Caracter

1
Características deseables en un Procesador
Pedagógico para la enseñanza básica de
Arquitectura 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, _at_ 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 , -, gtgt, AND/OR
• Transferencia Memoria-Banco Registros
• Salto

10
Características Memoria

• Memoria única de instrucciones y datos
• Tamaño instrucción tamaño dato
• gt 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,gtgt)
• 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,
• gtgt,ltlt (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 BR0
• 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 gtNo 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
• Sencilla1 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, gtgt 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 gt bajo nivel
• de estructuras de datos
• de sentencias estructuradas (if, while)
• Características deseables
• Sencillez
• Direcciones simbólicas (etiquetas)
• Directivas básicas (asignación y reserva de M.)

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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

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Índice

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

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Conclusiones

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