Programmierung des Relaiscomputers

Du kannst den Relaiscomputer auf verschiedene Art und Weise in Maschinensprache programmieren. Das geschieht ganz einfach über das Tastenbedienfeld oder über Jumper auf dem ROM Modul.

Einzige Bedingung ist, dass Dein Programm mit den 16 verfügbaren Maschinenbefehlen und den 16 verfügbaren Speicheradressen auskommen muss. Hier findest Du einige Beispiele für Maschinenprogramme.

Neben der Programmierung in Maschinensprache kannst Du sogar einige Maschinenbefehle durch umstecken von Drahtbrücken "erfinden" oder vorhandene Befehle ändern.

Inhalt

Aufbau der Maschinenbefehle im Relaiscomputer

Der Relaiscomputer unterstützt einen 4bit breiten Op-Code. Damit lassen sich insgesamt 16 Maschinenbefehle umsetzen. Jeder einzelne Maschinenbefehl ist durch eine eigene Baugruppe (Modul) im Rechner vertreten.

Auf dieser Baugruppe werden die bis zu 32 Steuerleitungen mit den maximal 8 Schritten zu Mikrobefehlen ¹ im Befehlszyklus ² verschaltet und repräsentieren damit den sogenannten Microcode ³.

Theoretisch hat so ein Modul bis zu 8 x 32 also 256 Speicherplätze, von denen aber je Maschinenbefehl nur ein Bruchteil benötigt wird, so dass die Verdrahtung und Anzahl der Bauteile im Gerät entsprechend sparsam ausgeführt werden konnte.

Der 32bit Steuerbus

Nachfolgende Tabelle listet alle 32 Steuerleitungen im Rechner auf, aus denen der Microcode der Maschinenbefehle zusammengebaut wird.

Der Befehlszyklus

Der Befehlszyklus, auch Maschinenzyklus genannt, entsteht im Relaiscomputer durch das Versorgen des Schrittzählers mit dem Systemtakt. Dabei zählt der Schrittzähler bei jedem neuen Taktimpuls um eins weiter. Es sind maximal 11 Einzelschritte innerhalb eines Befehlszyklus möglich. Danach beginnt der Zähler erneut von Vorne.

Jedem einzelnen Schritt wird im System eine Maschinenoperation (Verschaltung über den Steuerbus) wie folgt zugeordnet:

1. Schritt 1 bis 3 ist der sogenannte "fetch cycle", welcher den nächsten Maschinenbefehl holt und den Programmzähler weiterzählt. Dieser Teil ist für alle 16 Maschinenbefehle gleich und daher auf einem eigenen Modul gemeinsam mit dem Op-Code 0000 (NOP) untergebracht.
2. Schritt 4 bis 11 ist der sogenannte "execute cycle" zum Ausführen des eigentlichen Befehls mit maximal 8 Einzelschritten.
3. Schrittzähler auf Null (0) setzen, wenn keine weitere Maschinenoperation folgt.

Eine Besonderheit im Relaiscomputer ist die variable Länge des Maschinenzyklus, die es erlaubt den Schrittzähler mittels Steuerleitung RS während des "execute cycle" zurückzusetzen um Ausführungszeit zu sparen. Der kürzeste Maschinenbefehl ist NOP mit insgesamt 4 Schritten und der Längste ist INP mit insgesamt 11 Schritten.

kompletter Maschinenzyklus

Ein Beispiel für den Maschinenzyklus ist der Befehl INP zum Auslesen der Dezimaleingabe (Op-Code 1101).

Die folgende Tabelle zeigt den vollständigen Microcode für den Maschinenbefehl INP inklusive "fetch cycle" Schritte 1-3 und "execution cycle" Schritte 4-11.

Und so sieht der verdrahtete INP Befehl ohne "fetch cycle" aus. Steuerleitungen, die gar nicht benötigt werden, wurden auch nicht verdrahtet.

Der variable Maschinenbefehl

Bei einigen Op-Codes wie 0110 (6), 1001 (9) und 1010 (10) kann durch umstecken von Drahtbrücken und Jumpern der Befehl und die Anzeige geändert werden.

Bspw. kann der SRA Befehl in einen SLA Befehl und der AND Befehl in einen OR Befehl umkodiert werden.

Der Op-Code 1010 (10) verfügt zudem über 8 mögliche Mikroschritte und eröffnet weitere Möglichkeiten neue Befehle mit dem Steuerbus zu verdrahten.

Op-Codes aller Maschinenbefehle

Übersicht aller OP-Codes der möglichen Maschinenbefehle und deren Varianten:

• Sym: symbolischer Name des Befehls
• Code: 4 bit Maschinencode bit⁴ - bit⁷
• Param: Adressparameter bit⁰ - bit³
• Anz: Leuchtanzeige auf dem Computer
• S1 .. S3: Schritt 1 bis 3 im Maschinenzyklus - "fetch cycle"
• S4 .. S11: Schritt 4 bis 11 im Maschinenzyklus - "execute cycle"

NOP 0000 - No Operation

Keine Operation

LDA 0001 - laden Register A

Lade Register A (akku) mit Wert aus Adresse aaaa

STA 1000 - Store Register A

Speichere den Inhalt von Register A (akku) in den RAM auf Adresse aaaa.

ADD 0010 - Add Register B

Addiere Register B mit Wert aus Adresse aaaa. Das Ergebnis steht in Register A.

SUB 0011 - Subtract Register B

Subtrahiere Register B mit Wert aus Adresse aaaa. Das Ergebnis steht in Register A.

JMP 0100 - Jump

Sprung, setze den Programm Counter auf Adresse aaaa.

JPX 0101 - Jump while Register C not null

Sprung solange Register nicht ZERO (0) ist. Setze dann den Programm Counter auf Adresse aaaa.

JPC 0110 - Jump if Carry

Sprung wenn CARRY Flag gesetzt ist. Setze dann den Programm Counter auf Adresse aaaa (opt. NEG Flag)

JPN 0110 - Jump if Negative

Sprung wenn NEG Flag, setze Programm Counter auf Adresse aaaa (opt. CARRY Flag)

JPZ 0111 - Jump if Zero

Sprung wenn ZERO Flag gesetzt ist. Setze dann den Programm Counter auf Adresse aaaa (opt. NEG Flag).

SRA 1001 - shift right Register A

Schiebe den Inhalt von Register A (akku) um ein bit nach rechts

SLA 1001 - shift left Register A

Schiebe den Inhalt von Register A (akku) um ein bit nach links

AND 1010 - AND Register A

logische UND Verknüpfung von Register A (akku) mit Wert aus Adresse aaaa. Das Ergebnis steht in Register A.

OR 1010 - OR Register A

logische ODER Verknüpfung von Register A (akku) mit Wert aus Adresse aaaa. Das Ergebnis steht in Register A.

LDX 1011 - laden Register C

Lade Register C (counter) mit Wert auf Adresse aaaa.

DCX 1100 - Decrement Register C

Decrement Register C (counter), Schützt Inhalt von Akku Register A in Register B.

INP 1101 - laden decimal Input

Einlesen einer Dezimalzahl aus den Dezimal Hilfsregistern für Einer (U), Zehner (T) und Hunderter (H). Ergebnis in Register A.

OUT 1110 - Output

Ausgabe von Inhalt Register A nach Register O(ut)

HLT 1111 - Halt Program

Stoppt bzw. unterbricht die Programmausführung durch Anhalten des Zeitgebers

Der Programmspeicher

Du kannst im Relaiscomputer ein Maschinenprogramm sowohl im ROM durch Stecken von Jumpern programmieren als auch ein Programm über das Bedienfeld eingeben und im RAM abspeichern.

Beide Speicher sind unabhängig, können jedoch nicht gemeinsam genutzt werden. Vor dem Start des Programms muss der Speicher über eine Taste im Bedienfeld ausgewählt werden. Das Programm wird also entweder aus dem ROM oder aus dem RAM ausgeführt.

ROM

RAM

Der Rechner benötigt 16 Stück folgender RAM Module. Ein solches Modul speichert genau ein Datenwort von 8bit Breite.