Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Дослідження інструкцій логічних операцій і виконання арифметичних операцій навчального комп’ютера – симулятора DeComp
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра СКС
Інформація про роботу
Рік:
2019
Тип роботи:
Лабораторна робота
Предмет:
Організація та функціонування комп’ютерів
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки
Національний університет „Львівська політехніка”
Кафедра СКС
/
Звіт
з лабораторної роботи № 4
з дисципліни: «Організація та функціонування комп’ютерів»
на тему:
«Дослідження інструкцій логічних операцій і виконання арифметичних операцій навчального комп’ютера – симулятора DeComp»
Львів 2019
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 11. Згідно з умовою 1-ої лабораторної роботи, мої числа: 1810 і 2810.
Спочатку переведемо ці числа у двійкову систему числення:
1810 = 00010010 000100102;
2810 = 00011100 000111002.
Заношу перше число у 34-ий номер адреси комірки пам’яті, а друге у 35-ий номер адреси комірки пам’яті. Пишу програму в інструкціях:
Адреса комірки пам’яті
Двійковий код інструкції
Мнемонічний запис
інструкції
Коментар
0000 0000 0000
0000 0000 0010 0010
LOAD 34;
Завантажити дані 34-ої комірки (число 1810) до Акумулятора
0000 0000 0001
0100 0000 0010 0011
AND 35;
1810 & 2810
0000 0000 0010
0001 0000 0010 0100
STORE 36;
Записати число в 36 комірку
0000 0000 0011
0000 0000 0010 0010
LOAD 34;
Завантажити дані 34-ої комірки (число 1810) до Акумулятора
0000 0000 0100
0101 0000 0010 0011
OR 35;
1810 | 2810
0000 0000 0101
0001 0000 0010 0101
STORE 37;
Записати результат операції в 37 комірку
0000 0000 0110
0000 0000 0010 0010
LOAD 34;
завантажити число 1810 до Акумулятора
0000 0000 0111
0110 0000 0010 0011
XOR 35;
1810 2810
0000 0000 1000
0001 0000 0010 0110
STORE 38;
Записати число в 38 комірку.
0000 0000 1001
0000 0000 0010 0010
LOAD 34:
Завантажити число 1810 до Акумулятора
0000 0000 1010
0111 0000 0000 0000
NOT;
0001 0100 0010 0010
0000 0000 1011
0001 0000 0010 0111
STORE 39;
Записати число в 39 комірку.
0000 0000 1100
0000 0000 0010 0011
LOAD 35;
Завантажити число 2810 до Акумулятора
0000 0000 1101
0111 0000 0000 0000
NOT
0001 1110 0010 1100
0000 0000 1110
0001 0000 0010 1000
STORE 40;
Завантажити число в 40 комірку
0000 0000 1111
0111 1100 0000 0000
HALT;
Зупинити програму
Запускаю і досліджую її у покроковому режимі:
РА
РД
А
РІ
ЛАІ
РО(Z S C)
1
0000 0010 0010
0001 0010 0001 0010
0001 0010 0001 0010
0000 0000 0010 0010
0000 0000 0001
000
2
0000 0010 0011
0001 1100 0001 1100
0001 0000 0001 0000
0100 0000 0010 0011
0000 0000 0010
000
3
0000 0010 0100
0001 0000 0001 0000
0001 0000 0001 0000
0001 0000 0010 0100
0000 0000 0011
000
4
0000 0010 0010
0001 0010 0001 0010
0001 0010 0000 0010
0000 0000 0010 0010
0000 0000 0100
000
5
0000 0010 0011
0001 1100 0001 1100
0001 1110 0001 1110
0101 0000 0010 0011
0000 0000 0101
000
6
0000 0010 0101
0001 1110 0001 1110
0001 1110 0001 1110
0001 0000 0010 0101
0000 0000 0110
000
7
0000 0010 0010
0001 0010 0001 0010
0001 0010 0001 0010
0000 0000 0010 0010
0000 0000 0111
000
8
0000 0010 0011
0001 1100 0001 1100
0000 1110 0000 1110
0110 0000 0010 0011
0000 0000 1000
000
9
0000 0010 0110
0000 1110 0000 1110
0000 1110 0000 1110
0001 0000 0010 0110
0000 0000 1001
000
10
0000 0010 0010
0001 0010 0001 0010
0001 0010 0001 0010
0000 0000 0010 0010
0000 0000 1010
000
11
0000 0000 1010
0111 0000 0000 0000
1110 1101 1110 1101
0111 0000 0000 0000
0000 0000 1011
010
12
0000 0010 0111
1110 1101 1110 1101
1110 1101 1110 1101
0001 0000 0010 0111
0000 0000 1100
010
13
0000 0010 0011
0001 1100 0001 1100
0001 1100 0001 1100
0000 0000 0010 0011
0000 0000 1101
010
14
0000 0000 1101
0111 0000 0000 0000
1110 0011 1110 0011
0111 0000 0000 0000
0000 0000 1110
010
15
0000 0010 1000
1110 0011 1110 0011
1110 0011 1110 0011
0001 0000 0010 1000
0000 0000 1111
010
16
0000 0000 1111
0111 1100 0000 0000
1110 0011 1110 0011
0111 1100 0000 0000
0000 0000 1111
010
Для кращої наочності узагальнимо результати:
Результат операції AND: А: 0001 0010 0001 00102, РО: 0002;
Результат операції OR: А: 0001 1110 0001 11102, РО: 0002;
Результат операції XOR: А: 0000 1110 0000 11102, РО: 0002;
Результат операції NOT для першого числа: А: 1110 1101 1110 11012,
РО: 0102;
Результат операції NOT для другого числа: А: 1110 0011 1110 00112,
РО: 0102.
Дослідити у потактовому режимі інструкції AND і XOR - для непарних номерів із журналу списку групи, OR та NOT - для парних номерів із списку групи. Виписати результати виконання програми.
Мій варіант 11, тому досліджую інструкції AND та XOR.
1) Дослідження функції AND.
Заношу в Аккумулятор та в комірки пам'яті потрібні мені дані:
А) А ( Число 0001 0010 0001 00102. (Записую число 1810, використавши всі 4 тетради 16-тирозрядного формату);
Б) Adr.0 ( AND(0100 0000 0000 0001) записав інструкцію.
В) Adr.1 ( Число 0001 1100 0001 11002 (Записую число 2810, використавши всі 4 тетради 16-ти розрядного формату);
Г) 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
0100 0000 0000 0001
Вибір коду інструкції з РА і занесення його до Регістра Даних
3
РД ( РІ
0100 0000 0000 0001
Декодування інструкції у Регістрі Інструкцій
4
РІ (РА
0000 0000 0001
Передача адреси операнда
5
РА ( РД
0001 1100 0001 1100
Вибір коду другого операнда з РА і занесення його до Регістра Даних
6
А | РД ( А
0001 0000 0001 0000
Виконується інструкція OR і результат записується до А
7
А(РО
000
Встановлення прапорців ознак
8
ЛАІ + 1 ( ЛАІ
0000 0000 0001
Підготовка адреси нової інструкції
2) Дослідження функції XOR.
Заношу в Аккумулятор та в комірки пам'яті потрібні мені дані:
А) А ( Число 0001 0010 0001 00102. (Записую число 1810, використавши всі 4 тетради 16-тирозрядного формату);
Б) Adr.0 ( XOR(0110 0000 0000 0001) записав інструкцію.
В) Adr.1 ( Число 0001 1100 0001 11002 (Записую число 2810, використавши всі 4 тетради 16-ти розрядного формату);
Г) 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
011 0000 0000 0001
Вибір коду інструкції з РА і занесення його до Регістра Даних
3
РД ( РІ
0110 0000 0000 0001
Декодування інструкції у Регістрі Інструкцій
4
РІ (РА
0000 0000 0001
Передача адреси операнда
5
РА ( РД
0001 1100 0001 1100
Вибір коду другого операнда з РА і занесення його до Регістра Даних
6
А | РД ( А
0000 1110 0000 1110
Виконується інструкція OR і результат записується до А
7
А(РО
000
Встановлення прапорців ознак
8
ЛАІ + 1 ( ЛАІ
0000 0000 0001
Підготовка адреси нової інструкції
4. 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.
/
Задане число А міститься в 20-тій комірці. Число В – лічильник кількості нулів в числі А, які містятья в 21-ій комірці. Число k – змінна для перевірки наявності пар цифр в числі А, міститься в 22-ій комірці, k = 8. В комірці 23 записано число 1.
В комірці 25 записано число 310 (двіковий код цього числа: 00112, тому, використовуючи його, легко дослідити число на пару 00).
Пишу програму:
№
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 1110 0000 0000
ROR
9
1111 1110 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
5. 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.
Задане число А міститься в 20-тій комірці. Число В – лічильник кількості нулів в числі А, які містятья в 21-ій комірці. Число k – змінна для перевірки наявності пар цифр в числі А, міститься в 22-ій комірці, k = 8. В комірці 23 записано число 1.
В комірці 25 записано число 310 (двіковий код цього числа: 00112, тому, використовуючи його, легко дослідити число на пару 00).
/
№
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 1110 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
6. Розробити алгоритм і написати програму додавання двох від’ємних 16-ти розрядних чисел. Операція виконується у доповняльному коді.
Блок-схема алгоритму:
Адр. комірки пам’яті у десятковому коді
Код інструкції
Мнемонічний формат інструкції
Коментарі інструкцій.
0
0000 0000 0000 1010
LOAD 10
Переведення в доповняльний код 1-го числа
1
0111 0000 0000 0000
NOT
2
0010 0000 0000 0111
ADD 7
3
0001 0000 0000 0111
STORE 9
4
0000 0000 0000 1011
LOAD 11
Переведення в доповняльний код 2-го числа
5
0111 0000 0000 0000
NOT
6
0010 0000 0000 0111
ADD 7
7
0010 0000 0000 0110
ADD 10
Додавання 2-х чисел
8
0111 0000 0000 0000
NOT
Переведення в прямий код результату.
9
0010 0000 0000 0111
ADD 7
10
0001 0000 0000 1001
STORE 9
11
0111 1100 0000 0000
HALT
СТОП
Висновок:
На цій лабораторній роботі я вивчив призначення 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.
28.02.2020 01:02-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора