Informatik - Gymnasium-Walldorf

Gymnasium Walldorf 2007/08
Informatik
Kursstufe
Hack

Der xComputer
Zählregister der
innerzyklischen
Schritte
Befehlssregister
Zählregister der
Programmzyklen
Adressregister
X,Y-Hilfsregister
Flag-Register
Akkumulator
Informatik Kursstufe, Arbeitsweise eines Mikroprozessors

von Neumann-Zyklus
Takt
Rechenwerk
ALU
Arithm.Logical U.
Register
Steuerwerk
CU
Control Unit
Adresswerk
AU
Address Unit
Busschnittstelle
BIU
Bus Interface Unit
Datenleitungen Adressleitungen Steuerleitungen
1. Fetch: Befehl wird aus dem Hauptspeicher geholt
2. Decode: Das Steuerwerk legt die auszuführenden Schritte fest
3. Fetch Operands: Die CU veranlasst in Zusammenarbeit mit der AU ggf. das Holen
weiterer Daten
4. Execute: ALU und Steuerwerk führen den Befehl aus
Informatik Kursstufe, Arbeitsweise eines Mikroprozessors

Register im xComputer
ADDR-Register:
16Bit-Register für die angesprochene Adresse im Hauptspeicher.
PC-Register:
10Bit-Register, enthält die Adresse des auszuführenden Befehls.
IR-Register:
(Instruction Register, 16Bit) Enthält den auszuführenden Befehl.
Count-Register:
4Bit-Register zählt die Schritte im von Neumann-Zyklus.
AC-Register:
Der Akkumulator (16Bit). Über ihn laufen fast alle Vorgänge.
Flag-Register:
Zeigt z.B. einen Überlauf an, wenn zu große Zahlen addiert werden oder das
Bit das bei einer SHIFT-Operation herausgeschoben wurde.
X- und Y-Register:
16Bit-Register, werden z.B. für Addition und Subtraktion gebraucht.
Informatik Kursstufe, Arbeitsweise eines Mikroprozessors

Befehlszyklus im xComputer
Es liege der Befehl LOD 9 vor, der bewirkt, dass der Inhalt der Hauptspeicheradresse 9 in
den Akkumulator geladen wird. Die Abarbeitung erfolgt durch die Aktivierung von
Steuerungleitungen (Control Wires). (rot: von Neumann-Zyklus)
FETCH:
1. Load-ADDR-from-PC wird aktiviert. Die Adresse im Programmzähler (PC) wird in das
Adressregister kopiert.
2. Load-IR-from-Memory: Der Befehl aus dieser Adresse wird gelesen und ins
Befehlsregister geschrieben.
DECODE: Nun legt die Steuerungseinheit fest was zu tun ist (dies findet beim xComputer im
Hintergrund statt)
INCREMENT PROGRAM COUNTER:
3. Increment-PC: Der Programmzähler wird um 1 erhöht.
EXECUTE:
4. Load-ADDR-from-IR: Die Adresse aus dem Befehlsregister wird in das Adressregister
geschrieben.
5. Load-AC-from-Memory: Der Inhalt der aktuellen Adresse wird in den Akkumulator kopiert.
Informatik Kursstufe, Arbeitsweise eines Mikroprozessors

Assembler
0
1
2
3
4
5
6
7
8
start:
stop:
lod zahl
add summe
sto summe
lod zahl
dec
sto zahl
jmz stop
jmp start
hlt
; AC aus „zahl:“ laden
; „summe“ dazuaddieren
; AC in „summe:“ speichern
; AC aus „zahl:“ laden
; AC um 1 veringern
; AC in „zahl:“ speichern
; wenn AC=0 zu „stop:“
; weiter nach „start:“
; Taktgeber anhalten
9
10
zahl:
summe:
100
0
; Speicher für „zahl“ und
; „summe“
Labels Speicherinhalt Kommentar
Speicheradressen (im Editor nicht sichtbar)
Informatik Kursstufe, Arbeitsweise eines Mikroprozessors

Aufgaben
Schreibe ein Assemblerprogramm für den xComputer, das...
1. die Differenz 709 - 533 berechnet
2. von zwei Zahlen die größere aussucht
3. aus 10 Zahlen die kleinste findet
4. den Rest berechnet, wenn eine Zahl A durch B geteilt wird.
5. von zwei einstelligen Zahlen das Produkt berechnet
... und im AC-Register anzeigt.
Die Befehle shl und shr bedeuten „shift left“ bzw. „shift right“. Sie bewirken eine bitweise
Verschiebung des AC-Inhalts nach links, was einer Multiplikation mit 2 entspricht, bzw. nach
rechts, was einer Division durch zwei entspricht. Das herausgeschobene Bit erscheint in
beiden Fällen im Flag-Register.
6. Schreibe ein Programm, das eine beliebig Zahl mit einer zweistelligen Zahl multipliziert (so
wie man es schriftlich von Hand rechnet!).
7. Erweitere das Programm aus Aufgabe 6 für beliebige Zahlen, beachte dabei auch einen
evtl. auftretenden Überlauf bei shl und add, der im Flag-Register durch eine 1 angezeigt
wird.
Informatik Kursstufe, Arbeitsweise eines Mikroprozessors