Ongelma(t): Miten tietokoneen komponentteja voi ohjata siten, että ne tekevät yhdessä jotakin järkevää? Voiko tietokonetta ohjata (ohjelmoida) siten,

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Ongelma(t): Miten tietokoneen komponentteja voi ohjata siten, että ne tekevät yhdessä jotakin järkevää? Voiko tietokonetta ohjata (ohjelmoida) siten,"

Sami Lehtilä
8 vuotta sitten
Katselukertoja:

2 Ongelma(t): Miten tietokoneen komponentteja voi ohjata siten, että ne tekevät yhdessä jotakin järkevää? Voiko tietokonetta ohjata (ohjelmoida) siten, että se pystyy suorittamaan kaikki mahdolliset algoritmit? Lasse Lensu

Voiko tietokonetta ohjata (ohjelmoida) siten, että se

3 Loogisia lausekkeita toteuttavien sähköisten piirien avulla voi laskea ja näkökulmasta riippuen voidaan ajatella, että kaikki tietojenkäsittely on laskemista. Muistiin talletettu tieto vaikuttaa tietokoneen toimintaan, joten tietokone ei suorita vain yhtä vakioalgoritmia Lasse Lensu

4 Tietojenkäsittelyn perusteet II Tietokoneen mikro-ohjelmointi

5 Tietokoneen mikro-ohjelmointi

6 Tietokoneen mikro-ohjelmointi Boberg J 2010 Mikro-ohjelmoitava tietokone: Rakenne Käytettävissä olevat toiminnot Mikro-ohjelmointi: Pseudokieli (algoritmin esitystapa) Symbolinen mikro-ohjelma (vrt. konekieli) Binäärinen mikro-ohjelma (mikrokäsky esitetään bittijonona, jossa toimintoja vastaavat ohjausbitit ovat 1)

(algoritmin esitystapa) Symbolinen mikro-ohjelma (vrt.

7 Mikro-ohjelmoitavan tietokoneen toiminnot Tiedonsiirto rekisterien välillä sekä rekisterin ja päämuistin välillä Yhteen- ja vähennyslasku Kahdella kertominen Loogiset vertailut: A<0, A=0 Siirtyminen mikro-ohjelmassa: Siirtyminen seuraavaan käskyyn Ehdollinen ylihyppy (skip) Ehdoton hyppy (jump)

Kahdella kertominen Loogiset vertailut: A<0, A=0 Siirtyminen

8 Mikro-ohjelmointi Periaatteessa tavallista ohjelmointia Jokainen mikrokäsky sisältää 5 alikäskyä: Alikäsky / kellon vaihe 5. vaihe: siirtyminen seuraavaan käskyyn Rekisteri kerrallaan väylälle Jokainen mikrokäsky suorittaa haarautumisen tai asetuksen

9 Esimerkki: ykkösbittien laskeminen Mikro-ohjelma, joka laskee rekisterin D sisällön osoittaman muistipaikan sisällön ykkösbitit rekisteriin C: Koska vain vasemman puolimmaista bittiä pystytään tutkimaan erikseen, täytyy laskenta tehdä siirtämällä lukua aina bitti vasemmalle. Jos luku < 0, niin silloin kyseisen bitin arvo on 1, muutoin 0.

puolimmaista bittiä pystytään tutkimaan erikseen, täytyy laskenta tehdä siirtämällä

10 Algoritmi pseudokielellä C:= 0 A:= hae(d) WHILE A <> 0 DO IF A < 0 THEN C:= C+1 ENDIF shiftleft(a) ENDWHILE Korvataan aliohjelmat mikrokäskyillä ja silmukat hyppykäskyillä:

11 Algoritmi tarkennettuna if: ohi: C := 0 MAR := D MDR := (MAR) A := MDR IF A = 0 THEN jump ohi ENDIF IF A < 0 THEN C := C+1 ENDIF shiftleft(a) jump if

12 Algoritmi edelleen tarkennettuna C := 0 MAR := D MDR := (MAR) A := MDR if: skip A = 0 jump ohi skip A < 0 C := C+1 shiftleft(a) jump if ohi:

13 Symbolinen mikro-ohjelma 1: 0+0 C; ; 1+MPC MPC 2: 0+D MAR; (MAR) MDR; 1+MPC MPC 3: MDR+0 A; ; 1+MPC MPC 4: ; ; (A=0) + MPC MPC (ehdollinen hyppy: c19=1) 5: ; ; MPC (ehdoton hyppy: c18=1) 6: ; ; (A<0) + MPC MPC (ehdollinen hyppy: c20=1) 7: 1+C C; ; 1+MPC MPC 8: (0+A) 2 A; ; 1+MPC MPC 9: ; ; MPC 10:

5: ; ; 1010 2 MPC (ehdoton hyppy: c18=1) 6: ; ; (A<0) + MPC MPC (ehdollinen

14 Binäärinen mikro-ohjelma Vain ykköset merkitty, muut bitit nollia: o s o i t e

1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 1 1 1 1 2 1 1 1

15 Esimerkki: kertolasku Mikro-ohjelmoitavan tietokoneen ALU ei sisällä kertolaskua. Kertolasku = toistettu yhteenlasku: Voidaan toteuttaa summana jossa lasketaan yhteen kertoja kappaletta tekijää, esim. 3 x 2 = Algoritmi: MDR := 0 WHILE A <> 0 DO MDR := MDR + C A := A 1 ENDWHILE

Kertolasku = toistettu yhteenlasku: Voidaan toteuttaa summana jossa

16 Muutettu algoritmi ja symbolinen mikrokoodi MDR := 0 1: skip A = 0 jump 5 MDR := MDR + C A := A - 1; jump 1 5: Osoite Mikrokaskyn selvennys Selitys MDR ; ; 1+MPC MPC MDR:lle alkuarvo; siirry seuraavaan kaskyyn 1 ; ; (A=0) + MPC MPC Haaraudu sen mukaan, onko A = 0 vai ei 2 ; ; 5+0 MPC A = 0 Poistu silmukasta (c1... c8 = ) 3 MDR+C MDR; ; 1+MPC MPC A 0 Lisaa C MDR:aan 4-1+A A ; ; 1+0 MPC Pienenna A:ta, ja hyppaa silmukan alkuun

(A=0) + MPC MPC Haaraudu sen mukaan, onko A = 0 vai ei 2 ; ; 5+0 MPC A = 0 Poistu silmukasta (c1.

17 Algoritmin kompleksisuudesta Toistossa 3 mikrokäskyä (1, 3 ja 4). Kertojan (A) maksimiarvo suoritettavia käskyjä noin Kukin käsky vie 5 kellopulssia miljoona kellojaksoa. Koneen kellotaajuus määrää algoritmin suoritusajan. Voidaanko kertolaskua nopeuttaa? Miten?

Kukin käsky vie 5 kellopulssia miljoona kellojaksoa.

18 Kertolasku koulualgoritmilla Allekkain kertolasku binääriluvuille:

19 Mikro-ohjelmoitavalle tietokoneelle muutettu algoritmi Algoritmitoteutus vasemmalta oikealle, koska vain ensimmäinen bitti tutkittavissa: Edellisen kalvon osasummat muodostetaan alhaalta ylöspäin. Kerrottava lisätään osasummaan 1 tai 0 kertaa riippuen kertojan bitistä. Vain kaksi lukua summattavissa kerrallaan, joten osasumma lisätään loppusummaan välittömästi. Shift-left -operaatiolla siirretään vanha osasumma ensin vasemmalle.

Kerrottava lisätään osasummaan 1 tai 0 kertaa riippuen kertojan bitistä.

20 Muutettu kertolaskualgoritmi Sananpituus osasummaa. Laskurin sijaan käytetään valeykköstä A:ssa:

22 Algoritmin kompleksisuudesta Silmukan pituus on joko 4 (käskyt 4,6,7,8) tai 6 (käskyt 4,5,9,11,12,13) ja jokaisella kierroksella käsitellään yksi bitti 15:stä. Siten suoritetaan enintään 4+15*6+4 = 98 käskyä. Aikavaatimus on lähes vakio eli se ei riipu kertojan suuruudesta: Algoritmi on noin 2000 kertaa edellistä nopeampi.

23 Yhteenveto Mikro-ohjelmoitavan tietokoneen muistiin talletettu tieto vaikuttaa tietokoneen toimintaan, joten se voi suorittaa erilaisia algoritmeja. Mikro-ohjelmoitavan tietokoneen rakenne (loogisista porteista koostuva laitteisto) määrää sen sisältämät toiminnot kaikki muut toiminnot on toteutettava mikro-ohjelmien avulla. Mikro-ohjelmoinnin esitystavat: Pseudokieli Symbolinen mikro-ohjelma Binäärinen mikro-ohjelma

Samankaltaiset tiedostot

Ongelma(t): Miten mikro-ohjelmoitavaa tietokonetta voisi ohjelmoida kirjoittamatta binääristä (mikro)koodia? Voisiko samalla algoritmin esitystavalla

Ongelma(t): Miten mikro-ohjelmoitavaa tietokonetta voisi ohjelmoida kirjoittamatta binääristä (mikro)koodia? Voisiko samalla algoritmin esitystavalla ohjelmoida useita komponenteiltaan ja rakenteeltaan