Жмакин А.П. Архитектура ЭВМ (2006) (1186252), страница 40

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 40)

9.3.2. Задание 3

1. Написать программу определения заданной характеристики последова­тельности чисел С_х, С₂,С„ . Варианты заданий приведены в табл. 9.8.

2. Записать программу в мнемокодах, введя ее в поле окна Текст программы.

3. Сохранить набранную программу в виде текстового файла и произвести ассемблирование мнемокодов.

4. Загрузить в ОЗУ необходимые константы и исходные данные.

5. Отладить программу.

Примечание. Под четными (нечетными) элементами массивов понимаются элементы масси­вов, имеющие четные (нечетные) индексы. Четные числа — элементы массивов, делящиеся

без остатка на 2.

9.3.3. Содержание отчета

1. Формулировка варианта задания.

2. Граф-схема алгоритма решения задачи.

3. Распределение памяти (размещение в ОЗУ переменных, программы и не­обходимых констант).

4. Программа.

5. Значения исходных данных и результата выполнения программы.

9.3.4. Контрольные вопросы

1. Как организовать цикл в программе?

2. Что такое параметр цикла?

3. Как поведет себя программа, приведенная в табл. 9.7, если в ней будет от­сутствовать команда wr 31 по адресу 014?

4. Как поведет себя программа, приведенная в табл. 9.7, если метки Ml Пудет поставлена по адресу 005? 007?

9.4. Лабораторная работа № 4. Подпрограммы и стек

В программировании часто встречаются ситуации, когда одинакоиыс дейст­вия необходимо выполнять многократно в разных частях программы (напри­мер, вычисление функции sin л;). При этом с целью экономии памиш не сле­дует многократно повторять одну и ту же последовательность команд - дос­таточно один раз написать так называемую подпрограмму (в терминах языков высокого уровня — процедуру) и обеспечить правильный вызов ЭТОЙ подпро­граммы и возврат в точку вызова по завершению подпрограммы.

Для вызова подпрограммы необходимо указать ее начальный адрес и памяти и передать (если необходимо) параметры — те исходные данные, с которыми будут выполняться предусмотренные в подпрограмме действия. Адрес под­программы указывается в команде вызова call, а параметры могут переда­ваться через определенные ячейки памяти, регистры или стек.

Возврат в точку вызова обеспечивается сохранением адреса текущей коман­ды (содержимого регистра PC) при вызове и использованием в конце подпро­граммы команды возврата ret, которая возвращает сохраненное значение ад­реса возврата в PC.

Для реализации механизма вложенных подпрограмм (возможность вызова подпрограммы из другой подпрограммы и т. д.) адреса возврата целесообраз­но сохранять в стеке. Стек ("магазин") — особым образом организованная безадресная память, доступ к которой осуществляется через единственную ячейку, называемую верхушкой стека. При записи слово помещается в вер­хушку стека, предварительно все находящиеся в нем слова смещаются вниз на одну позицию; при чтении извлекается содержимое верхушки стека (оно при этом из стека исчезает), а все оставшиеся слова смещаются вверх на одну позицию. Такой механизм напоминает действие магазина стрелкового ору­жия (отсюда и второе название). В программировании называют такую дис­циплину обслуживания LIFO (Last In First Out, последним пришел — первым вышел) в отличие от дисциплины типа очередь — FIFO (First In First Out, первым пришел — первым вышел).

В обычных ОЗУ нет возможности перемещать слова между ячейками, поэто­му при организации стека перемещается не массив слов относительно неподвижной верхушки, а верхушка относительно неподвижного массива. Под стек отводится некоторая область ОЗУ, причем адрес верхушки хранится в специ­альном регистре процессора — указателе стека SP.

В стек можно поместить содержимое регистра общего назначения по команде push или извлечь содержимое верхушки в регистр общего назначения по команде pop. Кроме того, по команде вызова подпрограммы call значение программного счетчика PC (адрес следующей команды) помещается в вер­хушку стека, а по команде ret содержимое верхушки стека извлекается в PC. При каждом обращении в стек указатель SP автоматически модифицируется.

В большинстве ЭВМ стек "растет" в сторону меньших адресов, поэтому пе­ред каждой записью содержимое SP уменьшается на 1, а после каждого из­влечения содержимое SP увеличивается на 1. Таким образом, SP всегда ука­зывает на верхушку стека.

Цель настоящей лабораторной работы — изучение организации программ с использованием подпрограмм. Кроме того, в процессе организации циклов мы будем использовать новые возможности системы команд модели ЭВМ, которые позволяют работать с новым классом памяти— сверхоперативной (регистры общего назначения — РОН). В реальных ЭВМ доступ в РОН зани­мает значительно меньшее время, чем в ОЗУ; кроме того, команды обраще­ния с регистрами короче команд обращения к памяти. Поэтому в РОН разме­щаются наиболее часто используемые в программе данные, промежуточные результаты, счетчики циклов, косвенные адреса и т. п.

В системе команд учебной ЭВМ для работы с РОН используются специаль­ные команды, мнемоники которых совпадают с мнемониками соответствую­щих команд для работы с ОЗУ, но в адресной части содержат символы реги­стров RO—R9.

Кроме обычных способов адресации (прямой и косвенной) в регистровых командах используются два новых — постинкрементная и преддекрементная (см. табл. 8.5). Кроме того, к регистровым относится команда организации цикла JRNZ R,M. По этой команде содержимое указанного в команде регист­ра уменьшается на 1, и если в результате вычитания содержимого регистра не равно 0, то управление передается на метку м. Эту команду следует ставить в конце тела цикла, метку м — в первой команде тела цикла, а в регистр R по­мещать число повторений цикла.

9.4.1. Пример 4

Даны три массива чисел. Требуется вычислить среднее арифметическое их максимальных элементов. Каждый массив задается двумя параметрами: адре­сом первого элемента и длиной.

Очевидно, в программе трижды необходимо выполнить поиск максималык>1 п элемента массива, поэтому следует написать соответствующую подпро» грамму.

Параметры в подпрограмму будем передавать через регистры: Rl начат, ный адрес массива, R2 — длина массива.

Рассмотрим конкретную реализацию этой задачи. Пусть первый массив на­чинается с адреса 085 и имеет длину 14 элементов, второй— 100 и 4, тр#» тий— 110 и 9. Программа будет состоять из основной части и подпрограм») мы. Основная программа задает параметры подпрограмме, вызывает ее и со» храняет результаты работы подпрограммы в рабочих ячейках. Затем осуществляет вычисление среднего арифметического и выводит результат Hi устройство вывода. В качестве рабочих ячеек используются регистры общего назначения R6 и R7— для хранения максимальных элементов массивом Подпрограмма получает параметры через регистры R1 (начальный адрес мае* сива) и R2 (длина массива). Эти регистры используются подпрограмм^ качестве регистра текущего адреса и счетчика цикла соответственно KpoMi того, R3 используется для хранения текущего максимума, a R4 — дли пре менного хранения текущего элемента. Подпрограмма возвращает pi через аккумулятор. В табл. 9.9 приведен текст основной программы и ты программы. Обратите внимание, цикл в подпрограмме организован i ми мощью команды jrnz, а модификация текущего адреса— средствами not i инкрементной адресации.

9.4.2. Задание 4

Составить и отладить программу учебной ЭВМ для решения следующей дачи. Три массива в памяти заданы начальными адресами и длинами. Вычи лить и вывести на устройство вывода среднее арифметическое параметре этих массивов. Параметры определяются заданием к предыдущей лаборато ной работе (см. табл. 9.8), причем соответствие между номерами вариант заданий 3 и 4 устанавливается по табл. 9.10.

9.4.3. Содержание отчета

1. Формулировка варианта задания.

2. Граф-схема алгоритма основной программы.

3. Граф-схема алгоритма подпрограммы.

4. Распределение памяти (размещение в ОЗУ переменных, программы и и. обходимых констант).

5. Тексты программы и подпрограммы.

6. Значения исходных данных и результата выполнения программы.

9.4.4. Контрольные вопросы

1. Как работает команда mov r3, r7?

2. Какие действия выполняет процессор при реализации команды CALL?

3. Как поведет себя программа примера 4, если в ней вместо команд cai использовать команды jmp м?

4. После начальной установки процессора (сигнал Сброс) указатель иска Ч' устанавливается в ООО. По какому адресу будет производиться запи< h I стек первый раз, если не загружать SP командой wrsp?

5. Как, используя механизмы постинкрементной и преддекремептноиадрв сации, организовать дополнительный стек в произвольной области нами» ти, не связанный с SP?

9.5. Лабораторная работа № 5. Командный цикл процессора

Реализация программы в ЭВМ сводится к последовательному выполнении! команд. Каждая команда, в свою очередь, выполняется как последовательность микрокоманд, реализующих элементарные действия над операционными элементами процессора.

В программной модели учебной ЭВМ предусмотрен Режим микрокоманд, в котором действие командного цикла реализуется и отображается на уровне микрокоманд. Список микрокоманд текущей команды выводится в специаль­ном окне Микрокомандный уровень (см. рис. 8.8).

9.5.1. Задание 5.1

Выполнить снова последовательность команд по варианту задания 1 (см. табл. 9.3), но в режиме Шаг. Зарегистрировать изменения состояния процес­сора и памяти в форме табл. 9.11, в которой приведены состояния ЭВМ при выполнении примера 1 (фрагмент).

9.5.2. Задание 5.2

Записать последовательность микрокоманд для следующих команд модели учебной ЭВМ:

□ add r3

□ add @r3

□ add @r3+

□ add -@r3

□ jrnz r3,m

□ mov r4,r2

□ jmp m

□ call m

□ ret: push r3

□ pop r5

9.5.3. Контрольные вопросы

1. Какие микрокоманды связаны с изменением состояния аккумулятора?

2. Какие действия выполняются в модели по микрокоманде MRd? RWr?

3. Попробуйте составить микропрограмму (последовательность мик; команд, реализующих команду) для несуществующей команды "умно ние модулей чисел".

4. Что изменится в работе процессора, если в каждой микропрограмме ми рокоманду увеличения программного счетчика PC := PC + 1 переместить самый конец микропрограммы?

9.6. Лабораторная работа № 6. Программирование внешних устройств

Целью этой лабораторной работы является изучение способов организации взаимодействия процессора и внешних устройств (ВУ) в составе ЭВМ.

Выше отмечалось, что связь процессора и ВУ может осуществляться в син­хронном или асинхронном режиме. Синхронный режим используется для ВУ, всегда готовых к обмену. В нашей модели такими ВУ являются дисплей и тоногенератор — процессор может обращаться к этим ВУ, не анализируя их состояние (правда дисплей блокирует прием данных после ввода 128 симво­лов, формируя флаг ошибки).

Асинхронный обмен предполагает анализ процессором состояния ВУ, которое определяет готовность ВУ выдать или принять данные или факт осуществле­ния некоторого события, контролируемого системой. К таким устройствам в нашей модели можно отнести клавиатуру и блок таймеров.

Анализ состояния ВУ может осуществляться процессором двумя способами:

□ в программно-управляемом режиме;

□ в режиме прерывания.

Характеристики

Список файлов книги