▲

Учебное пособие для лабораторных работ

по курсу:

ОРГАНИЗАЦИЯ ЭВМ И СИСТЕМ

Оглавление

Инструкция по установке___________________________________________________________3

Инструкция по использованию программного обеспечения______________________________ 4

Описание языка MCL_______________________________________________________________ 8

Арифметико-логические устройства ЭВМ и принципы их функционирования____________21

Лабораторная работа № 1. Моделирование функционирования АЛУ при выполнении операции сложения/вычитания над числами с фиксированной точкой __________________22

Лабораторная работа № 2. Моделирование функционирования АЛУ при выполнении операции умножения над числами с фиксированной точной___________________________ 35

Лабораторная работа № 3. Моделирование функционирования АЛУ при выполнении операции деления над числами с фиксированной точкой_____ _________________________ 48

Лабораторная работа № 4. Моделирование функционирования операционной части центрального процессора___________________________________________________________60

Лабораторная работа № 5. Моделирование блока устройства управления_______________ 79

Лабораторная работа № 6. Моделирование функционирования селекторного канала______94

Лабораторная работа № 7. Моделирование функционирования мультиплексного канала ________________________________________________________________________________ 109

Лабораторная работа № 8. Моделирование буферной памяти с признаковым обменом и сквозной записью_________________________________________________________________130

Лабораторная работа № 9. Моделирование буферной памяти с признаковым обменом и сквозной записью_________________________________________________________________149

Инструкция по установке

На рабочем столе имеется ярлык WinMCL (если такового не оказалось, то необходимо обратиться к администратору за установкой программы на данный компьютер), с которого запускается программа.

Папка WinMCL находится на диске D:\WinMCL c самим приложением и инструкцией по использованию (если папка WinMCL отсутствует на диске D:\, то её необходимо скопировать с диска H:\). Эта папка хранится на локальном диске D, потому что с сетевого диска H программа не запускается. Файлы с текстами программ необходимо сохранять в папке “H:\Arxitektura\03-3xx”, где хх-номер группы, чтобы возможно было переносить информацию на внешние носители. В этой же папке Arxitektura имеется папка InstallWinMCL, которую можно скопировать для установки WinMCL на домашний компьютер студента.

Примечание. Желательно старую версию программы MCL.exe скопировать из H:\Arxitektura\MCL в личную папку студента для упрощения прописи пути к запускаемому файлу.

Инструкция по использованию программного обеспечения

При загрузке приложения появляется выбор типа лабораторной работы (рис. 1). Если решаемая задача не указана в списке, следует выбрать пункт «Без графического интерфейса».

Рис. 1. Приглашение при создании нового файла

После нажатия кнопки OK загрузится графическая среда разработки. В зависимости от выбранной лабораторной работы слева будет отображен графический элемент управления, представляющий структуру изучаемого устройства, и поле для вывода текстовой информации (рис. 2). Если был выбран пункт «Без графического интерфейса», всю левую сторону займет поле для вывода текстовой информации (рис. 3).

Графические элементы управления содержат поля, иллюстрирующие различные элементы изучаемых устройств, а также поля для ввода их имен. Эти поля уже содержат предопределенные имена. Их можно изменять. Во время выполнения программы среди объявленных переменных будут искаться переменные с именами, указанными в данных полях, и их значения будут отображаться в соответствующих им «регистровых» полях.

Рис. 2. Графическая среда разработки с графическим элементом управления, представляющим структуру АЛУ

Рис. 3. Графическая среда разработки без графического элемента управления

Справа находится редактор текстов. В него вводится текст разрабатываемой программы. С помощью стандартных команд меню (Файл - Открыть, Файл – Сохранить, Файл – Сохранить как) и кнопок можно открыть созданный ранее текстовый файл, сохранить созданный или редактируемый файл.

Выбрав пункт Файл – Новый можно выбрать другую лабораторную работу. При этом графическая среда будет переконфигурирована соответствующим образом.

Пункт меню Правка предоставляет стандартные средства редактирования текста: копирование, вырезание, вставка, выделение, отмена последних операции и повтор их выполнения.

Когда программа в текстовом редакторе готова к выполнению, следует обратиться к пункту меню Программа.

Программа может выполняться в двух режимах: покомандном и потоковом. При потоковом режиме команды выполняются одна за другой, интерпретация останавливается, когда считан оператор END. Если в программе встречается команда PAUSE, интерпретация приостанавливается и продолжается только после нажатия кнопки «Продолжить» на панели под меню.

При покомандном режиме работы интерпретатора интерпретация приостанавливается после выполнения каждой команды и продолжается только после нажатия пользователем кнопки «Продолжить» . При этом в редакторе тестов подсвечивается строка, которая будет выполнена следующей (рис. 4).

По умолчанию включен потоковый режим работы.

Рис. 4. Подсветка строки в редакторе текстов

Чтобы включить покомандный режим выполнения, необходимо выбрать пункт меню Программа – Покомандный режим, или нажать кнопку с флажком, или F4. Данная команда НЕ запускает интерпретацию программы, а только определяет её режим (покомандный или потоковый).

Чтобы запустить интерпретацию программы, необходимо выбрать пункт меню Программа – Выполнить, или нажать кнопку , или F5.

Во время выполнения программы текст, выводимый командами WRITE и WRITELN, отображается на форме тестового вывода слева внизу. В этой же форме отображаются сообщения об ошибках, если таковые найдены в программе. Иллюстрация перерисовывается в момент выполнения команды PAUSE; в потоковом режиме и после выполнения каждой команды в покомандном режиме. Режим можно переключать во время выполнения программы: например, можно дойти до первой команды PAUSE в программе в потоковом режиме, переключить режим и продолжить выполнение программы в покомандном режиме.

Чтобы продолжить выполнение программы нужно выбрать пункт меню Программа – Продолжить, или нажать кнопку , или надпись «Пауза! Нажмите, чтобы продолжить», или F10.

Остановить интерпретацию (выполнение) программы можно в любой момент, нажав кнопку , выбрав пункт меню Программа – Остановить, или нажав F2.

Результат выполнения программы и её текст можно отправить на печать, выбрав пункт меню Файл – Печать или нажав кнопку . При этом содержимое редактора текстов будет совмещено с содержимым поля текстового вывода и отправлено на печать.

Кроме того, в программе имеется возможность делать скриншоты, копировать текст программы и лог в буфер обмена, для дальнейшей удобной вставки в текстовые файлы. Это существенно облегчает создание отчетов. Как итог, нет необходимости выделять текст программы и содержимое поля для вывода текстовой информации вручную, а также использовать посторонние программы для создания скриншотов.

Чтобы сделать скриншот нужно выбрать пункт меню Отчет - Скриншот в буфер обмена. После этого, готовый скриншот можно вставлять в отчет.

Для того, чтобы скопировать текст программы достаточно выбрать меню Отчет - Текст программы в буфер обмена. Затем в текстовых редакторах, с помощью комбинации клавиш Ctrl+V можно вставить исходный текст.

Чтобы копировать содержимое поля для вывода текстовой информации выберете меню Отчет - Копировать лог в буфер обмена. Затем в текстовых редакторах, с помощью комбинации клавиш Ctrl+V можно вставить исходный текст.

Описание языка MCL

Содержание

1. Описание языка MCL 9

2. Алфавит 9

3. Использование разделителей 9

4. Использование комментариев 9

5. Идентификаторы 9

6. Константы 9

7. Операции и выражения 10

8. Приоритеты и порядок выполнения операций 11

9. Арифметические преобразования в выражениях 11

10. Типы языка MCL 11

11. Переменные языка MCL 13

12. Операторы языка MCL 13

13. Переменные-флаги 16

14. Общие замечания 17

15. Сообщения об ошибках интерпретатора языка MCL 17

1. Описание языка MCL

Язык микрокоманд MCL представляет собой "BASIC-подобный" язык программирования высокого уровня. Он включает в себя:

- операторы ввода-вывода,

- операторы перехода,

- операторы вызова подпрограмм,

- операторы цикла,

- условный оператор;

поддерживает достаточный набор типов данных:

- простые переменные,

- тип регистр,

- тип структура,

- тип память;

и операций над объектами этих типов:

- арифметические,

- побитовые,

- сдвига,

- сравнения.

Ниже приведено полное описание языка MCL.

2. Алфавит

Алфавит содержит:

-буквы: 26 латинских букв и $,

-цифры от 0 до 9,

-знаки арифметических операций: +, -, *, / ( целая часть от деления ), % (остаток от деления),

-знаки операций отношения: >, >=, <, <=, =, <>.

Замечания: все операции отношения реализованы как целочисленные операции (истинность-1, иначе-0) и могут быть использованы в любом месте любого выражения. При сравнении операнды рассматриваются как целые числа без знака.

3. Использование разделителей

Пробелы, символы табуляции, перевода на новую строку используются как разделители. Любое количество этих символов может быть помещено в любое место, где допускается пробел.

4. Использование комментариев

Комментарий - любой текст, помещенный между символами '{' и '}'. Разрешены везде, где допускаются пробелы.

5. Идентификаторы

Идентификаторы - это последовательность букв и цифр, начинающихся с буквы. Их длина не должна превышать 16 символов. Они используются как имена переменных, полей структур и меток.

Пример. Правильные идентификаторы:

A, R0, REG_RESULT, KOD22.

Неправильные идентификаторы:

0A - должен начинаться с буквы;

A-REG - используется недопустимый символ '-'.

6. Константы

Все константы в языке MCL интерпретируются как 32-х разрядные целые числа без знака, отрицательные константы не поддерживаются. Для получения отрицательных значений необходимо использовать явное преобразование (операцию COM). Таким образом, могут быть использованы константы из диапазона: 0..4294967295. Константы могут быть записаны в двоичной, десятичной или шестнадцатеричной системах счисления. Правило записи констант следующее:

:='0b'

| ['0d']

| '0h'

Отсюда видно, что для записи константы в любой системе счисления необходимо перед числом указать спецификатор системы счисления вида '0b' или '0d' или '0h'. Без указания спецификатора формата константа интерпретируется как десятичная.

Примеры:

12345 или 0d12345 - десятичная константа 12345,

0b1000 - двоичная константа 8,

0hFF - шестнадцатеричная константа 255.

Замечание:

для определения констант, больших по своему значению чем 2147483647 (0h7FFFFFFF), необходимо использовать двоичную или шестнадцатеричную систему счисления. Это связано с особенностями внутреннего представления целых чисел системами PASCAL VS и Turbo PASCAL.

7. Операции и выражения

Побитовые операции:

NOT (дополнение до единицы) NOT op

Дополнение до единицы (инвертирование) значения op. Значение выражения содержит 0 во всех разрядах, в которых op содержит 1, и 1 во всех разрядах, в которых op содержит 0.

COM (дополнение до двух) COM op

Дополняет до двух (переводит в дополнительный код) значение op. Фактически вычисляется выражение 1+NOT op.

AND (побитовое "И") op1 AND op2

Побитовая операция "И" двоичных представлений op1 и op2. Значение выражения содержит 1 во всех разрядах, в которых и op1 и op2 содержат 1, и 0 во всех остальных разрядах.

OR (побитовое "ИЛИ") op1 OR op2

Побитовая операция "ИЛИ" двоичных представлений op1 и op2. Значение выражения содержит 1 во всех разрядах, в которых op1 или op2 содержат 1, и 0 во всех остальных разрядах.

XOR (побитовое исключающее "ИЛИ) op1 XOR op2

Побитовая операция исключающее "ИЛИ" двоичных представлений op1 и op2. Значение выражения содержит 1 в тех разрядах, в которых и op1 и op2 имеют разные двоичные значения, и 0 во всех остальных разрядах.

Операции сдвига:

SHL (сдвиг влево) op1 SHL op2

Двоичное представление op1 сдвигается влево на op2 разрядов. Освобождающиеся разряды заполняются 0.

SHR (сдвиг вправо) op1 SHR op2