Memoria centrale (RAM) Registri della CPU. Definizioni. Architettura considerata in CPUSim. Programma in linguaggio macchina

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1 Architettura considerata in CPUSim Linguaggio macchina -- esempio in CPUSim Manuale di CPU Sim Memoria con 128 celle Indirizzi da 12 bit Registri usuali per un architettura di Von Neumann (, IR,, ) Un registro () per operazioni della ALU Istruzioni con un operando, l altro (se necessario) e il contenuto di Puo essere tutto modificato 1 2 Registri della CPU (12 bit): program counter (16 bit) IR (16 bit): instruction register (12 bit): memory address register (16 bit): memory data register Status (3 bit) Memoria centrale (RAM) 128 celle (indirizzi da 3 4 Programma in linguaggio macchina Due parti Dichiarazioni, direttive, macro Sequenza di istruzioni, una per riga Definizioni Per definire i nomi delle costanti letterale EQU operando Es.: A EQU 4 Significa che 4 ha il nome A A e un letterale: sequenza di lettere 4 e un operando: o un letterale o un simbolo (numero decimale con o senza segno) 5 6 1

2 Istruzioni Forma delle istruzioni (una per linea) etichetta: operatore operandi commento Etichetta e commento sono opzionali Commento inizia con un punto e virgola Operatore: simbolo (nome di una istruzione) Operando: simbolo o letterale Operandi separati da virgola Es.: somma: ADD A, B ; questa e una somma Campi di un istruzione Codice operativo, operandi Es.: Significa che il campo codice operativo e di 4 bit, e che ci sono due operandi, uno di 2 e uno di 10 bit 7 8 Pseudoistruzioni per i dati Tipi di istruzioni Forma: etichetta:.data operandi commento Etichetta e commento sono opzionali Etichetta: nome del dato da memorizzare Primo operando: numero di byte dove memorizzare un valore Secondo operando: il valore da memorizzare Es.: somma:.data 2 0 Mette 0 in due byte, a cui associa il nome somma Input/output Aritmetiche Trasferimento (da M a registri e viceversa) Salto Stop 9 10 Input/Output READ 4 bit per codice operativo Legge da input e mette in WRITE 4 bit per codice operativo Scrive in output il contenuto di Istruzioni aritmetiche Add X 4 bit codice operativo, 12 bit operando Somma il contenuto della cella X di M al contenuto del registro, e mette il risultato in Also: SUBTRACT X MULTIPLY X DIVIDE X Esempio: ADD 500 Se contiene 10, e M[500] contiene 120, dopo l istruzione contiene

3 Trasferimento M -- registri STORE X Da registro a memoria (cella X) LOAD X Da memoria (cella X) a registro Esempio: STORE 500 Se contiene 10, dopo dell istruzione M[500] contiene 10 Salti JUMP X Salta incondizionatamente all istruzione con etichetta X JMPN X Salta all istruzione X se < 0 JMPZ X Salta all istruzione X se = Stop STOP 4 bit codice operativo Segnala la fine del programma Esempio Inizio: ; dato dall Input n Jmpn fatto ; se n e negativo, salta a Fatto Add somma ; somma + Store somma ; Memoria (cella somma) Jump inizio ; va a leggere il prossimo numero Fatto: Load somma ; somma Write ; output Stop somma:.data 2 0; spazio di 2 byte dove mettere somma Microistruzioni L esecuzione di ogni istruzione richiede varie operazioni, eseguite in sequenza dalla CPU Esempio: per eseguire STORE X, si deve Trasferire il contenuto di in Mettere X in Fare la scrittura in memoria Microistruzioni ADD acc+mdr->acc

4 Microistruzioni SUBTRACT Microistruzioni MULTIPLY acc-mdr->acc acc*mdr->acc Microistruzioni DIVIDE acc/mdr->acc Microistruzioni trasferimenti LOAD: mdr->acc STORE: acc->mdr mdr->main[mar] Microistruzioni JUMP Microistruzioni JMPZ ir(4-15)->pc if(acc!=0) skip-1 ir(4-15)->pc Salta la prossima microistruzione

5 Microistruzioni JMPN if(acc>=0)skip-1 ir(4-15)->pc Microistruzioni per STOP set-halt-bit Microistruzioni per la fase di fetch Prima di poter eseguire un istruzione, bisogna prenderla dalla memoria con una sequenza di operazioni: pc->mar mdr->ir Inc2-pc decode-ir Modifiche In CPUSim si possono aggiungere nuove istruzioni: basta definire le corrispondenti microistruzioni Microistruzioni per accesso alla memoria Main[mar] mdr mdr Main[mar] Microistruzioni per I/O Input-int acc Output-acc int

6 Microistruzioni per trasferimenti pc mar mar pc ir(4-15) mar mdr ir mdr acc acc mdr ir[4-15] pc Microistruzioni per operazioni aritmetiche acc + mdr acc acc mdr acc acc * mdr acc acc/mdr acc Microistruzioni di controllo Inc2-pc: incrementa il di 2 if(acc!=0)skip-1: se acc e diverso da 0 salta la prossima microistruzione if(acc>=0)skip-1: se acc e maggiore o uguale a 0, salta la prossima microistruzione Microistruzioni JUMP ir(4-15)->pc Microistruzioni JMPZ if(acc!=0)skip-1 ir(4-15)->pc Microistruzioni JMPN if(acc!=0)skip-1: salta se acc e diverso da

7 Esempio Programma somma Programma in linguaggio macchina che legge due interi X e Y, calcola la loro somma, e mette la somma nella cella Z della memoria store z stop ;primo intero acc ;primo intero cella x ;secondo intero acc ;M[x] + acc acc ;acc cella z x:.data 2 0 ; 2 byte dove mettere x y:.data 2 0 ; 2 byte dove mettere y Z:.data 2 0 ; 2 byte dove mettere z Memoria Lettura dell istruzione dalla M Esecuzione istruzione 42 7

8 Preparazione per lettura seconda istruzione Esecuzione Preparazione per lettura terza istruzione 47 Lettura terza istruzione 48 8

9 intero2 intero2 Esecuzione terza istruzione 49 Preparazione per lettura intero2 intero2 Lettura 51 Preparazione per lettura x intero2 Intero1+intero2 Lettura x 53 Somma e memorizzazione in acc 54 9

10 Esempio: stampa valore assoluto ; input acc jmpn negativo ; se acc <0, salta a negativo fine: write ; acc output stop ; stop negativo: store copia ; acc copia load zero ; zero acc subtract copia ; acc-copia acc jump fine ; va alla fine zero:.data 2 0 ; 2 byte dove mettere zero copia:.data 2 0 ; 2 byte dove mettere copia 55 Esempio: X/Y, resto e quoziente, solo usando sottrazioni ; legge il primo numero store y ; lo mette in M[x] ; legge il secondo numero ; lo mette in M[y] ciclo: subtract y ; x-y acc jmpn fine ; se x<y vai a fine ; altrimenti, x-y M[x] load uno ; 1 acc add quoziente ; acc+ quoziente acc store quoziente ; acc quoziente load x ; x acc jump ciclo ; salta a ciclo fine: load quoziente ; quoziente acc write ; acc output load x ; M[x] acc write ; acc output stop ; stop x:.data 2 0 ; 2 byte dove mettere x y:.data 2 0 ; 2 byte dove mettere y quoziente:.data 2 0 ; 2 byte dove mettere il quoziente uno:.data 2 1 ; 2 byte dove mettere uno (inizializzati a 1) 56 Massimo di una sequenza di interi positivi inizio: ;legge un intero positivo acc jmpn fine ; se e negativo, vai a fine store valore ; altrimenti acc valore subtract massimo ; acc massimo acc jmpn inizio ;acc<massimo: prossimo numero jmpz inizio ; acc=massimo: prossimo numero load valore ; altrimenti, valore acc store massimo ; acc massimo jump inizio ; legge il prossimo numero fine: load massimo ; massimo acc write ; acc output stop ; stop massimo:.data 2 0 valore:.data 2 0 ; 2 byte per massimo ; 2 byte per valore 57 10