Hoe werkt een rekenmachine?

Transcriptie

1 Hoe werkt een rekenmachine? Uit welke hardware-componenten bestaat een rekenmachine? Welke instructies kan de machine uitvoeren? Practicum met de rekenmachine I Constante getallen Instructies van het type immediate Practicum met de rekenmachine II

2 Hoe werkt een rekenmachine? Uit welke hardware-componenten bestaat een rekenmachine? Welke instructies kan de machine uitvoeren? Practicum met de rekenmachine I Constante getallen Instructies van het type immediate Practicum met de rekenmachine II 2

3 Rekenmachine: vier hoofdcomponenten: Program Counter Instruction Memory Registers Arithmetic Logic Unit (ALU) 3

4 Samenhang tussen deze 4 hoofdcomponenten: 4

5 Architectuur van de rekenmachine 4 hoofdcomponenten: Arithmetic Logic Unit: het rekenorgaan 5

6 ALU S S0 Operator Functie Y = A + B 0 - Y = A B 0 & (bitwise AND) Y = A & B B wordt doorgelaten Y = B 6

7 Architectuur van de rekenmachine 4 hoofdcomponenten: Opslag van (tussen)resultaten 7

8 adres inhoud Registers data uitgangen (6 bits) (register)adres Hoeveel bits is het adres? Hoeveel bits is dit geheugen? 8

9 adres Inhoud (6 bits) Registers 6 data uitgangen (6 bits) (register)adres Hoeveel bits is het adres? 4 bits Hoeveel bits is dit geheugen? 2 4 * 6 = 256 bits 9

10 Datapad: Registers + ALU 0

11 Architectuur van de rekenmachine 4 hoofdcomponenten: Machinetaalprogramma; één geheugenplaats per instructie

12 Instruction Memory Adres (6 bits) Inhoud (4 bits) Machinecode Hoeveel instructies kunnen we in dit geheugen opslaan? Hoeveel bits is dit geheugen? 2

13 Instruction Memory Adres (6 bits) Inhoud (4 bits) Machinecode = instructies 2 6 x 4 = x 4 = bits 3

14 Architectuur van de rekenmachine 4 hoofdcomponenten: Houdt bij welke instructie wordt uitgevoerd 4

15 Instructiepad: PC + Instruction Memory 5

16 Hoe werkt een rekenmachine? Uit welke hardware-componenten bestaat een rekenmachine? Welke instructies kan de machine uitvoeren? Practicum met de rekenmachine I Constante getallen Instructies van het type immediate Practicum met de rekenmachine II 6

17 Terug naar de ALU S S0 Operator Functie Y = A + B 0 - Y = A B 0 & (bitwise AND) Y = A & B B wordt doorgelaten Y = B 7

18 Instructies S S0 Operator Instructie Functie ADD Y = A + B 0 - SUB Y = A B 0 & (bitwise AND) AND Y = A & B B wordt doorgelaten COPY Y = B 8

19 Instructies S S0 Operator Instructie Functie ADD Y = A + B 0 - SUB Y = A B 0 & (bitwise AND) AND Y = A & B B wordt doorgelaten COPY Y = B Instructie ADD rd, rs, rt SUB rd, rs, rt AND rd, rs, rt COPY rd, rt Betekenis Voorbeeld Optellen registers ADD $7, $3, $4 Aftrekken registers SUB $7, $3, $4 Bitwise-AND registers AND $7, $3, $4 Kopieer register COPY $7, $4 Instructieset rekenmachine Betekenis r7 r3 + r4 r7 r3 r4 r7 r3 & r4 r7 r4 9

20 Assembly Language S Syntax: ADD rd, rs, rt Voorbeeld: ADD $7, $5, $6 Betekenis: het getal in register 7 het getal in register 5 + het getal in register 6 20

21 Belangrijke abstractie: variabelen zijn registeradressen! c a + b // c wordt a + b rd rs + rt ADD $7, $5, $6 Het getal in register 7 wordt het getal in register 5 + het getal in register 6 2

22 Rekenmachine I 22

23 Timing Positieve klokflank PC = PC + Negatieve klokflank Data in Destination Register kloksignaal Duur klokpuls 23

24 Rekenmachine I SUB $7, $3, $4 7-5 = 2 24

25 Hoe werkt een rekenmachine? Uit welke hardware-componenten bestaat een rekenmachine? Welke instructies kan de machine uitvoeren? Practicum met de rekenmachine I Constante getallen Instructies van het type immediate Practicum met de rekenmachine II 25

26 Practicum met de Rekenmachine I Maak de opdrachten van paragaaf

27 Hoe werkt een rekenmachine? Uit welke hardware-componenten bestaat een rekenmachine? Welke instructies kan de machine uitvoeren? Practicum met de rekenmachine I Constante getallen Instructies van het type immediate Practicum met de rekenmachine II 27

28 Constante getallen Waarom zijn constante getallen zo belangrijk? Heel veel instructies bevatten een constant getal Waar worden constante getallen opgeslagen? In het instructiegeheugen Welke type instructies werken met constante getallen? Immediate instructies 28

29 Hoe werkt een rekenmachine? Uit welke hardware-componenten bestaat een rekenmachine? Welke instructies kan de machine uitvoeren? Practicum met de rekenmachine I Constante getallen Instructies van het type immediate Practicum met de rekenmachine II 29

30 Instructies van het type immediate Rekenmachine II kent vier instructies van het type immediate:. ADDI (ADD Immediate) 2. SUBI 3. ANDI 4. LOADI Bij de instructie ADDI wordt een constante opgeteld bij een variabele. Bij de instructie LOADI wordt een constante opgehaald uit het instructiegeheugen. 30

31 Datapad van een immediate-instructie Welke operatie voert de ALU uit bij een LOADI-instructie? 3

32 Instructietypen Rekenkundige en logische instructies ADD SUB AND Immediate instructies LOADI ADDI SUBI ANDI Datatransfer COPY 32

33 Instructieset van Rekenmachine II Instructie Betekenis Voorbeeld Betekenis ADD rd, rs, rt Optellen registers ADD $5, $6, $7 r5 r6 + r7 SUB rd, rs, rt Aftrekken registers SUB $5, $6, $7 r5 r6 - r7 AND rd, rs, rt Bitwise AND registers AND $5, $6, $7 r5 r6 & r7 COPY rd, rt Copy register COPY $3, $2 r3 r2 ADDI rd, rs, imm Optellen register en constante ADDI $5, $6, 0x234 r5 r6 + 0x234 SUBI rd, rs, imm Aftrekken register en constante SUBI $7, $6, 0x234 r7 r6-0x234 ANDI rd, rs, imm Bitwise AND register en const. ANDI $5, $6, 0d34 r5 r6 & 0d34 LOADI rd, imm Laad getal in register LOAD $, 0x 0020 r 0x

34 Hoe werkt een rekenmachine? Uit welke hardware-componenten bestaat een rekenmachine? Welke instructies kan de machine uitvoeren? Practicum met de rekenmachine I Constante getallen Instructies van het type immediate Practicum met de rekenmachine II 34

35 Rekenmachine II 35

36 Practicum met de Rekenmachine II Maak de opdrachten van paragaaf 3.6 en