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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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Fermín Sánchez Carracedo Universitat Politècnica de Catalunya

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Presentation Transcript


Ferm n s nchez carracedo universitat polit cnica de catalunya

Características deseables en un Procesador Pedagógico para la enseñanza básica deArquitectura de Computadores

Fermín Sánchez Carracedo

Universitat Politècnica de Catalunya


Ndice

Índice

  • Marco General

  • Características de una máquina pedagógica

  • Ejemplos de máquinas:

    • Máquina Sencilla

    • DLX

    • Máquina Rudimentaria

    • Comparación

  • Lenguaje ensamblador y simulador

  • Conclusiones


Marco general

Marco General

  • Aprendizaje en primera asignatura sobre AC en Ingeniería Informática

  • Objetivo: que el alumno entienda

    • Arquitectura von Newman

    • Misión de cada componente


Arquitectura von neumann memoria

Arquitectura von NeumannMemoria

  • = Banco de registros grande

  • Contiene instrucciones y datos

  • Jerarquía: cursos posteriores


Arquitectura von neumann entrada salida

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


Arquitectura von neumann unidad central de proceso

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


Arquitectura von neumann buses

Arquitectura von Neumann Buses

  • Tipos de buses: datos, @ y control

  • Sincronización: cursos posteriores


Ndice1

Índice

  • Marco General

  • Características de una máquina pedagógica

  • Ejemplos de máquinas:

    • Máquina Sencilla

    • DLX

    • Máquina Rudimentaria

    • comparación

  • Lenguaje ensamblador y simulador

  • Conclusiones


Caracter sticas isa

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


Caracter sticas memoria

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


Caracter sticas up

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


Ndice2

Índice

  • Marco General

  • Características de una máquina pedagógica

  • Ejemplos de máquinas:

    • Máquina Sencilla

    • DLX

    • Máquina Rudimentaria

    • Comparación

  • Lenguaje ensamblador y simulador

  • Conclusiones


M quina sencilla

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


M quina sencilla1

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


Ndice3

Índice

  • Marco General

  • Características de una máquina pedagógica

  • Ejemplos de máquinas:

    • Máquina Sencilla

    • DLX

    • Máquina Rudimentaria

    • Comparación

  • Lenguaje ensamblador y simulador

  • Conclusiones


Dlx estructura

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


Dlx up

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


Dlx instrucciones

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


Dlx saltos

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)


Ferm n s nchez carracedo universitat polit cnica de catalunya

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


Dlx simplificaci n

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


Ndice4

Índice

  • Marco General

  • Características de una máquina pedagógica

  • Ejemplos de máquinas:

    • Máquina Sencilla

    • DLX

    • Máquina Rudimentaria

    • Comparación

  • Lenguaje ensamblador y simulador

  • Conclusiones


Ferm n s nchez carracedo universitat polit cnica de catalunya

MR

  • Memoria:

    • 256 x 16 bits

    • Direccionable a nivel de palabra

  • Instrucciones: 16 bits

  • Datos: enteros Ca2 de 16 bits


Mr up y uc

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)


Mr instrucciones

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 (+, -)


Ferm n s nchez carracedo universitat polit cnica de catalunya

MR

  • Ventajas

    • Cumple con los requisitos deseados

  • Inconvenientes

    • UP diseñada ad-hoc (visión irreal)

    • No es posible segmentarla para estudiar conceptos avanzados


Ndice5

Índice

  • Marco General

  • Características de una máquina pedagógica

  • Ejemplos de máquinas:

    • Máquina Sencilla

    • DLX

    • Máquina Rudimentaria

    • Comparación

  • Lenguaje ensamblador y simulador

  • Conclusiones


Comparaci n

Comparación


Comparaci n1

Comparación


Comparaci n2

Comparación


Comparaci n3

Comparación


Ndice6

Índice

  • Marco General

  • Características de una máquina pedagógica

  • Ejemplos de máquinas:

    • Máquina Sencilla

    • DLX

    • Máquina Rudimentaria

    • comparación

  • Lenguaje ensamblador y simulador

  • Conclusiones


Lenguaje ensamblador

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.)


Simulador

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


Ndice7

Índice

  • Marco General

  • Características de una máquina pedagógica

  • Ejemplos de máquinas:

    • Máquina Sencilla

    • DLX

    • Máquina Rudimentaria

    • Comparación

  • Lenguaje ensamblador y simulador

  • Conclusiones


Conclusiones

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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