6. Programming the Basic Computer

6.1 개요

  • 컴퓨터 시스템 = 하드웨어+소프트웨어
  • 하드웨어 = 물리적인 부품, 관련된 장비
  • 소프트웨어 = 컴퓨터를 위해 작성된 프로그램

  • 컴퓨터 구조에 관련된 사람들은 두 지점이 서로 영향을 미치기 때문에 하드웨어와 소프트웨어 모두에 대한 지식을 가지고 있어야 한다.

  • 프로그램
    • 물리적인 컴퓨터에 의존한다.
    • 물리적엔 컴퓨터위에서 독립적인다.
      • 컴파일러 : 컴퓨터에 의존

K-124

6.2 기계어

  • 프로그램 : 컴퓨터가 필수 데이터 처리 작업을 수행하도록 지시하는 지침 또는 명령어 목록
  • 프로그래밍 언어의 다양한 타입
    • 프로그래밍 언어의 계층
      • 기계어
        • 이진 코드
        • 8진수, 16진수 코드
      • 어셈블리어 (Assembler)
        • 심볼릭 코드
      • 고수준 언어 (Compiler)

  • 프로그래밍 언어 비교

    • K-125

    • K-126

      • K-127

6.3 어셈블리 언어

  • 기본 컴퓨터 어셈블리언어의 문법

    • 각 행은 필드라고 불리는 세 컬럼들로 나열된다.

    • 라벨 필드

      • 3개 이상의 문자로 구성된 심볼릭 주소가 비거나 구체화 될지도 모른다.
      • 콤마에 의해 제거된다.

    • 명령어 필드

      • 기계 또는 의사 명령어로 구체화된다.

      • 다음 중 하나를 지정할 수 있다.

        • 메모리 참조 명령어 (MRI : Memory reference instruction)

          • MRI는 두개 또는 세개의 스페이스에 의해 분리된 심볼로 구성된다.
          • ADD OPR (직접 주소 MRI)
          • ADD PTR I (간접 주소 MRI)
      • 레지스터 참조 또는 입력-출력 명령어
        • Non-MRI는 주소 부분을 가지지 않는다.
      • 오퍼랜드가 있거나 없는 의사 명령어
        • 명령어 필드에 사용되는 심볼릭 주소는 레이블로 정의 되어야 한다.
    • Comment field
      • 비거나 comment를 포함해야 할지도 모른다.
  • 의사 명령어
    • 정의
    • K-128
    • 예제
    • K-129
      • 주소 100번에서 프로그램이 시작된다.
      • AC에 SUB위치에 있는 값을 로드한다. (-23)
      • AC를 보수한다. (23)
      • AC를 증가시킨다. (-23)
      • MIN에 있는 값을 AC에 더한다. (106)
      • DIF에 AC의 값을 저장한다. (DIF = 106)
      • 프로그램을 종료한다.

​ K-130

6.4 어셈블러

Assembler : First PASS

  • Assembler

    • Source Program = 심볼릭 어셈블리어 프로그램
    • Object Program = 이진 기계어 프로그램
  • Two pass assembler
    • 1st pass : 모든 사용자 정의 주소 기호를 이진 등가값(주소)과 상호 연관시키는 주소 구분 테이블을 생성한다.
    • 2nd pass : 이진 변환

K-131

  • Second Pass

    • 어셈블리 언어로 작성되어 있는 것들이 기계어로 번역된다. 이러한 번역과정에서 테이블 룩업 프로시저라는 단계를 거치게 된다.

      • 이러한 기계 명령어로 번역하기 위해 여러개의 테이블이 있고 그 테이블에서 내가 찾고자 하는 명령어가 있으면 그 어셈블리어를 그대로 테이블 오른쪽에 특정한 값으로 번역해준다.
      • 슈도 명령어 테이블
      • MRI 테이블
      • Non-MRI 테이블
      • 주소 심볼 테이블
      • K-132

6.5 프로그램 루프

  • 루프 : 여러 번 실행되는 일련의 명령으로, 각 명령마다 데이터 집합이 다르다.
  • 100개의 숫자를 추가하는 포트란 프로그램
    • K-133

  • 100개의 숫자를 추가하는 어셈블리 언어 프로그램

    • K-134

      • ADS에 있는 오퍼랜드 주소를 로드한다. (AC = HEX 150)

      • PTR에 저장한다. (PTR = HEX 150)

      • NBR에 있는 값을 로드한다. (AC = -100)

      • CTR에 저장한다. (CTR = -100)

      • AC를 클리어한다. (AC = 0)

      • AC에 오퍼랜드를 추가한다. (AC = 75(10))

      • PTR를 1 증가시킨다. (HEX 151)

      • CTR를 1 증가시킨다. (CTR = -99)

      • LOP로 분기한다. (CTR이 0이 되면 반복문을 빠져나간다.)

      • AC에 있는 값을 sum에 저장한다.

        프로그램 종료

6.6 산술 및 논리 연산의 프로그래밍

  • 산술과 논리 연산의 수행

    • 소프트웨어 수행

      • 기계 명령어 집합을 사용한 프로그램의 연산 수행
      • 보통 연산은 명령어 집합에 포함되지 않는다.

    • 하드웨어 수행

      • 하나의 기계 명령어의 컴퓨터 연산 수행
  • 소프트웨어 수행 : 곱셈
    • 간단하게, 부호가 없는 숫자
    • 8비트 숫자 -> 16비트 product
    • K-135
  • 어셈블리 언어 프로그램 : 곱셈
    • K-136
      • E를 클리어한다. E=0
      • Y를 AC로 로드한다. AC = 000B (16)
      • 오른쪽으로 쉬프트 한다. E=1, AC =0005(16)
      • Y에 쉬프트된 값을 저장한다. Y=0005(16)
      • 0인지 확인한다. 0이 아니면 넘어간다.
      • ONE 으로 분기한다.
      • AC = 000F
      • P에 있는 값을 AC에 더한다.
      • AC 값을 P에 저장한다. P=000F
      • E를 클리어한다. E=0
      • X에 있는 값을 AC에 로드한다. AC=000F
      • 왼쪽으로 쉬프트한다. AC = 001E
      • X에 AC에 있는 값을 저장한다. X=001E
      • CTR에 해당하는 값이 0이면 다음으로 넘어간다.
      • CTR = -7

  • 소프트웨어 수행 : Double precision addition

    • 16비트 숫자 -> 32비트 product

    • ex) A X B -> C

      • 하나의 배정밀도 숫자가 두개의 연속적인 메모리 영역에 저장되는 형태로 위치해 있다.
      • K-137

      K-139

  • 어셈블리언어 프로그램 : 논리 연산
    • 기본 컴퓨터 명령어 : AND, CMA, CLA
    • OR 연산 프로그램 (드모르간 이론 사용)
    • K-140
      • A 위치에 있는 오퍼랜드를 로드한다.
      • AC에 있는 값을 1의 보수한다.
      • TMP에 저장한다.
      • B에 있는 연산자를 AC에 로드한다
      • TMP와 AND 연산을 수행한다.
      • AC에 있는 값을 보수한다. (총 2의 보수)

  • 어셈블리언어 프로그램 : 쉬프트 연산

    • 기본 컴퓨터는 순환 쉬프트를 가지고 있다.

      • K-141
      • K-143

      K-144

6.7 서브루틴

  • 프로그램에서 여러 번 사용할 수 있는 일반적이 명령어의 집합

  • 서브루틴 링크 : 서브루틴으로 분기하여 메인 프로그램으로 복귀하는 절차

  • K-145

    • X에 있는 값을 AC로 로드한다. AC = HEX 1234

    • SH4로 분기한다. HEX 102로 반환주소 저장.

    • 왼쪽으로 4번 순환시프트 한다. AC = 2340(16)
    • MSK와 AC에 저장된 값을 AND 연산을 수행한다. AC = 2340(16)
    • SH4로 분기한다. 102로 분기하게 된다.
    • Y 값을 로드한다. AC = 4321(16)
    • SH4로 분기한다.
    • 4번 왼쪽으로 쉬프트 한다. AC = 3210(16)
    • MSK와 and 연산을 수행한다. AC = 3210(16)
    • 105로 분기한다.
    • AC에 저장된 값을 Y 위치에 저장한다. Y=3210(16)
  • 서브루틴 파라미터와 데이터 링키지
    • 메인 프로그램과 서브루틴 사이의 파라미터와 데이터 연계
      • 레지스터
      • 메모리 위치
    • 예제 : 메모리 위치를 통한 링크
      • 논리 OR 연산을 수행하는 서브루틴
      • 두개의 파라미터가 필요
      • K-146
      • X의 값을 AC로 로드한다. AC = 7B95(16)
      • OR로 분기하되, 복귀 주소를 저장한다.
      • AC의 값을 1의 보수를 취한다. AC = AC’ = 846C
      • TMP에 AC의 값을 저장한다. TMP = 846C
      • OR에 있는 값을 AC에 로드한다. AC = 3AF6(16)
      • 보수연산을 한다. AC = C509(16)
      • AC와 TMP와 and연산을 수행한다. C509 AND 846C = 8408(16) = AC
      • 보수 한다. AC = 7BF7(16)
      • OR에 저장된 값이 0 이아니면 하나 증가시킨다. OR = 203
      • OR가 저장하고 있는 주소값으로 분기한다.
      • AC 값을 Y에 저장시킨다. Y = 7BF7(16)
      • 프로그램 종료
  • 데이터 블록 이동 예제
  • K-147

6.8 입출력 프로그래밍

입/출력 프로그램

  • K-148

  • SKI = skip on input flag - input flag가 있으면 다음 명령어를 스킵한다.
  • INP : AC에 입력받은 문자를 저장하라
  • OUT : AC에 있는 것을 출력하라.

  • CHR에 AC의 값을 저장하라.

  • K-149
  • CHR에 있는 값을 AC에 로드한다.
  • output flag가 있으면 다음 명령어를 스킵한다.

  • OUT : AC에 있는 값을 출력한다.

  • 문자 조작
    • 서브루틴으로 2자를 입력하고 한 단어로 묶는다.
    • K-150
    • input flag가 있으면 다음 명령을 스킵한다.
    • 문자를 입력 받는다.
    • 출력한다.
    • 왼쪽으로 4번 쉬프트한다.
    • 왼쪽으로 4번 쉬프트한다.
    • input flag가 있으면 다음 명령을 스킵한다.
    • 문자를 입력받는다.
    • 출력한다.
    • IN2의 간접주소로 분기한다.
  • 타이핑된 문자들이 저장될때 연속적인 메모리에 저장된다. 연속되는 메모리 영역을 버퍼라고 부른다.
  • K-151
  • ADS에 있는 값을 AC로 로드한다. AC = 500(16)
  • PTR에 AC 값을 저장한다. PTR = 500(16)
  • IN2로 분기한다. 문자 2개를 저장한다.
  • PTR에 저장하고 있는 값의 주소에 AC의 값을 저장한다. 500번지에 저장하게 된다.
  • PTR의 값을 증가시킨다.

  • LOP로 돌아간다.

  • 문자 조작 : Table lookup (두개의 단어를 비교한다)
    • 두번째 패스에서 두 개의 패스 어셈블러가 테이블 조회를 수행한다.
    • 테이블을 검색하여 표에 지정된 기호가 포함되어 있는지 확인한다.

인터럽트 서비스 루틴의 작업 \1. CPU 상태 저장 - 프로세서 레지스터 및 플래그의 내용 \2. 인터럽트의 원인 파악 - 설정된 플래그 확인 \3. 플래그가 설정된 장치 서비스(입력/출력 서브루틴) \4. 프로세서 레지스터 및 플래그의 내용 복원 \5. 인터럽트 기능을 켭니다. \6. 실행 중인 프로그램으로 돌아가기 - 중단된 프로그램의 PC 로드

K-152