Архитектура Компьютера. Лабораторная работа №3.

Буторин В.А.

Вариант

alg | acc | neum | hw | instr | struct | stream | port | prob2

• alg: javascript-подобный язык.
• acc: все вычисления построены вокруг регистра AC, выполняющего роль аккумулятора.
• neum: команды и данные хранятся в общей памяти.
• hw: Control Unit реализован как часть модели, микрокода нет.
• instr: каждая инструкция расписана по-тактово, но в журнале фиксируется только результат выполнения
• struct заменено на binary: в связи с тем, что данные и инструкции должны храниться в общей памяти, каждая инструкция представляет собой 16-и битное число
• stream: ввод-вывод реализован как поток данных
• port: передача данных в процессор реализовано через команды (IN, OUT).
• prob2: Even Fibonacci numbers

Язык программирования

Типизация: сильная статическая

Использована упрощенная версия javascript.

• Доступны переменные типа int и string
• Все переменные должны быть декларированы единожды, декларация в цикле ведет к тому, что значение переменной не изменится
• Доступен цикл while(num) ... end while: цикл выполняется до тех пор, пока значение переменной num > 0
• Функция print(num | string) передает значение переменной в выходной буфер
• Функция read(string) считывает значение из входного буфера в переменную
• Операции ветвлений не предусмотрены
• Разрешенные математические операции: + (бинарный плюс), - (бинарный минус), ++ (инкремент), -- (декремент), = (присваивание)
• Аргументами операций могут выступать значения int и переменные этого типа

BNF

<program> ::= <term>

<term> ::= <variable initialization> | <while loop> | <print function> | <read function> | <term> <term>

<variable initialization> ::= <type> <name>

<type> ::= <int> | <string>

<int> ::= [-2^31; 2^31 - 1]

<string> ::= unicode symbols

<name> ::= [a-zA-Z]+

<while loop> ::= while (<number>) <term> end while

<operation> ::= + | - | ++ | -- | =

<print> ::= print(<name>)

<read> ::= read(<name>)

Пример

int x = 1
int y = 1
int n = 5
int t = 1
while (n)
    t = x
    x = y
    y = y + t
    n--
end while
print(y)

string hw = "hello world!"
print(hw)

Система команд

Модель процессора

• AC: аккумулятор (32 битa)
• DR: регистр данных (соединен с памятью, MEM(AR) -> DR) (32 битa)
• IP: счетчик команд (11 бит)
• CR: регистр команд (исполняемая команда) (32 битa)
• AR: регистр адреса (соединен с памятью, MEM(AR) -> DR) (11 бит)

ВУ

• input buffer: буфер входных данных
• output buffer: буфер выходных данных
• IO: регистр данных ВУ (из него данные попадают из/в АЛУ) (32 бита)

MEM

• слово: 32 бита
• объем: 2048 слов

Набор инструкций

Syntax	Mnemonic	Кол-во тактов	Циклы	Comment
1xxx	ADD M	1	Command Operand Execution	AC + DR -> AC
2xxx	SUB M	1	Command Operand Execution	AC + DR -> AC
3xxx	LOOP M	1	Command Operand Execution	if (DR > 0) IP + 1 -> IP
4xxx	LD M	1	Command Operand Execution	DR -> CR
5xxx	ST M	3	Command Execution	DR(0-11) -> DR DR -> AR; AC -> DR DR -> MEM(AR)
6xxx	JUMP M	1	Command Execution	DR(0-11) -> DR; DR(0-11) -> IP
7xxx	JZ M	1	Command Execution	if (zero_flag == 1) DR(0-11) -> DR; DR(0-11) -> IP
F000	NULL	1	Command Execution	-
F100	HLT	0	Command Execution	STOP
F200	CLA	1	Command Execution	0 -> AC
F300	INC	1	Command Execution	AC + 1 -> AC
F400	DEC	1	Command Execution	AC - 1 -> AC
F500	IN	1	Command Execution	IO -> AC
F600	OUT	1	Command Execution	AC -> IO

Циклы

Цикл	Кол-во тактов	Comment
Command Fetch	3	IP -> AR MEM(AR) -> DR; IP + 1 -> IP DR -> CR
Operand Fetch	1-4	Зависит от режима адресации
Execution Fetch	-	См. описание команды

Режимы адресации

Режим	Mnemonic	Comment
ABSOLUTE	ADD $X	MEM(X) -> DR
DIRECT	ADD #X	X -> DR
RELATIVE	ADD (X)	MEM(MEM(X)) -> DR

Транслятор

Реализован в классе Translator

Этапы трансляции

• Загрузка исходного кода
• Рекурсивно проходим по каждой строчке исходного кода, собираем данные о используемых переменных
• Добавляем переменные в файл ассемблера

Пример

int x = 1
int y = 1
int n = 5
int t = 1
while (n)
    t = x
    x = y
    y = y + t
    n--
end while
print(y)

t: 1
x: 1
y: 1
n: 5
start: NULL
loop1: LOOP $n
JUMP $end1
CLA
ADD $x
ST $t
CLA
ADD $y
ST $x
CLA
ADD $y
ADD $t
ST $y
LD $n
DEC
ST $n
JUMP $loop1
end1: NULL
LD $y
OUT
HLT

string hw = "hello world!"
print(hw)

hwptr: hw
hw: 68
65
6C
6C
6F
20
77
6F
72
6C
64
21
0
start: NULL
loop1: LD (hwptr)
JZ $end1
OUT
LD $hwptr
INC
ST $hwptr
JUMP $loop1
end1: NULL
HLT

Апробация

ТЕСТЫ

• hello world
  • javascript
  • assembler
  • input
  • output
  • log
• cat
  • javascript
  • assembler
  • input
  • output
  • log
• prob2
  • javascript
  • assembler
  • input
  • output
  • log

ФИО	алг.	LoC	code байт	code инстр.	инстр.	такт.	вариант
Буторин В.А	hello	2	46	-	10	441	alg - acc - neum - hw - instr - struct - stream - port - prob2
Буторин В.А	cat	6	26	-	12	190	alg - acc - neum - hw - instr - struct - stream - port - prob2
Буторин В.А	prob2	20	78	-	32	3763	alg - acc - neum - hw - instr - struct - stream - port - prob2