Лабораторна робота № 3 Тема: Дослідження інструкцій переходів і зсувів. Організація циклів. Мета роботи: 1. Засвоїти використання основних інструкцій зсуву і переходів у системі команд навчального комп'ютера DeComp. 2. Навчитись організовувати цикли необхідної стуктури і використовувати їх у програмах. 1. Теоретичні відомості Інструкції, з якими ми будемо знайомитися у даній роботі складають дві групи: 1) інструкції керування виконанням програми: інструкція зупинки (HALT); інструкції умовних переходів (JNZ, JZ, JP, JM, JNC та JC); інструкція безумовного переходу (JMP); 2) інструкції зсувів (вліво (Left) та вправо (Right)): інструкції логічного зсуву (LSL та LSR); інструкції арифметичного зсуву (ASL та ASR); інструкції циклічного зсуву (ROL та ROR); інструкції циклічного зсуву через перенос C (RCL та RCR). 1.1. Розглянемо інструкції переходів. Їх головне призначення – зміна звичайного порядку виконання інструкцій. У всіх інструкціях, за винятком інструкцій переходів, на останньому кроці адреса наступної інструкції визначається шляхом додавання 1 до ЛАІ. У інструкціях переходів 12 розрядів адресної частини містять нову адресу наступної інструкції. В результаті наступною після інструкції переходу буде не та інструкція, яка знаходиться у пам’яті зразу після інструкції переходу, а інструкція, яка може знаходитись у будь-якій іншій комірці пам’яті, на яку вкаже адреса у інструкції переходу. Інструкція безумовного переходу JMP ADR має машинний код 1110 aaaa aaaa aaaa. Відповідно, код операції дорівнює 1110, а решта розрядів – адресна частина. Мікропрограма виконання інструкції JMP має наступний вигляд: ЛАІ ( РА; РА ( РД; РД ( РІ, декодування; РІ ( ЛАІ – перехід на вказану адресу відбувається без будь-яких попередніх умов. Як видно, інструкція безумовного переходу JMP просто записує до ЛАІ значення своєї адресної частини і програма буде змушена виконати інструкцію, що записана у комірці пам’яті за цією адресою. Інструкція JMP фактично є реалізацією оператора GOTO у мовах програмування Pascal, Basic та ін. Призначення інструкцій умовного переходу (JNZ, JP тощо) дещо інше: у залежності від виконання чи не викогаггя умови, зазначеної у алгоритмі програми, перехід або буде здійснюватись, або не буде. Контроль виконання умови здійснює Регістр Ознак шляхом встановлення чи не встановлення відповідного тригера. (див. методичні матеріали до лабораторної роботи № 2). Якщо умова виконується, тоді наступною буде виконуватися інструкція, яка розміщена у комірці пам’яті, номер якої вказаний у адресній частині коду інструкції. Якщо умова не виконується, тоді наступною буде виконуватися інструкція, яка знаходиться відразу в сусідній комірці пам’яті з коміркою інструкції переходу. Фактично інструкції умовного переходу дозволяють реалізувати оператори розгалуження IF та циклів FOR або WHILE. Наприклад, фрагменту програми на мові Pascal if (a < b) then c:= a; else c:= b; при реалізації його у навчальному комп’ютері DeComp (причому, змінна a знаходиться у 10-й комірці, змінна b – у 11-й, а змінна c – у 12-й) відповідатиме такий фрагмент програми у машинних кодах: № комірки пам’яті Двійковий код інструкції Мнемонічний запис інструкції Коментар
0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 LOAD 10; завантажити до акумулятора змінну a
0000 0000 0001 0011 0000 0000 1011 SUB 11; відняти від змінної a змінну b
0000 0000 0010 1100 0000 0000 0110 JNC 06; якщо C = 0 (a>b), перейти до c:=b
0000 0000 0011 0000 0000 0000 1010 LOAD 10; завантажити до акумулятора змінну a
0000 0000 0100 0001 0000 0000 1100 STORE 12; записати змінну a на місце змінної c
0000 0000 0101 0111 1100 0000 0000 HALT; зупинити програму
0000 0000 0110 0000 0000 0000 1011 LOAD 11; завантажити до акумулятора змінну b
0000 0000 0111 0001 0000 0000 1100 STORE 12; записати змінну b на місце змінної c
0000 0000 1000 0111 1100 0000 0000 HALT; зупинити програму
Як видно з програми, оператор IF (a < b) реалізується за допомогою інструкцій віднімання SUB та умовного переходу за умови відсутності переносу C - JNC: якщо при відніманні від змінної a (розміщеної у акумуляторі) змінної b (розміщеної у 11-й комірці) не виникає переносу, це означає, що a > b, а значить, необхідно “перескочити” фрагмент, де виконується c:= a (блок інструкцій LOAD, STORE та HALT у 3-й, 4-й та 5-й комірках), і почати виконувати фрагмент c:= b (блок інструкцій LOAD, STORE та HALT у 6-й, 7-й та 8-й комірках). Отже, у навчальному комп’ютері DeComp маємо такі інструкції умовних переходів (результат – число А знаходиться в акумуляторі): Двійковий код інструкції Мнемонічний запис інструкції Значення ознаки, яка перевіряється Значення результату, що розміщений в акумуляторі
1000; JNZ ADR Z = 0 A ( 0
1001 JZ ADR Z = 1 A = 0
1010 JP ADR S = 0 A > 0
1011 JM ADR S = 1 A <0
1100 JNC ADR C = 0 A ( 216 - 1
1101 JC ADR C = 1 A ( 216 - 1
При дослідженні інструкцій переходів у потактовому режимі видно, що їх хід відрізняється від розглянутого у прикладі, наведеному у лабораторній робті № 2. Для прикладу, мікропрограма інструкції JM матиме вигляд: № Мнемонічний запис мікрооперації Коментар
1 ЛАІ ( РА; вибір адреси 1-ої інструкції і занесення її до регістру РА
2 РА ( РД; вибір коду інструкції з РА і занесення його до регістру РД
1.2. Організація програмних циклів Для організації циклу засобами навчального комп’ютера DeComp в одній з комірок пам’яті необхідно розмістити лічильник циклів. Лічильник циклів це число, яке може мати значення N (якесь число) або 0 (const = N або const = 0). Відповідно, у циклі необхідно кожний раз лічильник зменшувати (або збільшувати) на 1 і за допомогою інструкції умовного переходу перевіряти, чи потрібно зробити цикл ще раз. Наприклад, у комірці пам’яті за адресою 1010 розміщений лічильник - const = K = 15, у комірці пам’яті за адресою 1110 – константа = 1 (const = 1), яка буде обслуговувати цей лічильник. Тоді програма обслуговування циклу: LOOP 1: . . . – мітка (адреса) попередньої частини програми; LOAD 10 - вибрати значення з комірки 10 і розмістити його у акумуляторі; SUB 11 - із значення, що є у акумуляторі, відняти 1; JNZ LOOP 1 – перехід на LOOP 1, якщо у результаті виконання попередньої операції ознака Z ? 0, тобто вміст акумулятора не дорівнює 0, інакше – перехід на наступну aдресу – LOOP 2. LOOP 2 . . . . Це є лічильник "на 0", тобто процедура LOOP 1 виконується K = 15 разів і кожний раз виконується перевірка числа таких виконань шляхом зменшення значення у лічильнику (комірка пам’яті – 10). Коли у лічильнику значення стане рівним 0, програма почне виконувати процедуру LOOP 2. 1.3. Особливості виконання операцій зсуву - LSL, LSR - логічні зсуви (розряд, що виходить за межі аккумулятора, потрапляє у ознаку переносу С). - ASL, ASR - арифметичні зсуви (не змінюється знак. У ознаку переносу розряд потрапляє не зі старшого, тобто - знакового розряду, а з попереднього - старшого розряду числа). - ROL, ROR - циклічні зсуви ( розряди обертаються, не потрапляючи у ознаку переносу С). - RCL, RCR - циклічні зсуви через ознаку С (розряди обертаються через ознаку переносу С). 2. Порядок виконання роботи: Вивчити теоретичні відомостями до лабораторної роботи № 3. Дослідити у потактовому режимі інструкції ROL, RCL. JP - для непарних номерів із списку групи, ROR, RCR, JC - для парних номерів із списку групи. Виписати результати та значення прапорців ознак. Скласти програму, яка реалізуватиме оператор IF (умову перевірки вибрати самостійно). Закодувати її, ввести у симулятор та виконати її дослідження у покроковому режимі, Текст програми оформити згідно з прикладом у теоретичній частині даних методичних вказівок. Розробити алгоритм і cкласти програму в інструкціях симулятора DeComp, що для довільного числа "А" з комірки пам"яті за адресою "N" підраховує кількість"1" - для непарних номерів із списку групи, і підраховує кількість "0" - для парних номерів із списку групи. Програма виконується в автоматичному режимі. Оформити та захистити звіт з лабораторної роботи. 3. Вимоги до звіту. Крім основних вимог, що зазначені у додатку, у звіті програми повинні бути оформлені у такому вигляді: - формулювання задачі; - блок-схема алгоритма; - інформація про вхідні дані і їх попереднє розташування у комірках пам’яті; - призначення комірок, що використовуються; - текст програми у наступному форматі:
Адреса комірки пам’яті у десятковому коді Код інструкції (двійковий) Мнемонічний формат інструкції Коментар до груп інструкцій, що відповідають блокам алгоритму програми
