k120-Beispielrechner_ReTI
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Kapitel 1 – Grundlagen
- Mathematische Grundlagen
- Beispielrechner ReTI
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Prof. Dr. Armin Biere
Institut für Informatik
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ReTI (Rechner Technische Informatik)
Ursprünglich eingeführt in [Keller,Paul] unter dem Namen
ReSa („Rechner Saarbrücken").
Hier wird ReTI zunächst abstrakt eingeführt.
Alle Speicher bestehen aus unendlich vielen
Speicherzellen, die beliebig große ganze Zahlen
aufnehmen können.
Später wird die tatsächliche Implementierung von ReTI
unter realistischen Annahmen thematisiert.
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Abstrakte ReTI-Maschine
Zwei unendlich große Speicher
- Datenspeicher S für Daten (beliebig große Zahlen).
- Programmspeicher P für Maschinenbefehle.
Lade-/Speicher-, Rechen-, Sprungbefehle – siehe später.
Zentraleinheit CPU (Central Processing Unit)
Vier für Benutzer sichtbare Register. - PC = Befehlszähler (Program Counter).
- ACC = Akkumulator.
- IN1, IN2 = Indexregister 1 und 2.
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Aufbau von ReTI
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Programmablauf
Programme bzw. Daten stehen beim Start der maschine in
P bzw. S.
Programm beginnt bei Zelle 0 von P.
Inhalt von P wird nicht geändert.
Maschine arbeitet in Schritten
In jedem Schritt
- Ausführung eines Befehls:
interpretiert und in Schritt - PC erhält neuen Wert (abhängig von Befehl).
Bei Programmstart ist
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ReTI-Befehle und ihre Wirkung
- Load/Store: Laden von Werten aus dem Datenspeicher S
bzw. Schreiben von Werten in S. - Compute: Berechnungen (hier zunächst Addition und
Subtraktion).- Mit Werten im Datenspeicher S.
- Mit Absolutwerten (Immediate).
- Indexregister: Indirekte Speicheradressierung (siehe
unten). - Sprungbefehle: Bedingte und unbedingte Sprünge.
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Load/Store
Transport von Daten zwischen ACC und Datenspeicher.
LOAD i:
Lädt Inhalt
und erhöht PC um 1.
STORE i:
Speichert den Inhalt von ACC in
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Load/Store: Übersicht
| Befehl | Wirkung |
|---|---|
| LOAD i | |
| STORE i |
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Beispielprogramm
Ein Programm, das Inhalte von Speicherzelle
LOAD 0 ; ACC := S(0) = x
STORE 2 ; S(2) := ACC = x
LOAD 1 ; ACC := S(1) = y
STORE 0 ; S(0) := ACC = y
LOAD 2 ; ACC := S(2) = x
STORE 1 ; S(1) := ACC = x
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Compute-Befehle
Verknüpfe den Inhalt von ACC mit
und speichere das Ergebnis in ACC ab.
- ADD, SUB = Compute memory-Befehle
- ADDI, SUBI = Compute immediate-Befehle
- Beides zusammen ergibt die Compute-Befehle.
Bei Compute memory: Interpretiere Parameter
Speicheradresse.
| Befehl | Wirkung |
|---|---|
| ADD i | |
| SUB i |
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Immediate-Befehle
Interpretiere Parameter
| Befehl | Wirkung |
|---|---|
| LOADI i | |
| ADDI i | |
| SUBI i |
Anmerkung: ADDI und SUBI sind Compute Befehle.
LOADI ist den Load-/Store-Befehlen zuzuordnen.
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Indexregister-Befehle
| Befehl | Wirkung |
|---|---|
| LOADINj i | |
| STOREINj i | |
| MOVE S D | |
| MOVE S PC |
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Beispielprogramm für Indexregister-Befehle
Kopiere
LOAD 0 ; ACC := S(0) = x
MOVE ACC IN1 ; IN1 := ACC = x
LOAD 1 ; ACC := S(1) = y
STOREIN1 0 ; S(x) = S(IN1+0) := ACC = y
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Sprung-Befehle
Manipulation des Befehlszählers.
JUMP für unbedingte Sprünge,
JUMPc mit
Mit bedingten Sprüngen kann man Programmschleifen und
bedingte Anweisungen realisieren!
| Befehl | Wirkung |
|---|---|
| JUMP i | |
| JUMPc i |
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Beispielprogramm
LOADI 0 ; ACC := 0
STORE 2 ; S(2) := 0
LOAD 1 ; ACC := S(1)
SUBI 1 ; ACC := ACC − 1
STORE 1 ; S(1) := ACC
JUMP< 5 ; PC := PC + 5, falls ACC < 0
LOAD 2 ; ACC := S(2)
ADD 0 ; ACC := ACC + S(0)
STORE 2 ; S(2) := ACC
JUMP -7 ; PC := PC − 7
JUMP 0 ; PC := PC
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Zusammenfassung
Rechner ReTI wird uns im weiteren Verlauf der Vorlesung
als Illustrator und Anwendungsbeispiel für die vorgestellten
Konzepte dienen.