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Fermín Sánchez Carracedo Universitat Politècnica de Catalunya

Características deseables en un Procesador Pedagógico para la enseñanza básica de Arquitectura de Computadores. Fermín Sánchez Carracedo Universitat Politècnica de Catalunya. Índice. Marco General Características de una máquina pedagógica Ejemplos de máquinas: Máquina Sencilla DLX

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  1. Características deseables en un Procesador Pedagógico para la enseñanza básica deArquitectura de Computadores Fermín Sánchez Carracedo Universitat Politècnica de Catalunya

  2. Índice • Marco General • Características de una máquina pedagógica • Ejemplos de máquinas: • Máquina Sencilla • DLX • Máquina Rudimentaria • Comparación • Lenguaje ensamblador y simulador • Conclusiones

  3. Marco General • Aprendizaje en primera asignatura sobre AC en Ingeniería Informática • Objetivo: que el alumno entienda • Arquitectura von Newman • Misión de cada componente

  4. Arquitectura von NeumannMemoria • = Banco de registros grande • Contiene instrucciones y datos • Jerarquía: cursos posteriores

  5. Arquitectura von Neumann Entrada/Salida • Cursos posteriores • Se requieren conocimientos básicos de programación • Concepto de concurrencia difícil • Se puede estudiar un modelo sencillo totalmente secuencial

  6. Arquitectura von Neumann Unidad Central de Proceso • UP y UC sencillas y bien diferenciadas • UC: 1 estado = 1 fase ejecución • UP: Componentes básicos para entender la ejecución secuencial de instrucciones

  7. Arquitectura von Neumann Buses • Tipos de buses: datos, @ y control • Sincronización: cursos posteriores

  8. Índice • Marco General • Características de una máquina pedagógica • Ejemplos de máquinas: • Máquina Sencilla • DLX • Máquina Rudimentaria • comparación • Lenguaje ensamblador y simulador • Conclusiones

  9. Características: ISA • Arquitectura ortogonal y sencilla • RISC de carga-almacenamiento • Instrucciones: pocas y básicas • Tres tipos de instrucciones • Aritmético-lógicas R-R: +, -, >>, AND/OR • Transferencia Memoria-Banco Registros • Salto

  10. Características: Memoria • Memoria única de instrucciones y datos • Tamaño instrucción = tamaño dato => No precisa alineamiento • Direccionamiento a nivel de palabra • Modos: Registro, Inmediato, Relativo, Absoluto (saltos) • Saltos con/sin flags

  11. Características: UP • Banco de registros “pequeño”: 16x16 • PC direcciona toda la memoria • IR: 16-32 bits • ALU sencilla: ops básicas (+, -,AND,>>) • Registro de estado con pocos bits: Z, N, V, C

  12. Índice • Marco General • Características de una máquina pedagógica • Ejemplos de máquinas: • Máquina Sencilla • DLX • Máquina Rudimentaria • Comparación • Lenguaje ensamblador y simulador • Conclusiones

  13. Máquina Sencilla • Arquitectura Memoria-Memoria • Memoria: 128 x 16 bits • Direccionable a nivel de palabra • Instrucciones: 16 bits • Datos: Números naturales de 16 bits • 1 bit de estado: Z • 4 Instrucciones: ADD, MOV, CMP, BEQ

  14. Máquina Sencilla • Ventajas • Extremadamente simple • Unidad de control muy sencilla • Inconvenientes • No hay Banco de registros • Sólo 1 espacio de direcciones • Sólo 1 modo de direccionamiento • Ampliarla requiere rediseñarla por completo

  15. Índice • Marco General • Características de una máquina pedagógica • Ejemplos de máquinas: • Máquina Sencilla • DLX • Máquina Rudimentaria • Comparación • Lenguaje ensamblador y simulador • Conclusiones

  16. DLX: Estructura • Instrucciones de 32 bits • Operandos de 8, 16 y 32 bits • Memoria: • De instrucciones y de datos • 232 x 8 bits cada una • Direccionable a nivel de byte • Requiere alineamiento

  17. DLX: UP • 2 Bancos de registros: • Enteros 32 x 32 bits • FP 16 x 64 bits (32 x 32 bits) • Registro de estado: 1 bit (reales) • PC de 32 bits • IR de 32 bits

  18. DLX: Instrucciones • Inmediato de 16 bits (constantes de 32) • Instrucciones enteras: • +,-,*,/, • AND,OR,XOR, • >>,<< (aritméticos y lógicos) • Instrucciones FP: • +,-,*,/ • CMP: activa bit registro de estado

  19. DLX: Saltos • Saltos: • Incondicionales • Condicionales • Llamada a subrutina • Salto FP: Evalua bit registro estado • Salto entero: Evalua registro BR=0 • Modo relativo al PC (desp. 16 bits)

  20. DLX • Ventajas • Muy bien documentado • Se pueden explicar conceptos avanzados en cursos posteriores usándolo completo • Inconvenientes • Demasiado complejo, pero… • Se puede usar una versión simplificada

  21. DLX: Simplificación • Sólo instrucciones enteras • 1 banco de registros • Desaparece el hardware de reales • Saltos • homogéneos (sin registro de estado) • Subrutinas NO • Operandos 32 bits =>No requiere alineación • Inclusión de registros para relacionar estados de la UC con fases de ejecución

  22. Índice • Marco General • Características de una máquina pedagógica • Ejemplos de máquinas: • Máquina Sencilla • DLX • Máquina Rudimentaria • Comparación • Lenguaje ensamblador y simulador • Conclusiones

  23. MR • Memoria: • 256 x 16 bits • Direccionable a nivel de palabra • Instrucciones: 16 bits • Datos: enteros Ca2 de 16 bits

  24. MR: UP y UC • Banco de Registros: 8 x 16 bits • PC: 8 bits • IR: 16 bits • Registro de estado: N, Z, (V) • UC: • Sencilla:1 estado = 1fase de ejecución • Existe versión optimizada (más compleja)

  25. MR: Instrucciones • Cargas y almacenamientos • Modo relativo con desplazamiento de 8 bits • Saltos • Condicionales e incondicionales • Modo absoluto (8 bits) • Aritmético-Lógicas: • +, -, AND, >> lógico • Inmediato de 5 bits (+, -)

  26. MR • Ventajas • Cumple con los requisitos deseados • Inconvenientes • UP diseñada ad-hoc (visión irreal) • No es posible segmentarla para estudiar conceptos avanzados

  27. Índice • Marco General • Características de una máquina pedagógica • Ejemplos de máquinas: • Máquina Sencilla • DLX • Máquina Rudimentaria • Comparación • Lenguaje ensamblador y simulador • Conclusiones

  28. Comparación

  29. Comparación

  30. Comparación

  31. Comparación

  32. Índice • Marco General • Características de una máquina pedagógica • Ejemplos de máquinas: • Máquina Sencilla • DLX • Máquina Rudimentaria • comparación • Lenguaje ensamblador y simulador • Conclusiones

  33. Lenguaje ensamblador • Objetivos: • Visión más cercana al usuario del LM • Traducción alto nivel => bajo nivel • de estructuras de datos • de sentencias estructuradas (if, while…) • Características deseables: • Sencillez • Direcciones simbólicas (etiquetas) • Directivas básicas (asignación y reserva de M.)

  34. Simulador • ¿Por qué? • Permite que el alumno experimente y aprenda • Algunas Características: • Incorporar un ensamblador/depurador • Visualización de lo que sucede en cada momento • Visualizar y alterar UP, UC y memoria • Ejecución con diferente granularidad • Diagramas de tiempo • Presentación: SiMR

  35. Índice • Marco General • Características de una máquina pedagógica • Ejemplos de máquinas: • Máquina Sencilla • DLX • Máquina Rudimentaria • Comparación • Lenguaje ensamblador y simulador • Conclusiones

  36. Conclusiones • Características básicas de: • Procesador • Ensamblador • Simulador • ¿Procesador recomendado? • DLX simplificado • Cumple con los requisitos exigidos • Puede usarse en cursos posteriores

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