Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра СКС
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Звіт
Предмет:
Інші
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки
Національний університет „Львівська політехніка”
Кафедра СКС
Звіт
з лабораторної роботи № 4
«Організація та функціонування комп’ютерів»
на тему:
«Дослідження інструкцій логічних операцій і виконання арифметичних операцій
навчального комп’ютера – симулятора DeComp»
Виконав:
ст. гр. КІ-12
Томашевський А.В
Прийняв: ст. викл. Кудрявцев О.Т.
Мета:
Вивчити призначення логічних операцій;
Навчитись створювати і використовувати "фільтри" за допомогою логічних операцій;
Вивчити правила кодування додатних і від’ємних двійкових чисел для здійснення арифметичних операцій у комп’ютерах;
Навчитися кодувати двійкові числа із знаком у інструкціях навчального комп’ютера – симулятора DeComp.
Теоретичні відомості
1.1. Загальні відомості про логічні функції
Усі дії, які виконуються у комп’ютері, повинні бути закодовані попередньо у програмі. За допомогою кожної команди програми кодується одна операція комп’ютера, яка виконується над парою операндів.
Арифметична операція – операція, у якій операнди і результат сприймаються як числа. До них відносяться операції додавання і віднімання, з якими ми познайомилися у попередніх роботах, а також операції множення і ділення. Усі інші операції, наприклад, добування кореня квадратного, піднесення до степеня, дифференцювання та ін., реалізуються у комп’ютері на основі вказаних операцій.
Логічна операція – операція, що полягає у логічній обробці операндів, які приймають у ній участь. До них відносяться операції порівняння, визначення модуля, визначення ознак результатів арифметичних операцій та ін. До них часом відносять операції зсуву праворуч або ліворуч.
Точна, певна послідовність операцій або програма, яка потрібна для виконання певної задачі на комп’ютері, формується на основі математичної теорії, відомої як алгебра логіки. Створив алгебру логіки англійський математик Дж. Буль (1815 – 1864). Тому її називають також алгеброю Буля. Алгебра логіки отримала значний розвиток завдяки роботам таких вчених як Е. Пост, К. Шеннон, В. Глушков, С. Яблонський та ін. Основним поняттям алгебри логіки є висловлювання.
Під час вивчення звичайної алгебри розглядають залежності типу А = f(x1, x2, …xn), де x1, x2, …xn – аргументи, а А – функція. Аргументи і функція при цьому можуть набувати найрізноманітніших числових значень: додатних і від’ємних, цілих і дробових. У алгебрі логіки вивчають залежності аналогічного вигляду А = f(x1, x2, …xn), але такі, в яких аргументи і функція можуть набувати тільки двох значень: 1 і 0. Практичне використання таких функцій є формальним (математичним) описом логіки людського мислення в процесі виконання якоїсь задачі.
Вся діяльність людини так або інакше пов’язана з різними висловлюваннями. Будь-яке вимовлене твердження, зауваження є певним висловлюванням. У алгебрі логіки саме висловлювання є змінною (аргументом), яка може набувати одного з двох можливих значень (істина чи фальш, так чи ні, правдиво чи не правдиво) і над якою можна виконувати деякі дії. Подібно до аргументів у звичайній алгебрі, висловлювання позначають буквами якого-небудь алфавіту, наприклад, X, Y,Z або а, в, с. . .
За змістом висловлювання поділяють на прості і складні. Наприклад, прості: “вікно відчинене”, “у квартирі холодно”, “Микола вчиться в національному університеті “Львівська політехніка”, “Микола йде на стадіон”. З простих висловлювань за допомогою слів-зв’язок (сполучників) І, АБО, НЕ, ЯКЩО-ТО та ін. утворюють складні. Наприклад, речення: „Вікно відчинене і у квартирі холодно”, „Микола піде у парк або на стадіон”.
1.2. Опис логічних інструкцій навчального комп’ютера
Група інструкцій, яку ми будемо досліджувати у даній роботі, присвячена логічним операціям: AND (логічне І), OR (логічне АБО), XOR (логічне Виключне-АБО) та NOT (логічне НЕ).
За винятком останньої логічної інструкції NOT, усі решта є адресними інструкціями, які виконують логічні операції над двома числами: значенням числа, що розміщене у акумуляторі та вмістом комірки пам’яті, на яку вказує 12-розрядна адреса у машинному коді інструкції, а також записують результат назад до акумулятора. Інструкція NOT є безадресною і вона заперечує (інвертує) усі розряди акумулятора із збереженням результату назад до акумулятора.
Логічну операцію Виключне-АБО іноді ще називають сумою за модулем 2, або – додаванням за модулем 2. Дійсно, результат операції Виключне-АБО повністю співпадає з молодшим розрядом результату арифметичного додавання двох 1-розрядних чисел: 0 1 = 1 (0 + 1 = 1), хоча 1 1 = 0 (1 + 1 = 10). Виключність назви цієї логічної операції походить з її визначення: результат дорівнює 1, коли тільки одне з вхідних чисел дорівнює 1. При виконанні цієї операції над групою аргументів, результат дорівнює 1, якщо серед аргументів непарна кількість 1, якщо кількість 1 парна , то результат = 0.
1.3. Подання від’ємних чисел у комп’ютерах
Для виконання операцій обробки інформації у комп’ютерах і системах збереження та передачі даних, її замінюють числами. Позначення різної інформації відповідними числами називають цифровим кодування, а послідовність цифр для позначення певної інформації - її кодом.
Кодуванню числової інформації у комп’ютерах приділяється особлива увага. Це викликано декількома причинами, одна з яких – наявність знаків у числах. Основна проблема полягає у тому, що центральним складовим елементом арифметично-логічного пристрою (АЛП) є суматор, який виконує лише порозрядне додавання двох кодів із врахуванням ваги кожного з розрядів та з організацією міжрозрядних переносів. Знак числа суматор не “розуміє”, його не розрізняє і сприймає знак числа як звичайний двійковий код.
На даний час прийнято, що мінус кодується як одиниця (1), а плюс – як нуль (0).
Для здійснення арифметичних операцій у комп’ютерах були розроблені спеціальні способи кодування і відповідні коди. Найбільш поширеними є прямий, обернений та доповняльний коди. Підкреслимо, що доповняльний та обернений коди використовуються тільки для подання від’ємних двійкових чисел. Додатні числа у цих кодах не міняють свого зображення і подаються як у прямому коді.
Хід виконання роботи
Вивчити і записати у звіт призначення логічних операцій AND, OR, NOT і XOR.
Логічна операція AND – кон’юкція або логічне множення. Результат операції буде рівний 1 тільки тоді, коли два біта будуть рівні 1, якщо ж хоча б 1 з бітів дорівнює 0, то і результат буде 0.
Логічна операція OR – диз’юнкція або логічне додавання. Результат операції дорівнює 1, коли хоча б один з бітів дорівнює 1, і 0, коли обидва біта дорівнюють 0.
Логічна операція NOT – заперечення. Результатом операції є інвертування усіх розрядів числа і запис назад до акумулятора, тобто заміна 1 на 0 і 0 на 1. На відміну від інших операцій, ця – безадресна.
Логічна операція XOR – сума за модулем 2. Результат операції дорівнює 1, коли тільки один з бітів дорівнює 1. Якщо бітів більше, ніж 2, то для непарної кількості бітів результат дорівнює 1, а для парної 0. Іншими словами результатом операції є молодший розряд суми.
Ввести у симулятор та дослідити у покроковому режимі програму, яка буде виконувати логічні операції І, АБО, Виключне-АБО та НЕ над двома числами. Коди чисел вибрати згідно варіанту, що визначається у 1-й лабораторній роботі, використовуючи всі чотири тетради 16-ти розрядного формату. Наприклад, якщо задане число 1810 = 000100102 , воно записується у вигляді: 00010010 00010010. Виписати результати виконання програми та значення прапорців ознак.
Мій варіант 15. Згідно з умовою 1-ої лабораторної роботи, мої числа: 3710 і 2110.
Спочатку переведемо ці числа у двійкову систему числення:
3710 = 0010 0101 0010 01012;
2110 = 0001 0101 0001 01012.
Заношу перше число у 20-ту комірку, а друге у 21. Пишу програму в інструкціях:
№ комірки пам’яті
Двійковий код інструкції
Мнемонічний запис
інструкції
Коментар
0000 0000 0000
0000 0000 0001 0100
LOAD 20;
Завантажити дані 20-ої комірки (число 3710) до Акумулятора
0000 0000 0001
0100 0000 0001 0101
AND 21;
3710 & 2110
0000 0000 0010
0001 0000 0001 0110
STORE 22;
Записати число в 22 комірку
0000 0000 0011
0000 0000 0001 0100
LOAD 20;
Завантажити дані 20-ої комірки (число 3710) до Акумулятора
0000 0000 0100
0101 0000 0001 0101
OR 21;
3710 | 2110
0000 0000 0101
0001 0000 0001 0111
STORE 23;
Записати результат операції в 23 комірку
0000 0000 0110
0000 0000 0001 0100
LOAD 20;
завантажити число 3710 до Акумулятора
0000 0000 0111
0110 0000 0001 0101
XOR 21;
3710 2110
0000 0000 1000
0001 0000 0001 1000
STORE 24;
Записати число в 24 комірку.
0000 0000 1001
0000 0000 0001 0100
LOAD 20:
Завантажити число 3710 до Акумулятора
0000 0000 1010
0111 0000 0000 0000
NOT;
0000 0000 1011
0001 0000 0001 1001
STORE 25;
Записати число в 25 комірку.
0000 0000 1100
0000 0000 0001 0101
LOAD 21;
Завантажити число 2110 до Акумулятора
0000 0000 1101
0111 0000 0000 0000
NOT
0000 0000 1110
0001 0000 0001 1010
STORE 26;
Завантажити число в 26 комірку
0000 0000 1111
0111 1100 0000 0000
HALT;
Зупинити програму
РА
РД
А
РІ
ЛАІ
РО(Z S C)
1
0000 0001 0100
0010 0101 0010 0101
0010 0101 0010 0101
0000 0000 0001 0100
0000 0000 0001
0 0 0
2
0000 0001 0101
0001 0101 0001 0101
0000 0101 0000 0101
0100 0000 0001 0101
0000 0000 0010
0 0 0
3
0000 0001 0110
0000 0101 0000 0101
0000 0101 0000 0101
0001 0000 0001 0110
0000 0000 0011
0 0 0
4
0000 0001 0100
0010 0101 0010 0101
0010 0101 0010 0101
0000 0000 0001 0100
0000 0000 0100
0 0 0
5
0000 0001 0101
0001 0101 0001 0101
0011 0101 0011 0101
0101 0000 0001 0101
0000 0000 0101
0 0 0
6
0000 0001 0111
0011 0101 0011 0101
0011 0101 0011 0101
0001 0000 0001 0111
0000 0000 0110
0 0 0
7
0000 0001 0100
0010 0101 0010 0101
0010 0101 0010 0101
0000 0000 0001 0100
0000 0000 0111
0 0 0
8
0000 0001 0101
0001 0101 0001 0101
0011 0000 0011 0000
0110 0000 0001 0101
0000 0000 1000
0 0 0
9
0000 0001 1000
0011 0000 0011 0000
0011 0000 0011 0000
0001 0000 0001 1000
0000 0000 1001
0 0 0
10
0000 0001 0100
0010 0101 0010 0101
0010 0101 0010 0101
0000 0000 0001 0100
0000 0000 1010
0 0 0
11
0000 0000 1010
0111 0000 0000 0000
1101 1010 1101 1010
0111 0000 0000 0000
0000 0000 1011
0 1 0
12
0000 0001 1001
1101 1010 1101 1010
1101 1010 1101 1010
0001 0000 0001 1001
0000 0000 1100
0 1 0
13
0000 0001 0101
1101 1010 1101 1010
1101 1010 1101 1010
0000 0000 0001 0101
0000 0000 1101
0 1 0
14
0000 0000 1101
0111 0000 0000 0000
0010 0101 0010 0101
0111 0000 0000 0000
0000 0000 1110
0 1 0
15
0000 0001 1010
0010 0101 0010 0101
0010 0101 0010 0101
0001 0000 0001 1010
0000 0000 1111
0 1 0
16
0000 0000 1111
0111 1100 0000 0000
0010 0101 0010 0101
0111 1100 0000 0000
0000 0000 1111
0 1 0
Запускаю програму і досліджую її у покроковому режимі:
Для кращої наочності узагальнимо результати:
Результат операції AND: А: 0000 0101 0000 01012, РО: 0002;
Результат операції OR: А: 0011 0101 0011 01012, РО: 0002;
Результат операції XOR: А: 0011 0000 0011 00002, РО: 0002;
Результат операції NOT для першого числа: А: 1101 1010 1101 10102, РО: 0102;
Результат операції NOT для другого числа: А: 0010 0101 0010 01012, РО: 0102.
Дослідити у потактовому режимі інструкції AND і XOR - для парних номерів із журналу списку групи, OR та NOT - для непарних номерів із списку групи. Виписати результати виконання програми.
Я варіант 15, тому досліджую інструкції OR та NOT.
1) Дослідження функції OR.
Заношу в Аккумулятор та в комірки пам'яті потрібні мені дані:
А) А Число 0010 0101 0010 01012. (Записую число 3710, використавши всі 4 тетради 16-тирозрядного формату);
Б) Adr.0 0101 0000 0000 00012. (Інструкція OR);
В) Adr.1 Число 0001 0101 0001 01012 (записую число 2110, використавши всі 4 тетради 16-ти розрядного формату);
Г) ЛАІ Adr 0.
Запускаю її у потактовому режимі та досліджую:
№
Мнемонічний запис
Код, що обробляється
Коментар
1
ЛАІ РА
0000 0000 0000
вибір адреси інструкції і занесення її до Регістра Адреси
2
РА РД
0101 0000 0000 0001
вибір коду інструкції з РА і занесення його до Регістра Даних
3
РД РІ
0101 0000 0000 0001
декодування інструкції у Регістрі Інструкцій
4
РІ РА
0000 0000 0001
Передача адреси операнда
5
РА РД
0001 0101 0001 0101
вибір коду другого операнда з РА і занесення його до Регістра Даних
6
А | РД А
0001 0101 0001 0101
Виконується інструкція OR і результат записується до А
7
АРО
000
Встановлення прапорців ознак
8
ЛАІ + 1 ЛАІ
0000 0000 0001
підготовка адреси нової інструкції
2) Дослідження інструкції NOT:
А) А Число 0010 0101 0010 01012. (Записую число 3710, використавши всі 4 тетради 16-ти розрядного формату);
Б) Adr.0 0111 0000 0000 00002. (Інструкція NOT);
В) ЛАІ Adr 0.
№
Мнемонічний запис
Код, що обробляється
Коментар
1
ЛАІ РА
0000 0000 0000
вибір адреси інструкції і занесення її до Регістра Адреси
2
РА РД
0111 0000 0000 0000
вибір коду інструкції з РА і занесення його до Регістра Даних
3
РД РІ
0111 0000 0000 0000
декодування інструкції у Регістрі Інструкцій
4
A
1101 1010 1101 1010
Виконується інструкція NOT і результат записується до Акумулятора
7
АРО
0 1 0
Встановлення прапорців ознак
8
ЛАІ + 1 ЛАІ
0000 0000 0001
підготовка адреси нової інструкції
Розробити алгоритм і написати програму, що для довільного числа "А", яке розміщене у комірці пам"яті з адресою "N", підраховує кількість пар "11" - для непарних номерів із списку групи, і кількість пар "00" - для парних номерів із списку групи.
(Рис.1)Блок-схема алгоритму до завдання 4
Задане число А міститься в 20-тій комірці. Число В – лічильник пар нулів в числі А, міститься в 21-ій комірці. Число k – прапорець для перевірки наявності пар цифр в числі А, міститься в 22-ій комірці, k = 8. В комірці 23 записано число 110.
В комірці 25 записано число 310 (двіковий код цього числа: 00112, тому, використовуючи його, легко дослідити число на пару 00).
Пишу програму:
№і
Двійковий код інструкції
Мнемонічний формат
інструкції
Коментар до груп інструкцій, що відповідають блокам алгоритму програми
1
0000 0000 0001 0100
LOAD 20
Використовую інструкцію AND для того, щоб перевірити, чи дорівнюють два молодші розряди 0
2
0100 0000 0001 1001
AND 25
3
1001 0000 0000 0111
JZ 7
4
0011 0000 0000 1110
LOAD 21
Збільшую змінну лічильника на 1, якщо цифри дорівнюють 0, якщо ні, то цей блок інструкцій не виконується
5
0010 0000 0001 0111
ADD 23
6
0001 0000 0001 0101
STORE 21
7
0000 0000 0000 1100
LOAD 20
Подвійний зсув числа вправо для перевірки двох наступних розрядів числа.
8
1111 1010 0000 0000
ROR
9
1111 1010 0000 0000
ROR
10
0001 0000 0001 0100
STORE 20
11
0000 0000 0001 0110
LOAD 22
Перевіряю число на наявність неперевірених пар цифр. Якщо ще не всі перевірені, то повертаємось до першого блоку інструкцій.
12
0011 0000 0001 0111
SUB 23
13
0001 0000 0001 0110
STORE 22
14
1001 0000 0000 0000
JZ 1
15
1000 0000 0000 0000
LOAD 21
Якщо всі пари цифр числа перевірені - завантажити до акумулятора лічильник кількості пар цифр ріних 0.
16
0111 1100 0000 0000
HALT
Зупинка процесора
Розробити алгоритм і написати програму, у якій для числа, яке використовується у пункті 4, виконується інвертування пар "11" - для парних номерів із списку групи і інвертування пар "00" - для непарних номерів із списку групи.
(Рис.2)Загальна блок-схема алгоритму до 5 завдання
Задане число А міститься в 20-тій комірці. Число В – лічильник пар нулів в числі А, міститься в 21-ій комірці. Число k – прапорець для перевірки наявності пар цифр в числі А, міститься в 22-ій комірці, k = 8. В комірці 23 записано число 110.
В комірці з адресою 25 записано число 310 (двійковий код цього числа: 00112, тому, використовуючи його, легко дослідити число на пару 00).
Пишу програму:
№і
Двійковий код інструкції
Мнемонічний формат
інструкції
Коментар до груп інструкцій, що відповідають блокам алгоритму програми
1
0000 0000 0001 0100
LOAD 20
Почергово використовую інструкцію AND і SUB для того, щоб перевірити, чи дорівнюють цифри двох молодших розрядів 1.
2
0100 0000 0001 1001
AND 25
3
0011 0000 0001 1001
SUB 25
4
1001 0000 0000 0111
JZ
5
0011 0000 0000 1110
LOAD 20
Якщо цифри дорівнюють одиниці, встановлюю два молодші розряди числа рівними 0. Якщо цифри дорівнюють 0, то цей блок не виконується.
6
0011 0000 0001 1001
SUB 25
7
1111 1110 0000 0000
ROR
Встановити старшими розрядами дві наступні цифри числа і записати його в 20 комірку.
8
1111 1010 0000 0000
ROR
9
0001 0000 0001 0100
STORE 20
10
0000 0000 0001 0110
LOAD 22
Зменшити лічильник пар цифр в числі на 1 і порівняти його з нулем. Якщо він дорівнює нулю, то в числі всі пари цифр перевірені і наступний блок не виконується.
11
0011 0000 0001 0111
SUB 23
12
0001 0000 0001 0110
STORE 22
13
1001 0000 0000 0000
JZ 1
14
1000 0000 0000 0000
LOAD 20
Завантаження числа до акумулятора
15
0111 1100 0000 0000
HALT
Зупинка процесора
Висновок:
На цій лабораторній роботі я вивчив призначення логічних операцій, навчився створювати і використовувати "фільтри" за допомогою логічних операцій, вивчив правила кодування додатних і від’ємних двійкових чисел для здійснення арифметичних операцій у комп’ютерах. Також я навчився кодувати двійкові числа із знаком у інструкціях навчального
комп’ютера – симулятора DeComp.
27.11.2018 23:11-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора