Computador RAMSES-Arquitetura Modos de Endereçamento e Características

Raul F Weber Carlos A L Lisboa 11 Capítulo UM Computador Ramses RAMSES possui todas as características do computador NEANDER e incorpora adicionalmente recursos que visam facilitar sua programação Estes recursos compreendem quatro modos de endereçamento dois registradores de uso geral um registrador de índice indicadores de carry negativo e zero instruções adicionais chamada de subrotina negação e deslocamento de bits etc RAMSES é compatível com NEANDER Todos os programas desenvolvidos para NEANDER também são executáveis em RAMSES A compatibilidade entre os dois computadores entretanto só é válida em um sentido programas RAMSES não rodam em NEANDER Esta característica é freqüentemente encontrada em famílias de computadores comerciais Para que RAMSES execute programas escritos para NEANDER é necessário que os quatro bits menos significativos da palavra de instrução de NEANDER sejam ocupados com zeros 11 Características do computador RAMSES O computador RAMSES tem as seguintes características Largura de dados e endereços de 8 bits Dados representados em complemento de dois 2 registradores de uso geral A e B de 8 bits 1 registrador de índice X de 8 bits 1 apontador de programa de 8 bits PC 1 registrador de estado com 3 códigos de condição negativo N zero Z e carry C 12 Formato das instruções As instruções de RAMSES são formadas por um ou dois bytes ou seja ocupam uma ou duas posições na memória figura 11 O primeiro byte contém o código 4 bits mais significativos uma referência a um registrador bits 3 e 2 e indicação de um modo de endereçamento bits 1 e 0 Nas instruções que fazem referência à memória o segundo byte contém um endereço ou um dado imediato Observe a semelhança existente com o formato de instruções do NEANDER figura 12 Raul F Weber Carlos A L Lisboa 12 reg endereço ou dado imediato 7 3 4 0 2 1 modo código Figura 11 Formato das instruções de RAMSES 13 Modos de endereçamento Os modos de endereçamento são quatro codificados através dos dois bits menos significativos da instrução 00 direto o endereço 8 bits do operando segue a palavra de código da instrução figura 12 01 indireto o endereço 8 bits do endereço do operando segue a palavra de código da instrução figura 13 10 imediato o operando 8 bits segue a palavra de código da instrução figura 14 11 indexado o deslocamento 8 bits que segue a palavra de código da instrução é somado ao RX para formar o endereço do operando figura 15 O deslocamento é representado em complemento de dois endereço memória operando instrução Figura 12 Modo 0 de endereçamento direto Raul F Weber Carlos A L Lisboa 13 endereço memória operando instrução endereço Figura 13 Modo 1 endereçamento indireto operando memória instrução Figura 14 Modo 2 endereçamento imediato deslocamento memória operando instrução endereço Reg X Figura 15 Modo 3 endereçamento indexado Raul F Weber Carlos A L Lisboa 14 Nas instruções de desvio os modos de endereçamento fornecem o endereço de desvio ao invés do endereço de operando Por essa razão o modo de endereçamento imediato é ilegal para instruções de desvio Na tabela 11 abaixo são mostrados os mnemônicos usados para codificar os modos de endereçamento de RAMSES Nesta tabela n representa um endereço modos 0 1 e 3 ou um dado modo 2 Código Modo de Endereçamento Mnemônico 00 direto n 01 indireto nI 10 imediato n 11 indexado nX Tabela 11 Codificação dos modos de endereçamento 14 Conjunto de instruções As instruções de manipulação de dados operam sobre um dos três registradores da arquitetura codificados através dos bits 3 e 2 da instrução 00 A registrador RA 01 B registrador RB 10 X registrador de índice 11 nenhum registrador é selecionado RAMSES possui 16 instruções codificadas através dos quatro bits mais significativos da instrução conforme mostrado na tabela 12 Observese que as 11 instruções originais do NEANDER mantêm seu significado Estas 11 instruções só foram acrescidas dos modos de endereçamento e dos registradores extras Código Instrução Operação Executada 0000 NOP nenhuma operação 0001 STR r end armazena registrador na memória store 0010 LDR r end carrega registrador da memória load 0011 ADD r end adição soma memória ao registrador 0100 OR r end ou adição lógica resultado no registrador 0101 AND r end e multiplicação lógica resultado no registrador 0110 NOT r inverte complementa para 1 registrador 0111 SUB r end subtração subtrai memória do registrador 1000 JMP end desvio incondicional jump 1001 JN end desvio condicional se Ø jump on negative 1010 JZ end desvio condicional se Ø jump on zero 1011 JC end desvio condicional se carry 1 jump on carry 1100 JSR end desvio para subrotina jump subroutine 1101 NEG r troca de sinal negate 1110 SHR r deslocamento para a direita shift right 1111 HLT parada halt Tabela 12 Conjunto de instruções Raul F Weber Carlos A L Lisboa 15 As operações efetuadas por cada uma das instruções podem ser vistas na tabela a seguir Instrução Operação Efetuada NOP Nenhuma operação STR r end MEMend r LDR r end r MEMend ADD r end r MEMend r OR r end r MEMend OR r AND r end r MEMend AND r NOT r r NOT r SUB r end r r MEMend JMP end PC end JN end IF N1 THEN PC end JZ end IF Z1 THEN PC end JC end IF C1 THEN PC end JSR end MEMend PC PC end1 NEG r r r SHR r r r2 Tabela 13 Ações executadas pelas instruções Nas tabelas acima end representa o endereço tal como calculado pelo modo de endereçamento e r indica o registrador utilizado na instrução A B ou X No modo de endereçamento imediato MEMend corresponde à posição de memória que segue a instrução Para instruções de desvio o modo imediato é tratado exatamente como se fosse o modo direto 15 Códigos de condição A unidade lógica e aritmética de RAMSES fornece os seguintes códigos de condição N negativo sinal do resultado 1 resultado é negativo 0 resultado é positivo Z zero indica resultado igual a zero 1 resultado é igual a zero 0 resultado é diferente de zero C carry carryout de operações aritméticas 1 carryout é igual a um 0 carryout é igual a zero As instruções de RAMSES afetam os três códigos de condição N Z e C de acordo com o mostrado na tabela 14 As instruções não indicadas na tabela STR JMP JN JZ JC JSR NOP e HLT não afetam os códigos de condição Observese que os códigos de condição sempre refletem o estado da última operação lógica ou aritmética que foi executada independente de qual registrador foi utilizado A B ou X Os códigos de condição não refletem o conteúdo atual de nenhum registrador Raul F Weber Carlos A L Lisboa 16 Códigos de condição Instrução N Z C 0010 LDR n z 0011 ADD n z c 0100 OR n z 0101 AND n z 0110 NOT n z 0111 SUB n z c 1101 NEG n z c 1110 SHR n z c lsb Tabela 14 Alteração dos códigos de condição Na instrução SHR o bit menos significativo do registrador é deslocado para o bit de carry C 16 Programação em linguagem simbólica RAMSES possui um montador de linha que permite a entrada de instruções na forma simbólica usando os mesmos mnemônicos encontrados nas tabelas desse capítulo Este montador manipula apenas uma instrução de cada vez Endereçamento simbólico rótuloslabels não pode ser utilizado Erros durante a montagem da instrução são sinalizados através da linha de mensagens e nestes casos nenhum código é gerado nem armazenado Cuidado especial deve ser tomado nas regiões superiores da memória pois o montador não passa automaticamente do endereço 256 para o endereço 0 somente indicando erro excedido limite da memória O exemplo a seguir ilustra os três tipos possíveis de entrada O modo simbólico é obtido através do montador e os modos hexa e decimal são obtidos através do editor de memória Simbólico Hexa Decimal LDR A 128 20 80 32 128 ADD A 129 30 81 48 129 ADD A 130 30 82 48 130 STR A 131 10 83 16 131 HLT F0 240 Observe que os códigos de máquina são exatamente os mesmos aceitos por NEANDER mera coincidência como existem três registradores em RAMSES RA RB e RX deve ser assinalado qual o registrador a ser utilizado usando os mnemônicos A B e X o modo de endereçamento direto não precisa ser assinalado com nenhum símbolo especial no programa simbólico 17 Subrotinas Uma subrotina é uma seqüência de instruções que pode ser ativada chamada de qualquer ponto de um programa Após a execução de uma subrotina o controle retorna à instrução seguinte àquela que a ativou Em linguagens de baixo nível instruções que permitem a ativação de uma subrotina são denominadas instruções de desvio para subrotina JSR jump to subroutine no RAMSES é um exemplo Raul F Weber Carlos A L Lisboa 17 Quando JSR é executada o controle do programa passa à subrotina que se encontra no endereço indicado por JSR Assim uma chamada de subrotina se assemelha a um desvio incondicional JMP A diferença entre JSR e JMP reside no seguinte fato no final da execução da subrotina deve ocorrer um desvio para a posição que segue imediatamente a instrução que chamou essa subrotina Esse desvio é chamado de retorno Existem várias maneiras possíveis de efetuar o retorno da subrotina para a posição adequada no programa Todas elas implicam em armazenar o endereço do retorno O endereço de retorno é o endereço da instrução que segue a instrução que chamou a subrotina Esse endereço é o próprio valor que o PC assume após a decodificação da instrução de JSR A forma e o lugar em que está armazenado o endereço de retorno determinam as seguintes características de uma subrotina a recursividade capacidade de um subrotina de se chamar a si própria b reentrância possibilidade de vários programas em um ambiente multiprogramado compartilharem uma única cópia de uma mesma subrotina c número de níveis de aninhamento de subrotinas subrotinas aninhadas são subrotinas que foram chamadas por subrotinas que foram chamadas por subrotinas que foram chamadas por subrotinas Em RAMSES quando JSR é executada o endereço de retorno é armazenado na primeira palavra da subrotina ou seja a posição correspondente a end de JSR end Não existe instrução de retorno em RAMSES O retorno é realizado através da instrução JMP usando a primeira palavra da subrotina como endereço indireto para desvio JSR end MEMend PC PC end1 Exemplo Considere como exemplo uma subrotina que calcula o complemento de dois de um dado armazenado no registrador B Essa subrotina está armazenada na posição 60 de memória 60 NOP início da subrotina 61 NOT B 62 ADD B 1 64 JMP 60I retorno da subrotina A chamada dessa subrotina no programa é feita através de JSR 60 Considere um programa que tem um JSR 60 na posição 10 e outro na posição 16 Na posição 60 de memória que corresponde à instrução NOP será armazenado após a execução da instrução na posição 10 o valor 12 após a execução da instrução na posição 16 o valor 18 Em ambos os casos após a execução de JSR o PC assume valor 61 Nota a subrotina mostrada acima ocupará 6 palavras na memória como poderia ser codificada para ocupar apenas 4 palavras produzindo o mesmo resultado Fim de exemplo Raul F Weber Carlos A L Lisboa 18 O mecanismo de chamada de subrotina em RAMSES não permite recursividade nem reentrância Entretanto não existe limite para o número de chamadas de subrotinas que podem ser aninhadas Uma convenção que deve ser adotada é a forma como os parâmetros são passados para a subrotina Um parâmetro pode ser passado por valor fornecendose o valor de uma variável ou por nome fornecendose o endereço da variável Além disso os parâmetros podem ser passados através de registradores posições préestabelecidas de memória estrutura de dados préestabelecida também na memória e vários outros métodos inclusive misturandose os métodos entre si alguns parâmetros por registrador e outros por memória por exemplo Seja por exemplo uma subrotina que realize multiplicação Esta rotina recebe os dois valores a serm multiplicados e devolve o resultado Por simplicidade assumase que todos os operandos são de oito bits inteiros positivos Os parâmetros no programa principal estão em três posições de memória primeirooperando segundooperando e resultado A subrotina utiliza três outras posições op1 op2 e resul Um primeiro caso poderia envolver somente registradores os valores dos operandos são recebidos nos registradores A e B e o resultado é devolvido no registrador A note que isto é uma convenção inúmeras variações são possíveis Programa principal Subrotina LDR A primeirooperando NOP LDR B segundooperando STR A op1 JSR multiplica STR B op2 STR A resultado multiplicação LDR A resul JMP multiplicaI Em um segundo caso poderiam ser utilizadas posições préestabelecidas de memória Por exemplo sejam as posições param1 param2 e param3 conhecidas tanto pelo programa principal como pela subrotina Então a chamada e o corpo da subrotina ficam Programa principal Subrotina LDR A primeirooperando NOP STR A param1 LDR A param1 LDR A segundooperando STR A op1 STR A param2 LDR A param2 JSR multiplica STR A op2 LDR A param3 multiplicação STR A resultado LDR A resul STR A param3 JMP multiplicaI Outro esquema interessante é colocar os parâmetros da subrotina imediatamnte após a instrução de desvio A subrotina utiliza então o endereço de retorno como ponteiro para esta lista de parâmetros No caso do exemplo de multiplicacação a chamada poderia ser JSR multiplica valor do primeiro operando valor do segundo operando endereço do resultado instrução seguinte A subrotina obteria os parâmetros e atualizaria o endereço de retorno com o seguinte programa multiplica NOP Raul F Weber Carlos A L Lisboa 19 LDR A multiplicaI obtem valor do primeiro operando STR A param1 LDR multiplica atualiza endereço de retorno ADD A 1 STR multiplica LDR A multiplicaI obtem valor do segundo operando STR A param2 LDR multiplica atualiza endereço de retorno ADD A 1 STR multiplica multiplicação LDR A multiplicaI obtem endereco do terceiro operando STR A param3 LDR B resul obtem resultado da rotina STR B param3 I salva resultado no endereço do terceiro parâmetro LDR A multiplica atualiza endereço de retorno ADD A 1 STR A multiplica JMP multiplica I retorna da subrotina Em linguagens de baixo nível a passagem de parâmetros de e para subrotinas é feita obedecendo alguma convenção estabelecida pela equipe de programadores Podem ser reservados alguns registradores ou alguma área de memória para tal fim Em linguagens de alto nível também se segue alguma convenção estabelecida pelo compilador 18 Programação RAMSES Os recursos adicionais do RAMSES sobre o NEANDER permitem escrever programas mais curtos mais rápidos e mais legíveis Para exemplificar isto considerese um programa NEANDER para somar totalizar n posições consecutivas de memória a partir do endereço inicial e Não é feita nenhuma consistência sobre os valores de n e e Em alto nível o programa seria total0 ponteiro e contador n laço if contador 0 termina total total memponteiro ponteiro ponteiro 1 contador contador 1 goto laço Considerando a seguinte área de dados na memória Endereço Conteúdo 128 n 129 e 130 total 131 contador 132 constante 0 zero 133 constante 255 1 134 constante 1 um Um possível programa NEANDER seria Raul F Weber Carlos A L Lisboa 110 Endereço Instrução 0 LDA 132 inicializa zera o total 2 STA 130 4 LDA 129 inicializa ponteiro 6 STA ponteiro 8 LDA 128 inicializa contador 10 STA 131 12 JZ 34 testa se contador é zero 14 LDA 130 carrega total no acumulador 16 ADD memponteiro soma com posição de memória 18 STA 130 atualiza total 20 LDA ponteiro incrementa ponteiro 22 ADD 134 24 STA ponteiro 26 LDA 131 decrementa contador 28 ADD 133 30 STA 131 32 JMP 12 retorna ao início do laço 34 HLT O programa é praticamente uma tradução direta do programa de alto nível O único ponto crítico está na variável ponteiro O computador NEANDER não tem recursos para trabalhar com ponteiros e assim a solução adotada é fazer o programa se automodificar ou seja armazenar a variável ponteiro no próprio código do programa A instrução que soma a posição de memória indicado por ponteiro está no endereço 16 o que significa que o campo de endereço está no byte 17 Esta é a posição da variável ponteiro e com isto o programa fica Endereço Instrução 0 LDA 132 inicializa zera o total 2 STA 130 4 LDA 129 inicializa ponteiro 6 STA 17 na posição 17 8 LDA 128 inicializa contador 10 STA 131 12 JZ 34 testa se contador é zero 14 LDA 130 carrega total no acumulador 16 ADD 0 soma com posição de memória 18 STA 130 atualiza total 20 LDA 17 incrementa ponteiro 22 ADD 134 24 STA 17 26 LDA 131 decrementa contador 28 ADD 133 30 STA 131 32 JMP 12 retorna ao início do laço 34 HLT No programa acima dois pontos são importantes Quatro instruções endereços 4 16 20 e 24 manipulam um endereço 17 que faz parte do próprio programa A instrução do endereço 16 ADD 17 terá o seu campo de endereço inicializado pela instrução do endereço 6 STA 17 para o valor de e e depois consecutivamente incrementado pelas instruções 20 a 24 LDA 17 ADD 134 STA 17 para e1 e2 e31 Raul F Weber Carlos A L Lisboa 111 Transcrevendo o programa para o RAMSES sem realizar nenhuma alteração quanto a registradores e modos de endereçamento temse a troca dos mnemônicos LDA e STA por LDR e STR e a indicação explícita do uso do registrador A Endereço Instrução 0 LDR A 132 inicializa zera o total 2 STR A 130 4 LDR A 129 inicializa ponteiro 6 STR A 17 na posição 17 8 LDR A 128 inicializa contador 10 STR A 131 12 JZ 34 testa se contador é zero 14 LDR A 130 carrega total no acumulador 16 ADD A 17 soma com posição de memória 18 STR A 130 atualiza total 20 LDR A 17 incrementa ponteiro 22 ADD A 134 24 STR A 17 26 LDR A 131 decrementa contador 28 ADD A 133 30 STR A 131 32 JMP 12 retorna ao início do laço 34 HLT A primeira alteração a ser realizada está no uso do modo imediato Três instruções utilizam posições de memória para armazenar constantes Substituindo a indicação do endereço da constante pela própria indicação da constante economizamse três posições de memória na área de dados Os endereços 132 133 e 134 não são mais necessários As alterações estão indicadas em negrito Endereço Instrução 0 LDR A 0 inicializa zera o total 2 STR A 130 4 LDR A 129 inicializa ponteiro 6 STR A 17 na posição 17 8 LDR A 128 inicializa contador 10 STR A 131 12 JZ 34 testa se contador é zero 14 LDR A 130 carrega total no acumulador 16 ADD A 17 soma com posição de memória 18 STR A 130 atualiza total 20 LDR A 17 incrementa ponteiro 22 ADD A 1 24 STR A 17 26 LDR A 131 decrementa contador 28 ADD A 255 30 STR A 131 32 JMP 12 retorna ao início do laço 34 HLT Área de dados na memória fica então Endereço Conteúdo 128 n 129 e 130 total 131 contador Raul F Weber Carlos A L Lisboa 112 A segunda alteração está no uso do modo indireto para implementar a variável ponteiro Para isto é utilizada o endereço de memória 132 Para acessar a posição de memória apontada pelo ponteiro utilizase o modo de endereçamento indireto As alterações estão indicadas em negrito Endereço Instrução 0 LDR A 0 inicializa zera o total 2 STR A 130 4 LDR A 129 inicializa ponteiro 6 STR A 132 na posição 132 8 LDR A 128 inicializa contador 10 STR A 131 12 JZ 34 testa se contador é zero 14 LDR A 130 carrega total no acumulador 16 ADD A 132I soma com posição de memória 18 STR A 130 atualiza total 20 LDR A 132 incrementa ponteiro 22 ADD A 1 24 STR A 132 26 LDR A 131 decrementa contador 28 ADD A 255 30 STR A 131 32 JMP 12 retorna ao início do laço 34 HLT Área de dados na memória Endereço Conteúdo 128 n 129 e 130 total 131 contador 132 ponteiro A terceira alteração está no uso do registrador B Como RAMSES possui três registradores as variáveis total contador e ponteiro não necessitam estar localizadas necessariamente na memória Transferindo a variável contador para o registrador B economizase uma posição na área de dados e as instruções de transferência de e para a memória desta variável posições 10 26 e 30 no programa acima Assim o programa ocupa menos memória e executa mais rápido As alterações relevantes estão marcadas em negrito observese que alguns endereços são modificados pelo fato que o programa diminuiu Endereço Instrução 0 LDR A 0 inicializa zera o total 2 STR A 130 4 LDR A 129 inicializa ponteiro 6 STR A 132 8 LDR B 128 inicializa contador reg B 10 JZ 28 testa se contador é zero 12 LDR A 130 carrega total no acumulador 14 ADD A 132I soma com posição de memória 16 STR A 130 atualiza total 18 LDR A 132 incrementa ponteiro 20 ADD A 1 22 STR A 132 24 ADD B 255 decrementa contador 26 JMP 10 retorna ao início do laço 28 HLT Raul F Weber Carlos A L Lisboa 113 Área de dados na memória Endereço Conteúdo 128 n 129 e 130 total 132 ponteiro A quarta alteração está no uso do registrador X para a variável ponteiro Isto libera a posição 132 da área de dados mas requerer uma pequena alteração no modo de endereçamento Já que o ponteiro está no registrador X o modo indireto deve ser substituído pelo indexado onde o endereço base é o endereço zero Notese que com isto não está se utilizando o modo indexado na sua capacidade plena soma de dois valores mas sim como um modo registrador indireto O programa novamente diminui de tamanho e tem seu tempo de execução reduzido Isto é consequência da passagens de variáveis de memória para registradores o que permite eliminar uma série de instruções de movimentação de dados LDR e STR Área de dados na memória fica Endereço Conteúdo 128 n 129 e 130 total E o programa fica as alterações relevantes estão marcadas em negrito Endereço Instrução 0 LDR A 0 inicializa zera o total 2 STR A 130 4 LDR X 129 inicializa ponteiro reg X 6 LDR B 128 inicializa contador reg B 8 JZ 22 testa se contador é zero 10 LDR A 130 carrega total no acumulador 12 ADD A 0X soma com posição de memória 14 STR A 130 atualiza total 16 ADD X 1 incrementa ponteiro 18 ADD B 255 decrementa contador 20 JMP 8 retorna ao início do laço 22 HLT A quinta alteração está no uso do registrador A para a variável total Esta alteração vem naturalmente uma vez que o registrador A não está sendo usando para nenhuma outra finalidade e assim não existe mais a necessidade de buscar o total da memória e atualizálo na memória a cada passagem do laço Com isto cada registrador tem uma função específica O registrador A contém o total B contém o contador e X contém o ponteiro Notese que a variável total localizada no endereço 130 somente é atualizada no fim do programa Endereço Instrução 0 LDR A 0 inicializa zera total reg A 2 LDR X 129 inicializa ponteiro reg X 4 LDR B 128 inicializa contador reg B 6 JZ 16 testa se contador é zero 8 ADD A 0X soma com posição de memória 10 ADD X 1 incrementa ponteiro 12 ADD B 255 decrementa contador 14 JMP 6 retorna ao início do laço 16 STR A 130 atualiza total Raul F Weber Carlos A L Lisboa 114 18 HLT Por questões de legibilidade a instrução ADD B 225 é na realidade uma subtração e pode ser substituída por um SUB B 1 Com isto a versão final do programa fica Endereço Instrução 0 LDR A 0 inicializa zera total reg A 2 LDR X 129 inicializa ponteiro reg X 4 LDR B 128 inicializa contador reg B 6 JZ 16 testa se contador é zero 8 ADD A 0X soma com posição de memória 10 ADD X 1 incrementa ponteiro 12 SUB B 1 decrementa contador 14 JMP 6 retorna ao início do laço 16 STR A 130 atualiza total 18 HLT 19 Organização Devido aos quatro modos de endereçamento aos três registradores A B e X e às instruções extras a organização do RAMSES é mais complexa que a do NEANDER A seguir são listadas as diversas seqüências de transferências necessárias para realizar cada instrução Para simplificar estas sequências o uso alternativo dos registradores A B e X foi simplesmente indicado por r Fase de Busca todas as instruções REM PC Read PC PC 1 RI RDM Execução da instrução NOP Nenhuma operação Execução da instrução STR Modo Direto Modo Indireto Modo Imediato Modo Indexado REM PC REM PC PC PC 1 REM PC Read PC PC 1 Read PC PC 1 Read PC PC 1 REM RDM REM RDM REM RDM X RDM r Read RDM r Write REM RDM Write RDM r Write Execução da instrução LDR Modo Direto Modo Indireto Modo Imediato Modo Indexado REM PC REM PC REM PC REM PC Read PC PC 1 Read PC PC 1 Read PC PC 1 Read PC PC 1 REM RDM REM RDM r N Z RDM REM RDM X Read Read Read r N Z RDM REM RDM r N Z RDM Read r N Z RDM Raul F Weber Carlos A L Lisboa 115 Execução da instrução ADD Modo Direto Modo Indireto Modo Imediato Modo Indexado REM PC REM PC REM PC REM PC Read PC PC 1 Read PC PC 1 Read PC PC 1 Read PC PC 1 REM RDM REM RDM rNZC r RDM REM RDM X Read Read Read rNZC r RDM REM RDM rNZC r RDM Read rNZC r RDM Execução da instrução OR Modo Direto Modo Indireto Modo Imediato Modo Indexado REM PC REM PC REM PC REM PC Read PC PC 1 Read PC PC 1 Read PC PC 1 Read PC PC 1 REM RDM REM RDM rNZ r or RDM REM RDM X Read Read Read rNZ r or RDM REM RDM rNZ r or RDM Read rNZ r or RDM Execução da instrução AND Modo Direto Modo Indireto Modo Imediato Modo Indexado REM PC REM PC REM PC REM PC Read PC PC 1 Read PC PC 1 Read PC PC 1 Read PC PC 1 REM RDM REM RDM rNZ r and RDM REM RDM X Read Read Read rNZ r and RDM REM RDM rNZ r and RDM Read rNZ r and RDM Execução da instrução SUB Modo Direto Modo Indireto Modo Imediato Modo Indexado REM PC REM PC REM PC REM PC Read PC PC 1 Read PC PC 1 Read PC PC 1 Read PC PC 1 REM RDM REM RDM rNZC r RDM REM RDM X Read Read Read rNZC r RDM REM RDM rNZC r RDM Read rNZC r RDM Execução da instrução NEG r N Z C r Execução da instrução NOT r N Z notr Execução da instrução SHR r N Z C shrr Raul F Weber Carlos A L Lisboa 116 Execuções das instruções JMP JN com N1 JZ com Z1 JC com C1 Modo Direto Modo Indireto Modo Imediato Modo Indexado REM PC REM PC PC PC 1 REM PC Read Read Read PC RDM REM RDM PC RDM X Read PC RDM Execuções das instruções JN com N1 JZ com Z1 JC com C1 iguais à execução de JMP Modo Direto Modo Indireto Modo Imediato Modo Indexado REM PC REM PC PC PC 1 REM PC Read Read Read PC RDM REM RDM PC RDM X Read PC RDM Execuções das instruções JN com N0 JZ com Z0 JC com C0 Modo Direto Modo Indireto Modo Imediato Modo Indexado PC PC 1 PC PC 1 PC PC 1 PC PC 1 Execução da instrução JSR Modo Direto Modo Indireto Modo Imediato Modo Indexado REM PC REM PC PC PC 1 REM PC Read PC PC 1 Read PC PC 1 Read PC PC 1 temp RDM REM RDM temp RDM X REM temp Read REM temp RDM PC temp RDM RDM PC Write PC temp 1 REM temp Write PC temp 1 RDM PC Write PC temp 1 Execução da instrução HLT Parar o processamento As três figuras seguintes mostram três possíveis organizações que implementam as sequências acima Notese que os recursos utilizados em termos de registradores seletores e unidades aritméticas variam em função da forma exata como as diversas seqüências são implementadas A primeira organização figura 16 utiliza duas unidades aritméticas Uma com maiores capacidades é utilizada para implementar as instruções e a outra mais especializada é usada especificamente para tratar o modo de endereçamento indexado Raul F Weber Carlos A L Lisboa 117 A segunda organização figura 17 utiliza somente uma unidade aritmética tratado a soma do modo indexado também na UAL das instruções Isto altera significativamente os caminhos ligações entre os registradores notadamente o PC e o RDM A terceira organização figura 18 introduz um elemento extra o registrador auxiliar Raux mas simplifica as ligações entre os registradores Notese que nesta organização todos os registradores com exceção do RI recebem o seu valor da UAL ou seja todas as transferências passam pela UAL com exceção de RI RDM A escolha final entre estas três organizações e outras possíveis deve ser feita levandose em conta diversos fatores velocidade de execução número de elementos utilizados seus tipos e conexões elementos disponíveis potencialidade de inclusão de novas instruções registradores e modos de endereçamento facilidade de implementação de outras arquiteturas facilidade de projeto automatização do projeto Estes fatores saem do escopo desta apostilha e serão analisados em outras disciplinas Raul F Weber Carlos A L Lisboa 118 s3 s4 RX RB RA RDM R E M MEM UAL X Y C N Z P C Unidade de Controle Sinais de Controle para a UCP carga RX carga RB carga RA carga PC carga REM carga RDM read write s1 s2 Operações da UAL X Y X Y X and Y X or Y not X neg X shr X Y s5 s6 s7 ME REG Cód Op RI carga RI DECOD carry in carga NZ carga C incrementar PC Figura 16 Organização do RAMSES com duas unidades aritméticas Raul F Weber Carlos A L Lisboa 119 s3s4 RX RB RA RDM R E M MEM UAL X Y C N Z P C Unidade de Controle Sinais de Controle para a UCP carga RX carga RB carga RA carga PC carga REM carga RDM read write s1 s2 Operações da UAL X Y X Y X and Y X or Y not X neg X shr X Y s5 ME REG Cód Op RI carga RI DECOD carry in carga NZ carga C incrementar PC Figura 17 Organização do RAMSES com uma única unidade aritmética Raul F Weber Carlos A L Lisboa 120 RX RB RA RDM R E M MEM UAL X Y C N Z P C Unidade de Controle Sinais de Controle para a UCP carga RX carga RB carga RA carga PC carga REM carga RDM read write s1 s2 Operações da UAL X X Y X Y X and Y X or Y not X neg X shr X Y ME REG Cód Op RI carga RI DECOD carry in carga NZ carga C incrementar PC s3s4 Raux carga Raux Figura 18 Organização do RAMSES com registrador auxiliar Raul F Weber Carlos A L Lisboa 121 110 Conclusão RAMSES apesar de mais poderoso que NEANDER no tocante aos recursos de programação ainda é um computador muito simples Processadores modernos são ainda mais sofisticados que RAMSES apesar de possuírem os mesmos elementos básicos 111 Exercícios Os exercícios apresentados aqui devem ser programados em RAMSES Para todos os programas sugeridos vale a seguinte convenção início do programa posição 0 0H início da área de dados posição 128 80H Essa convenção é adotada apenas para facilitar a correção dos programas 1 Explique a diferença entre as seguintes instruções LDR B 128 LDR B 128I LDR B 128 LDR B 128X Considerando que a posição 128 contém 130 a posição 130 contém 128 e o registrador X contém 2 qual o conteúdo dos registradores A B e X após a execução de cada uma das instruções acima 2 Somar duas variáveis de 16 bits faça um programa para somar duas variáveis de 16 bits representadas em complemento de dois As variáveis e o resultado estão dispostos segundo o mapa de memória abaixo posição 128 byte mais significativo da primeira variável posição 129 byte menos significativo da primeira variável posição 130 byte mais significativo da segunda variável posição 131 byte menos significativo da segunda variável posição 132 byte mais significativo do resultado posição 133 byte menos significativo do resultado 3 Limpeza de uma área de memória de n posições faça um programa para zerar um número qualquer de posições consecutivas na memória O número de posições é determinado pelo conteúdo da posição 128 de memória e a posição inicial da memória a ser zerada é dada pelo conteúdo da posição 129 de memória posição 128 número de posições posição 129 posição inicial 4 Movimento de blocos de n posições faça um programa para mover sem zerar a origem um número qualquer de posições consecutivas na memória O número de posições é determinado pelo conteúdo da posição 128 de memória a posição inicial do bloco de memória a ser movido é dada pelo conteúdo da posição 129 de memória e endereço inicial do bloco de destino é dado pela posição 130 posição 128 número de posições posição 129 posição inicial da origem posição 130 posição inicial do destino 5 Multiplicação faça um programa que multiplique duas variáveis positivas de 8 bits e forneça o resultado em 16 bits Raul F Weber Carlos A L Lisboa 122 posição 128 multiplicando posição 129 multiplicador posição 130 resultado byte mais significativo posição 131 resultado byte menos significativo 6 Multiplicação faça um programa que multiplique duas variáveis positivas de 8 bits e forneça o resultado em 8 bits indicando a ocorrência de overflow posição 128 multiplicando posição 129 multiplicador posição 130 resultado posição 131 conteúdo 0H quando não ocorreu overflow conteúdo FFH quando ocorreu overflow 7 Conversão de código faça um programa que converta 3 dígitos numéricos codificados em ASCII em um número binário positivo em complemento de dois armazenado em 16 bits e indique a ocorrência de overflow na conversão posição 129 dígito ASCII mais significativo até posição 131 dígito ASCII menos significativo posição 132 resultado posição 133 conteúdo 0H quando não ocorreu overflow conteúdo FFH quando ocorreu overflow 8 Conversão de código idem ao 6 mas com a posição 128 contendo um caracter ASCII espaço ou indicando números positivos e indicando números negativos O resultado será positivo ou negativo dependendo desse caracter 9 Subrotinas o programa 6 deve ser escrito como uma subrotina e ser chamado em um programa principal por exemplo o do exercício 8 10 Subrotinas escrever uma subrotina para contar o número de bits que estão com valor 1 em uma palavra cujo endereço está armazenado na posição 128 da memória