Міністерство освіти України Національний університет «Львівська політехніка» Кафедра «Електроні обчислювальні машини» Троценко В. В. Завдання і методичні вказівки до циклу лабораторних робіт з дисципліни «Архітектура комп’ютерів» Частина 1. Симулювання і дослідження поведінки класичної CISC машини Ноймана ЛЬВІВ-2010 ЗМІСТ ЛР № 01. Робота з симулятором машини Ноймана. Дослідження виконання машинного коду в автоматичному режимі. 3 ЛР № 02. Дослідження макроалгоритмів та мікроалгоритмів виконання машинних інструкцій. 11 Додаток 01. Задачі і програми-відповіді для симулятора комп’ютера 17 Література до першої частини лабораторних робіт 21ЛР № 01. Робота з симулятором машини Ноймана. Дослідження виконання машинного коду в автоматичному режимі. Мета: опанувати роботу на симуляторі машини Ноймана, зрозуміти і дослідити принцип виконання програми машиною Ноймана. Завдання: запустити симулятор, увести до нього коди машинних інструкцій і коди чисел, навчитися утворювати і змінювати ці коди, дослідити і пояснити принципи трактування машиною Ноймана бінарних кодів. Розробити тестову програму, завантажити програму і відповідні дані до симулятора, виконати програму в автоматичному режимі, проаналізувати і пояснити отримані результати, скласти звіт з виконання лабораторних досліджень та захистит його. Методика виконання лабораторної роботи CISC – complex instruction set computing (обчислення зі складною системою машинних інструкцій) Аби дослідити дію машини Ноймана використовують симулятори цієї машини, що, в свою чергу, є готовими до використання комп’ютерними програмами. При роботі з такою програмою складається враження роботи з комп’ютером першої генерації, що приймає дані і подає результати і двійковій (бінарній) системі числення, має обмежений обсяг пам’яті, обмежене число регістрів і відсутню операційну систему. Коли в комп’ютері (в нас – в симуляторі комп’ютера) ОС нема, тоді кожну програму треба завершувати виконанням машинної інструкції СТОП. В автоматичному режимі одним натиском на клавішу комп’ютер змушують виконати уведену до нього програму - повністю, від першої до останньої машинної інструкції програми. Розглянемо конкретний симулятор машини Ноймана, якому автор надав назву «Кроха». «Кроха» є DOS програмою, яку запускають у вікні DOS. Отже, миша з симулятором не працює так само, як і в ті давні часи, коли реалізували машину Ноймана. Треба користуватися курсором (рискою підкреслення) і клавішами пересування курсора. Але курсор діє лише у вікні пам’яті. Залишаються можливості керування симулятором натисканням вибраних клавіш апаратури. Таке керування є примітивним але таким, що дозволяє правдиво і чітко зрозуміти, як працює комп’ютер Ноймана, як з ним колись працювали, а також які в нього є принципові недоліки. Наступний рисунок 1 містить копію вікна симулятора Кроха. Симулятор є DOS програмою, що викликається в режимі командного рядка.
Рис. 1.1 – Вікно навчального комп’ютера «Кроха-М» Зліва розташоване вікно пам’яті. Тут позначені адреси в бінарному коді, від 00002 до 11112 (всього 16 комірок). Вмістиме кожної комірки – це 3+4+4+4=15 бітова структура, що може бути або бінарним кодом цілого чила, або бінарним кодом машинної команди (так званої інструкції). Отже маємо не зовсім звичний 15-бітовий комп’ютер, що не підтримує парадигму байта. Формат машинної інструкції машини Ноймана В комп’ютері використаний наступний класичний формат 3-адресної машинної інструкції: Поле коду операції. Довжина 3 біти Поле адреси 1-го операнда. Довжина 4 біти Поле адреси 2-го операнда. Довжина 4 біти Поле адреси результату. Довжина 4 біти  КОп А1 А2 А3  Приклад кодування інструкції (A1) + (A2) A3 :  000 0100 0101 0110  Рис. 1.2 – Формат машинної інструкції Формат числа машини Ноймана Симулятор використовує наступний єдиний формат даних: Старший розряд 13 середніх розрядів бінарного коду Молодший розряд   1 00000000001 1  Приклад кодування поз...