Архитектура ЭВМ, разработанная Джоном фон Нейманом

1. Машина имеет память, которая хранит программу, данные и результаты промежуточных вычислений.

2. Программа вводится в машину, так же, как и данные (а не коммутируется проводами).

3. Адресный принцип. В команде указываются не сами числа, над которыми выполняются арифметические действия, а адреса – номера ячеек памяти, где эти числа находятся.

4. Автоматизм. После ввода программа работает автоматически. Каждая команда содержит явное или неявное указание об адресе команды, которая будет выполняться следующей.

5. Переадресация. Адреса ячеек памяти, указанные в команде, можно вычислять и преобразовывать как числа. ЭВМ может сама готовить команды, которые выполняет. ЭВМ напоминает движение танка, который прокладывает перед собой рельсы (на внутренней стороне гусениц) и едет по ним.

Разработка этих принципов позволила значительно упростить и удешевить компьютеры, а также достичь большой гибкости в их работе. В дальнейшем эти принципы нашли применение в разработке компиляторов, операционных систем и программировании на языках высокого уровня.

Задание:

Написать программу, с помощью которой в регистрах микропроцессора, начиная с указанного, сформировать 6 чисел, расположенные в табл.1.1 последовательно, начиная с ячейки, находящейся под номером варианта. Затем найти сумму этих чисел, используя цикл.

Таблица 1.1 – Варианты заданий к л.р. №1

№ вар.
Нач. регистр	R1	R2	R3	R4	R5	R6	R7	R8	R9	R10
Числа
№ вар.
Нач. регистр	R11	R12	R13	R14	R15	R16	R17	R18	R19	R20
Числа
№ вар.
Нач. регистр	R1	R2	R3	R4	R5	R6	R7	R8	R9	R10
Числа

Допускается только одна команда занесения числа в регистр (команда с непосредственным операндом типа ldi регистр, константа). Остальные команды могут быть: mov регистр, регистр; inc регистр; add регистр, регистр; sub регистр, регистр.

Таблица 1.1 – Команды и их кодирование

Мнемоника	Description	Код	Описание
ADD Rd, Rr	Add	0000 11rd dddd rrrr	Сложение: Rd = Rd + Rr
SUB Rd, Rr	Subtract	0001 10rd dddd rrrr	Вычитание: Rd = Rd – Rr
INC Rd	Increment	1001 010d dddd 0011	Rd ++
MOV Rd, Rr	Move	0010 11rd dddd rrrr	Содержимое Rr копируется в Rd
LDI Rd, K	Load Immediate	1110 KKKK dddd KKKK	Загрузка непосредственной константы в регистр R(d+16)
LDS Rd, k	Load direct from SRAM	1001 000d dddd 0000 kkkk kkkk kkkk kkkk	Загрузка регистра из ячейки памяти с адресом k
STS k, Rd	Store direct to SRAM	1001 001d dddd 0000 kkkk kkkk kkkk kkkk	Сохранение регистра в ячейку памяти с адресом k
LD Rd, Z	Load indirect	1000 000d dddd 0000	Загрузка регистра из ячейки памяти с адресом, хранящимся в регистре Z
BRLT k	Branch if Less Than zero	1111 00kk kkkk k100	Переход, если при вычитании первый операнд был меньше второго: PC = PC + k + 1, где k – в доп. коде

Пример:

Пусть необходимо в регистрах, начиная с R3 сформировать такие числа: 8, 1, 4, 12, 6, 3.

Напишем программу:

ldi r16,1;r16=1

mov r4,r16;r4=1

mov r3,r4;r3=1

inc r3;r3=2

inc r3;r3=3

mov r8,r3;r8=3

inc r3;r3=4

mov r5,r3;r5=4

add r3,r3;r3=8

mov r6,r3;r6=8

add r6,r5;r6=C

mov r7,r8;r7=3

add r7,r7;r7=6

sub r0,r0;r0=0 – Очистка суммы

sub r1,r1;r0=0 – Очистка счетчика итераций

ldi r17,6;r17=6 – Количество итераций

ldi z31,0;Загрузка адреса начальной

ldi z30,3;ячейки памяти в регистр Z

loop:

ld r10,z;Загрузка элемента массива из ячейки с адресом z во;временный регистр

add r0,r10; s = s + m[i] – накопление суммы

inc zl;Увеличение Z на 1

inc r1; i++

mov r16,r1;

sub r16,r17; r1<r3?

brlt loop; переход, если меньше на метку loop

Для удобства программирования следует представить программу в виде таблицы:

Таблица 1.2 – Команды программы и их коды

Команды	Комментарий	Двоичный код команд	Шестн. код
ldi r16,1 mov r4,R16 mov r3,r4 inc r3 inc r3 mov r8,r3 inc r3 mov r5,r3 add r3,r3 mov r6,r3 add r6,r5 mov r7,r8 add r7,r7   sub r0,r0 sub r1,r1 ldi r17,6 ldi r31,0 ldi r30,3 loop: ld r10,z add r0,r10 inc r30 inc r1 mov r16,r1 sub r16,r17 brlt loop	;r16=1 ;r4=1 ;r3=1 ;r3=2 ;r3=3 ;r8=3 ;r3=4 ;r5=4 ;r3=8 ;r6=8 ;r6=C ;r7=3 ;r7=6   ;s=0 ;ii=0 ;n=6 ;z=0x0000 ;i=z=0x0003   ;r10= m[i] ;s=s+m[i] ;z++ ;ii++ ;r16=ii ;ii<n? ;переход,если;меньше на loop	1110 0000 0000 0001 0010 1110 0100 0000 0010 1100 0011 0100 1001 0100 0011 0011 1001 0100 0011 0011 0010 1100 1000 0011 1001 0100 0011 0011 0010 1100 0101 0011 0000 1100 0011 0011 0010 1100 0110 0011 0000 1100 0110 0101 0010 1100 0111 1000 0000 1100 0111 0111   0001 1000 0000 0000 0001 1000 0001 0001 1110 0000 0001 0110 1110 0000 1111 0000 1110 0000 1110 0011   1000 0000 1010 0000 0000 1100 0000 1010 1001 0101 1110 0011 1001 0100 0001 0011 0010 1101 0000 0001 0001 1011 0000 0001 1111 0011 1100 1100 (на 7 команд назад)	E0 01 2E 40 2C 34 94 33 94 33 2C 83 94 33 2C 53 0C 33 2C 63 0C 65 2C 78 0C 77   18 00 18 11 E0 16 E0 F0 E0 E3   80 A0 0C 0A 95 E3 94 13 2D 01 1B 01 F3 CC

Для загрузки и исполнения программы откройте программу VMLAB. Если программа не установлена, то установите ее на диск D: в папку VMLAB. Инсталляция находится на “D:\Комплект_по_МП-технике\К лаб работе №1”. Кроме того, в вашу личную папку сбросьте папку проекта с именем My_z3.

После запуска программы VMLAB откройте проект с которым будем работать: Project – Open Project – E:\ES07a\Петров\My_z3\vmlab.

Закройте в программе все окна кроме Registers и Program Memory.

Если эти окна тоже оказались закрыты, то откройте их через меню View.

Затем выполните операцию Project – Re-build all. В окне Program Memory появятся коды и текст загруженной программы на языке ассемблера.

Чтобы выполнить первую команду этой программы, нажмите F6. При этом вы увидите, как в окне Program Memory выделенная строка переместилась на следующую команду, а в окне Registers изменилось содержимое регистров в соответствии с выполненным действием. Прошагайте несколько команд, отслеживая их воздействие на регистры, чтобы научиться работать в VMLAB. Закройте проект Project – Close Project.

Для загрузки в программу проекта полученных вами кодов команд, откройте файл E:\ES07a\Петров\My_z3\main..hex в блокноте. Вы увидите следующий текст:

:0800000013C0FECFFDCFFCCFC1

:10000800FBCFFACFF9CFF8CFF7CFF6CFF5CFF4CFB4

:10001800F3CFF2CFF1CFF0CFEFCFEECFEDCF00009F

:1000280001e0402E342c33943394832C3394532CCE

:10003800330C632c650c782c770c0018111816E01C

:10004800f0E0E3E0A0800A0CE3951394012D011BBE

:10005800CCF30000000061F0A591B59105901590BE

где после кода 0000 (отмечен голубым цветом), находится код первой команды программы e001, только байты e0 и 01 переставлены местами. Это выполнено по причине существования правила: “Число в памяти расположено так, что младший байт хранится по младшему адресу ”. В конце каждой строки находится два служебных символа, которые к программе не относятся (отмечены желтым цветом). Найдите в этом тексте коды остальных команд из программы табл.1.2. Разобравшись с размещением кодов программы приведенного выше примера, впишите на эти места коды вашей программы. При вставке кодов замещайте ими существующие символы так, чтобы служебные байты, отмеченные желтым цветом, не изменяли своего положения. Закройте файл с сохранением и заново откройте проект в VMLAB. Выполните вашу программу и проконтролируйте правильность результатов на каждом шаге, в том числе правильность найденной в цикле суммы регистров.

Отчет должен содержать задание, схему расположения регистров, использующихся в программе, значения, полученные в регистрах в результате выполнения программы, таблицу 1.2 с кодами вашей программы и содержимое файла main.hex.

Контрольные вопросы:

1. Где хранится программа на ПК и на МК Atmega?

2. В каком виде хранится программа?

3. Где хранятся данные на ПК и на МК Atmega?

4. В каком виде хранятся данные?

5. Какие этапы обработки проходит программа от рукописного текста до выполнения?

6. Как обычно получают коды команд программы?

7. В чем состоит адресный принцип построения архитектуры компьютера?

8. В чем состоит принцип автоматизма?

9. Приведите примеры применения переадресации.

10. Написать программу из 3-7 операторов языка Ассемблера по заданию преподавателя.

11. Закодировать команду из таблицы 1.1 по заданию преподавателя.

Лабораторная работа №2 – Работа в CodeVision AVR. Разработка и выполнение простейшей программы

Дата добавления: 2014-12-23