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.

Jumper auf ROM Modul Abb: Programmierung mittels 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

  1. Aufbau der Maschinenbefehle im Relaiscomputer
    1. Der 32bit Steuerbus
    2. Der Befehlszyklus
    3. Der variable Maschinenbefehl
    4. Op-Codes aller Maschinenbefehle
  2. Programmspeicher
    1. ROM
    2. RAM
  3. Das könnte Dich auch interessieren
  4. Begriffsklärung Programmierung

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.

Nr Name Beschreibung
01 RS Schrittzähler zurücksetzen
02 MA Adressregister MA laden
03 MR Speicher M lesen
04 IL Befehlsregister I laden
05 IR Befehlsregister I lesen
06 PL Programmzähler laden
07 AL Register A laden
08 AR Register A lesen
09 ML Speicher M laden
10 DL Register D laden
11 DR Register D lesen
12 BL Register B laden
13 BR Register B lesen
14 AD ALU Addition Register A + B
15 CY ALU Addierwerk Carry In (Sum += 1)
16 NB ALU Register B komplementieren (NOT B)
17 PR Befehlszähler PC lesen
18 PI Befehlszähler PC weiter zählen (+1)
19 HL Zeitgeber / Takt anhalten
20 OL Ausgaberegister O laden
21 CR Indexregister C lesen
22 CL Indexregister C laden
23 LC ALU Konstante in Register B laden
24 SL ALU Register A nach links schieben
25 SR ALU Register A nach rechts schieben
26 SB ALU Register B nach links schieben
27 AN ALU Register A und B
28 OR ALU Register A oder B
29 ER Dezimaleingabe Register E zurücksetzen
30 EU Dezimaleingabe Register E Einer lesen
31 ET Dezimaleingabe Register E Zehner lesen
32 EH Dezimaleingabe Register E Hunderter lesen
Tabelle: Steuerleitungen auf dem 32bit Steuerbus für den Microcode

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.

S 1 2 3 4 7 10 11 12 14 17 18 29 30 31 32
RS MA MR IL AL DL DR BL AD PR PI ER EU ET EH
1 x x
2 x x
3 x
4 x x
5 x x
6 x x
7 x x
8 x x
9 x x
10 x x x
11 x
Tabelle: kompletter Maschinenbefehl INP inklusive "fetch cycle" und "execution cycle"
S Beschreibung Microcode
1 lese Programmzähler (PR) und lade mit diesem Wert Adressregister (MA)
2 lese von Speicheradresse (MR) und lade mit diesem Wert Befehlsregister (IL)
3 Erhöhe Programmzähler um Eins (1) (PI)
4 lade Register A (AL) mit Wert von Register E Hunderter (EH)
5 lade Register B (BL) mit Wert von Register E Zehner (ET)
6 addiere (AD) Register A und B und lade mit diesem Wert Register D (DL)
7 lese Register D (DR) und lade mit diesem Wert Register A (AL)
8 lade Register B (BL) mit Wert von Register E Einer (EU)
9 addiere (AD) Register A und B und lade mit diesem Wert Register D (DL)
10 lese Register D (DR) und lade mit diesem Wert Register A (AL) und lösche Register E (ER)
11 setze Schrittzähler auf Null (0)
Tabelle: Ablauf des Mikroprogrammes für den INP

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

Befehlszyklus Dezimaleingabe Modul

Abb: Modul für Op-Code 1101 INP ohne "fetch cycle"

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.

Modul für Op-Code 1010, ohne Verdrahtung

Abb: Modul für Op-Code 1010 im Relaiscomputer, frei definierbar, ohne Verdrahtung

Op-Codes aller Maschinenbefehle

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

Sym Code Param Anz S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11
--- --- --- FI PR MA MR IL PI --- --- --- --- --- --- --- ---
Tabelle: Microcode für den "fetch cycle", für alle Befehle gleich
Sym Code Param Anz S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11
NOP 0000 ohne FI RS
LDA 0001 aaaa LA IR MA MR AL RS
ADD 0010 aaaa AD MR BL AD DL DR AL RS
SUB 0011 aaaa SU MR BL NB AD CY DL DR AL RS
JMP 0100 aaaa JP IR PL RS
JPX 0101 aaaa JX IR PL RS
JPC 0110 aaaa JC IR PL RS
JPN 0110 aaaa JN IR PL RS
JPZ 0111 aaaa JZ IR PL RS
STA 1000 aaaa ST IR ML AR ML RS
SLA 1001 ohne SL SL DL DR AL RS
SRA 1001 ohne SR SR DL DR AL RS
SLA 1001 ohne SL SB DL DR AL RS
AND 1010 aaaa AN AN DL DR AL RS
OR 1010 aaaa OR OR DL DR AL RS
LDX 1011 aaaa LX IR ML MR CL RS
DCX 1100 ohne DX AR BL AL CR AD LC CL AL BR RS
INP 1101 ohne IN EH AL ET BL AD DL DR AL EU BL AD DL DR AL ER RS
OUT 1110 ohne OU AR OL RS
HLT 1111 ohne HL HL RS
Tabelle: Referenz aller Op-Codes inklusive Microcode für den "execution cycle"

NOP 0000 - No Operation ↑

Keine Operation

Adr Befehl Code Beschreibung
00 NOP 0000 keine Operation
01 HLT 1111 halte Programm an
Beispiel: keine Operation

LDA 0001 - laden Register A ↑

Lade Register A (akku) mit Wert aus Adresse aaaa

Adr Befehl Code Beschreibung
00 LDA 15 0001 1111 lade Register A mit Inhalt von Adresse 15
01 HLT 1111 halte Programm an
..
15 var 0001 1111 Zahl (31)
Beispiel: Lade den Inhalt einer Speicheradresse in Register A

STA 1000 - Store Register A ↑

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

Adr Befehl Code Beschreibung
00 LDA 15 0001 1111 lade Register A mit Inhalt von Adresse 15
00 STA 14 1000 1110 speichere Register A auf Adresse 14
01 HLT 1111 halte Programm an
..
14 var 0000 0000 initial (0)
15 var 0000 0010 Zahl (2)
Beispiel: Speichere den Inhalt von Register A auf Adresse 14

ADD 0010 - Add Register B ↑

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

Adr Befehl Code Beschreibung
00 LDA 14 0001 1110 lade Register A mit Inhalt von Adresse 14
01 ADD 15 0010 1111 addiere Wert von Adresse 15 zu Register A
02 OUT 1110 lade Register O mit dem Inhalt von Register A
03 HLT 1111 halte Programm an
..
14 var 0000 0100 1. Summand (4)
15 var 0000 1110 2. Summand (14)
Beispiel: Zahlen im Speicher addieren

SUB 0011 - Subtract Register B ↑

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

Adr Befehl Code Beschreibung
00 LDA 14 0001 1110 lade Register A mit Inhalt von Adresse 14
01 SUB 15 0011 1111 subtrahiere von Register A den Wert von Adresse 15
02 OUT 1110 lade Register O mit dem Inhalt von Register A
03 HLT 1111 halte Programm an
..
14 var 1100 1000 Minuend (200)
15 var 0001 0100 Subtrahend (20)
Beispiel: Zahlen im Speicher subtrahieren

JMP 0100 - Jump ↑

Sprung, setze den Programm Counter auf Adresse aaaa.

Adr Befehl Code Beschreibung
00 ADD 15 0010 1111 addiere Wert von Adresse 15 zu Register A
01 OUT 1110 lade Register O mit dem Inhalt von Register A
02 JMP 00 0100 0000 springe auf Adresse 0
..
15 var 0000 0001 Zahl (1)
Beispiel: unbedingter Sprung

JPX 0101 - Jump while Register C not null ↑

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

Adr Befehl Code Beschreibung
00 LDX 14 1011 1110 lade Register C mit Inhalt von Adresse 14
01 ADD 15 0010 1111 addiere Wert von Adresse 15 zu Register A
02 DCX 1100 dekrementiere Inhalt von Register C (-1)
03 JPX 01 0101 0001 springe auf Adresse 01 wenn Register C nicht Null (0) ist
04 OUT 1110 lade Register O mit dem Inhalt von Register A
05 HLT 1111 halte Programm an
..
14 var 0000 0011 1. Faktor (3)
15 var 0010 0101 2. Faktor (37)
Beispiel LDX, DCX und JPX - Zahlen im Speicher multiplizieren

JPC 0110 - Jump if Carry ↑

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

Adr Befehl Code Beschreibung
00 LDA 15 0001 1111 lade Register A mit Inhalt von Adresse 15
01 ADD 15 0010 1111 addiere Wert von Adresse 15 zu Register A
02 JPC 06 0110 0110 springe wenn Carry Flag auf Adresse 6
03 STA 15 1000 1111 speichere Register A auf Adresse 14
04 OUT 1110 lade Register O mit dem Inhalt von Register A
05 JMP 00 0100 0000 springe auf Adresse 0
06 HLT 1111 halte Programm an
..
15 var 0001 0000 initial (16)
Beispiel: Carry Flag

JPN 0110 - Jump if Negative ↑

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

Adr Befehl Code Beschreibung
00 LDA 14 0001 1110 lade Register A mit Inhalt von Adresse 14
01 SUB 15 0011 1111 subtrahiere Wert von Adresse 15 von Register A
02 JPN 04 0110 0100 springe wenn Negativ Flag auf Adresse 4
03 OUT 1110 lade Register O mit dem Inhalt von Register A
04 HLT 1111 halte Programm an
..
14 var 0001 0000 Minuend (16)
15 var 0001 0010 Subtrahend (18)
Beispiel: Negativ Flag

JPZ 0111 - Jump if Zero ↑

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

Adr Befehl Code Beschreibung
00 LDA 14 0001 1110 lade Register A mit Inhalt von Adresse 14
01 SUB 15 0011 1111 subtrahiere Wert von Adresse 15 von Register A
02 JPZ 04 0111 0100 springe wenn Zero Flag auf Adresse 4
03 OUT 1110 lade Register O mit dem Inhalt von Register A
04 HLT 1111 halte Programm an
..
14 var 0001 0000 Minuend (16)
15 var 0001 0000 Subtrahend (16)
Beispiel: Zero Flag

SRA 1001 - shift right Register A ↑

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

Adr Befehl Code Beschreibung
00 LDA 15 0001 1111 lade Register A mit Inhalt von Adresse 15
01 SRA 1001 schiebe Inhalt von Register A ein bit nach rechts
02 OUT 1110 lade Register O mit dem Inhalt von Register A
03 HLT 1111 halte Programm an
..
15 var 0100 0000 Zahl (64)
Beispiel: SRA

SLA 1001 - shift left Register A ↑

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

Adr Befehl Code Beschreibung
00 LDA 15 0001 1111 lade Register A mit Inhalt von Adresse 15
01 SLA 1001 schiebe Inhalt von Register A ein bit nach links
02 OUT 1110 lade Register O mit dem Inhalt von Register A
03 HLT 1111 halte Programm an
..
15 var 0010 0000 Zahl (32)
Beispiel: SLA

AND 1010 - AND Register A ↑

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

Adr Befehl Code Beschreibung
00 LDA 14 0001 1110 lade Register A mit Inhalt von Adresse 14
01 AND 15 1010 1111 verknüpfe UND mit Wert von Adresse 15 und Register A
02 OUT 1110 lade Register O mit dem Inhalt von Register A
03 HLT 1111 halte Programm an
..
14 var 0000 0100 Zahl (4)
15 var 0000 0110 Maske (6)
Beispiel: UND Verknüpfung

OR 1010 - OR Register A ↑

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

Adr Befehl Code Beschreibung
00 LDA 14 0001 1110 lade Register A mit Inhalt von Adresse 14
01 OR 15 1010 1111 verknüpfe ODER mit Wert von Adresse 15 und Register A
02 OUT 1110 lade Register O mit dem Inhalt von Register A
03 HLT 1111 halte Programm an
..
14 var 0101 0101 Zahl (85)
15 var 1010 1010 Maske (170)
Beispiel: ODER Verknüpfung

LDX 1011 - laden Register C ↑

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

Adr Befehl Code Beschreibung
00 LDX 15 1011 1111 lade Register C mit Inhalt von Adresse 15
01 HLT 1111 halte Programm an
..
15 var 0001 1111 Zahl (31)
Beispiel: Lade den Inhalt einer Speicheradresse in Register C

DCX 1100 - Decrement Register C ↑

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

Adr Befehl Code Beschreibung
00 LDX 15 1011 1111 lade Register C mit Inhalt von Adresse 15
01 DCX 1100 dekrementiere Inhalt von Register C (-1)
02 HLT 1111 halte Programm an
..
15 var 0000 0011 Zahl (3)
Beispiel: dekrementiere Inhalt von Register C

INP 1101 - laden decimal Input ↑

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

Adr Befehl Code Beschreibung
00 INP 1101 lade Dezimaleingabe von Tastatur in Register A
01 OUT 1110 lade Register O mit dem Inhalt von Register A
02 HLT 1111 halte Programm an, weiter mit run
03 JMP 00 0100 0000 springe auf Adresse 0
Beispiel: Dezimal I/O

OUT 1110 - Output ↑

Ausgabe von Inhalt Register A nach Register O(ut)

Adr Befehl Code Beschreibung
00 LDA 15 0001 1111 lade Register A mit Inhalt von Adresse 15
01 OUT 1110 lade Register O mit dem Inhalt von Register A
02 HLT 1111 halte Programm an
..
15 var 0000 1100 Zahl (12)
Beispiel: Eine Zahl im Speicher anzeigen
HLT 1111 - Halt Program ↑

Stoppt bzw. unterbricht die Programmausführung durch Anhalten des Zeitgebers

Adr Befehl Code Beschreibung
00 HLT 1111 halte Programm an, weiter mit run
01 JMP 00 0100 0000 springe auf Adresse 0
Beispiel: Programmausführung anhalten

↑

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

16 Byte ROM Modul in Relaiscomputer

Abb: 16 Byte ROM Modul in Relaiscomputer

RAM

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

1 Byte RAM Modul in Relaiscomputer

Abb: 1 Byte RAM Modul in Relaiscomputer

zurück zum Seitenanfang ↑

Begriffsklärung Programmierung

Hier findest Du eine kurze Begriffsklärung und weiterführende Informationen zu den Inhalten auf dieser Seite. Über die Links gelangst Du bspw. zu Wikipedia. ↑