Набір інструкцій навчального комп’ютера. Загальний порядок виконання інструкцій

Размещено на http://www.allbest.ru

Міністерство освіти та науки України

Національний університет «Львівська політехніка»

Кафедра ЕОМ

ЗВІТ

з лабораторної роботи №2

з дисципліни «Організація та функціонування комп'ютерів»

на тему: «Набір інструкцій навчального комп'ютера. Загальний порядок виконання інструкцій»

Виконав:

Ст. гр. КІі - 21з Скоренко В.В.

Прийняв:

Доцент кафедри СКС Дунець Р.Б.

Львів 2012



Лабораторна робота №2

Тема: Набір інструкцій навчального комп'ютера. Загальний порядок виконання інструкцій.

Мета:

Засвоїти порядок виконання програм у комп'ютері. Ознайомитися з форматом та набором інструкцій симулятора навчальної ЕОМ. Засвоїти формати і способи використання інструкцій звертання до пам'яті та інструкцій арифметичних операцій;

2. Засвоїти призначення регістра ознак процесора;

3. Ознайомитися з потактовим режимом роботи навчального комп'ютера.

4. Засвоїти базовий порядок виконання інструкції навчального комп'ютера та навчитися досліджувати хід виконання окремих інструкцій.

Теоретичні відомості:

Усі інструкції у навчальному комп'ютері можна поділяти за такими напрямками:

- За форматом коду інструкції;

- За призначенням.

За форматом розрізняють адресні та безадресні інструкції.

Прикладом безадресної інструкції може бути інструкція HALT - інструкція припинення виконання будь - яких операцій в процесорі, для її виконання непотрібно жодного операнду.

Прикладом адресних інструкцій можуть бути будь - які інструкції які оперують над операндами, чи вмістом акумулятора - NOT(інверсія вмісту акумулятора).

Усі інструкції навчального комп'ютера за призначенням можна розділити на такі групи:

1) інструкції звертання до пам'яті (LOAD та STORE);

2) арифметичні інструкції (ADD та SUB);

3) логічні інструкції (AND, OR, XOR та NOT);

4) інструкції вводу/виводу (INPUT та OUTPUT);

5) інструкції керування виконанням програми:

а) інструкція зупинки (HALT);

б) інструкції умовних переходів (JNZ, JZ, JP, JM, JNC та JC);

в) інструкція безумовного переходу (JMP);

6) інструкції зсувів (вліво (Left) та вправо (Right)):

а) інструкції логічного зсуву (LSL та LSR);

б) інструкції арифметичного зсуву (ASL та ASR);

в) інструкції циклічного зсуву (ROL та ROR);

г) інструкції циклічного зсуву через тригер ознаки переносу C (RCL та RCR).

Призначення регістру ознак процесора

Відповідно до обмежень, які закладені у архітектурі любого комп'ютера, у тому числі і нашого навчального - симулятора DeComp, результат виконання арифметичних і більшості інших інструкцій необхідно аналізувати для визначення його певних особливостей. Що саме:

- потрібно відрізняти додатні і від'ємні числа;

- потрібно визначати стан, коли результат виконання інструкції дорівнює нулю;

- потрібно визначати переповнення розрядної сітки акумулятора.

Для фіксації цих станів існує регістр ознак у процесорі, який має три тригери: Z, S i C. На панелі навчального комп'ютера він розміщений біля акумулятора.

Прапорець Z (Zero - нуль) встановлюється у 1 (світиться), якщо результат операції дорівнює 0. Зрозуміло, що для команди ADD ця ознака встановиться лише у випадку, якщо до 0 додати 0, або якщо додаються два однакових числа з протилежними знаками.

Прапорець S (Sign - знак) встановлюється в 1, якщо результат операції - від'ємне число.

Знову ж таки, інструкція ADD не може дати від'ємного результату за винятком чисел у доповняльному коді, яких ми поки-що не розглядаємо. Зрозуміло, якщо віднімати від меншого числа більше інструкцією SUB, отримаємо ознаку від'ємного результату S.

Прапорець C (Carry - перенос) встановлюється в 1, коли у результаті арифметичної операції (додавання чи віднімання) виникає перенос із старшого розряду результату або при виконанні операції зсуву вправо чи вліво крайній розряд числа вийшов за межі розрядної сітки.

Порядок виконання роботи

Опис призначення регістру ознак:

В більшості випадків результат виконання певних операцій необхідно аналізувати на визначення його певних особливостей: потрібно відслідковувати чи не виникло переповнення, чи результат відмінний від нуля, і чи він рівний нулю.

Цим завданням займається регістр ознак процесора, який має три прапорці Z,C,S;

Прапорець Z (Zero) - прапорець встановлюється в 1 якщо результат операції рівний 0;

Прапорець C(Carry) - прапорець встановлюється в 1 якщо під час виконання операції відбулося перенесення із старшого розряду результату.

Прапорець S(Sign) - прапорець встановлюється в 1 якщо результатом виконання операції є від'ємне число.



Дослідження додавання двох чисел у по тактовому режимі

Такти	Мнемонічний запис	Код, що обробляється	Пояснення
1.	ЛАІ > РА	0000 0000 0000	Вибір адреси 1 інструкції і занесення її до регістру адрес
2.	РА > РД	0000 0000 0000 1010	Вибір коду інструкції з регістру адрес і занесення його в регістр даних
3.	РД > А	0000 0000 0000 1010	Занесення в акумулятор адреси першого операнду
4.	ЛАІ +1 >ЛАІ	0000 0000 0001	Підготовка нової адреси інструкції
5.	ЛАІ > РА	0000 0000 0001	Вибір адреси наступної інструкції і занесення її до регістру адрес
6.	РА > РД	0010 0000 0000 1011	Вибір коду інструкції з регістру адрес і занесення його в регістр даних
7.	РД > РІ	0010 0000 0000 1011	Декодування інструкції в регістрі інструкцій
8.	РІ > РА	0000 0000 1011	Вибір адреси наступної інструкції і занесення її до регістру адрес
9.	РА > РД	0000 0000 0000 0101	Вибір коду інструкції з регістру адрес і занесення його в регістр даних
10.	РД > А	0000 0000 0000 1111	Запис в акумулятор значення 1 операнду 15
11.	А > РО	0 0 0	Встановлення прапорців регістру ознак
12.	ЛАІ + 1 > ЛАІ	0000 0000 0010	Підготовка нової адреси інструкції
13.	ЛАІ > РА	0000 0000 0010	Вибір адреси нової інструкції і занесення її до регістру адрес
14.	РА > РД	0001 0000 0000 1100	Вибір коду інструкції з регістру адрес і занесення його в регістр даних
15.	РД > РІ	0001 0000 0000 1100	Декодування інструкції в регістрі інструкцій
16.	РІ > РА	0000 0000 1100	Вибір адреси наступної інструкції і занесення її до регістру адрес
17.	РА > РД	0000 0000 0000 0101	Вибір коду інструкції з регістру адрес і занесення його в регістр даних
18.	РД + А > А	0000 0000 0001 0100	Виконання операції і збереження результату у акумуляторі
19.	А > РО	0 0 0	Встановлення прапорців регістру ознак
20.	ЛАІ + 1 > ЛАІ	0000 0000 0011	Підготовка нової адреси інструкції
21.	ЛАІ > РА	0000 0000 0011	Вибір адреси наступної інструкції і занесення її до регістру адрес

інструкція комп'ютер регістр

Виконання у покроковому режимі віднімання двох чисел А і В, при умовах:

Запис програми віднімання у мнемонічних кодах

Комірка памяті	Код інструкції	Мнемонічний запис	Коментар
0000 0000 0000	0000 0000 0000 1000	LOAD 8	Завантажити в акумулятор значення з 8 комірки памяті
0000 0000 0001	0011 0000 0000 1001	SUB 9	Відняти від акумулятора значення з 9 комірки памяті
0000 0000 0010	0001 0000 0000 1010	STORE 10	Зберегти результат віднімання в 10 комірку памяті
0000 0000 0011	0111 1100 0000 0000	HALT	Завершити роботу програми

А = В А > B A < B

А = В (А - В)

А = 8dec = 1000bin >

B = -8dec = 1000bin >

00.1000

11.1000

1 00.0000 = 0dec

Виконання операції в DeComp:

Результат виконання операцій:

Як видно з рисунку прапорець Z (Zero) встановився в 1. Це пояснюється тим що результат виконання операції віднімання А - В рівний 0, тобто 8 - 8 = 0.

А < В (А - В)

А = 4dec = 1000bin >

B = -8dec = 1000bin >

00.0100

11.1000

11.1100

11.0011

1

11.0100 = - 4dec

Результат виконання операцій:

Як видно з рисунку під час виконання цієї операції (А - В при А < B) в одиницю встановились два прапорці регістру ознак S(Sign) i C(Carry). S встановився в 1 оскільки результатом віднімання двох чисел є відємне число -4 , прапорець S відповідає за знак. C встановився в 1 оскільки відбулось запозичення в старший розряд від'ємника.

А > В (А - В)

А = 8dec = 1000bin >

B = -4dec = 0100bin >

00.1000

11.1100

1|00.0100 = 4dec

Результат виконання операцій:

При виконання цієї операції (А - В при A > B) жоден з прапорців не встановився в 1, оскільки отриманий результат +4.

Дослідження у потактовому режимі інструкцій STORE,LOAD,SUB:

Інструкція STORE:

Для виконання цієї операції в акумулятор попередньо було записане значення 15 (1111), сама ж операція буде проводити збереження значення акумулятора в комірку памяті 10.



Такт	Мнемонічний запис	Код, що обробляється	Пояснення
1.	ЛАІ > РА	0000 0000 0000	Вибір адреси 1 інструкції і занесення її до регістру адрес
2.	РА > РД	0001 0000 0000 1010	Вибір коду інструкції і занесення його з регістру адрес в регістр даних
3.	РД > РІ	0001 0000 0000 0101	Декодування інструкції в регістрі інструкцій
4.	РІ > РА	0000 0000 1010	Вибір адреси наступної інструкції і занесення її до регістру адрес.
5.	А > РД	0000 0000 0000 1111	Занесення вмісту акумулятора в регістр даних
6.	РД > РА	0000 0000 0000 1111	Запис вмісту регістру даних за адресою 0000 0000 1010

Інструкція LOAD

Інструкція LOAD є оберненою до інструкції STORE, яка зберігає вміст акумулятора в комірку памяті за певною адресою. Інструкція LOAD записує вміст комірки за певною адресою у акумулятор. Для дослідження цієї операції будемо завантажувати до акумулятора вміст комірки з адресою 10(1010).

Такт	Мнемонічний запис	Код, що обробляється	Пояснення
1.	ЛАІ > РА	0000 0000 0000	Вибір адреси 1 інструкції і занесення її до регістру адрес
2.	РА > РД	0000 0000 0000 1010	Вибір коду інструкції і занесення його з регістру адрес в регістр даних
3.	РД > РІ	0000 0000 0000 1010	Декодування інструкції в регістрі інструкцій
4.	РА > РД	0000 0000 0000 1111	Завантаження до регістру даних значення 10 комірки памяті.
5.	РД > А	0000 0000 0000 1111	Завантаження вмісту регістру даних в акумулятор.



Інструкція SUB:

Для дослідження даної інструкції будемо віднімати два числа:

А = 15dec = 1111bin - знаходиться у 8 комірці памяті;

B = 10dec = 1010bin - знаходиться у 9 комірці памяті;

Результат виконання операції буде збережений у 10 комірку;

Такт	Мнемонічний запис	Код, що обробляється	Пояснення
1.	ЛАІ > РА	0000 0000 0000	Вибір адреси 1 інструкції і занесення її до регістру адрес
2.	РА > РД	0000 0000 0000 1000	Вибір коду інструкції і занесення його з регістру адрес в регістр даних
3.	РД > РІ	0000 0000 0000 1000	Декодування інструкції в регістрі інструкцій
4.	РІ > РА	0000 0000 1000	Вибір адреси наступної інструкції і занесення її до регістру адрес
5.	РА > РД	0000 0000 0000 1111	Завантаження в регістр даних значення 8 комірки памяті
6.	РД > А	0000 0000 0000 1111	Завантаження в акумулятор вмісту регістру даних
7.	ЛАІ + 1 > ЛАІ	0000 0000 0001	Підготовка наступної адреси інструкції
8.	ЛАІ > РА	0000 0000 0001	Вибір адреси наступної інструкції і занесення її до регістру адрес
9.	РА > РД	0011 0000 0000 1001	Вибір коду інструкції з регістру адрес і занесення його до регістру даних
10.	РД > РІ	0011 0000 0000 1001	Декодування інструкції в регістрі інструкцій
11.	РІ > РА	0000 0000 1001	Вибір адреси наступної інструкції і занесення її до регістру адрес
12.	РА > РД	0000 0000 0000 1010	Завантаження в регістр даних значення 9 комірки памяті
13.	А - РД > А	0000 0000 0000 0101	Виконання операції віднімання і збереження результату в акумуляторі
14.	А > РО	0 0 0	Встановлення прапорців регістру ознак
15.	ЛАІ + 1 > ЛАІ	0000 0000 0010	Підготовка адреси наступної інструкції
16.	ЛАІ > РА	0000 0000 0010	Вибір адреси наступної інструкції і занесення її до регістру адрес
17.	РА > РД	0001 0000 0000 1010	Вибір коду інструкції з регістру адрес і занесення його до регістру даних
18.	РД > РІ	0001 0000 0000 1010	Декодування інструкції в регістрі інструкцій
19.	РІ > РА	0000 0000 1010	Вибір адреси наступної інструкції і занесення її до регістру адрес
20.	А > РД	0000 0000 0000 0101	Завантаження вмісту акумулятора в регістр даних
21.	РД > РА	0000 0000 0000 0101	Завантаження вмісту регістру даних у 10 комірку памяті.
22.	ЛАІ + 1 > ЛАІ	0000 0000 0011	Підготовка наступної адреси інструкції
23.	ЛАІ > РА	0000 0000 0011	Вибір адреси наступної інструкції і занесення її до регістру адрес
24.	РА > РД	0111 1100 0000 0000	Вибір коду інструкції з регістру адрес і занесення її до регістру даних
25.	РД > РІ	0111 1100 0000 0000	Декодування інструкції в регістрі інструкцій

Висновок: на практичній роботі я вивчив порядок виконання операцій в потактовому режимі, ознайомиася із регістром ознак процесора, виконав дослідження у потактовому режимі інструкцій STORE, LOAD, SUB

Размещено на www.allbest.