ARCH:用于计算机组成与结构课程教学的模拟器
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信息技术应用教学工具简介本文档旨在介绍一些可以用于信息技术应用教学的工具和资源,帮助教师更有效地教授信息技术相关知识。
这些工具包括软件、应用程序和在线资源等,可以增加学生的参与度和兴趣,并提升他们的研究效果。
虚拟实验虚拟实验是一种可以模拟真实实验场景的教学方法。
在信息技术应用教学中,虚拟实验可以帮助学生理解和掌握计算机系统的原理和操作。
一些常用的虚拟实验工具包括:1. VirtualBox:一款开源的虚拟机软件,可以在计算机上模拟多个操作系统的环境,帮助学生研究不同操作系统的使用和配置。
2. Wireshark:一款网络数据包捕获和分析工具,通过使用Wireshark,学生可以模拟网络环境,研究网络通信的基本原理和技术。
编程研究信息技术应用教学中,编程是一个重要的部分。
以下是一些适用于编程研究的工具和资源:1. Scratch:一款适合初学者的图形化编程工具,通过拖拽积木块的方式编写程序,学生可以快速掌握编程的基本概念和思维方式。
2. Python:一种简单易学的编程语言,拥有丰富的库和资源,适合用于教授信息技术相关的编程知识。
在线研究平台除了软件和工具,还有一些在线研究平台可以作为信息技术应用教学的辅助资源,例如:1. Coursera:提供各种在线课程,包括计算机科学和信息技术相关的课程,学生可以通过这个平台研究优秀的课程内容。
2. Khan Academy:一个在线研究平台,提供各种学科的视频教程和练,包括计算机科学和编程。
总结信息技术应用教学工具的选择应根据教学目标和学生特点进行合理的判断。
虚拟实验、编程学习和在线学习平台都是有效的教学辅助工具,可以提高学生的学习兴趣和效果。
希望本文所介绍的工具和资源能对信息技术教学有所启发和帮助。
[Linux]CPU架构指令集:RISCCISCarmamdX86i386aarch641 前⾔本⽂是解决在软件开发、软件交付过程中,常常需要找寻与服务器硬件的CPU架构适配的软件包时,开发者和交付者⼜时常摸不着头脑、【迷迷糊糊】地就下载了某个所谓“适配”、“兼容”的各种软件包。
那么,我们真的get到了背后的关系(CPU指令集、CPU架构、CPU处理器/芯⽚、Soc(芯⽚上的系统)、x86_64架构、arm架构等等),这⼀层⾯了吗?正本清源,⽅能以更⾼de效率去理解、学习基于此的上层知识模块,降低开发风险、提⾼⼯作效率。
扯远啦~ 赶紧⼀把回来!那么,先从CPU架构所涉及的相关概念说起~2 基本概念2.0 CPU := 中央处理器Central Processing Unit,中央处理器。
CPU是计算机系统的核⼼和⼤脑,主要由控制器、运算器、存储器和连接总线构成。
其中,控制器和运算器组成CPU的内核,【内核】从存储器中提取数据,根据控制器中的指令集将数据解码,通过运算器中的微架构(电路)进⾏运算得到结果,以某种格式将执⾏结果写⼊存储器。
因此,内核的基础就是【指令集(指令集架构)】和【微架构】。
延申1:指令集(架构)指令集是所有指令的集合,它规定了CPU可执⾏的所有操作微架构是完成这些指令操作的电路设计。
相同的指令集可以有不同的微架构,如Intel 和AMD都是基于X86指令集但微架构不同。
指令集架构( Instruction Set Architecture ),⼜称指令集或指令集体系,是计算机体系结构中与程序设计有关的部分,包含了基本数据类型,指令集,寄存器,寻址模式,存储体系,中断,异常处理以及外部 I/O 。
指令集架构包含⼀系列的 opcode 即操作码(机器语⾔),以及由特定处理器执⾏的基本命令。
简单地来说,指令集⼀般被整合在操作系统内核最底层的硬件抽象层中,属于计算机中硬件与软件的接⼝,它向操作系统定义了CPU的基本功能。
小黑课堂计算机一级题库电脑软件包一、理解小黑课堂计算机一级题库电脑软件包小黑课堂计算机一级题库电脑软件包,是针对计算机一级考试所设计的软件题库。
这个题库包含了丰富的计算机软件知识,涵盖了操作系统、办公软件、互联网应用、图像处理等多个方面。
通过学习和掌握这些软件知识,考生可以更好地应对计算机一级考试,提升自己的计算机应用能力。
二、电脑软件包的深度和广度评估1. 操作系统操作系统是计算机系统的核心组成部分,掌握操作系统的基本原理、功能和操作方法对于提高计算机应用能力至关重要。
在电脑软件包中,涉及了Windows、Linux等多个操作系统的相关知识,涵盖了安装、配置、管理等多个方面,具有较好的深度和广度。
2. 办公软件办公软件是日常工作中不可或缺的工具,包括文字处理、电子表格、演示文稿等多种类型。
在电脑软件包中,覆盖了Microsoft Office、WPS Office等主流办公软件的使用技巧和实际应用,涵盖了文档编辑、数据处理、信息展示等方面,内容丰富、深度适中。
3. 互联网应用互联网已经成为了人们生活和工作中不可或缺的一部分,掌握互联网应用相关的知识和技能,可以更好地利用网络资源。
电脑软件包中,包含了浏览器的基本操作、网络通讯工具的使用、网络服务的应用等多个方面,深度适中、涵盖全面。
4. 图像处理图像处理软件在当今的多媒体时代具有越来越重要的地位,在电脑软件包中,涵盖了Photoshop、CorelDRAW等多款图像处理软件的使用技巧、功能特性等方面的内容,对于提升学生的视觉艺术修养和实际应用能力有着重要作用。
在深度和广度上,小黑课堂计算机一级题库电脑软件包的内容设计较为全面,从基础知识到实际应用都有所涉及,适合考生系统性地学习和掌握。
三、回顾与总结小黑课堂计算机一级题库电脑软件包是一份非常有价值的学习资料,它涵盖了计算机一级考试所需的基本软件知识,内容设计深入浅出,适合广大考生使用。
通过学习这份题库,考生不仅可以提高自己的计算机应用能力,还可以更好地备战计算机一级考试。
教学虚拟仿真开发架构虚拟仿真是一种使用计算机生成虚拟环境和场景,并通过模拟和仿真技术进行交互和体验的技术。
它广泛应用于教育、培训、娱乐等领域。
虚拟仿真的开发架构包括硬件设备、软件系统和内容创作三个方面。
一、硬件设备方面在虚拟仿真的开发架构中,硬件设备是基础。
它主要包括显示设备、输入设备和计算设备。
1.显示设备:虚拟仿真通常使用VR头显、头盔或投影仪等显示设备。
它能够提供沉浸式的虚拟体验,使用户能够感受到逼真的场景和环境。
2.输入设备:输入设备包括手柄、手套、体感设备等。
它们与用户的动作和指令相连,使用户能够在虚拟环境中进行交互和操控。
3.计算设备:计算设备主要包括计算机、服务器等。
它们承担着虚拟仿真系统的数据处理和计算任务。
高性能的计算设备能够提供更加流畅和真实的虚拟体验。
二、软件系统方面软件系统是虚拟仿真的核心。
它能够实现虚拟环境的创建、场景的设计、物理的模拟和用户的交互。
一个完整的虚拟仿真软件系统一般包含以下几个模块:1.虚拟环境创建模块:虚拟环境创建模块能够对现实世界中的场景进行扫描、建模和重建。
它使用三维模型、纹理和光线等技术,为用户呈现逼真的虚拟环境。
2.场景设计模块:场景设计模块用于创建虚拟场景中的物体、角色和动画。
它能够实现物理特性、动作和行为的模拟,使虚拟环境更加生动和具有交互性。
3.物理模拟模块:物理模拟模块能够模拟虚拟环境中物体的运动、碰撞和变形等物理现象。
它使用力学、流体力学和光学等技术,使虚拟环境的物理行为更加真实和可信。
4.用户交互模块:用户交互模块提供虚拟环境中用户与系统的交互界面。
它能够响应用户的指令和动作,使用户能够在虚拟环境中进行沟通、探索和操作。
三、内容创作方面内容创作是虚拟仿真的关键。
优质的内容能够提供更加丰富和有趣的虚拟体验。
内容创作包括以下几个方面:1.三维建模:三维建模是创作虚拟环境和物体的基础。
它使用三维建模软件,将现实世界中的物体转化为虚拟模型,为虚拟环境的创作提供基础素材。
2025年上半年教师资格考试初级中学信息技术学科知识与教学能力自测试卷及答案解析一、单项选择题(本大题有15小题,每小题3分,共45分)1、在计算机中,存储容量的基本单位是:A. 字节(Byte)B. 千字节(KB)C. 兆字节(MB)D. 吉字节(GB)答案:A解析:计算机中存储容量的基本单位是字节(Byte),一个字节等于8位(bit)。
其他选项如KB、MB、GB都是基于字节的更大单位,分别表示千字节、兆字节、吉字节。
2、下列哪项不是常用的计算机网络拓扑结构?A. 星型B. 环型C. 总线型D. 圆形答案:D解析:常见的计算机网络拓扑结构包括星型、环型和总线型等,它们描述了网络中设备之间的连接方式。
而“圆形”并不是一种标准的网络拓扑结构术语。
3、在信息技术课程中,为了让学生更好地理解和应用Excel的筛选功能,教师设计了一个教学案例。
案例中,教师首先向学生展示了如何使用Excel的自动筛选功能来筛选出班级中数学成绩在90分以上的学生名单。
随后,教师又引导学生尝试使用高级筛选功能来筛选出数学成绩在90分以上且语文成绩在80分以上的学生名单。
以下是对该教学案例的评价,其中不正确的是()。
A. 案例贴近学生实际,有助于激发学生的学习兴趣B. 案例由易到难,符合学生的认知规律C. 案例过于简单,没有体现出Excel筛选功能的强大之处D. 案例引导学生从简单筛选过渡到高级筛选,培养了学生的实践能力答案:C解析:这个教学案例首先通过自动筛选功能引导学生入门,然后逐步深入到高级筛选功能,这样的设计既贴近学生的实际学习情况,又符合学生的认知规律。
通过从简单到复杂的逐步引导,学生能够更好地理解和掌握Excel的筛选功能,并在此过程中培养实践能力。
因此,选项A、B、D都是对该教学案例的正确评价。
而选项C认为案例过于简单,没有体现出Excel筛选功能的强大之处,这是不正确的。
因为案例的设计本身就是从基础入手,逐步深入,让学生在掌握基础知识的同时,也能够逐步领略到Excel筛选功能的强大和灵活。
《计算机辅助教学》课程复习资料一、单项选择题1.教学软件又称为 A 。
A.课件B.多媒体C.操作系统D.应用软件2. 继课件之后的第二代教学软件称为 A 。
A积件 B.课件 C.网络课件 D.智能型课件3. 建构主义学习理论强调认知主体是 B 。
A. 教师B. 学习者C. 教务D. 辅导员4. 能利用计算机来模拟某种真实的实验现象,自然现象或社会现象的课件是 D 。
A.游戏型B.个别辅导型C.操练与练习型D.模拟型5. 把课件分为框面型,生成型,数据库型和智能型是按课件的以下哪种类型分的A 。
A.结构类型B.模拟类型C.游戏类型D.学生特点6. 能对用户的操作做出响应的是 D 。
A.计算图标B.显示图标C.擦除图标D.响应图标7. 背景和文字叠在一起,若只希望显示文字不显示背景则选用 C 。
A.数字化影像图标B. 视频图标C.擦除图标D. 声音图标8. Authorware的多媒体功能可使用以下哪个图标播放电影 C 。
A.移动图标B.显示图标C.数字化影像图标D.交互图标9. Authorware中用于显示文字,图形,静态画像,也是用来显示变量,函数值的即时变化的是 B 。
A.移动图标B.显示图标C.计算图标D.交互图标10. Flash存储动画的格式是 A 。
A. swfB. bmpC. png11. 决定了各个场景的切换以及演员出场,表演的时间顺序的称为 B 。
A.关键帧B.时间线C. 控制面板D.舞台12. 设计者可以通过这三种视图方式对网页进行浏览,默认方式为 B 。
A.预览视图方式B.普通视图方式视图方式 D. 报表视图13. 万维网的简称为 A 。
14. 下面属于文本格式的文件类型是 D 。
A. *.rmB. *.bmpC. *.gifD. *.doc15. 以下是Authorware支持的声音格式是 A 。
16. 在总体设计的基础上进行的详细设计是 A 。
A.单元设计B.总体设计C.交互设计D.媒体设计17. 智能计算机辅助教学的英文简写是 B 。
数字电路uarch模块数字电路uarch模块是一种用于实现计算机的指令集架构的硬件设计。
uarch是microarchitecture的缩写,指的是微体系结构。
它是指在给定的指令集架构下,实际上是如何实现这些指令的硬件设计。
数字电路uarch模块是计算机体系结构中的一个重要组成部分。
它负责处理和执行指令集架构定义的指令,并将其转化为硬件操作。
在现代计算机中,uarch模块通常由多个子模块组成,包括指令译码器、执行单元、寄存器文件、存储器接口等。
我们来看一下指令译码器。
指令译码器的作用是将指令解码为对应的操作,并将其传递给执行单元。
指令译码器通常使用查找表或逻辑门电路来实现,它根据指令的编码判断出该指令的类型和操作数,并生成对应的控制信号。
执行单元是uarch模块中的核心部分。
它负责执行指令所需的运算操作,如加法、减法、乘法、逻辑运算等。
执行单元通常包括多个算术逻辑单元(ALU),用于执行不同的运算操作。
此外,执行单元还可能包括浮点运算单元(FPU)等特殊功能单元。
寄存器文件是存储器的一种特殊形式,用于存储计算机中的数据。
uarch模块中的寄存器文件用于存储指令执行过程中的中间结果和计算结果。
它通常包括多个寄存器,每个寄存器可以存储一个数据值。
存储器接口是uarch模块与外部存储器之间的接口。
它负责将读写请求传递给外部存储器,并将读取的数据或写入的数据传递给uarch模块。
存储器接口通常包括地址线、数据线、控制线等。
除了以上提到的子模块之外,uarch模块还可能包括其他的功能,如流水线和超标量执行等。
流水线是一种提高指令执行效率的技术,它将指令执行过程划分为多个阶段,并允许多个指令在不同阶段同时执行。
超标量执行是一种并行执行多条指令的技术,它可以同时执行多个指令,并且可以将多个指令的结果返回给寄存器文件。
数字电路uarch模块是计算机体系结构中的重要组成部分,它负责处理和执行指令集架构定义的指令。
初中信息技术常用软件推荐随着信息技术的快速发展,计算机软件在初中学生的学习和生活中扮演着重要的角色。
本文将介绍几款常用的初中信息技术软件,帮助学生更加高效地完成作业,提升学习效果,同时也给学生提供了更多有趣的娱乐选择。
1. Microsoft Office套件Microsoft Office套件是计算机软件中最为常用的办公套件之一。
它包括Word、Excel、PowerPoint等多个组成部分。
Word是一款用于文字处理的软件,适用于写作文、制作课件等;Excel是一款电子表格软件,可用于数学计算、统计分析等;PowerPoint则用于制作演示文稿。
初中学生可以通过使用Microsoft Office套件来完成各类作业,提高文档处理的效率和质量。
2. Adobe PhotoshopAdobe Photoshop是一款图像处理软件,广泛应用于图片编辑和设计领域。
初中学生可以使用Photoshop来编辑和美化图片,如调整亮度、对比度和色彩平衡,添加滤镜效果等。
此外,Photoshop还具备制作海报、插图和封面设计的能力,可以帮助学生提高创作和设计的能力。
3. ScratchScratch是一款由麻省理工学院开发的图形化编程语言,旨在帮助学生学习编程思维和解决问题的能力。
初学者可以通过拖拽编程块的方式来创建自己的动画、游戏等项目,而无需学习复杂的编程语法。
Scratch提供了丰富的教育资源和社区支持,初中学生可以通过分享和交流来提高编程技能。
4. Google EarthGoogle Earth是一款虚拟地球软件,能够提供全球卫星地图、街景图像和航拍影像等多种地理信息。
初中学生可以使用Google Earth来探索地球的各个角落,了解不同国家和地区的地理特点,学习地理知识。
此外,Google Earth还提供了丰富的历史图层和3D建模功能,帮助学生更加直观地了解历史事件和地貌特征。
5. MathwayMathway是一款数学问题求解软件,能够帮助学生解决各类数学题目,包括代数、几何、三角等多个领域。
ARCH:用于计算机组成与结构课程教学的模拟器摘要:介绍基于开源软件包MML的计算机模拟器ARCH。
ARCH实现了硬件结构的逻辑门级映射,易修改和动态运行,并具有丰富的寻址方式和指令类型,克服了软件实验平台抽象粒度过大和硬件实验平台交互性不强的问题。
关键词:模拟器;计算机组成与结构;MML;ARCH计算机组成与结构是计算机科学与技术专业本科生的核心专业基础课程之一。
它与汇编语言、微机原理、接口技术等课程一起构成了硬件系列课程。
通过本课程的学习,学生可以掌握计算机系统各个组成部分的工作原理、组成方法和相互关系,了解计算机指令系统和中央处理器的组织、数据传递路径和指令控制流程、存储管理、微程序设计、中断系统和输入/输出系统.等,具有计算机系统层次结构的初步概念。
“实践出真知”这句话告诉我们:最理想的学习方式是把所学习的理论知识付诸实践。
在计算机组成与结构课程教学过程中,如何把学习到的理论知识付诸实践,以及如何利用实践验证和深化所学到的理论知识,这两个转化过程是学生学习的关键。
针对这个问题,许多高校已经开始研发各种基于软件和硬件的计算机组成与结构课程实验平台来辅助课程教学。
这些实验平台可分为两组:基于集成电路的硬件平台和基于软件的模拟平台。
基于集成电路的硬件平台具有完整的硬件结构映射的优点,但是存在操作复杂、电路容易故障、动态演示困难等缺点,并且由于采用功能较为复杂的集成电路,硬件结构的映射无法达到寄存器级别。
而基于软件的模拟平台可以是完全基于编程语言(如C语言或其他高级语言)开发模拟软件,具有灵活、容易修改、动态演示方便等优点,但是由于软件实现是基于算法级别的,偏重于工作原理,很难把程序代码和具体的硬件结构细节对应起来。
此外,已有的基于软件的模拟平台,在寻址方式和指令集方面覆盖面不广,不支持中断和堆栈的操作,这也是一大缺陷。
下面笔者将介绍基于开源软件包Multimedia Logic(MML)所开发的用于计算机组成与结构课程教学的计算机模拟器ARCH。
ARCH具有软件的易动态运行、易修改、易二次开发的优点,同时又实现了硬件结构的逻辑门级映射,还具有丰富的寻址方式和指令类型,对中断和堆栈的操作提供了基本支持,从而弥补了已有相关计算机教学模拟器的不足之处。
1 研究背景2001年,Yehezkel,Yurcik,Pearson和Armstrong研发了3种计算机结构模拟平台:EasyCPU,Little Man Compmer和RTLSim。
其中EasyCPU是一个基于英特尔X86微处理器的入门级微型计算机的模拟器。
它只是一个软件程序,模拟Intel X86系列微处理器的主要寻址模式和指令集合。
Little Man Computer和RTLSim是对EasyCPU的进一步改进和完善。
2006年,Arias和Garcia研发了计算机结构模拟平台SimpleCPU。
SimpleCPU 是一个16位的模拟CPU。
它采用了3种寻址模式:快速模式、寄存器模式、间接寻址。
它除了包含8个通用寄存器外,还有程序计数器(PC)、状态寄存器(SR)、ALU的时间输入寄存器(TMPI)、ALU时间输出寄存器(TMPO)、存储器数据寄存器(MDR)、内存地址寄存器(MAR)和指令寄存器(IR)。
2007年,Stanley等基于MML软件包完成了计算机结构模拟平台:16位的Made。
Marie具有13条指令,并使用直接和间接寻址模式,每个存储单元是16位长,指令字长和存储字长相等。
机器指令由两个字段组成:2位操作码和12位的地址。
Made有7个寄存器。
它们是累加器(AC)、内存地址寄存器(MAR)、存储器缓冲寄存器(MBR)、程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、输入寄存器(InREG)和输出寄存器(OutREG),具有16位复用数据总线。
除了Marie之外,Stanley等还研发了两种不同系统结构的模拟器:哈佛体系结构和冯·诺依曼体系结构。
冯·诺依曼体系结构模拟器有4条指令,具有8位的程序计数器,8位的指令寄存器,8位的累加器和8位的存储器。
指令中操作码占用2位,其余的被分配给地址码,每条指令的执行周期包含3个时钟周期。
8位哈佛体系结构模拟器有8条指令,每条指令的执行周期包含1个时钟周期。
笔者在Stanley和Oztekin的工作基础上所提出的计算机模拟器ARCH的所有单元是基于MML包进行逻辑门级设计,并有38个指令。
这些指令是当今的商业微处理器的核心指令。
它有6种不同的寻址模式,同时支持中断和堆栈操作。
此外,因为它的所有单元是在逻辑门级设计的,所以,学生可以很容易检查在模拟器中的所有单元的内部结构。
表1所示是各种计算机模拟器的基本属性。
2 ARCH结构和指令2.1 总体结构ARCH是用于本科生计算机组成与结构课程教学的模拟器。
它有38条指令,包含11条存储器和累加器操作类指令,6条指令的变址和堆栈操作指令,13条无条件和有条件转移指令,6条指令的条件码寄存器操作指令和2条指令输入/输出指令。
它支持6个不同的寻址模式,包括立即、直接、间接、变址、相对、隐含寻址模式。
它有11个寄存器,包括地址寄存器(AR)、程序计数器(PC)、暂存器(TR)、变址寄存器(IX)、16位长的堆栈指针(SP)、指令寄存器(IR)、输入寄存器(INPR)、输出寄存器(OUTR)和8位长的条件码寄存器(CCR)。
ARCH的数据路径宽度为16位,地址寄存器的宽度为16位,所以ARCH有64KB 的内存区域。
ARCH中有一个专用的有效地址生成部件。
该部件可以根据寻址模式计算出一个有效的地址,而不是采用通用ALU进行地址计算。
该有效地址生成部件需要6个时钟周期生成有效地址。
MML开发环境中ARCH核心部件ALU 和CU结构如图1所示。
2.2 指令系统ARCH的指令包含操作码和地址码两部分。
操作码包含两个字段:操作类型和寻址模式。
在内存空间中,隐含寻址模式的指令占用1个字节,直接、间接和立即寻址模式的指令占用3个字节,相对和变址寻址模式的指令占用2个字节。
所有寻址方式指令的第1个字节是操作码。
操作码的第4、5和6位表示6个不同寻址模式的其中之一,其余操作码位表示指令的操作类型。
1)累加器操作指令。
累加器操作共有11种不同指令。
采用立即、直接和间接寻址模式的累加器操作指令占用3个字节,而采用变址寻址模式的累加器操作指令占用2个字节,此外采用隐含寻址模式的累加器操作指令仅占用1个字节。
各种累加器操作指令如表2所示。
2)变址指令和堆栈指令。
变址和堆栈指令使用立即、直接、间接、变址和隐含寻址模式。
在存储器中,前3种模式占据3个字节,第4种模式占用2个字节,第5种模式占用1个字节。
各种变址指令和堆栈指令如表3所示。
3)有条件或无条件转移指令。
有条件和无条件转移指令可以改变程序流程。
只不过一些是有条件转移,其他的则是无条件转移。
绝大多数转移指令使用相对寻址模式,只有返回主程序指令使用隐含寻址模式。
各种有条件或无条件转移分支指令如表4所示。
4)带条件寄存器操作指令。
在执行转移指令时,带条件寄存器操作指令有特别重要的作用。
它们全部采用隐含寻址模式,并在取指和译码阶段的最后一个时钟周期执行。
表5所示是各种带条件寄存器操作指令。
5)输入/输出指令。
为了与外设(如键盘)进行数据传送,ARCH使用8位的键盘作为输入单元,使用可用的8位LED显示单元作为输出单元。
数据从键盘被转移到输入寄存器(INPR),并且进一步被转移到LED显示单元,存储于输出寄存器(OUTR)。
ARCH支持有两种输入/输出指令:IN和OUT。
IN指令是将从键盘输入的数据传送到INR中存储起来,OUT指令是将数据从OUTR传送到LED显示单元。
ARCH模拟器支持查询输入/输出方式,这时输入标志(FGI)和输出标志(FGO)必须在输入/输出的操作过程中不断地检查。
如果其中的一个控制标志是逻辑1,那么计算机开始传输数据。
然而,由于计算机和外围设备之间的数据传输率是非常低的,所以这种数据传送方法不是很有效。
另一种方式是采用下述中断方式。
当输入/输出单元已经准备好了,利用中断方式通知ARCH。
ARCH立即离开主程序执行,并启动必要的输入/输出操作传送数据。
当ARCH完成输入/输出操作后将返回主程序。
6)中断。
ARCH模拟器的工作周期包含中断周期和指令周期两种。
触发器C用于区分中断周期和指令周期。
如果触发器C是逻辑1,那么模拟器是在中断周期,否则,是在指令周期。
在指令周期中,通过控制机制来检查中断标志。
如果实验人员不希望模拟器进入中断周期,则可以清除触发器C。
ARCH模拟器中设置了两个指令可以将条件码寄存器的中断标志设置为逻辑1或0。
STI指令在中断标志设置为逻辑1,而CLI指令清除中断标志。
ARCH模拟器在进人中断周期之前,能保存一些寄存器的内容。
这些寄存器的内容被保存在堆栈区域,这些堆栈区域是从E000h开始的4KB的内存。
保存寄存器到堆栈区的操作按以下顺序进行:程序计数器、变址寄存器、累加器、条件码寄存器。
3 ARCH的应用下面以计算f(x)=x2+x+1为例说明基于ARCH的实验操作过程。
首先,约定x的值被存储在ARCH的64KB存储器的数据段中,并且最后运算结果f(x)的结果也存储到数据段中数据段是从地址为A000h开始的占用4KB的内存空间。
该计算过程对应的汇编代码如下:0100h:LDA#1234h\\累加器装载十六进制1234H。
0103h:STA[00h]\\累加器内容转存到数据段。
0105h:LDA[00h]\\数据从数据段提取。
0107h:MUL[00h]\\在累加器中的数据乘以数据段的数据,并存储到累加器。
0109h:ADD[00h]\\在累加器中的数据加上数据段中的数据,并存储到累加器。
010Bh:INC\\累加器中的值递增并存储到累加器。
010Ch:STA[00h]\\累加器的值被存储到数据段。
010Eh:HLT\\程序停止。
上述汇编代码可以手动或者通过汇编程序自动转换成为二进制代码,并存储于文件中。
在MML开发环境中运行ARCH,此时二进制代码文件中的代码和数据被自动载入存储器中并执行。
我们可以通过ARCH包含的LED查看相应的执行结果。
4 结语在计算机组成与结构课程教学过程中,为了把学习到的理论知识付诸实践,利用实践验证和深化所学到的理论知识,许多高校已经开始研发各种教学用的计算机模拟平台。
针对基于软件实验平台的抽象粒度过大和基于硬件实验平台交互性不强的问题,笔者提出了基于开源软件包MML计算机模拟器ARCH。
ARCH 不仅具有软件的易动态运行、易修改、易二次开发的优点,同时还实现了硬件结构的逻辑门级映射,并具有丰富的寻址方式和指令类型,对中断和堆栈的操作提供了基本支持,从而弥补了已有相关教学模拟器的不足之处。