NAR 2

NAR 2 (Nastavni Računar 2) je teoretski model 32-bitnog računara koga je kreirao profesor prirodno-matematičkog fakulteta univerziteta u Beogradu Nedeljko Parezanović kao poboljšanje prethodnog NAR 1. Korišćen je tokom predavanja o asemblerskom programiranju i arhitekture računara ("Osnove računarskih sistema").

Struktura instrukcija

Svaka instrukcija NAR 2 procesora se sastojala od tačno jedne 32-bitne mašinske reči i sadržala je sledeće delove:

• Kod instrukcije u 8 najviših bitova (24...31)
• 4 bita (20...23) odrednice indeksnog registra koji će biti upotrebljen u odgovarajućim načinima adresiranja
• 4 bita (16...19) koji su određivali način adresiranja:
  • bit 19: P - Posredno
  • bit 18: R - Relativno
  • bit 17: I - Indirektno
  • bit 16: N - Neposredno
• 16 najnižih bitova čine parameter ili argument instrukcije

Registri

NAR 2 ima sledeće registre:

• Brojač naredbi BN
• 32-bitni akumulator čiji sadržaj može biti tretiran bilo kao realan ili ceo broj
• Do 16 indeksnih registara, X0...X15. Međutim, X0 nikada nije bio upotrebljen - moguće da je rezervisan kao brojač naredbi BN

Kodovi instrukcija

Brojni kodovi instrukcija nisu određeni, samo njihove slovne oznake:

Instrukcije za rad sa registrima

• MUA - Memorija U Akumulator - stavlja vrednost u akumulator
• AUM - Akumulator U Memoriju - stavlja vrednost akumulatora u memoriju
• PIR - Punjenje Indeksnog Registra - stavlja vrednost u zadati indeksni registar

Celobrojna aritmetika

Napomena: sve oznake instrukcija u ovoj grupi se završavaju slovom „F“ što označava rad u „fiksnom zarezu“. Ovo je, međutim, tačno samo za instrukcije sabiranja, oduzimanja i negacije (promene znaka). Instrukcije mniženja i deljenja su čisto celobrojne - zarez je fiksiran desno od cifre najmanje težine.

• SABF (Saberi u Fiksnom zarezu) - dodaje vrednost u akumulator
• ODUF (Oduzmi u Fiksnom zarezu) - oduzime vrednost od akumulatora
• MNOF (Množi u Fiksnom zarezu) - Množi akumulator parametrom
• DELF (Deli u Fiksnom zarezu) - Deli akumulator parametrom
• PZAF (Promeni Znak Akumulatora u Fiksnom zarezu) - Vrši negaciju vrednosti akumulatora

Aritmetika sa brojevima u pokretnom zarezu

• SAB (Saberi) - dodaje vrednost u akumulator
• ODU (Oduzmi) - oduzime vrednost od akumulatora
• MNO (Množi) - Množi akumulator parametrom
• DEL (Deli) - Deli akumulator parametrom
• PZA (Promeni Znak Akumulatora) - Vrši negaciju vrednosti akumulatora

Logičke

• KON (Konjunkcija) - vrši logičko „I“ nad akumulatorom, sa vrednošću parametra
• DIS (Disjunkcija) - vrši logičko „ILI“ nad akumulatorom, sa vrednošću parametra
• NEG (Negacija) - vrši logičko „NE“ (inverziju) akumulatora (ignoriše parametar)

Logička pomeranja

• POL (Pomeri Levo) - pomera bitove akumulatora nalevo
• POD (Pomeri Desno) - pomera bitove akumulatora nadesno

Kontrola toka

• NES (Negativni Skok) - izvršava uslovni skok na zadatu adresu ako je vrednost akumulatora negativna
• BES (Bezuslovni Skok) - izvršava bezuslovni skok na zadatu adresu
• NUS (Nula-Skok) - izvršava uslovni skok na zadatu adresu ako je vrednost akumulatora nula
• ZAR (Zaustavi Računar) - zaustavlja računar

Standardna sintaksa

Asembler NAR 2 računara je konzistentan i jednostavan za interpretaciju. Svaka linija programa može da sadrži do jedne instrukcije sledećeg oblika:

1. Slovna oznaka instrukcije
2. Praznina, u slučaju da instrukcija određuje indeksni registar, način adresiranja ili parametar; zatim zarezom odvojene:
   1. Ime indeksnog registra (ako je potrebno)
   2. Zarezom razdvojena slova koja određuju način adresiranja
   3. Vrednost parametra

Primer

  aum   X1, p, 0
  mua   n, 1
  aum   15
  pir   X1, p, n, 1
  mua   X1, p, n, 0
  oduf  n, 1
  oduf  X2, p, n, 0

Načini adresiranja

Sa četiri bita za određivanje načina adresiranja (P, R, I i N), NAR 2 instrukcije mogu da zadaju do 16 različitih načina adresiranja iako nemaju svi smisla u svim instrukcijama. Interesantno je da su nazivi načina adresiranja izabrani tako da je moguće „P, N“ - posredno-neposredno adresiranje i da se koriste nazivi „posredno“ i „indirektno“ umesto „indeksno“ i „posredno“.

U sledećoj tabeli:

• M[x] označava 32-bitnu vrednost (sadržaj) memorijske lokacije sa adresom x
• BN označava brojač naredbi
• p označava 16-bitnu vrednost parametra (sa znakom)
• Xi označava indeksi registar zadat podacima sa treutne memorijke lokacije
• f() je funkcija „efektivne vrednosti“ pri indirektnom adresiranju, koja se računa po istoj tabeli:

Odrednice adresiranja				Vrsta instrukcije
P	R	I	N	Podaci	Skok
-	-	-	-	M[p]	p
-	-	-	N	p	p
-	-	I	-	M[f(M[p])]	f(M[p])
-	-	I	N	f(M[p])	f(M[p])
-	R	-	-	M[BN+p]	BN+p
-	R	-	N	BN+p	BN+p
-	R	I	-	M[f(M[BN+p])]	f(M[BN+p])
-	R	I	N	f(M[BN+p])	f(M[BN+p])
P	-	-	-	M[Xi+p]	Xi+p
P	-	-	N	Xi+p	Xi+p
P	-	I	-	M[f(M[Xi+p])]	f(M[Xi+p])
P	-	I	N	f(M[Xi+p])	f(M[Xi+p])
P	R	-	-	M[BN+Xi+p]	BN+Xi+p
P	R	-	N	BN+Xi+p	BN+Xi+p
P	R	I	-	M[f(M[BN+Xi+p])]	f(M[BN+Xi+p])
P	R	I	N	f(M[BN+Xi+p])	f(M[BN+Xi+p])

Napomena: Odrednica adresiranja „N“ nema efekte na instrukcije za kontrolu toka jer procesor ne može da skoči „u vrednost“ nego samo na zadatu adresu.

Iterativno indirektno adresiranje

NAR 2 podržava iterativno indirektno adresiranje. Memorijska lokacija se prvo računa uzevši u obzir P i R odrednice načina adresiranja. Zatim, ako je odrednica „I“ prisutna, 32-bitna mašinska reč se čita sa te lokacije i proračun počinje iz početka, uključujići nove odrednice načina adresiranja, selektora indeksnog registra i vrednosti parametra - samo se kod instrukcije ignoriše. Tako, ako sledeći program učitamo na adresu 0 i izvršimo:

  муа И, 0

... zamrznućemo NAR 2 u beskrajnoj petlji proračuna adrese:

1. „I, 0" određuje da adresa podatka za instrukciju treba da se učita sa memorijske lokacije 0
2. Sadržaj memorijske lokacije 0 se čita i on (opet) sadrži „I, 0".
3. „I, 0" određuje da adresa podatka za instrukciju treba da se učita sa memorijske lokacije 0
4. Sadržaj memorijske lokacije 0 se čita i on (opet) sadrži „I, 0".
5. „I, 0" određuje da adresa podatka za instrukciju treba da se učita sa memorijske lokacije 0
6. Sadržaj memorijske lokacije 0 se čita i on (opet) sadrži „I, 0".
7. ...

Primetite da:

  муа Р, И, 0

izgleda opštije (može da zamrzne NAR 2 sa bilo koje adrese), ali ovo zavisi od trenutna kada se sadržaj registra BN menja.

Ostaje pitanje tretmana odrenice „N“ (neposredno adresiranje) zajedno sa odrednicom „I“ - da li ili ne treba poštovati početnu/originalnu odrednicu „N“ iz instrukcije ili onu koja stiže sa (indirektno) pročitanom adresom? Prikazana tabela prikazuje prvi slučaj samo da bi prikazala više načina adresiranja.

Čitanje vrednosti indeksnih registara

NAR 2 ne sadrži posebnu instrukciju za čitanje sadržaja indeksnih registara koja bi parirala PIR instrukciji. Ipak, postoji jednostavan način da se to izvede upotrebom posrednog-neposrednog adresiranja (P, N) kao u sledećem primeru:

  mua Xi, P, N, n

... što postavlja vrednost Xi+n u akumulator. Za n=0 ovo praktično prepisuje sadržaj zadatog indeksnog registra u akumulator.