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. 8.2.1-1). 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 00

Inhalt des Eingaberegisters zum Akkumulatorinhalt addieren       ADD 01

Akkumulatorinhalt in den Zwischenspeicher übertragen    STO 10

Zwischenspeicherinhalt in das EIngaberegister holen         GET 11

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. 8.2.4-1) 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 8.2.4-1 auf Seite 173 richtig

zusammengeschaltet hat, kann man für den Modellrechner kleinere Peogramme

schreiben, die dieser dann verarbeiten kann. Diese werden dann in das RAM

eingetragen.