Пермський державний педагогічний університет

кафедра інформатики та ОТ

Імітатор роботи процесора

(курсова робота)

Роботу виконав студент 131 групи математичного факультету

Крилов С. Д.

Науковий керівник кандидат техн. наук, доцент Половина І. П.

ПЕРМ 1999

ЗМІСТ

ЗМІСТ 1

Введення. 2

Мікропроцесор як основа ЕОМ. 3

Внутрішня структура мікропроцесора. 3

Система команд мікропроцесора 4

Способи адресації даних 5

Керівництво користувача. 7

Опис програми 7

Написання програми 10

Виконання програми 12

Приклади програм 13

Висновок. 15

Література. 16

Введення.

У своїй роботі я спробував викласти загальну схему роботипроцесора і проілюструвати її за допомогою програми-імітатора.

У першій частині курсової роботи мною викладені основні теоретичнівідомості про логічне пристрої мікропроцесора, його призначення іпринципи роботи. При цьому я не орієнтувався на конкретний типпроцесора.

У другій частині я розглядаю керівництво користувача до своєїпрограмі-імітатори. Дана програма написана в середовищі Delphi. Принаписанні даної програми я орієнтувався на процесор типу PDP, якнайбільш відповідного для вивчення і найбільш часто розглядається впідручниках інформатики.

Мікропроцесор як основа ЕОМ.

Внутрішня структура мікропроцесора.

Будь-яка ЕОМ призначена для обробки інформації причому, як правило,здійснює цю обробку опосередковано - представляючи інформацію у виглядічисел. Для роботи з числами машина має спеціальну найважливішу частину --мікропроцесор. Це універсальне логічне пристрій, який оперуєз двійковими числами, здійснюючи найпростіші логічні і математичніоперації, і не просто як доведеться, а відповідно до програми, тобто взаданої послідовності. Для зберігання цієї заданої послідовностіслужать запам'ятовувальні пристрої - ЗУ. ЗУ бувають постійними - ПЗУ, у якихінформація зберігається, не змінюючись як завгодно довго, і оперативними -
ОЗУ, інформація в яких може бути змінена в будь-який момент відповідноз результатами її обробки. Процесор спілкується з ОЗУ і ПЗУ через такзване адресний простір, в якому кожна комірка пам'яті має своюадресу.

МП складається з набору регістрів пам'яті різного призначення, якіпевним чином пов'язані між собою і обробляються відповідно допевною системою правил. Реєстр - це пристрій, призначений длязберігання і обробки двійкового коду. До внутрішніх регістрів процесоравідносять: лічильник адреси команд, вказівник стеку, регістр станів,регістри загального призначення.

Наявність лічильника команд було покладено ще в роботах фон Неймана. Рольлічильника полягає в збереженні адреси чергової команди програми іавтоматичному обчисленні адреси наступної. Завдяки наявності програмноголічильника в ЕОМ реалізується основний цикл виконання послідовнорозташованих команд програми.

Стек - це особливий спосіб організації пам'яті, при використанніякого достатньо зберігати адреса останньої заповненої комірки ОЗУ.
Саме адреса останньої заповненої комірки ОЗУ і зберігається в покажчику стека.
Стек використовується процесором для організації механізму переривань,обробки звернення до підпрограм, передачі параметрів і тимчасовогозберігання даних.

У регістрі станів зберігається інформація про поточні режимах роботипроцесора. Сюди ж можна відслідковувати результати виконуваних команд,наприклад: чи результат дорівнює нулю, негативний чи він, чи не виникли в ходіоперації помилки і т.п. Використання та аналіз у цьому регістрі відбуваєтьсяпобітне, кожен біт регістра має самостійне значення.

Регістри загального призначення (РОН) служать для зберігання поточнихоброблюваних даних чи їх адреси в ОЗУ. У деяких процесорів регістрифункціонально рівнозначні, в інших призначення регістрів строгообмовляється. Інформація з одного регістру може віддаватися в іншій.

Система команд мікропроцесора

Незважаючи на бурхливу еволюцію обчислювальної техніки, основний набіркоманд доволі мало змінився. Система команд будь-який ЕОМ обов'язковомістить такі групи команд обробки інформації.

1. Команди передачі даних (перепис), що копіюють інформацію з одного місця в інше.

2. Арифметичні операції, до яких в основному відносять операції додавання і віднімання. Множення і ділення зазвичай реалізується за допомогою спеціальних програм.

3. Логічні операції, що дозволяють комп'ютера проводити аналіз одержуваної інформації. Найпростішими прикладами команд даної групи можуть служити порівняння, а також відомі логічні операції і, або, не.

4. Зрушення двійкового коду ліворуч і праворуч. У деяких випадках зрушення використовуються для реалізації множення і ділення.

5. Команди введення і виведення інформації для обміну з зовнішніми пристроями. В деяких ЕОМ зовнішні пристрої є спеціальними службовими адресами пам'яті, тому введення і вивід здійснюється за допомогою команд перепису.

6. Команди керування, що реалізують нелінійні алгоритми. Сюди відносять умовний і безумовний переходи, а також команди звернення до підпрограмі (перехід з поверненням). Часто до цієї групи відносять операції з управління процесором типу зупинка чи ні операції.

Будь-яка команда ЕОМ зазвичай складається з двох частин - операційної таадресної. Операційна частина що також називається кодом операції вказує,яку дію необхідно виконати з інформацією. Операційна частинає у будь-якої команди. Адресна частина описує, де використовуєтьсяінформація зберігається і куди помістити результат. У деяких командахкерування роботою машини адресна частина може бути відсутніми, наприклад, вкоманді зупину.

Код операції можна уявити собі як деякий умовний номер узагальному списку команд. В основному цей список побудований відповідно допевними внутрішніми закономірностями.

Адресна частина має значно великою різноманітністю. Основуадресної частини складає операнд. Залежно від кількості можливихоперандів команди можуть бути одно-і двоадресного. У двоадресного командахрезультат записується або в спеціальний регістр (суматор), або замістьодного з операндів.

Способи адресації даних

Способи (або методи) адресації не що інше, як способи вказівки на теабо інші комірки пам'яті, з якими повинен маніпулювати оператор.
Існує багато різних методів адресації. Кількість їх залежить від типупроцесора. Наявність великої кількості способів адресації забезпечуєвисоку гнучкість у побудові програм і є великою перевагоюсистеми команд даного типу ЕОМ. Способи адресації практично однаковідля всіх команд, в яких присутні операнди. У цьому розділі ядетально розглядаю тільки три основні методи адресації, якізастосовуються майже у всіх процесорах.

Реєстрова адресація. При цьому способі операндом є один зрегістрів загального призначення. Число зберігається безпосередньо в реєстрі.
Записується як Rn, де n - номер регістра.

Непряма адресація. При цьому способі адресації в одному з регістрівзагального призначення міститься не саме число, з яким потрібно працювати, а йогоадресу, то є номер комірки пам'яті, в якому число знаходиться. Записуєтьсяяк (Rn), де n - номер регістра.

автоінкрементним адресація. Цей вид адресації дещо складніше двохпопередніх. Крім основного дії (непрямого звернення до осередкупам'яті), при використанні цього методу, відбувається ще зміна адресицього звернення. У даному випадку збільшується покажчик адреси коміркипам'яті, до якої ми звертаємося, тобто вміст регістру, службовцяпокажчиком адреси. Дане збільшення відбувається автоматично, без будь -небудь команди. Записується ця адресація як (Rn) +. Те, що знак + вартопісля імені регістра, натякає на порядок виконання команди: спочаткувідбувається операція з осередком, на яку вказує адреса поміщений врегістр Rn, а потім вже вміст регістра збільшується на 2 (якщооператор працює зі словом, то перехід до адреси наступного слова), або на
1 (якщо оператор працює з байтом, перехід до адреси наступного байта).
Даний спосіб адресації застосовується для роботи з масивами і привикористанні стека (наприклад, при використанні підпрограм).

Існує ще один особливий спосіб адресації, який розглядаєтьсяокремо. Мова йде про роботу зі стеком. Стек - неявний спосіб адресаціїданих, при якому інформація записується і зчитується тількипослідовним чином з використанням покажчика стека. Стек завждимає єдиний вхід і вихід інформації - для зберігання його адреси тапотрібен покажчик стека. При запису даних у стек процесор проробитьнаступне:

1) зменшить покажчик стека на 2 (ціле число займає в пам'яті 2 байти);

2) запише дані за отриманим адресою.

Якщо вийняти даних з стека процесор проробить сліду шиї:

1) вважає дані з стека;

2) збільшить покажчик на 2.

У командах роботи зі стеком адреса ОЗП не фігурує у явному вигляді. Алепри цьому мовчки передбачається, що покажчик стека вже задано. Призавданні покажчика треба бути уважним. Якщо покажчик стека визначенонеправильно, то запис у стек може зруйнувати корисну інформацію в ОЗУ.

Таким чином, ми розглянули способи адресації інформації, якііснують майже у всіх типах процесора і які я використав у своємуімітаторі.

Керівництво користувача.

Опис програми

викладену вище структуру мікропроцесора я спробував реалізувати всвоїй програмі.

Основну частину програми складає Редактор. Він являє собоюмісце, де вводиться програма, яку виконує процесор. Кожна командавводиться в свою допомогу, що має адресу. Розмір адресного просторуредактора становить 1Кб. Початкова осередок має адресу 1000, кінцева -
2024. Як операнда в одно-і двоадресного командах виступає один зрегістрів загального призначення. Я виділив наступну систему команд.
1. Одноадресних команди.

Представлені в наступній формі: Операція операнд ОП1.

Очистити ОП1-обнуляє значення операнда.

Збільшити на 1 ОП1 - збільшує значення операнда.

Зменшити на 1 ОП1 - зменшує значення операнда.
2. Двоадресного команди.

Представлені в наступній формі: Операція перший операнд ОП1 другий операнд ОП2.

Переслати ОП1 в ОП2 - пересилає значення першого операнда в другій операнд.

Додати ОП1 до ОП2-додає значення першого операнда до другого операнд, результат у другому операнд.

відняти ОП1 з ОП2 - віднімає значення першого операнда з другого операнда, результат у другому операнд.

Порівняти ОП1 з ОП2 - порівнює різниця другого і першого операнда з нулем, значення операндів не змінюються, результат впливає на стан регістра станів.
3. Безадресні команди.

Повернення з підпрограми - здійснює повернення з підпрограми в клітинку, наступну за командою що викликала цю підпрограму, використовується тільки в підпрограма

Стоп - команда зупину, ставиться обов'язково в кінці програми, після її виконання ні які команди не виконуються.
4. Команди переходу.

Перехід на К слів - безумовний перехід - здійснює перехід на

До слів.

Виклик підпрограми за адресою - перехід на адресу К з запам'ятовуванням адреси повернення для команди повернення з підпрограми.

Якщо перехід на К слів - перехід на К слів, якщо результат

0.

Якщо = перехід на К слів -- перехід на К слів, якщо результат = 0.

Якщо> = перехід на К слів - перехід на К слів, якщо результат

> = 0.

Якщо> перехід на К слів - перехід на К слів, якщо результат> 0.

Якщо <перехід на К слів - перехід на К слів, якщо результат