Kako deluje računalnik

To poglavje morda lažje razumemo ob eksperimentiranju s simulatorjem računalnika.

Glavni deli računalnika so centralna procesna enota (procesor ali krajše CPE), pomnilnik, periferne naprave.

Pomnilnik predstavlja skupina naslovljivih pomnilnih lokacij. Na posameznem (celoštevilčnem) naslovu imamo pri enostavnejših računalnikih 1 byte (zlog 8 bitov), pri boljših rašunalnikih pa so tako naslovljivi zlogi tudi bistveno daljši.

Centralno procesno enoto sestavlja vec registrov in Aritmetično-logična enota (ALE). Nekateri registri imajo poseben pomen (programski števec, kazalec na sklad, statusni register). Tudi drugi si niso povsem ekvivalentni. Računalnik zna izvajati preproste operacije tako, da

Iz pomnilnika prebere (binarno kodrano) instrukcijo.
Aritmetično logična enota ugotovi iz kode, kaj naj naredi in kje dobi podatke za zahtevano operacijo.
Po izvedbi zahtevane operacije je racunalnik pripravljen na izvedbo naslednje operacije.

Program računalnika predstavlja pravzaprav zaporedje instrukcij. Kode teh instrukcij so shranjene v zaporednih lokacijah pomnilnika.

Eden od registrov računalnikove CPE (normalno mu pravimo programski števec) ima nalogo, da "kaže" na instrukcijo, ki naj se izvede. Program torej poteka tako, da programski števec "koraka" od inštrukcije do inštrukcije.

In kakšne so (nekatere) osnovne inštrukcije vsakega računalnika:

Vpis dane vsebine v nek register (ali pomnilno lokacijo)
Prepis vsebine neke lokacije ali registra v nek drug register
Povečevanje ali zmanjševanje vsebin registrov (ki tako delujejo kot števci, uporabljamo jih lahko za indekse v polja ipd.)
Izvedba aritmetičnih operacij med dvema registroma (seštevanje, odštevanje, množenje, deljenje..)/
Izvedba logičnih operacij med dvema registroma (And, Or, Xor)
(Druge inštrukcije bomo spoznali kasneje)
S primernimi inštrukcijami lahko tudi spremenimo vrednost samega programskega števca. To pa pomeni preskok na drug del programa. Tak skok je lahko pogojen z rezultatom predhodne operacije (kar pomni statusni register procesorja).

Kako CPE ugotovi, kakšno operacijo naj izvede in katere podatke naj pri tem uporabi:

To razbere iz kode instrukcije. Ta je lahko dolga en pomnilniški zlog (byt ali besedo), če pa je to premalo, jo lahko dopolnjuje še več naslednjih zaporednih bytov v pomnilniku.

Format instrukcije

Instrukcija pomni:

Kodo operacije
Način naslavljanja morebitnega podatka
Naslov podatka (ali podatek kot tak)

Načini naslavljanja

So tudi kodirani. Tipično imamo naslednje možnosti

Registrsko

Takojšnje naslavljanje (podatek je (podaljšan) del inštrukcije)

Absolutno naslavljanje (v podaljsku inštrukcije je naslov pomnilniške lokacije s podatkom)

Relativno naslavljanje (podatek je odmaknjen za toliko in toliko mest od inštrukcije. Odmik pomnimo v "podaljšku" inštrukcije)

Indeksno naslavljanje (naslov podatka določa vsebina nekega registra, kateri prištejemo odmik

Opomba 1:

Relativno naslavljanje je podobno indeksnemu. Razlika je le v tem, da si pri indeksnem pomagamo s takoimenovanim indeksnim registrom, pri relativnem pa se "naslonimo" na programski števec.

Opomba 2:

Možne so tudi različne kombinacije in dopolnitve. Včasih govorimo o "indirektnem " naslavljanju. To lahko pomeni, da vzamemo vsebino nekega registra in jo uporabimo kot naslov podatka v pomnilniku. V nekaterih primerih lahko pred ali po naslavljanju registre avtomatsko povečujemo ali pomanjšujemo (preincrement, postdecrement,..). To je zelo uporabno za delo s polji. Tipičen primer registra, ki tako deluje, je tudi "kazalec na sklad " (stack pointer, SP).

Pregled inštrukcij (2. del)

Programski skoki : Dolgi (JMP), kratki (branch), pogojeni (bne, beq, bz..) Skok na podprogram (JSR) in povratek z njega (RET)
Preprečevanje, omogočanje programskih prekinitev (EI.. enable Interrupt ; DI.. disable interrupt,..)
Vhodno - izhodne operacije preko (INP portnum, OUT portnum)

Povratek domov