[ Arquitectura de Computadores ] ORGANIZACIÓN DEL COMPUTADOR Präsentat ion Pontificia Universidad Católica de Chile Escuela de Ingeniería Departamento

[ Arquitectura de Computadores ]

ORGANIZACIÓN DEL COMPUTADOR

Präsentation

Pontificia Universidad Católica de ChileEscuela de Ingeniería

Departamento de Ciencia de la Computación

IIC 2342Semestre 2005-2

Domingo Mery

D.Mery 1 Arquitectura de Computadores

PräsentationD.Mery 2 Arquitectura de Computadores

[ Índice ]

3.1. Máquina de von Neumann3.2 Unidad de control

3.3 Fetch, decodificación, ejecución

3.4 Conjunto de instrucciones

3.5 Programación en assembler3.6 Formatos de instrucción3.7 Modos de direccionamiento3.8 Mecanismos de subrutinas

3.9 E/S e interrupciones

Präsentat

ionD.Mery 3 Arquitectura de Computadores

[ Índice ]

3.1. Máquina de von Neumann3.2 Unidad de control





[ Organización ]

Präsentation

Máquina von Neumann


1023

:

867

:

778

:

562

:

2

1

0

Memoria de 1024 8

Ejemplo:

¿Cómo sumar el contenido de la posición 867 con el contenido de la posición 562 y almacenar el resultado en la posición 778?

[ Organización ]

Präsentation



1023

:

867

:

778

:

562

:

2

1

0

Memoria de 1024 8

Ejemplo:

¿Cómo sumar el contenido de la posición 867 con el contenido de la posición 562 y almacenar el resultado en la posición 778?

+

[ Organización ]

Präsentation



1023

:

867

:

778

:

562

:

2

1

0

Memoria de 1024 8Decoder & Read/Write

output

Solución:

1. Leer en la memoria la posición 867

Dirección 867 Read

[ Organización ]

Präsentation



1023

:

867

:

778

:

562

:

2

1

0

Memoria de 1024 8

Solución:


2. Almacenar lo leído en un registro externo

Decoder & Read/Write

output

AC

[ Organización ]

Präsentation



Memoria de 1024 8

Solución:




AC

1023

:

867

:

778

:

562

:

2

1

0


output

Dirección 562 Read

[ Organización ]

Präsentation



Memoria de 1024 8

Solución:




4. Sumar lo leído con el registro externo

AC

1023

:

867

:

778

:

562

:

2

1

0


output

sumador

[ Organización ]

Präsentation



Memoria de 1024 8

Solución:




4. Sumar lo leído con el registro externo

5. Almacenar la suma en la posición 778

1023

:

867

:

778

:

562

:

2

1

0


sumador

Dirección 778 Write

input

[ Organización ]

Präsentation



1023

:

867

:

778

:

562

:

2

1 Programa

0

Memoria de 1024 8

Solución general:


Unidad de aritmética y lógica

Unidad de control

[ Organización ]

Präsentation



1023

:

867

:

778

:

562

:

2

1 Programa

0

Memoria de 1024 8

Solución general:

El programa le da instrucciones a la Unidad Central.

Ejemplo:

00100001 110110011 significa leer en la memoria 110110011 y almacenar la lectura en el registro AC de la ALU.



Unidad de control

[ Organización ]

Präsentation



1023

:

867

:

778

:

562

:

2

1 Programa

0

Memoria de 1024 8

Solución general:


Ejemplo:




Unidad de control

Significa leer y

almacenar en AC

[ Organización ]

Präsentation



1023

:

867

:

778

:

562

:

2

1 Programa

0

Memoria de 1024 8

Solución general:


Ejemplo:




Unidad de control

Significa lo que se debe leer:

110110011 = 867

[ Organización ]

Präsentation



1023

:

867

:

778

:

562

:

2 :

1 110110011

0 000100001

Memoria de 1024 8

Solución general:


Ejemplo:




Unidad de control

[ Organización ]

Präsentation



Principios:

1. Los datos y las instrucciones se almacenan en una sola memoria de lectura-escritura.

2. Los contenidos de esta memoria se direccionan indicando su posición, sin considera el tipo del de dato contenido en la misma.

3. La ejecución se produce siguiendo una secuencia de instrucción tras instrucción (a no se que dicha secuencia se modifique explícitamente).

[ Organización ]

Präsentation



Estructura

[ Organización ]

Präsentation



Detalles • 1000 x 40 bit words– Binary number– 2 x 20 bit instructions

0 1 39

0 8 19 20 28 39

Codop Dirección Codop Dirección

Signo

Palabra número

Palabra instrucción

[ Organización ]

Präsentation



Detalles

0 8 19

Codop Dirección

Palabra instrucción

• La parte codop (los primeros 8 bits) especifican cuál instrucción será ejecutada.

• La parte de la dirección (los 12 bits restantes) especifican cuál de las 1000 posiciones de memoria está implicada en la instrucción. Esta parte es denominada X.

[ Organización ]

Präsentation



Detalles

• Set of registers (storage in CPU)– Memory Buffer Register (MBR)– Memory Address Register (MAR)– Instruction Register (IR)– Instruction Buffer Register (IBR)– Program Counter (PC)– Accumulator (AC)– Multiplier Quotient (MQ)

[ Organización ]

Präsentation



Detalles de la estructuramáquina von Neumann

(CC)

[ Organización ]

Präsentation



Detalles de la estructura

MBR:Memory Buffer Register

Contiene una palabra que debe ser almacenada en la memoria, o es usado para recibir una palabra procedente de la memoria.

(CC)

[ Organización ]

Präsentation




MAR:Memory Adress Register

Especifica la dirección en memoria de la palabra que va a ser escrita o leída en MBR.

(CC)

[ Organización ]

Präsentation




IR:Instruction Register

Contiene los 8 bits del código de operación de la instrucción que se va a ejecutar.

(CC)

[ Organización ]

Präsentation




IBR:Instruction Buffer Register

Empleado para almacenar temporalmente la instrucción contenida en la parte derecha de una palabra en memoria.

(CC)

[ Organización ]

Präsentation




PC:Program Counter

Contiene la dirección de la próxima pareja de instrucciones que van a ser captadas de la memoria.

(CC)

[ Organización ]

Präsentation




AC y MQ:Accumulator y Multiplier Quotient

Se emplean para almacenar operandos y resultados de operaciones de la ALU temporalmente. Por ejemplo, el resultado de multiplicar dos números de 40 bits es un número de 80 bits; los 40 bits más significativos se almacenan en AC y los menos significativos se almacenan en MQ.

(CC)

[ Organización ]

Präsentation



INSTRUCCIONES DE TRANSFERENCIA DE DATOS:

• Se transfieren datos entre la memoria y los registros de la ALU o entre dos registros de la ALU.

Codop Instrucción Descripción

00001010 LOAD MQ Transferir el contenido del registro MQ a AC

00001001 LOAD MQ,M(X) Transferir el contenido de la posición de memoria X a MQ

00100001 STOR M(X) Transferir el contenido de AC a la posición de memoria X

00000001 LOAD M(X) Transferir M(X) a AC

00000010 LOAD –M(X) Transferir –M(X) a AC

00000100 LOAD |M(X)| Transferir |M(X)| a AC

[ Organización ]

Präsentation



INSTRUCCIONES DE SALTO INCONDICIONAL:

• Normalmente, la unidad de control ejecuta instrucciones secuencialmente en la memoria. Las instrucciones de salto pueden cambiar este orden (ej. Operaciones repetitivas).


00001101 JUMP M(X,8:19) Saltar a la instrucción indicada por la mitad izquierda de M(X)

00001110 JUMP M(X,28:39) Saltar a la instrucción indicada por la mitad derecha de M(X)

[ Organización ]

Präsentation



INSTRUCCIONES DE SALTO CONDICIONAL:

• El salto depende de una condición, esto permite puntos de decisión.


00001111 JUMP +M(X,8:19) Si AC ≥ 0 saltar a la instrucción indicada por la mitad izquierda de M(X)

00001000 JUMP +M(X,28:39) Si AC ≥ 0 saltar a la instrucción indicada por la mitad derecha de M(X)

[ Organización ]

Präsentation



INSTRUCCIONES DE ARITMÉTICA:

• Son las operaciones realizadas por la ALU.


00000101 ADD M(X) AC AC + M(X)

00000111 ADD |M(X)| AC AC + |M(X)|

00000110 SUB M(X) AC AC - M(X)

00001000 SUB |M(X)| AC AC - |M(X)|

00001011 MUL M(X) [AC][MQ] AC M(X)

00001100 DIV M(X) [AC][MQ] AC ÷ M(X)

00010100 LSH AC AC 2

00010101 RSH AC AC ÷ 2

[ Organización ]

Präsentation



INSTRUCCIONES DE ARITMÉTICA:

• Son las operaciones realizadas por la ALU.


00000101 ADD M(X) AC AC + M(X)

00000111 ADD |M(X)| AC AC + |M(X)|

00000110 SUB M(X) AC AC - M(X)

00001000 SUB |M(X)| AC AC - |M(X)|

00001011 MUL M(X) [AC][MQ] AC M(X)

00001100 DIV M(X) [AC][MQ] AC ÷ M(X)

00010100 LSH AC AC 2

00010101 RSH AC AC ÷ 2

¿Cómo se implementan por hardware?

[ Sistemas Digitales ]

Präsentation

Circuitos sincrónicos


shift register a la derecha = divisioón entre dos

CK

D Q

CK

D Q

CK

D Q

CK

D Q

[ Sistemas Digitales ]

Präsentation

Circuitos sincrónicos


shift register a la izquierda = multiplicación por dos

CK

D Q

CK

D Q

CK

D Q

CK

D Q

[ Organización ]

Präsentation



INSTRUCCIONES DE MODIFICACIÓN DE DIRECCIONES:

• Permite que la ALU haga operaciones con las direcciones y las inserte en instrucciones almacenadas en memoria. Esto permite una considerable flexibilidad de direccionamiento en un programa.


00010010 STOR M(X,8:19) Reemplazar el campo de dirección de la izquierda de M(X) por los 12 bits de la derecha de AC.

00010011 STOR M(X,28:39) Reemplazar el campo de dirección de la derecha de M(X) por los 12 bits de la derecha de AC.

[ Organización ]

Präsentation



Ejercicio:

Escribir un programa que sume el número almacenado en la posición 867 más el número almacenado en la posición 562. El resultado de la suma (sin considerar acarreo) se debe almacenar en la posición 778.

[ Organización ]

Präsentation



Ejercicio:


LOAD M(867) % transfiere el contenido de 867 a ACADD M(562) % AC AC + M(562)STOR M(778) % transfiere AC a la memoria 778

[ Organización ]

Präsentation



Ejercicio:


LOAD M(867) % transfiere el contenido de 867 a ACADD M(562) % AC AC + M(562)STOR M(778) % transfiere AC a la memoria 778

[ Organización ]

Präsentation



LOAD M(867) 00000001 001101100011ADD M(562) 00000100 001000110010STOR M(778) 00100001 001100001010

¿Cómo se almacena el programa?

[ Organización ]

Präsentation



Ejercicio:

Escribir un programa que divida el número almacenado en la posición 867 por 8. El resultado de la división (sin considerar el resto ni la parte fraccionaria) se debe almacenar en la posición 778.

[ Organización ]

Präsentation



Ejercicio:

Escribir un programa que divida el número almacenado en la posición 867 por 8. El resultado de la división (sin considerar el resto ni la parte fraccionaria) se debe almacenar en la posición 778.

LOAD M(867) % transfiere el contenido de 867 a ACRSH % divide el acumulador entre dosRSH % divide el acumulador entre dosRSH % divide el acumulador entre dosSTOR M(778) % transfiere AC a la memoria 778

[ Organización ]

Präsentation



Ejercicio:

Escribir un programa que compare el número almacenado en la posición 867 con el número almacenado en la posición 562. Si el primero es menor que el segundo copiar el contenido de la memoria 500 en la memoria 501, de lo contrario se almacena en 501 el contenido de 867 menos el contenido de 562.

[ Organización ]

Präsentation



Ejercicio:

Escribir un programa que compare el número almacenado en la posición 867 con el número almacenado en la posición 562. Si el primero es menor que el segundo copiar el contenido de la memoria 500 en la memoria 501, de lo contrario se almacena en 501 el contenido de 867 menos el contenido de 562.

1. LOAD M(867) % transfiere el contenido de 867 a AC2. SUB M(562) % AC AC - M(562)3. JUMP +M(3,28:39) % salta si AC ≥ 0 (i.e. M(867)≥ M(562))4. LOAD M(500) % transfiere el contenido de 500 a AC5. STOR M(501) % transfiere AC a la memoria 501

En la posición derecha de 3 debe estar almacenado 5, de esta manera la tercera instrucción salta a la dirección 5 si AC ≥ 0.

Präsentat


[ Índice ]

3.1 Máquina de von Neumann3.2 Unidad de control





[ Organización ]

Präsentation

Unidad de control


Computador

MemoriaPrincipal

EntradaSalida

Sistema deinterconexión

periféricos

Líneas decomunicación

UnidadCentral deProceso

CPU

Computador

[ Organización ]

Präsentation

Unidad de control


Memoria

Secundaria

MemoriaPrincipal

CPU Periféricos

Bus de Datos

Bus de Direcciones

Bus de Control

Ejemplo:

[ Organización ]

Präsentation

Unidad de control


Ejemplo:

[ Organización ]

Präsentation

Unidad de control


Computer UnidadAritmética y

Lógica

Unidadde

Control

InterconexiónInterna de la CPU

Registros

CPU

I/O

Memory

SystemBus

CPU

[ Organización ]

Präsentation

Unidad de control


CPU

Memoriade control

Unidad de controlde registros y

decodificadores

LógicaSecuencial

Registers

InternalBus

Unidad de Control

ALU

ControlUnit

[ Organización ]

Präsentation

Unidad de control


CPU

Memoriade control

Unidad de controlde registros y

decodificadores

LógicaSecuencial

Registers

InternalBus

Unidad de Control

ALU

ControlUnit

La unidad de control controla el funcionamiento de la CPU:• controla las transferencias de datos desde hacia la CPU y• controla la ALU.

[ Organización ]

Präsentation

Unidad de control


Función de la unidad de control:

1. Para cada instrucción hay un único código que ejecutará esa instrucción.

2. Acepta la instrucción y genera las señales de control necesarias para que la instrucción se ejecute.

[ Organización ]

Präsentation

Unidad de control


Función de la unidad de control:

1. Para cada instrucción hay un único código que ejecutará esa instrucción.

2. Acepta la instrucción y genera las señales de control necesarias para que la instrucción se ejecute.

deco

der

codopSe activa sólo una salida

[ Organización ]

Präsentation

Unidad de control


Componentes delcomputador:

[ Organización ]

Präsentation

Unidad de control


Tareas de la CPU:

1. Captar instrucción: la CPU lee una instrucción de la memoria.

2. Interpretar instrucción: la instrucción se decodifica para determinar qué acción es necesaria.

3. Captar datos: la ejecución de una instrucción puede exigir leer datos de la memoria o de un módulo I/O.

4. Procesar datos: en la ejecución se puede exigir llevar a cabo alguna operación aritmética o lógica con los datos.

5. Escribir datos: los resultados de la ejecución pueden exigir escribir datos en la memoria o en un módulo I/O.

[ Organización ]

Präsentation

Unidad de control


Registros

ALU

Unidad de Control Bus de

control

Bus de datos

Bus dedirecciones

Bus del sistema

[ Organización ]

Präsentation

Unidad de control


Un procesador incluye registros visibles para el usuario y registros de control/estado.

Registros visibles:

• pueden referenciarse en las instrucciones de máquina.

• pueden ser:

1. Uso general2. Datos3. Direcciones4. Códigos de condición

[ Organización ]

Präsentation

Unidad de control


¿cuántos registros de propósito general?

• Óptimo entre 8 y 32• Si hay muy pocos registros entonces se necesitan

demasiados accesos a memoria.• Más registros no reducen considerablemente las

referencias a memoria y hace la CPU más compleja.

[ Organización ]

Präsentation

Unidad de control


¿De cuántos bits deben ser los registros?

• Deben ser de un número suficiente tal que se puedan manejar las direcciones a memoria.

• Además deben ser capaces de manejar una palabra completa.

• A veces se combinan dos registros para conformar uno solo.

[ Organización ]

Präsentation

Unidad de control


Ejemplos de organización de registros:

[ Organización ]

Präsentation

Unidad de control



Registros de control y estado:

• se usan para controlar el funcionamiento de la CPU:

1. PC = program counter: contiene la dirección de la instrucción a captar

2. IR = instruction register: contiene la última instrucción captada

3. MAR = memory address register: contiene la dirección de una posición de memoria

4. MBR = memory buffer register: contiene la palabra de datos a escribir en memoria, o la palabra leída más recientemente

[ Organización ]

Präsentation

Unidad de control




Adicionalmente se cuenta con PSW = program status word:

• Signo: contiene le bit de signo del resultado de última operación

• Cero: puesto a uno cuando el resultado es 0• Acarreo: puesto a uno si en la suma hay acarreo o en la

resta hay un adeudo del bit más significativo• Igual: puesto a uno si el el resultado de una comparación

lógica es la igualdad• Desbordamiento: Usado para indicar desbordamiento

aritmético

[ Organización ]

Präsentation

Unidad de control




Adicionalmente se cuenta con PSW = program status word:(cont…)

• Interrupciones: usado para permitir o inhabilitar interrupciones

• Supervisor: indica si la CPU funciona en modo supervisor o usuario. Únicamente en modo supervisor se pueden ejecutar ciertas instrucciones privilegiadas y se puede acceder a ciertas áreas de memoria

Präsentat


[ Índice ]






[ Organización ]

Präsentation

Ciclos fetch, decode, exe


1. Recuperar la siguiente instrucción desde memoria (apuntada por el program counter) y luego incrementar el program counter.

2. Decodificar el patrón de bits en el registro de instrucción IR

3. Ejecutar la instrucción indicada en el registro de instrucción IR

Ciclo de instrucción

[ Organización ]

Präsentation



Ciclo fetch (captación):

FUNCION: Lleva la siguiente instrucción de la memoria a la CPU

1. El program counter tiene la dirección de la siguiente instrucción.

2. El procesador capta la instrucción de la memoria direccionada por el PC.

3. Se incremente PC en 1.

4. El código de la instrucción se carga en IR.

[ Organización ]

Präsentation



Ciclo decode (decodificación):

FUNCION: Decodifica los bits presentes en IR

1. Interpreta el código de operación.

[ Organización ]

Präsentation



Ciclo execution (ejecución):

FUNCION: Ejecuta la instrucción.

• Procesador-memoria: transferencia CPU ↔ memoria

• Procesador-I/O: transferencia CPU ↔ módulo I/O

• Procesamiento de datos: operaciones aritméticas o lógicas

• Control: cambio de secuencias (eje: JUMP), etc.

• Combinación de las anteriores

[ Organización ]

Präsentation



1. El PC contiene el valor 300. Se carga esta instrucción en IR (esto implica el uso de MAR y MBR)

Ejemplo:

[ Organización ]

Präsentation



2. Los primeros 4 bits de IR (“1”) indican que el acumulador AC se va a cargar con un dato de la memoria. Los restantes 12 bits especifican la dirección (es decir “940”).

Ejemplo:

[ Organización ]

Präsentation



3. El registro de PC se incrementa y se capta la siguiente instrucción.

Ejemplo:

[ Organización ]

Präsentation



4. Los primeros 4 bits (“5”) indican que la instrucción es de suma entre el acumulador y una memoria. Los siguientes 12 bits indican la dirección de memoria (“941”). El contenido de AC y el de la posición 941 se suman y el resultado se almacena en AC.

Ejemplo:

[ Organización ]

Präsentation



5. El registro PC se incrementa en 1 y se capta la siguiente instrucción.

Ejemplo:

[ Organización ]

Präsentation



6. Los primeros 4 bits indican (“2”) que el acumulador se debe almacenar en una memoria. Los siguientes 12 bits indican la dirección de la memoria (“941”). El contenido de AC se almacena en la posición 941.

Ejemplo:

[ Organización ]

Präsentation



¿Cuántos ciclos de instrucción se

necesitan?

[ Organización ]

Präsentation



¿Cuántos ciclos de instrucción se

necesitan?

R/. Tres

Präsentat


[ Índice ]






[ Organización ] Conjunto de instrucciones


Las instrucciones de una CPU a otra difieren bastante, sin embargo en todas las CPU se puede encontrar el siguiente conjunto de instrucciones:

1.- Instrucciones de transferencias de datos 2.- Instrucciones aritméticas

3.- Instrucciones lógicas

4.- Control de flujo

5.- Entrada / Salida



1.- Instrucciones de transferencias de datos MOVE transferir registros en la CPU

STORE registro → memoria

LOAD memoria → registro

CLEAR pone un registro en ceros

SET pone un registro en unos

PUSH introduce en la pila

POP extrae en la pila



1.- Instrucciones de transferencias de datos Acciones:

Transfiere datos de una posición a otra.

Si se implica a la memoria:• determina la dirección de la memoria• inicia lectura/escritura en memoria



2.- Instrucciones aritméticas

ADD suma dos operandos

SUBSTRACT resta dos operandos

MULTIPLY multiplica dos operandos

DIVIDE divide dos operandos

ABSOLUTE calcula valor absoluto del operando

NEGATE cambia el signo del operando

INCREMENTE sube en 1 el operando

DECREMENTE baja en 1 el operando




Acciones:

Puede implicar transferencias de datos, antes y/o después.

Realiza la operación en la ALU

Actualiza códigos e indicadores de condición.




AND Y lógico bit a bit

OR O lógico bit a bit

NOT no lógico bit a bit

XOR o exclusivo lógico bit a bit

TEST evalúa condiciones

COMPARE comparación de dos operandos

SHIFT desplazamiento izquierda o derecha

ROTATE desplazamiento cíclico




Acciones:

Puede implicar transferencias de datos, antes y/o después.

Realiza la operación en la ALU

Actualiza códigos e indicadores de condición.




JUMP salto incondicional

JUMP CON salto condicional

JUMP SUB salto a subrutina

RETURN retorno de subrutina

SKIP incrementa PC en 1

SKIP CON incremento condicional de PC en 1

HALT detiene la ejecución del programa

WAIT detiene la ejecución hasta una condición

NOP no ejecuta operación alguna




Acciones:

Actualiza el contador de programa.

En el caso de llamadas y retornos de subrutinas, gestiona la transferencia y enlace de parámetros.



5.- Entrada / salida INPUT transferir I/O → memoria o registro

OUTPUT transferir memoria o registro → I/O

START I/O inicializa dispositivo I/O

TEST I/O transfiere información de estado de I/O



5.- Entrada / salida Acciones:

Cursa una orden a un módulo de E/S

En el caso de E/S asignada en memoria, determina la dirección de memoria correspondiente.

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones


LD A, (dirección) carga el contenido de la memoria 'dirección' en el registro A

LD A, valor carga 'valor' en el registro A

LD (dirección), A carga el contenido del registro A en la memoria apuntadapor 'dirección'

LD B, A carga el contenido del registro A en el registro B

LD HL, valor carga 'valor' en el registro HL

NOTA: En el Z-80, los registros A y B son de un byte, el registro HL es de dos bytes y las direcciones son de 16 bits.

Algunas instrucciones del Z-80

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones


ADD A, B carga en A los 8 bits menos significativos de la suma A + B

SUB B carga en A los 8 bits menos significativos de la resta A - B

ADD (HL) carga en A los 8 bits menos significativos de la suma de Acon el contenido de la memoria que apunta el registro HL

INC HL incrementa en 1 el registro HL

INC A incrementa en 1 el registro A

INC B incrementa en 1 el registro B

DEC A decrementa en 1 el registro A

DEC B decrementa en 1 el registro B

DEC HL decrementa en 1 el registro HL

JP NZ, label el programa salta a la dirección 'label' si la última operaciónaritmética no es cero

NOTA: En el Z-80, los registros A y B son de un byte, el registro HL es de dos bytes y las direcciones son de 16 bits.

Algunas instrucciones del Z-80

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones


Examen de licenciatura 2004-2:

Escriba un programa en ensamblador Z-80 que calcule el checksum de un vector de 256 bytes ubicado en las direcciones de memoria 0800h a 08FFh. El checksum calculado debe ser una palabra de 8 bits correspondiente al byte menos significativo de la suma de los 256 bytes del vector. El programa además debe comparar el checksum calculado con el checksum verdadero que se encuentra almacenado en la dirección 0900h. Si ambos valores son iguales, se debe escribir el byte 00h en la dirección de memoria 0A00h. Si ambos valores son distintos, se debe escribir en la dirección de memoria 0A00h los 8 bits menos significativos de la diferencia 'checksum verdadero menos checksum calculado'.

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones


LD HL,0800H

LD A,00HLD B,A

LOOP ADD (HL)INC HLDEC BJP

NZ,LOOPLD B,ALD A,

(0900H)SUB BLD

(0A00H),A

Solución

Präsentat


[ Índice ]






[ Organización ]

Präsentation

Modos de direccionamiento


Una instrucción tiene “operandos”:

Ej: ADD A,(940) %( A = A + (940))

Los operandos son A y el contenido de 940.

[ Organización ]

Präsentation



Una instrucción tiene “operandos”:

Ej: ADD A,(940) %( A = A + (940))

Los operandos son A y el contenido de 940.

¿Cómo se pueden referenciar los operandos?

R/. Con los modos de direccionamiento.

[ Organización ]

Präsentation



Número (N)Opcode

Instrucción

• Instrucción

[ Organización ]

Präsentation



1. Inmediato

2. Directo (o absoluto)

3. Indirecto

4. Registro

5. Indirecto con registro

6. Desplazamiento (Indexado)

[ Organización ]

Präsentation



OperandOpcode

Instruction

• 1. Inmediato

[ Organización ]

Präsentation



• 1. Inmediato

• Operando es parte de la instrucción

• Operando = N

• Ej: ADD 5– Suma 5 al acumulador– 5 es un operando

• No hay referencia adicional a memoria

• Rápido

• Rango limitado

[ Organización ]

Präsentation



• 2. Directo (o absoluto)

Address AOpcode

Instruction

Memory

Operand

[ Organización ]

Präsentation



• 2. Directo (o absoluto)

• El operando está en la dirección referenciada por N

• Operando = (N)

• Ej: ADD (941) %A = A + (941)

• Hay sólo un acceso a la memoria

[ Organización ]

Präsentation



• 3. Indirecto

Address AOpcode

Instruction

Memory

Operand

Pointer to operand

[ Organización ]

Präsentation



• 3. Indirecto

• Operando está en la memoria que direcciona la memoria direccionada por N

• Operando = ((N))

• Existe acceso múltiple a la memoria para encontrar el operando

• Este direccionamiento es muy lento

[ Organización ]

Präsentation



• 4. Registro

Register Address ROpcode

Instruction

Registers

Operand

[ Organización ]

Präsentation



• 4. Registro

• El operando es un registro de la CPU

• Operando = Registro indicado por N, RN

• Número limitado de registros

• Instrucción rápida

• Instrucción corta

• No acceso a memoria

• Espacio de direcciones limitado

[ Organización ]

Präsentation



• 5. Indirecto con registro

Register Address ROpcode

Instruction

Memory

OperandPointer to Operand

Registers

[ Organización ]

Präsentation



• El operando está en la memoria direccionada por un registro.

• Operando = (RN)

• Hay un acceso menos a memoria que en direccionamiento indirecto

• 5. Indirecto con registro

[ Organización ]

Präsentation



• 6. Desplazamiento

Register ROpcode

Instruction

Memory

OperandPointer to Operand

Registers

Address A

+

[ Organización ]

Präsentation



• El número N de la instrucción se parte en 2: una parte N1 indica un registro y otra indica una dirección N2

• Operando = (RN1 + N2)

• 6. Desplazamiento

[ Organización ]

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Instrucciones 68000


[ Organización ]

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Instrucciones 68000


Formato de las instrucciones del 68000:

Label nemotécnico[.S] operando1,[operando2]

Dirección Instrucción Operandos

Longitud delos operandosB = byteW = word L = large word

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000




INICIO MOVE.B D3,D4

Copia el byte menos significativo de D3 en D4

[ Organización ]

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Instrucciones 68000




INICIO MOVE.B D3,D4

Copia el byte menos significativo de D3 en D4

WARNING:

En el 68000 la sintaxis es al revés que otrosProcesadores. Esta instrucción significa queDatos de D3 se copian en D4 y NO VICEVERSA!!

[ Organización ]

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Instrucciones 68000




Para usar números:

% binario$ hexagesimal

Ejemplo: ADD.W %000000001000111110001,D2 MOVE.L #$18,D6

[ Organización ]

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Instrucciones 68000


LA MEMORIA

La memoria principal de este computador está formada por celdas de un byte (8 bits), que constituyen la unidad básica de lectura o escritura, identificándose mediante una dirección.

Los procesos de lectura y escritura pueden realizarse con varias celdas consecutivas simultáneamente, debiendo indicar el procesador a la memoria principal dos parámetros, la dirección de la primera celda de memoria y la longitud de la información a la que se desea acceder. Siendo esta longitud de:

[B] un byte[W] dos bytes (una palabra) o [L] cuatro bytes (palabra larga).

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000


LA MEMORIA

8 bits

BW

L

500

501

502

503

504

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000


LA MEMORIA (cont.)

El tamaño máximo de la memoria viene determinado por el número de bits de los registros de direcciones que tiene el procesador, siendo en el caso del Motorola 68000 de 32 bits pero, debido a limitaciones en el montaje sólo pueden utilizarse 24 como máximo, desde 0 hasta FFFFFF .

El procesador puede leer y escribir información de diferentes tamaños, existiendo una norma para almacenar las palabras (W) y las palabras largas (L), y siendo esta la de comenzar por el byte más significativo.

Existen 7 registros de direcciones y son: A0, A1, A2, A3, A4, A5 y A6, siendo éstos de 32 bits aunque sólo pudiendose utilizar 24 bits para direccionar como antes se ha mencionado.

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000


LA MEMORIA

8 bits

500

501

502

503

504

Almacenamiento de$0F en 500

(Byte)

0F

8 bits

Almacenamiento de$09A4 en 500

(Word)

09

A4

8 bits

Almacenamiento de$0834AFC0 en 500

(Large)

08

34

AF

C0

[ Organización ]

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Instrucciones 68000


REGISTROS DE DATOS

El Motorola 68000 consta de 8 registros de datos, que son D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6 y D7. Cada uno consta de 32 bits. En muchas instrucciones existe la posibilidad de especificar el tamaño del dato, indicándose este mediante el sufijo S (B, W y L), que va añadido al nemotécnico de la instrucción.

La forma en que se almacenan los datos en los registros, viene dada por su longitud, ya que como ésta es variable, irán ocupándolos de izquierda a derecha empezando por el bit menos significativo del registro.

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000


MODOS DE DIRECCIONAMIENTO Existen cuatro modos de direccionamiento:

1.- Direccionamiento inmediato: almacena el operando precedido del símbolo # en el registro indicado.

Ejemplo: MOVE.L #$18,D6 Significa: D6.L $18 Para recordar:


[ Organización ]

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Instrucciones 68000


MODOS DE DIRECCIONAMIENTO (cont...)

2.- Direccionamiento directo o absoluto: almacena el operando que está en la dirección de memoria especificada en el registro de datos indicado.

Ejemplo: ADD.W %000000001000111110001,D2 suma la palabra que está en la dirección de memoria indicada, a D2.

Significa: D2.W D2.W + (%000000001000111110001) Para recordar:


[ Organización ]

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Instrucciones 68000



3.- Direccionamiento mediante registro: apunta a la dirección del registro donde está el dato.

Ejemplo: MOVE.B D3,D4 copia el contenido del registro D3 (byte) a D4.

Significa: D4.B D3.B

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000



4.- Direccionamiento relativo a registro:

a) Direccionamiento mediante registro normal: se da la dirección del registro donde está la dirección del dato. El nombre del registro se escribe entre paréntesis.

Ejemplo: ADD.B (A0),D6 suma el contenido de la posición de memoria (byte) cuya dirección está en A0 al registro D6, guardando el resultado en este último.

Significa: D6.B D6.B + (A0)

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000



4.- Direccionamiento relativo a registro:

b) Direccionamiento relativo a registro con posincremento: incrementa en una cantidad de memoria, según sea el tamaño del operando (1 para B, 2 para W y 4 para L), después de traer el contenido de la posición de memoria indicada por el registro de direcciones.

Ejemplo: MOVE.W (A0)+,D0 copia en D0 el contenido de la posición de memoria direccionada por A0 y luego incrementa en 2 el contenido de A0.

Significa: D0.W (A0)A0 A0 + 2

[ Organización ]

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Instrucciones 68000


MODOS DE DIRECCIONAMIENTO (cont...) 4.- Direccionamiento relativo a registro:

c) Direccionamiento relativo a registro con predecremento: Decrementa en una cantidad de memoria, según sea el tamaño del operando, el registro de direcciones y trae despues el contenido de la posición de memoria cuya dirección es el nuevo valor de dicho registro.

Ejemplo: MOVE.B -(A0),D0 decrementa en uno el contenido del registro A0 y luego copia en D0 el contenido de la nueva posición de memoria direccionada por A0.

Significa: A0 A0 – 1D0.B (A0)

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000



d) Direccionamiento relativo a registro con desplazamiento: El contenido de la posición de memoria cuya dirección viene dada por la suma del valor del registro de direcciones y una cantidad fija denominada desplazamiento, pudiendo ser este positivo o negativo y su valor viene condiciondo por el tamaño del operando.

Ejemplo: MOVE.L 6(A0),D1 copia en el registro D1 el contenido de la posición de memoria cuya dirección viene dada por la suma de 6 multiplicado por 4(L) al contenido de A0.

Significa: D1.L (A0 + 6×4)

[ Organización ]

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Instrucciones 68000



e) Direccionamiento relativo a registro con índice: Este modo de direccionamiento es la extensión natural del anterior, ya que permite usar desplazamientos variables, utilizando como desplazamiento el resultado de sumar un número fijo al contenido de un registro de datos denominado registro índice.

Ejemplo: MOVE.B 4(A0,D1), D0 copia en el registro D0 el contenido de la posición de memoria cuya dirección es el resultado de sumar el número 4, el contenido del registro A0 y el contenido del registro D1. Este modo de direccionamiento no altera el registro de direcciones ni el registro índice.

Significa: D0.B (4+A0+D1)

[ Organización ]

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Instrucciones 68000



f) Direccionamiento relativo al contador de programa con desplazamiento: Cuando es necesario hacer referencia a un operando relativo a la posición de la proxima instrucción que va a ser ejecutada.

Ejemplo: MOVE.B 24(PC),D0 copia en el registro D0 el contenido de la posición de memoria cuya dirección es la suma de 24 y el valor del contador del programa.

Significa: D0.B (24+PC)

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000



g) Direccionamiento relativo al contador de programa con índice: Utiliza como desplazamiento el resultado de sumar un número fijo al contenido de un registro de datos.

Ejemplo: MOVE.B 24(PC,D0),D1 copia en el registro D1 el contenido de la posición de memoria cuya dirección es el resultado de sumar el número 24, el contador de programa y el contenido del registro D0.

Significa: D1.B (24 + PC + D0)

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000


FORMATOS DE INSTRUCCIONES Los formatos empleados para las instrucciones utilizan una o más palabras de 16 bits. La primera palabra especifica el código de la operación y en muchos casos la dirección de un operando. Las especificaciones para completar los operandos, cuando no es suficiente con una palabra van a continuación de la primera palabra. Cada operando utilizará como máximo dos palabras de ampliación, equivalente a una palabra larga, después de la del código de operación, por lo que la instrucción más larga del Motorola 68000 ocupa 5 palabras (10 bytes), siendo 1 para el código de instrucción, 2 palabras de ampliación para el operando origen, y 2 palabras de ampliación más para el operando destino.

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000


FORMATOS DE INSTRUCCIONES La información que identifica la situación exacta del operando, denominada dirección efectiva, se codifica en los formatos de instrucción mediante dos campos, siendo uno el modo de direccionamiento (MD) y el otro el de registro. Cada campo tiene un tamaño de 3 bits y se incluyen en la primera palabra de instrucción. El campo MD identifica el modo de direccionamiento empleado y el campo CR indica el registro empleado para obtener la dirección del operando. A veces se utilizan las palabras de ampliación ya que la dirección efectiva requiere incluir más información sobre la situación del operando en la palabra de instrucción.

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000


INSTRUCCIONES CONDICIONALES Al realizar operaciones matemáticas existe la posibilidad de desbordamiento, por lo que se realiza un test automáticamente, quedando el resultado almacenado en un registro de control, dedicado especialmente a tal efecto, denominado registro de código de condición (CCR), pudiendose leer mediante la instrucción MOVE. Este registro consta de 5 flags que se almacenan en los 5 bits menos significativos del registro de estado (SR).

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000


INSTRUCCIONES CONDICIONALES Estos 5 bits tienen las siguientes denominaciones, ordenadas desde el bit menos significativo: C indicador de acarreo (carry flag): indica el valor del bit de acarreo de la posición más significativa del resultado de una operación, poniéndose a 1 si existe desbordamiento.

V indicador de desbordamiento (overflow flag): indica si en el resultado de una operación en complemento a 2 existe desbordamiento, poniendose a 1.

Z es el indicador de cero (zero flag): se pone a 1 cuando sea 0 el resultado de una operación aritmetica o lógica.

N es el indicador de número negativo (negative flag): se pone a 0 si es positivo y a 1 si es negativo el signo del resultado de una operación en complemento a 2.

X es el indicador extendido (extended flag): funciona de la misma manera que C, pero únicamente con operaciones aritméticas o de desplazamiento.

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000


INSTRUCCIONES DEL 68000

1.- Instrucciones de transferencias de datos 2.- Instrucciones aritméticas 3.- Instrucciones lógicas 4.- Instrucciones de desplazamiento y rotación 5.- Instrucciones de manipulación de bits 6.- Instrucciones de operación en código BCD 7.- Instrucciones de ramificación y salto 8.- Instrucciones de manejo de subrutinas

[ Organización ]

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Instrucciones 68000


1.- Instrucciones de transferencias de datos

El conjunto de estas instrucciones permite el movimiento de datos entre registros de la CPU, entre registros y memoria y entre posiciones de

memoria. Estas son las siguientes:

Instrucción Descripción

MOVE Copia de datos de fuente a destino

MOVEA Copia direcciones

MOVEQ Copia rápido registros de datos (8 bits)

MOVEM Copia de memoriaS a registroS

EXG y SWAP Intercambio de contenidos

LEA y PEA Determina dirección efectiva de operando

LINK y UNLINK Facilita el uso de la pila en saltos a subrutinas

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000



El Motorola 68000 dispone de instrucciones para las 4 operaciones aritméticas, sobre operandos binarios, y suma y resta sobre datos codificados en BCD. Además de cambio de signo para ambos tipo de datos, instrucciones de comparación, extensión de signo y actualización de los

códigos de condición (CCR) según el valor de un dato:


ADD / SUB Suma resta general

ADDA / SUBA Suma / resta direcciones

ADDI / SUBI Suma / resta con direccionamiento inmediato

ADDQ / SUBQ Suma / resta rápida (8 bits)

ADDX / SUBX Suma / resta incluyendo el flag X

CLR Carga un cero binario en el operando

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000


2.- Instrucciones aritméticas (cont…)

El Motorola 68000 dispone de instrucciones para las 4 operaciones aritméticas, sobre operandos binarios, y suma y resta sobre datos codificados en BCD. Además de cambio de signo para ambos tipo de datos, instrucciones de comparación, extensión de signo y actualización de los

códigos de condición (CCR) según el valor de un dato:


MULS y MULU Multiply signed & Multiply unsigned

DIVS y DIVU Division signed & Division unsigned

CMP Compara dos operandos

CMPA Compara dos direcciones

CMPI Compara utilizando direccionamiento inmediato

NEG Complemento a 2

NEGX Negación extendida considerando flag X

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000



El Motorola 68000 dispone de cuatro instrucciones que realizan funciones lógicas, que actúan bit a bit sobre datos de 8, 16, ó 32 bits y cuatro para manejar bits individuales sobre datos de 8 ó 32 bits.


AND And lógico

ANDI And con direccionamiento inmediato

EOR / EORI Or exclusivo / con direccionamiento inmediato

NOT Negación lógica

OR / ORI Or lógico / con direccionamiento inmediato

TST Comprueba un operando

Scc Comprueba los códigos de condición CCR

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000


4.- Instrucciones de desplazamiento

Se caracterizan por desplazar o rotar el operando bit a bit a la derecha o a la izquierda. El operando destino, que es el afectado por el desplazamiento o por la rotación siempre será un registro de datos.


ASL / ASR Aritmetic shift left / right

LSL / LSR Logical shift left / right

ROL / ROR Rotate left / right

ROXL / ROXR Rotate left / right incluyendo flag X

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000


5.- Instrucciones de manipulación de bits

El Motorola 68000 permite comprobar, poner a cero , poner a uno e invertir los bits individuales de un valor entero. El resultado lo pone en el flag Z.


BTST Bit test

BCLR Bit clear

BSET Bit set

BCHG Bit change

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000


6.- Instrucciones de operación en código BCD

El Motorola 68000 permite comprobar, poner a cero , poner a uno e invertir los bits individuales de un valor entero. El resultado lo pone en el flag Z.


ABCD Suma fuente al destino

NBCD Niego el destino

SBCD Resta fuente al destino

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000


7.- Instrucciones de ramificación y salto

Bcc (Branch on condition code) Label: salta a label cuando cc es verdadero:

Bcc Condición (cc)

BEQ LABEL Z

BNE LABEL Z'

BCS LABEL C

BCC LABEL C'

BHI LABEL C' · Z'

BLS LABEL C + Z

BMI LABEL N

BPL LABEL N'

BVS LABEL V

BVC LABEL V'

BGT LABEL Z' · [[N · V] + [N' · V']]

BGE LABEL [N · V] +[N' · V']

BLT LABEL [N · V'] + [N' · V]

BLE LABEL Z + [N · V'] + [N' · V]

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000



DBcc Decrement and branch on condition

BRA Branch incondicional (direccionamiento relativo)

JMP Jump incondicional (direccionamiento absoluto)

STOP Se detiene la CPU

NOP No ejecuta operación (sirve como delay)

7.- Instrucciones de ramificación y salto (cont…)

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000


8.- Instrucciones de manejo de subrutinas

BSR y JSR: (Branch to Subrutine y Jump to Subrutine) el operando asociado con estas instrucciones debe ser la dirección de memoria en la que se comienza la subrutina, con direccionamiento absoluto para JSR, y relativo a PC para BSR. Al ejecutarse cualquiera de las dos instrucciones, se almacena automáticamente en la pila el valor del contador de programa en el momento anterior al salto, cuando su contenido apunta a la dirección de comienzo de la instrucción siguiente a JSR o BSR.

La subrutina debe tener como última instrucción a ejecutar RTS (Return from Subrutine) o RTR (Return and Restore). Ambas recuperan de la pila el valor del contador del programa, lo que permite reanudar la ejecución del programa precisamente en el punto que había sido abandonado. La instrucción RTR también repone el CCR extrayendo una palabra de la pila inmediatamente antes de recuperar el PC. La subrutina debe llevar a la pila, justamente encima de las posiciones que contienen la posición de retorno, una palbra cuyos 5 bits menos significativos serán llevados al CCR al ejecutarse RTR, que puede ser una copia del CCR al entrar en la subrutina, o cualquier otro valor.

[ Organización ]

Präsentation

Instrucciones 68000


Reference Manual

68000.pdf

Präsentat


[ Índice ]






[ Organización ]

Präsentation

Assembler


Ejemplo sencillo: implementar T = X + Y + Z

Esta operación se podría hacer en un microprocesadorteniendo las variables X, Y, Z almacenadas en la memoria,por ejemplo: X en la posición 500, J en la 501 y K en la 502,y ejecutando las siguientes instrucciones:

1. Cargar el contenido de 500 en el acumulador.2. Sumar al acumulador el contenido de 501.3. Sumar al acumulador el contenido de 502.4. Almacenar el acumulador en la posición 503.

[ Organización ]

Präsentation

Assembler



Suponiendo un código binario para las instrucciones:

1. Cargar el contenido de 500 en el acumulador:0010 0101 0000 0000

[ Organización ]

Präsentation

Assembler





Este código significa cargar en el acumulador el contenido de esto

(0101 0000 0000 significa 500)

[ Organización ]

Präsentation

Assembler





2. Sumar al acumulador el contenido de 501.0011 0101 0000 0001

3. Sumar al acumulador el contenido de 502.0011 0101 0000 0010

4. Almacenar el acumulador en la posición 503.0001 0101 0000 0011

[ Organización ]

Präsentation

Assembler



Además hay que poner en las direcciones 500, 501 y 502 los valores de las variables X, Y y Z:

500 0000 0000 0010 0001 X es 0021501 0000 0000 0011 0010 Y es 0032502 0000 0001 0001 1010 Z es 011A

[ Organización ]

Präsentation

Assembler



Programa en binario: Explicación

000 0010 0101 0000 0000 A (500)001 0011 0101 0000 0001 A A + (501)002 0011 0101 0000 0010 A A + (502)003 0001 0101 0000 0011 (503) A :500 0000 0000 0010 0001 Dato X501 0000 0000 0011 0010 Dato Y502 0000 0001 0001 1010 Dato Z503 0000 0000 0000 0000 Libre para escribir T

[ Organización ]

Präsentation

Assembler



000 0010 0101 0000 0000001 0011 0101 0000 0001 002 0011 0101 0000 0010 003 0001 0101 0000 0011 :500 0000 0000 0010 0001 501 0000 0000 0011 0010502 0000 0001 0001 1010503 0000 0000 0000 0000

Lenguaje máquina

[ Organización ]

Präsentation

Assembler



000 0010 0101 0000 0000 000 2500001 0011 0101 0000 0001 001 3501002 0011 0101 0000 0010 002 3502003 0001 0101 0000 0011 003 1503 :500 0000 0000 0010 0001 500 0021501 0000 0000 0011 0010 501 0032502 0000 0001 0001 1010 503 011A503 0000 0000 0000 0000 504 0000

Programaen hexa

[ Organización ]

Präsentation

Assembler



000 0010 0101 0000 0000 000 LDA (500)001 0011 0101 0000 0001 001 ADD (501)002 0011 0101 0000 0010 002 ADD (502)003 0001 0101 0000 0011 003 STA (503) :500 0000 0000 0010 0001 500 DAT 0021501 0000 0000 0011 0010 501 DAT 0032502 0000 0001 0001 1010 502 DAT 011A503 0000 0000 0000 0000 503 DAT 0000

Programasimbólico

[ Organización ]

Präsentation

Assembler



000 0010 0101 0000 0000 INICIO LDA (VX)001 0011 0101 0000 0001 ADD (VY)002 0011 0101 0000 0010 ADD (VZ)003 0001 0101 0000 0011 STA (VT) :500 0000 0000 0010 0001 VX DAT 0021501 0000 0000 0011 0010 VY DAT 0032502 0000 0001 0001 1010 VZ DAT 011A503 0000 0000 0000 0000 VT DAT 0000

Programaen assembler

Präsentat


[ Índice ]






[ Organización ]

Präsentation

Subrutinas


Uso de subrutinas:

Frecuentemente la misma pieza de código debe escribirse varias veces en muchas partes diferentes de un programa.

En vez de repetir el código cada vez que sea necesario, hay una ventaja obvia si las instrucciones comunes se escriben solamente una vez.

Un conjunto de instrucciones comunes que pueden utilizarse en un programa muchas veces se denomina subrutina.

[ Organización ]

Präsentation

Subrutinas


Uso de subrutinas:

Cada vez que la subrutina se utiliza en la parte del programa principal, una ramificación se ejecuta al comienzo de la subrutina.

Después que la subrutina ha sido ejecutada, una ramificación se hace de nuevo al programa principal.

[ Organización ]

Präsentation

Subrutinas


Uso de subrutinas:

Programaprincipal

Subrutina

Llamado a Subrutina

[ Organización ]

Präsentation

Subrutinas


Uso de subrutinas:

Programaprincipal

Subrutina

Llamado a Subrutina

Llamado a Subrutina

jj+1

[ Organización ]

Präsentation

Subrutinas


Uso de subrutinas:

Los registros y las memorias son comunes para el programa principal y para la subrutina, i.e., se consideran variables globales.

Ventaja: la comunicación de los parámetros entre el programa principal y la subrutina es simple y rápido.

Desventaja: el programador puede olvidar que ciertos registros usados por en el programa principal no deben ser alterados en la subrutina, esto puede causar serios problemas y la detección de este error es difícil.

[ Organización ]

Präsentation

Subrutinas


Ejemplo:

Se desea hacer un programa que realice las siguientes operaciones:

(0100) (0100) + 5(0200) (0200) + 5(0204) (0204) + 5

[ Organización ]

Präsentation

Subrutinas


Ejemplo:


(0100) (0100) + 5(0200) (0200) + 5(0204) (0204) + 5

La mejor solución sería utilizando una subrutina que tenga como parámetro una dirección X y que realice la operación:

(X) (X) + 5

El programa principal debe cargar correctamente el registro X y llamar a la subrutina tres veces.

[ Organización ]

Präsentation

Subrutinas


Ejemplo:


(0100) (0100) + 5(0200) (0200) + 5(0204) (0204) + 5

Programa principal SubrutinaLOAD X,0100 SUM5 LOAD A,(X)CALL SUM5 ADD 5LOAD X,0200 STORE (X),ACALL SUM5 RETLOAD X,0204CALL SUM5

[ Organización ]

Präsentation

Subrutinas


Ejemplo:


(0100) (0100) + 5(0200) (0200) + 5(0204) (0204) + 5


¿Qué pasa si el programa principal estaba usando A?

[ Organización ]

Präsentation

Subrutinas


Ejemplo:


(0100) (0100) + 5(0200) (0200) + 5(0204) (0204) + 5


¿Qué pasa si el programa principal estaba usando A?

kaput!!

[ Organización ]

Präsentation

Subrutinas


Ejemplo:


(0100) (0100) + 5(0200) (0200) + 5(0204) (0204) + 5

Programa principal SubrutinaLOAD X,0100 SUM5 PUSH ACALL SUM5 LOAD A,(X)LOAD X,0200 ADD 5CALL SUM5 STORE (X),ALOAD X,0204 POP ACALL SUM5 RET

Solución: se usa la pila

[ Organización ]

Präsentation

Subrutinas


La Pila (stack):

Existe una memoria direccionada por el registro SP (stack pointer). ¿Cómo se usa?

Cada vez que se hace PUSH X:

(SP) XSP SP + 1

Cada vez que se hace POP X:

SP SP - 1 X (SP)

(es posible hacer PUSH X y luego POP Y)

Präsentat


[ Índice ]






[ Organización ]

Präsentation

Interrupciones


El ciclo de una instrucción (sin interrupción)

[ Organización ]

Präsentation

Interrupciones


Diagrama de estado (sin interrupción)

[ Organización ]

Präsentation

Interrupciones


Ejemplo sin interrupciones: un programa quiere leer datos del disco duro.

1. El programa solicita datos a la unidad de disco.2. La unidad de disco recibe solicitud y posiciona el cabezal

del disco en la posición deseada.3. La unidad lee los datos.4. La unidad verifica consistencia de los datos (checksum) 5. if OK (Envía los datos a la CPU) else GOTO 36. La CPU recibe datos y continúa su programa

1 2 3 4 5 6 t

[ Organización ]

Präsentation

Interrupciones



1 2 3 4 5 6 t

CPUsolicitadatos

CPUrecibedatos

Unidad de discolee y envía datos

[ Organización ]

Präsentation

Interrupciones



1 2 3 4 5 6 t

¿Qué hace la CPU en

este tiempo?

CPUsolicitadatos

CPUrecibedatos

[ Organización ]

Präsentation

Interrupciones



1 2 3 4 5 6 t

¿Qué hace la CPU en

este tiempo?

NADA!!la CPU espera…

CPUsolicitadatos

CPUrecibedatos

[ Organización ]

Präsentation

Interrupciones


Ejemplo con interrupciones: un programa quiere leer datos del disco duro.

1. El programa solicita datos a la unidad de disco.2. La CPU no espera datos, hace otra cosa: por ejemplo

ejecuta otro programa o continua ejecutando el mismo programa siempre que pueda prescindir de los datos solicitados.

3. La unidad de disco se encarga de leer los datos correctamente. Cuando los datos están listos la unidad de disco “interrumpe” a la CPU.

4. La CPU deja de hacer lo que está haciendo y atiende la interrupción, i.e., recibe los datos de la unidad de disco.

t (CPU)

t (unidad de disco)

[ Organización ]

Präsentation

Interrupciones



1 2 4 t

CPUsolicitadatos

CPUrecibedatos

CPUhace

otra cosa


3interrupción

[ Organización ]

Präsentation

Interrupciones



1 2 4 t

CPUsolicitadatos

CPUrecibedatos

CPUhace

otra cosa


3interrupción

Ahorro detiempo

[ Organización ]

Präsentation

Interrupciones


La interrupción es el mecanismo mediante el cual otros módulos pueden interrumpir una secuencia normal de procesamiento.

• Programa: por ejemplo división por cero

• Temporizador: cuando se cumple un tiempo específico

• E/S: cuando hay algo que comunicar

• Hardware: cuando ocurre una falla

[ Organización ]

Präsentation

Interrupciones


El ciclo de una instrucción (con interrupción)

[ Organización ]

Präsentation

Interrupciones


Diagrama de estado (con interrupción)

[ Organización ]

Präsentation

Interrupciones


CPU

ROM RAM

Bus de direcciones

Bus de datos

A12A11

:A0

A12

CECE

RD RD

WR

A0A0A11 A11

D0D7

D0D7 D0D7

A0A12

WR

RD

MREQ

[ Organización ]

Präsentation

Interrupciones


CPU

I/O RAM

Bus de direcciones

Bus de datos

CECE

A0A11

D0D7

D0D7

A0A12

WR

RD

MREQ

decoder

ROM

CE

INT

IORQ

[ Organización ]

Präsentation

Interrupciones


Funcionamiento de las interrupciones (posibilidad 1):

1. El dispositivo I/O cuando necesita interrumpir solicita atención y envía una señal INT a la CPU.

2. La CPU termina su instrucción y envía un reconocimiento a quien interrumpe mediante la señal IORQ (I/O request).

3. El dispositivo envía por el bus de datos un byte y la CPU forma una dirección a partir de este byte.

4. La CPU salta a esta dirección y ejecuta el programa de atención a la interrupción.

5. La CPU finaliza esta rutina de interrupción y regresa a la dirección que estaba en el momento de la interrupción.

[ Organización ]

Präsentation

Interrupciones


Funcionamiento de las interrupciones (posibilidad 2):

1. Igual2. Igual3. La CPU al saber que es el dispositivo X el que

interrumpe lee el elemento X del “vector de interrupciones” ubicado en algún lugar de la memoria, a partir de este elemento calcula la dirección de memoria de la rutina de atención de la interrupción.

4. Igual5. Igual

[ Organización ]

Präsentation

Interrupciones


[ Organización ]

Präsentation

Interrupciones


Interrupciones múltiples:

1. Inhibición de interrupciones:• La CPU ignora las interrupciones cuando ya está

procesando una interrupción.• Las interrupciones ocurridas quedan pendientes y se

ejecutan en una determinada secuencia una vez que la CPU termine la primera interrupción.

[ Organización ]

Präsentation

Interrupciones


Interrupción múltiple (secuencial)

[ Organización ]

Präsentation

Interrupciones


Interrupciones múltiples (cont):

2. Definición de prioridades• Interrupciones de baja prioridad pueden ser interrumpidas

por interrupciones de mayor prioridad.• Cuando una interrupción de prioridad alta ha sido

atendida, la CPU regresa a la interrupción previa.

[ Organización ]

Präsentation

Interrupciones


Interrupción múltiple (anidadas)

[ Organización ]

Präsentation

Interrupciones


Secuencia temporal de varias interrupciones

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[ Arquitectura de Computadores ] ORGANIZACIÓN DEL COMPUTADOR Präsentat ion Pontificia Universidad Católica de Chile Escuela de Ingeniería Departamento