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

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Presentación del tema: "Características deseables en un Procesador Pedagógico para la enseñanza básica de Arquitectura de Computadores Fermín Sánchez Carracedo Universitat Politècnica."— Transcripción de la presentación:

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 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 Neumann Memoria = 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 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 Arquitectura von Neumann Buses Tipos de buses: y control Sincronización: cursos posteriores

8 Índice Marco General Características de una máquina pedagógica 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: 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: 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: 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 – 2 32 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: 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: 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 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 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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