Referat Programmgesteuerter Modellrechner

Programmgesteuerter Modellrechner

Um einen Modellrechner ablaufen zu lassn, brauchen wir einige Teile:

-Ablaufsteuerung

-Rechnertakt

-Befehlsregister und Speicher

-Rechenwerk

-Befehlsdecoder

-Modellrechner

Werden diese 6 Bauteile aneinandergebaut, kann der Modellrechner in Betrieb genommen werden. Ich werde mich jetzt erstmal mit den vier verschiedenen Bauteilen auseinandersetzen:

ABLAUFSTEUEREUNG

Die Ablaufsteuerung beherrscht im wesentlichen nur zwei einfache Befehle; Dies ist zum einem der Befehl ADDIERE und der Befehl SPEICHERE. Beim Befehl ADDIERE soll der Inhalt des Eingaberegisters in den Akku verschoben werden, bei dem Befehl SPEICHERE, soll der Inhalt des Akku`s an das

Speicherregister weitergegeben werden. Wenn man sich die Schaltung genauer ansieht, wird man feststellen, das man zwischen den beiden Befehlen mit Hilfe eines 1bit Befehlsregisters schalten kann. Man kann die Befehle SPEICHERE und ADDIERE in diesem Register beliebig codieren, ich gehe

jehdoch in meinen weiteren Überlegungen davon aus, das der Befehl SPEICHERE

den Code 1 also Strom fließt bekommt. Der Taktgeber gibt durch eine Undschaltung den dem Befehl entsprechenden Takt an die übrigen Komponenten wie Speicher, Akku etc. weiter.

Diese Ablaufsteuerung erfüllt leider nur sehr begrenzte Aufgaben. Um dies zu ändern, bräuchten wir ein Befehlsregister mit mehreren Stellen. Wir erweitern es um 1 Stelle, so das es insgesamt 2 hat, und somit 4 Befehle bearbeiten kann. Diese 4 Befehle sollen, um sich das Leben nachher im komplexer werdenden Modellrechner zu erleichtern, nicht mehr von Hand eingegeben werden. Stattdesssen sollen sie aus einem Speicher geholt, und nacheinander abgearbeitet werden. Um diese 4 Befehle verarbeiten zu können, werden vier plus einen Takt zur Übernahme benötigt.

RECHNERTAKT

Um der Ablaufsteuerung die benötigten 5 Takte zu geben, verwenden wir die Schaltung auf Seite 168(Abb. . Der Binärzähler wird mit jedem fünftem Takt auf Null durch ein Undelement gesetzt. Das Verzögerungselement in dieser Schaltung ist von besonderer Wichtigkeit, da ansonsten durch die Leitungslänge eine Fehlschaltung erfolgen würde.

BEFEHLSREGISTER und SPEICHER

Zur Übernahme eines 2bit Befehls aus dem Speicher werden zwei FlipFlops als Befehlsregister benötigt. Um die entsprechende Speicherstelle zu addressieren., braucht man ein 4bit Adreßregister. Da unser Modellrechner nur in 16bit arbeiten soll, d.h. Befehle nur nacheinander abgearbeitet

werden sollen, kann man dieses Adreßregister als Binärzähler aufgebaut werden, der bei jedem Befehlsübernahmetakt automatisch die nächste Speicherreihe adreßiert. Das Befehlsregister und das Befehlsadreßregister dürfen also nur jeden fünften Takt erhalten.

Da wir den Leseanschluss des Rams auf Strom setzen, werden die Daten des Speichers immer am Datenausgang freigesetzt, und werden so an das Befehlsadreßregister weitergeleitet. Wird der Leseanschluss des Rams kurzzeitig Aus- und wieder Eingeschaltet, so wird der nächste Befehl im Speicher bearbeitet, und an das Befehlsadreßregister weitergegeben.

RECHENWERK

Das Rechenwerk besteht aus 4        4bit Schieberegistern, von denen 2 als Volladdierer und einer als FlipFlop zur Übertragsspeicherung als Serienaddierwerk fungiert und das 3te Register als Zwischenspeicher arbeitet. Die Summe aus dem Serienaddierwerk wird in das zweite Summandenregister übertragen. Jetzt geht der erste Summand scheinbar verloren, jedoch wird wird er am Ende des Schieberegisters wieder an die Summe angehängt, was das Serienaddierwerk zu einem Akkumulator macht. Die Steuerung des Akkumulators erfolgt durch den Befehlsdecoder und durch eine Und-Oder Schaltung.

^{Wir müssen jetzt noch lediglich die Verbindung zwischen dem Befehlsregister}

und dem Rechwenwerk über den Befehlsdecoder herstellen. Hierfür müssen wir uns jedoch vorher auf eine einheitliche Codierung festlegen:

Befehl             Kurzform        Codierung

Taktgeber anhalten               STP

Inhalt des Eingaberegisters zum Akkumulatorinhalt addieren ADD

Akkumulatorinhalt in den Zwischenspeicher übertragen STO

Zwischenspeicherinhalt in das EIngaberegister holen                GET

BEFEHLSDECODER

Bevor man die Decodierschaltung aufbaut, sollte man sich klarwerden, für welche Zwecke sie genutzt werden soll:

Befehlsanweisung  Auswirkungen

STP      Taktgeber wird gestoppt, muß jedoch wieder zurückgesetzt werden, damit er wieder anläuft.

ADD    4 Ausführungstakte müssen geschaltet werden; Das Eingaberegister muß in diesem Fall als Ringschieberegister arbeiten.

^{STO         Ausführungstakte müssen den Akkumulator erreichen.}

GET     Taktsignale müssen ins Zwischenspeicherregister und in das

Eingaberegister gelangen

Auf der Seite 173(Abb. ) werden diese Bedingungen realisiert. Es wurden jedoch noch einige Verzögerer Eingebaut, damit die Taktsignale erst ankommen, wenn auch die entsprechenden Eingangssignale angekommen sind.

Die Bisher konstruierten Einheiten Rechnertakt,, Befehlsregister und der

Befehlsdecoder bilden das Steuerwerk des Modellcomputers.

Modellrechner

Wenn man alle Einzelteile wie in Abbildung 1 auf Seite 3 richtig zusammengeschaltet hat, kann man für den Modellrechner kleinere Peogramme schreiben, die dieser dann verarbeiten kann. Diese werden dann in das RAM eingetragen.