; trasferisce l'indirizzo (PC) dell'istruzione in MAR M; legge l'istruzione dalla memoria MBR(OP); trasferisce nel registro OPR il campo corrisp. MBR(I); trasferisce nel registroi il campo corrisp. 1; passa al ciclo di indirizzamento indiretto 1; passa al ciclo di esecuzione

15 Ciclo di Fetch ottimizzato c 0 t 0 : MAR PC c 0 t 1 : MBR M, PC PC +1 c 0 t 2 : OPR MBR(OP), I MBR(I) q 7 Ic 0 t 3 : R 1 (q 7 +I )c 0 t 3 : F 1

16 Ciclo di Indirizzamento Indiretto (F=0, R=1) c 1 t 0 : MAR MBR(AD); trasferisce la parte indirizzo dell'istruzione c 1 t 1 : MBR M; legge il contenuto dell'indirizzo specificato c 1 t 2 : c 1 t 3 : F 1, R 0; passa al ciclo di esecuzione

17 AND I 000 ADDRESS Esegue l'and logico tra l'accumulatore AC e Se I=0: il contenuto della cella di memoria il cui indirizzo è specificato da ADDRESS (indirizzamento diretto) Se I=1, il contenuto della cella di memoria il cui indirizzo è contenuto nella cella di memoria specificata dal campo ADDRESS (indirizzamento indiretto) Il risultato è salvato in AC Ciclo di execute: q 0 c 2 t 0 : MAR q 0 c 2 t 1 : MBR M; legge l'operando q 0 c 2 t 2 : AC AC AND MBR; esegue l'and logico di MBR con AC c 2 t 3 : F 0; passa alla fase di fetch MBR(AD); trasferisce la parte indirizzo dell'istruzione

18 Pseudo Istruzioni ORG N (origin) il numero NЄ[0,2 12-1] espresso in esadecimale specifica da quale cella di memoria si deve iniziare a caricare il programma END Indica la fine del progamma (non dell'esecuzione) DEC N (decimal) il numero decimale N espresso in modulo e segno HEX N (hexadecimal) il numero esadecimale N espresso in modulo e segno

19 Etichette e Commenti Quando scriviamo un programma in Assembly possiamo associare un'etichetta (label) ad una cella di memoria in modo da riferirci a tale cella/istruzione tramite la label anziché tramite l'indirizzo (l'assembler si preoccupa di risolvere i collegamenti tra label e indirizzi fisici) Le label vengono scritte ad inizio istruzione/dichiarazione seguite da una virgola Le label sono costituite da 3 caratteri. A fini didattici, nei nostri esempi utilizzeremo anche label di piu' caratteri per mantenere maggior chiarezza E' inoltre possibile inserire dei commenti all'interno del programma per poter spiegare/ricordare il perché di determinate istruzioni i commenti vengono inseriti tramite il carattere '/' a fine instruzione/dichiarazione tutto cio' che viene scritto dopo '/' non è considerato parte del programma è buona norma mettere un commento dopo un'istruzione o almeno dopo un insieme di istruzioni in modo da specificarne la logica

20 Esempio programma ORG 100 END / programma vuoto Questo programma lascia invariato lo stato della memoria dato che non c'e' nessuna istruzione o dato da caricare. ORG 100 HLT END / programma più corto Questo programma esegue un'unica istruzione che termina l'esecuzione.

21 Warnings Non c è un controllo riguardo i valori che possono essere assegnati alle variabili. Quindi valori fuori dall'usuale range [-32768,32767] vengono accettati e mappati nel corrispondente valore disponibile, ad esempio: X, DEC equivale a scrivere: X, DEC -536 dato che nel range circolare [-32768,32767] proprio della notazione in complemento a 2 si ha che = , ovvero viene considerato come = -536 NOTA: Chiamiamo questo comportamento Warning e non Bug poiché potrebbe essere determinato semplicemente da una scelta implementativa e non da un errore

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