מטח אוגוסט 20051 מבוא למערכות מחשב ואסמבלי מצגת 1 תכנית...

1מטח אוגוסט 2005

מבוא למערכות מחשב ואסמבלי

1מצגת

תכנית הלימודים ופרק המבוא

תכנית הלימודים נושא זה עוסק בעקרונות פיתוח תוכניות בשפת סף, •

ובהכרת הקשר בין המבנה )ארכיטקטורה( של המעבד של המחשב האישי לתוכנה.

המטרות העיקריות של המקצוע הם:•להקנות לתלמיד היכרות עם הארכיטקטורה של המחשב –

האישי – הכרת היחידות הבסיסיות במיקרומחשב והקשר ביניהם.

לאפשר היכרות והתנסות בפיתוח תוכניות בשפת סף.–

להבין כיצד מתבצעת תוכנית בשפת סף במחשב. –

להכיר את ההתפתחויות שחלו במחשבים מודרניים שנועדו –לשפר את זמן הריצה של תוכנות מחשב.

ספר הלימוד: המחשב הדיגיטלי1פרק

מבוא 1.1מודל מופשט של מחשב1.2מבנה מחשב פשוט ואופן ביצוע ההוראות בשפת מכונה1.3הקשר בין יחידות המחשב1.4

ייצוג מידע במחשב2פרק מבוא2.1ייצוג מספרים שלמים2.2ייצוג מספרים ממשיים2.3ייצוג טקסט2.4ייצוג תמונה2.5יחידות זיכרון לאחסון מידע במחשב2.6

ספר הלימוד )המשך(: פעולות אריתמטיות על ייצוג בינארי במחשב3פרק

חיבור וחיסור מספרים בינאריים בלתי מכוונים3.1שיטות לייצוג מספרים בינאריים מכוונים3.2חיבור וחיסור מספרים בינאריים שלמים מכוונים3.3תחום הייצוג של מספרים בינאריים שלמים מכוונים ובלתי מכוונים3.4

8086 שפת אסמבלי והמודל התכנותי של מעבד 4פרק מבוא4.18086המודל התכנותי של ה-4.28086ארגון הזיכרון במעבד 4.3כתיבת תכנית בשפת אסמבלי4.4הגדרת משתנים בשפת אסמבלי4.5

נספח – תיאור תהליך הרצת התכנית

ספר הלימוד )המשך(: תכנות בסיסי בשפת אסמבלי5פרק מבוא5.1הוראות להעברת נתונים5.2הוראות אריתמטיות – חיבור וחיסור5.3הוראות בקרה5.4הוראות כפל וחילוק5.5הוראות לוגיות5.6הוראות הזזה וסיבוב5.7

שיטות מיעון, מערכים ורשומות6פרק הצהרה על מערכים ורשומות6.1שיטות מיעון6.2Immediate addressingמיעון מיידי 6.3Register addressingמיעון אוגר 6.4Direct addressing modeמיעון ישיר 6.5Indirect Addressing Registerמיעון עקיף בעזרת אוגר 6.6(Direct Indexed Mode)מיעון אינדקס 6.7Base Relative Addressingמיעון בסיס6.8Based Indexed Addressing Modesמיעון אינדקס-בסיס 6.9

ספר הלימוד )המשך(: מחסנית, שגרות ומקרו7פרק

מבוא7.1כתיבת פרוצדורה וזימונה7.2המחסנית ומצביע המחסנית7.3העברת פרמטרים7.4מימוש משתנים מקומיים7.5העברת מערך כפרמטר לפרוצדורה7.6מימוש פונקציות7.7פונקציה רקורסיבית7.8מקרו7.9

ספר הלימוד )המשך(: עיבוד מחרוזות ובלוקים של נתונים8פרק

הגדרת מחרוזות בשפת אסמבלי8.1מבנה של הוראות מחרוזת8.2MOVSהעתקת מחרוזות – ההוראה 8.3חזרה על פעולת ההעתקה8.4STOS( Store a String)כתיבת תווים במחרוזת – ההוראה 8.5)LODS )Load a Stringקריאת תו ממחרוזת – ההוראה 8.6)CMPS )CoMPare String השוואת מחרוזות ההוראה 8.7)SCAS )SCAn String חיפוש תו במחרוזת הוראה8.8XLATטבלאות תרגום וההוראה 8.9

ספר הלימוד )המשך(: פסיקות וקלט-פלט9פרק מבוא9.1 DOS שימוש בשגרת השירות של 9.28086מנגנון ביצוע פסיקות במעבד 9.3קריאה ושינוי של פסיקה9.4OUT ו- INהוראות 9.5

ארכיטקטורה של מעבדים מתקדמים10פרק ההשפעה של ההתפתחות הטכנולוגית על מבנה מעבדים מתקדמים10.1

מבנה האוגרים במעבדים מתקדמים10.2(pipelining)ארכיטקטורת "צינור הוראות" 10.3ארגון זיכרון10.4

פדגוגיה

בעיות:•מושגים רבים חדשים–

שילוב מהיר של התנסות–

סדר הלימוד:הצגת חומרה קודם? –

הצעות:•מבט-על מופשט והעמקה בצורה ספירילית–

(5 )עיבוד על ייצוג בינארי יחד עם פרק 3להציג פרק –

שימוש בסימולטור –

קישור לידע קיים במדעי המחשב–

התייחסות לתפישות של תלמידים על המחשב ואופן השימוש –בו

ספרות

הוצאת בי"ס לטכנולוגיה של או"פ8086/88שפת סף •ארגון המחשב ותכנותו – הוצאת או"פ•, ג'ון אופנבק, 8086/88משפחת המיקרופרוססרים •

תרגום לעברית של או"פ• Computer Organization and Assembly Language

Programming, Thorne M.• The 80x86 Family, Design, Programming and

Interfacing, Uffenbeck J.• Structured Computer Organization, by Andrew

Tanenbaum

פרק ראשון מבוא

ותמטר• של מחשב ואופן ביצוע תכניתמבט-עלהצגת –הצגת הסיבות ללימוד המקצוע–הכרת המושגים הבאים: תכנה, חומרה, ארכיטקטורה, –

ארגון, מהדר/מפרש, שפות נמוכות ושפות עיליות, ארכיטקטורת פון ניומן

תכנים:•ארכיקטורה וארגון של מחשב–מחזור הבאה-ביצוע של הוראות ומבנה מחשב פשוט–היסטוריה: התפתחות של מחשבים–

המחשב הדיגיטאלי

הוא מכונה המורכבת מרכיבים דיגיטאלי המחשב•רבים ובאמצעותו, ניתן לפתור בעיות שונות

שפתרונן מוגדר כתכנה.

אוסף הרכיבים של המחשב (:hardwareחומרה )•החל

מהתקנים היקפיים)חיצוניים( כמו מקלדת, עכבר, ... וכלה ברכיבים הפנימיים כמו מעבד, זיכרון ועוד.

מורכב מאלפי מעגלים אלקטרוניים ורכיבים מכאניים–

מחשב

המחשב הדיגיטאלי: הוא מונח המתייחס לאוסף (software)התכנה •

של תכניות מחשב המורכבות מהוראות ונתונים.סוגי תכנה:–

אוסף תכניות שמספקות פונקציות שרות כלליות •למשתמש במחשב, כגון מערכת הפעלה,

מהדרים, ...יישומים מסוגים שונים - נועדו לביצוע משימות •

מוגדרות, כגון: מעבד תמלילים, תכנה לניהול משחק מחשב וכדומה. , ספרית וידאו

חמרה ותכנה

הפרדה בין חמרה ותכנה•הפרדה מאפשרת להתייחס למחשב כאל מכונה –

למטרות כלליות, בו ניתן להריץ מגוון של יישומים שונים על אותה החמרה, לדוגמה:

ממעבדי תמלילים, גיליונות אלקטרוניים, מוזיקה, מולטימדיה •יישומי תקשורת ועוד.

התלות הדדית: •התכנה מגדירה מה המחשב צריך לבצע או את אופן –

הפעולה של החמרה, ומכאן התכנה שולטת בחמרה.החמרה מגדירה איזה סוג תכנה תוכל לפעול עליה, –

במלים אחרות, אלו הוראות ניתן יהיה לכתוב ואיך תפעל התכנית.

מחשב

היבטים שונים

מחשב

מתכנת

שפות תכנות

מהדרים

ארכיטקט/ מהנדס

רכיבים אלקטרונייםטכנולוגיה

משתמש

יישומיםממשק

GUIמשתמש

שפת המחשב Low level languageשפות נמוכות

(Machine Languageשפת מכונה )•1 ו- 0בשפה בינארית הוראה אוסף –

(Assembly languageשפה אסמבלי או שפת סף )• בשפת סף במקום מספרים בינאריים יש קודים –

מנמוניים( Mnemonic codes . )קוד מנמוני נכתב באותיות לטיניות, והוא מורכב –

ממילה או מקיצור של מילה המייצגת פעולה שיש לבצע.

)ADD, CMP )CoMPareלדוגמה: –

ניידות – , לכל הוראה בשפת סף יש הוראה בשפת מכונה– חוסר בחומרה תלות חסרון

שפת המחשב High level language שפות עיליות

איך מתכנת "מתקשר" עם המחשב?שפות עיליות הן מופשטות •

הוראות בהן דומות לשפה טבעית והן מגדירות –פעולות בצורה לוגית בלי להתייחס לחמרת

המחשב. לדוגמה, כדי לכתוב הוראת קלט אנו משתמשים •

ורשימה ( read)במילה המציינת פעולת הקריאה של משתנים בהם יאחסנו נתונים

אנו לא מתייחסים כלל למקלדת, למבנה, לאופן •הפעולה והקישור למחשב

ניידות - , בחומרה תלות אין יתרון

תיווך בין שפת המכונה לשפה עילית

• : פירוש או הידור מכונה לשפת עילית משפה תרגוםמתאים • מפרש או מהדר מחשב סוג לכלשונה - • חמרה עם למחשב ממחשב תכנית להעביר

שוב מהדרים

exeקובץ

JAVAתפישה* חדשה ב -

בקורס* לא

מודל מכונה וירטואלית

הנחות:תיאור מופשט )אבסטרקטי( מאפשר להבין •

את המבנה ועקרונות של הפעולה של המחשב מבלי לרדת לפרטים של אופן

המימושרמות הפשטה:•

L1תכנית נכתבת למכונה וירטואלית בשפה –L0יש אפשרות לתרגם לתכנית בשפה ––L0 מתבצעת על מכונה M

חמרה

תכנה

מודל השכבות :0רמה •

שערים לוגיים ופעולות לוגיות–מימוש רכיבים כמו אוגרים, מונים, מסכמים–מבוסס על רכיבים אלקטרוניים –

: ארכיטקטורה של ארגון של המכונה1רמה • (hardware system architecture- HAS)

מתאר באופן עקרוני כיצד המחשב פועל כדי –לבצע את הוראות המכונה.

מהן היחידות העיקריות במחשב ומה הקשר –ביניהם, איזה מידע זורם בין היחידות השונות

מודל השכבות : ארכיטקטורה של אוסף הוראות 2רמה •

המכונה (Instruction Set Architecture ובקיצור - ISA )

מהן הפעולות שמחשב מסוגל לבצע, למשל:– האם כפל היא אחת מפעולות של המחשב או –

שלביצוע הכפל עלינו להשתמש בפעולות חיבור בלבד

מבנה של הוראה –סוגי נתונים בהם המחשב מטפל ואופן הגישה –

אליהם.

מודל השכבות (operating system – מערכת הפעלה )3רמה •

מערכת הפעלה היא תכנה המתווכת בין משתמש מחשב –)משתמש ביישום או מתכנת( לבין החמרה ומטפלת

בהקצאת משאבי המחשב ובביצוע פעולות הדרושות להרצת תכנית.

ומספקת שירותים ISAמערכת הפעלה מרחיבה את –נוספים

לדוגמה, מערכת הפעלה מטפלת בהרצה של תכניות מספר •תכניות במקביל

מערכת הפעלה מספקת שירותים שונים וביניהם טיפול בקבצים •השמורים על זיכרונות חיצוניים, דיסק קשיח למשל, ובאחזורם.

– שפת אסמבלי )מתורגמת לשפת מכונה(4רמה • – שפה עילית )מתורגמת לשפת מכונה(5רמה •

לרמות בהרחבה מתייחסים אנו זה - 1,2בקורס 4ו

ארכיטקטורה וארגון המחשב

(: Architectureארכיטקטורה )מאפיינים של מחשב מנקודת מבט של מתכנת:

פעולות שמחשב מסוגל לבצע, למשל, האם כפל היא אחת מפעולות של המחשב או שלביצוע הכפל עלינו

להשתמש בפעולות חיבור בלבד; מבנה של הוראה;

סוגי נתונים בהם המחשב מטפל ואופן הגישה אליהם.

מתייחס לשאלה “מה” המחשב יודע לעשות? HSA - 1 – אוסף הוראות המכונה, רמה ISA 2רמה

ארכיטקטורה וארגון המחשב(:Organizationארגון )

מנקודת מבט של ארכיטקט/מהנדס, מתאר באופן עקרוני כיצד המחשב פועל כדי לבצע את הוראות:

באילו רכיבי חומרה אנו משתמשים בהוראה, •מהן היחידות העיקריות במחשב ומה הקשר ביניהם, •איזה מידע זורם בין היחידות השונות. •הגדרה לוגית של המעגלים הדרושים לביצוע הוראות •

המכונה, למשל האם פעולת כפל תמומש בעזרת חומרה )מעגל אלקטרוני( או בתכנה על ידי סדרה של פעולות

חיבור.

המכונה הדיגטאלית0, רמה HSA 1רמה

ארכיטקטורה וארגון המחשב

במחשבים אישיים נשמר עקרון תאימות •(Compatibility :)

( 80תכניות שנכתבו למחשבים ישנים )שנות ה- מורצים גם במחשבים מודרניים:

–ISA של מחשב מודרני כולל ISAשל מחשב ישן –HAS והמימוש של מחשב ישן שונה מזה של מחשב

מודרני

למה ללמוד שפת סף/שפת מכונה? דרך טובה ללמוד את מבנה המחשב והקשר בין •

תכנה לחמרה וכך לשפר את ההבנה והתכניות בשפות עיליות

כשמריצים רקורסיה למה יש בעיה של זיכרון?–למה מתקבלת תוצאה נכונה כשמחברים שני מספרים –

שלמים גדולים?איך משפיעים מבני התכנות שבהם אנו משתמשים על –

זמן ביצוע התכנית?

כתיבת יישומים המתייחסים להתקני חמרה •וחלקים ממערכת ההפעלה

יישומים של זמן אמת )כיום משתמשים גם בשפות •(Cעיליות – שפת

ISAבכתיבת קומפיילרים צריך להכיר את •

ארכיטקטורת פון ניומן von Neumann architecture

מגורמים • מושפעת מחשב של הארכיטקטורה יישומים, תכנות, שפות טכנולוגיה, כמו: רבים וגם המחשבים התפתחות של היסטוריה

ההתפתחות הצפויה בתחום המחשוב. ארכיטקטורה • על מבוססים היום המחשבים רב

פון ניומן שפותחה לפני כשישים שנהבשנת • פתחו מדענים של וצוות ניומן 1951פון

שנקרא רעיון EDVACמחשב על המבוסס מהפכני בארכיטקטורה שלו.

ארכיטקטורת פון ניומן von Neumann architecture

) לפיו stored program )התכנית המאוחסנתעקרון •תכנית מאוחסנת כמספרים באותו זיכרון בו מאוחסנים

הנתונים. מבנה סכמתי•תפקידו לבצע את התכנית ( Processorהמעבד ) •

בה מאוחסנים נתונים ( Memory)יחידת הזיכרון •והוראות

( יחידת הקלט/פלטI/O Devices משמשת )לקליטת נתונים מהמשתמש ולהצגת תוצאות של

ביצוע התכנית

ערוצי תקשורת הנקראים פסים(bus ) והםמקשרים בין יחידות שונות ומעבירים מידע מיחידה

ליחידה.

איך מתבצעת תכנית במחשב?

כותבים תכנית ומתרגמים אותה לשפת מכונה •בעזרת מערכת ההפעלה טוענים ומריצים •

ההרצה כוללת מספר פעולות שהן שקופות –מבחינתנו וביניהן: התכנית בשפת מכונה

והנתונים של התכנית נטענים לזיכרון תהליך ביצוע של הוראות התכנית:•

לכל הוראה מתבצע מחזור הבאה-ביצוע הכולל שני שלבים :

– קריאת ההוראה ( fetch)שלב הבאה –ופענוחה

ההוראה( execute)שלב ביצוע –

ארכיטקטורה של "מחשב" פשוט( של מחשב:HAS ו- ISAכדי להבין את הארכיטקטורה )•

נתכנן “מחשב” פשוט בארכיטקטורת פון ניומן.–נגדיר שפת מכונה בסיסית באמצעותה נכתוב תכניות–ה"מחשב" הפשוט יוכל לבצע את מחזור הבאה-ביצוע של –

תכנית המאוחסנת בזיכרון

מטרות פדגוגיות:מבט-על–להבין את המבנה של הוראה בשפת מכונה–להבין איך מתבצעת הוראה–שימוש במודל פשוט יסייע להבין בהמשך את אופן פעולה של –

מחשבים מתקדמים: המודל הפשוט יכיל תיאור של הרכיבים שמגדירים מצב –

תכנית בתהליך ביצוע מחזור הבאה-ביצוע

ארכיטקטורה של "מחשב" פשוטהזיכרון לאחסון הוראות ונתונים

תאים:100הזיכרון בנוי כמערך חד-ממדי המכיל •.99 ל- 0לכל תא בזיכרון יש כתובת שהיא מספר בין – 6בכל תא ניתן לאחסן מספר עשרוני )שלם וחיובי( בן –

ספרות שהוא: הוראה, נתון או כתובת של תא בזיכרון. המעבד יכול לפנות לכל תא בזיכרון על ידי ציון •

כתובת התא ולבצע אחת משתי הפעולות הבאות א. קריאה של תוכן התא –ב. כתיבה נתון )כתיבת הוראות מתבצעת בנפרד –

מהרצת התכנית(.

ארכיטקטורה של "מחשב" פשוטמבנה המעבד:

שתי יחידות כולל כדי לבצע מחזור הבאה-ביצוע המעבד עיקריות:

יחידת בקרה המטפלת בשלב ההבאה )הכולל גם פענוח של •הוראה(

יחידת ביצוע המטפלת בביצוע החישובים•

יחידת הבקרהכדי לבצע את שלב ההבאה היא צריכה שני סוגים של מידע:

כתובת של התא בה מאוחסנת ההוראה שעליה לבצע •מילון כדי לדעת לפענח את ההוראה.•

ארכיטקטורה של "מחשב" פשוט ירגון יחידת הבקרה:א•

יחידת זיכרון:( register)אוגר –גודלה תא אחד • ספרות )כמו תא בזיכרון( 6יכול להכיל מספר בן •אין צורך בכתובת ואנו פונים אליו בשם שניתן לאוגר. •

שני אוגרים חשובים:• משמש לשמירה של הכתובת של ההוראה שעל IPאוגר –

המעבד להביא מהזיכרון והוא נקרא מצביע להוראה (Instruction Pointer.)

משמש לשמירת ההוראה שהובאה מהזיכרון אל IR אוגר – Instructionהמעבד והוא נקרא אוגר הוראות(

Register ).ובו משתמשים לצורך פענוח ההוראה

רכיבים וספים שלא נתייחס אליהם: יחידה לחישוב כתובת, יחידה לטיפול בפניה לפסים, •יחידה לפענוח הוראות וכדומה

ארכיטקטורה של "מחשב" פשוט

יחידת הביצוע(ALUיחידה אריתמטית לוגית )•

תפקידה לבצע את הוראות התכנית. –

הוראות בתכנית מגדירות פעולות שונות •כמו: העברת נתונים ממקום למקום,

חיסור, כפל, פעולות אריתמטיות ) חיבור, (, פעולות לוגיות כמו השוואה בין חילוק

ערכים

ארכיטקטורה של "מחשב" פשוט

ALUיחידות זיכרון בהן משתמש ה- •יחידות זיכרון לשמירת נתונים עליהם מתבצעות –

הפעולות : כל פעולה אריתמטית או לוגית אילוץ חומרה•

)חיבור/השוואה( שמבצעת היחידה האריתמטית לוגית, מתבצעת על נתונים שנמצאים באוגרים אלו. במחשב

אוגרים למטרות כליליות אותם נכנה כ: 2שלנו יש DR1 -ו DR2 .

)FR )Flag Registerאוגר נוסף הנקרא אוגר דגלים –

תפקידו לשמור תוצאות של ביצוע פעולות לוגיות•? צריך לשמור מידע X = Y לדוגמה, בביצוע השוואה האם –

)אמת או שקר(

זיכרון

מעבד כתובת יחידת בקרה יחידת ביצוע 01 2 DR1 3 IR 4 DR2 5 IP 6 FR 7 8 9

" פשוט " מחשב של סכמתי מבנה

ביצוע לאחר מחשב של מצב לתאר יאפשר זה סכמתי מבנהמסוימת הוראה

הגדרת אוסף הוראות ה"מחשב" הפשוט -ISA

הוראה בשפה עילית מכילה:•( שהיא מילה שמורה operator) פעולה הנקראת אופרטור –עליהם מתבצעת הפעולה. ( operand)אופרנדים –

A במשתנה 8לדוגמה את ההוראה: שים את הערך • ניתן לרשום בשפה עילית בצורה הבאה:

בשפת פסקלC בשפת A: = 8; A= 8;

. 8 והקבוע Aהוראת ההשמה כוללת אופרטור '=' ושני אופרנדים: המשתנה •

ההוראות בשפה עילית מורכבות ויכולות להכיל מספר אופרטרים •ומספר אופרנדים.

B : A=A+B+Cלדוגמה ההוראה )פסאודו-קוד( : –. C ו-A, B כוללת שני אופרטרים: '+' ו- '=', ושלושה אופרנדים

יותר כגון הוראת ישנן הוראות מורכבות עוד הכוללת if או forבשפה עילית תנאים לוגיים מורכבים ועוד.

המבנה של הוראות במחשב שלנו הוא הרבה •יותר פשוט. כל הוראה צריכה לכלול רק:

אופרטור אחד –. 2 ל- 1מספר האופרנדים משתנה בין –

אילוץ חומרה: מבנה הוראות פשוט למה?•מאפשר לבנות חמרה מתאימה המפענחת

את ההוראה בצורה חד משמעית.

במחשב שלנו הוראה תהיה אחת משני המבנים •הבאים הבא:

• operator operand1 • operator operand1 operand2

קיימים שלושה סוגים של אופרנדים: •נתון– (DR2או DR1 אוגר )–תא זיכרון )משתנה בשפה עילית( . –

בזיכרון • אחד בתא נשמרת ההוראה כל כי נניח לכל יהיה הוראה את שמייצג המספר )כלומר

ספרות(. 6היותר בן

של בהגדרת אוסף הוראותשיקולים ISAמחשב -

הוא מורכב וכולל שיקולים רבים:ISAתכנון •אילו הוראות יכיל אוסף הוראות של המחשב –

הפשוט?קובע את כללי המשחק מנקודת מבט של מתכנת, צריך •

לתת תמיכה במימוש של שפות עיליות יותר מעגלי פענוח ומעגלים למימוש יותר פקודות•

איך מעבד ידע לפענח הוראה?–איך מעבד יבדיל בין הוראה לנתון?–הטכנולוגיה הקיימת:–

האם ניתן לממש פעולה במעגל? מחיר? זמן ביצוע?•

תכניות 5נגדיר לכתוב שיאפשרו הוראות: שלהן הביצוע תהליך את ולתאר פשוטות

השמה 1. הוראת

חיבור 2. הוראת

השוואה 3. הוראת

מותנית 4. בלתי קפיצה הוראת

מותנית 5. קפיצה הוראת

ההשמה הוראת הכוללת שני אופרנדים השמההוראת מבנה לוגי של א.

1אופרנד ← 2משמעותה היא: אופרנדאילוצים:•

DR1, DR2 חייב להיות אוגר משני האוגרים 1אופרנד– יכול להיות אחד משלוש האפשרויות: נתון, אוגר 2אופרנד–

או תא בזיכרון.

החלטה זו היא אילוץ בו אנו חייבים להתחשב בכתיבת תכניות במחשב זה. לדוגמה, כדי להעתיק נתון מתא זיכרון אחד לתא אחר, נצטרך להשתמש

בשתי הוראות השמה: הראשונה תעתיק נתון מתא זיכרון לאוגר , והוראה שנייה תעתיק

mov 1 ,אופרנד2אופרנד

השמה הוראת קידודהוראה בשפת מכונה היא מספר ובמחשב שלנו הוא •

ספרות6מספר עשרוני עד צריך פענוח חד משמעי ולדעת להבחין בין סוגי •

ההשמה השונים. לדוגמה בין:MOV DR1, DR2MOV DR1, 23

צריכים לקבוע קוד מספרי ייחודי לכל פעולה ולכל •אוגר כך שפענוח של הוראה יהיה חד משמעי.

אחת האפשרויות להבדיל בין הוראות השמה השונות •היא : לייצג כל הוראת השמה בקוד אחר.

ובהתאם במחשב שלנו יש חמש הוראות השמה המתוארות בטבלה הבאה

הוראת השמה בשפת מכונה של המחשב הפשוט

מספר מציין

קוד פעולה

תיאור מילולי של ההוראה

mov1 register, constant השם קבוע באוגר 01

mov2 register1, register2 השם אוגר באוגר 02

mov3 register, memory השם ערך תא זיכרון באוגר 03

mov4 memory, constant השם קבוע בתא זיכרון 04

mov5 memory, register השם אוגר בתא זיכרון 05

גם לאוגרים נקבע קודים מספריים: DR1 מציין את האוגר 01 קוד •. DR2 מציין את האוגר 02קוד •

99 ל- 0הנתונים בהם המחשב יכול לטפל הם: שלמים בין בלבד!!

הוראת השמה בשפת מכונה של המחשב הפשוט

שהוא קוד 01כיצד המעבד יבדיל בין קוד •? 1DR שהוא אוגר 01 לקוד mov1ההוראה

תשובה: בהתאם למבנה הקבוע של ההוראה בה •שני אופרנדים:

xx yy zz– xxמציין שתי ספרות של קוד פעולה –yy 1מציין שתי ספרות של אופרנד – zz2 מציין שתי ספרות של אופרנד .

מתייחסת לקוד 01כך ההוראה המתחילה ב- • ו- 3 המופיע במיקום 01, ואילו (mov1)פעולה

4( yy או במיקום ) 6 ו -5 (zz) 1 הוא האוגרDR .

המחשב של מכונה בשפת השמה הוראתהפשוט

דוגמאות:• תיאור ההוראה ההוראה בשפת מכונה

01 01 27 mov1 DR1, 27 באוגר 27 השם את הערך DR1

02 01 02 mov2 DR1, DR2 השם ערך אוגר DR2 באוגר DR1

התייחסות למשתנים

משתנה הוא ייצוג לוגי של מקום אחסון בזיכרון. לכל משתנה יש כתובת ותא בו מאוחסן הנתון.

a, כאשר למשתנה a=27לדוגמה, כי לרשום הוראת ההשמה 10מאוחסן בתא שכתובתו

04 10 27 mov4 a, 27 בזיכרון 10 בכתובת 27 השם את הערך

של מכונה בשפת החיבור הוראתהפשוט המחשב

כוללת שני אופרנדים וניתנת לתיאור חיבורהוראת •בצורה הבאה:

add 1 ,אופרנד2אופרנדסוגי אופרנדים מותרים: • ,DR1 חייב להיות אוגר משני האוגרים 1אופרנד•

DR2 יכול להיות אחד משתי אפשרויות: נתון 2 אופרנד•

או אוגר. . 1תוצאת החיבור מושמת תמיד באופרנד •

של מכונה בשפת החיבור הוראתהפשוט המחשב

תיאור ההוראה ההוראה בשפת מכונה

06 01 27 add1 DR1, 27 DR1? DR1 + 27

07 01 02 add DR1, DR2 DR1? DR1 + DR2

לדוגמה:

תיאור מילולי של ההוראה מספר מציין קוד פעולה

add1 register, constant חבר קבוע באוגר 06

add2 register1, register2 חבר ערך שני אוגרים 07

: בזיכרון משתנה נחבר ?DR1= DR1+aאיך

תכנית לדוגמה:A -וBמשתנים,לבצע את הפעולות

A = 23

B = 54

A = A + B

תרגום לשפת מכונה

תיאור הפעולה הוראה בשפת מכונה

04 10 23 mov4 A, 23

04 11 54 mov4 B, 54

03 01 10 mov3 DR1, A

03 02 11 mov3 DR2, B

07 01 02 add2 DR1, DR2

05 10 01 mov5 A DR1

לזיכרון לדוגמה תכנית טעינת מעבד זיכרון

יחידת בקרה יחידת ביצוע 23 10 04 01 04 11 54 2 03 01 10 DR1 3 03 02 11 IR 4 08 01 02 DR2 5 05 10 01 IP 00 6 FR 7 8 9

10 ? 11 ?

טעינת תכנית לזיכרון :

, 0להוראות נקצה את הכתובות החל מ- •

מאותחל לערך זהIPובהתאם אוגר •

למשתנים נקצה את הכתובות:•

a למשתנה 10כתובת

b למשתנה 11כתובת

הרצה – ביצוע מחזור הבאה-ביצוע לכל הוראה

ביצוע הוראה ראשונה:1.שלב ראשון הוא שלב ההבאה והוא כולל מספר •

פעולות: : IPקריאת ההוראה עליה מצביע –

המעבד קורא מהזיכרון את ההוראה הראשונה לביצוע IR ומאחסן אותה באוגר IPשכתובתה שמור ב-

קידום אוגר תכנית: –, כך שהוא מצביע 1 ב- IP המעבד מקדם את האוגר

על ההוראה הבאה )השנייה בתכנית(פענוח ההוראה: –

מפענח את ההוראה כדי לדעת מה עליו לבצע: המעבדקורא שתי ספרות ראשונות ומפענח את סוג ההוראה ואת סוגי •

האופרנדים במילון שלו

פענוח הוראות מילון של הוראות

מספר מציין

קוד פעולה תיאור מילולי של ההוראה

01 mov1 register, constant

02 mov2 register1, register2

03 mov3 register, memory

04 mov4 memory, constant

05 mov5 memory, register

06 add1 register, constant

07 add2 register1, register2

04 10 27

מפענח

קוד ההוראה 04

מצב זיכרון ואוגרים לאחר סיום של ההבאה של ההוראה ראשונה

mov4 A, 23

מעבד זיכרון

יחידת בקרה יחידת ביצוע 23 10 04 01 04 11 54 2 03 01 10 DR1 3 03 02 11 IR 04 10 23 4 08 01 02 DR2 5 05 10 01 IP 01 6 FR 7 8 9

10 ? 11 ?

mov4 A, 23 שלב ביצוע של ההוראה הראשונה

הנתון • את כותב שכתובתו 23המעבד בתאההוראה. 10 בסיום והזיכרון האוגרים מצב

הוא: מעבד זיכרון

10 23 11 ?

סיום מחזור הבאה-ביצוע של ההוראה השנייהmov4 B, 54

10 23 11 54

סיום מחזור הבאה-ביצוע של ההוראה השלישיתmov3 DR1, A

מעבד זיכרון יחידת בקרה יחידת ביצוע 23 10 04 01 04 12 54 2 03 01 10 DR1 23 3 03 02 11 IR 03 01 10 4 08 01 02 DR2 5 05 10 01 IP 03 6 FR 7 8 9

10 23 11 54

סיום מחזור הבאה-ביצוע של ההוראה הרביעיתMOV3 DR2, B

מעבד זיכרון יחידת בקרה יחידת ביצוע 23 10 04 01 04 11 54 2 03 01 10 DR1 23 3 03 02 11 IR 03 02 11 4 08 01 02 DR2 54 5 05 10 01 IP 04 6 00 FR 7 8 9

10 23 11 54

מחזור הבאה-ביצוע של ההוראה החמישיתADD2 DR1, DR2

יחידת בקרה יחידת ביצוע 23 10 04 01 03 11 54 2 03 01 10 DR1 77 3 03 02 11 IR 08 01 02 4 08 01 02 DR2 54 5 05 10 01 IP 05 6 00 FR 7 8 9

10 23 11 54

... הלאה וכך

? תסתיים תכנית איך

סיום תכנית

שתי אפשרויות:•להשתמש במונה של מספר הוראות בתכנית–עוד חומרה )מונה(, לא גמיש לשינויים–להשתמש בהוראת סיום מיוחדת–

ההוראה סיים תכנית בלי אופרנדים:•

הכוללת תכנית לביצוע שנייה דוגמהמותנה ביצוע הוראת

הוראות • ביצוע רק לא כוללות רבות תכניות באופן סדרתי אלא גם ביצוע מותנה )הוראות

תנאי( ולולאות. התנאי • הוראת את לבצע ברצוננו לדוגמה,

הבאה: אזיA = Bאם

אחרת B = 2

עוד הוראות - הוראת השוואהכוללת שני אופרנדים וניתנת לתיאור השוואה ההוראה ל•

בצורה הבאה:compare 1 , אופרנד2אופרנד

בשפת מכונה של המחשב שלנו:(DR2 או DR1 חייב להיות אוגר נתונים )1 אופרנד• יכול להיות נתון או אוגר. 2אילו אופרנד•

שתי הוראות השוואה שונות:

תיאור מילולי של ההוראה מספר המציין קוד פעולה

compare1 reg, const ?לנתון =האם אוגר 08

compare1 reg1, reg2 ?2לאוגר =1האם אוגר 09

הוראת השוואה )המשך(

תוצאה של פעולת השוואה היא אחת משני •הערכים: אמת או שקר.

היחידה אריתמטית לוגית מבצעת את פעולת • 0ההשוואה ורושמת בהתאם לתוצאה את הערך

לציון שקר באוגר הדגלים. 1לציון אמת או תפקידו של אוגר הדגלים: לשמור תוצאות של •

פעולות לוגיות ותכונות אחרות הנגרמות מפעולות חישוב )לדוגמה האם התוצאה היא

אפס? האם התוצאה שלילית? וכדומה(.

מותנת הוראת קפיצה

מאפשרת לעבור להוראה מסוימת בתכנית •. IPשאינה בהכרח ההוראה עליה מצביע אוגר

0בהוראה זו רק אופרנד אחד והוא נתון )בין •( המציין כתובת של הוראה אליה נדלג. 99ל-

jumptrue operand 10קוד הוראה זו הוא:

ההוראה לפעולת דומה זו then: פעולה (:elseללא )ifתנאי< >

מותנת הוראת קפיצהאלגוריתם לביצוע ההוראה:

אזי 1אם ערך אוגר דגלים הוא •קפוץ בביצוע ההוראה הבאה להוראה שכתובתה נתון כאופרנד,–

אחרת IPהמשך כרגיל להוראה הבאה עליה מצביע –

עבור 1 משמעותה: אם ערך אוגר הדגלים 03 10דוגמה, ההוראה , אחרת המשך לביצוע ההוראה העוקבת 03לביצוע הוראה שבכתובת

להוראה נוכחית

כדי לקפוץ לכתובת שנתון כאופרנד, המעבד צריך בזמן ביצוע• IP ההוראה לשנות את ערכו של

ל מותנת ההוראה בלתי קפיצהבהוראה זו הקפיצה להוראה שכתובתה הוא

האופרנד אינה תלוי באוגר הדגלים ומתבצעת תמיד

jump operand :11 קוד הוראה זו הוא

אלגוריתם לביצוע ההוראה:קפוץ בביצוע ההוראה הבאה להוראה שכתובתה נתון –

כאופרנד,

תרגום תכנית לשפת מכונה

מיקום הוראה

בזיכרון תיאור ההוראה הוראה בשפת מכונה

0 03 01 10 DR1 = A

1 03 02 11 DR2 = B

? DR1 = DR2 האם 02 01 09 2

3 10 06 jumptrue 06

4 04 11 02 B = 2

5 11 07 jump 07

6 04 10 02 A= 2

7 00 end

אזיA = Bאם A = 2

אחרת B = 2

2ביצוע תכנית לדוגמה

אפשרויות: 2לביצוע תכנית זו יש •B שווה ל- Aמסלול אחד של ביצוע במקרה ו- –.B שונה מ- Aמסלול שני של ביצוע במקרה ש- –

מצב התחלתי לאחר טעינת התכנית לזיכרון:• מעבד זיכרון

יחידת בקרה יחידת ביצוע 10 01 03 01 03 02 11 03 02 11 2 09 01 02 DR1 10 01 02 3 10 06 10 06 IR 4 04 11 02 DR2 04 11 02 5 11 07 11 07 IP 00 6 04 10 02 FR 04 10 02 7 00 00 8 9

10 40 11 30

שונה Aתיאור תהליך ביצוע התכנית במקרה ש- Bמ-

במקרה כזה מתבצעות ההוראות הבאות:• DR1 = A

DR2 = B0 ? אוגר הדגלים מתעדכן ל- DR1 = DR2האם

jumptrue 06 נכשל B = 2

jump 07

jump 07ביצוע ההוראה

שלב ההבאה:05קרא את ההוראה שבכתובת • IP=6 להוראה הבאה, IPקדם •פענח את ההוראה•

שלב ביצוע:07 ל- IPשנה ערך אוגר •

שווה Aתיאור תהליך ביצוע התכנית במקרה ש- Bל-

במקרה כזה מתבצעות ההוראות הבאות:• DR1 = A

DR2 = B1 ? אוגר הדגלים מתעדכן ל- DR1 = DR2האם

jumptrue 06 מצליח A = 2

jump מתבצעת בדומה להוראה jumptrue 06הוראה

המחשב יחידות בין קשרHASנקודת מבט של ארכיטקטורה של החמרה • כיצד מתבצע הקשר בין היחידות השונות במחשב?•במחשב ישנם שלושה סוגים של פסים )אוסף •

מוליכים המקשרים בין יחידות שונות(: ( בו מועברים נתונים והוראותData bus )פס הנתונים–( בו מועברות כתובות של Address bus )פס הכתובות–

תאי זיכרון( בו מועברת סוג הפעולה: Control bus )פס הבקרה–

קריאה או כתיבה

מספר המוליכים בפס קובע את גודל המידע שיכול להיות .1 או 0מועבר כשבכל פס מועבר

המחשב יחידות בין קשר

מחזור קריאה מהזיכרון

מחזור כתיבה בזיכרון

סינכרון - שעון פנימי

one cycle

את קצב העבודה של המעבד מכתיבת שעון פנימי ש:

מסנכרן את פעולות המעבד, הפסים ושאר היחידות והוא טריגר •לביצוע אירועים שונים

0 אות שעון הוא אות ריבועי שעולה ל- ולאחר זמן מה יורד ל- • מייצגים מתח(0 ו- 1)

0 וירידה ל- 1מחזור אחד : זמן של עליה ל- •

תדר הוא מספר מחזורים בשניה נמדד כיום במאות מיליוני •מחזורים בשנייה

מחשב של עבודה וקצב פנימי שעוןמחזור מכונה אחד מודד זמן ביצוע של פעולה אחת•פעולות מתבצעות מחוץ למעבד – מעבד פונה לזיכרון או להתקן •

קלט/פלט הן פעולות יקרות כי היחידות החיצוניות איטיות מחזורי 4 פעולות = 4 8086בקריאה/כתיבה מזיכרון/לזיכרון במעבד •

מכונה: הוצאת כתובת לפס כתובות, קביעת אות בקרה, מעבד ממתין לנתון, העברת נתון למעבד(

קריאה/כתיבה מיחידות קלט/פלט פעולה עוד יותר איטית )תלוי •בהתקן(

:הערכת זמן ביצוע של הוראות•לכל הוראה בשפת מכונה, מספק היצרן מספר מחזורי שעון –

לביצוע: יש איטיות ויש מהירות יותרהערכה:–

הוראות ארוכות )תלוי במספר אופרנדים והסוג שלהם( יארכו יותר •זמן לקריאה.

הוראות שביצוען לא דורש גישה לזיכרון)קלט/פלט( נוספת לזיכרון •מעבר לזמן קריאת ההוראה עצמה מהיר יותר

מחשב של עבודה וקצב פנימי שעוןתדר הוא מספר מחזורים בשניה נמדד

כיום במאות מיליוני מחזורים בשנייה, אז מחשבים מהירים מאוד

מה אכפת לנו מזמן ביצוע הוראה בודדת?

תשובה אחת – התדר שמוצג הוא זמן של ביצוע •

פעולה במעבד אבל ביצוע תוכנית יש פניה ליחידות חיצוניות

•501MHz לא אומר זה מספר ההוראות שתתבצענה

אבני דרך בהתפתחות של מחשביםהתפתחויות בשלושה מישורים:•

בטכנולוגיה–ארכיטקטורה–תכנה–

פרה היסטוריה – •מחשבים הם אנשים–פיתוח מחשבונים – ביצוע משימות ייעודיות–

•Pascaline ,של פסקל, מכונת צעדים של לייבניץ בבג' אבי רעיון מכונה ליישומים כלליים, המכונה

של הולריית

אבני דרך בהתפתחות של מחשבים1937-1953דור ראשון של מחשבים אלקטרוניים

טכנולוגיה – שפופרות ריק•ארכיטקטורה של פון ניומן ועקרון התכנית המאוחסנת•תכנה: שפת מכונה ושפת אסמבלי •

(1954-1962)דור שני של מחשבים אלקטרוניים טכנולוגיה – טרניזסטורים )מזעור, מהירות, חסכון באנרגיה( •ארכיטקטורה: הוסיפו רכיבים שאפשרו גישה מהירה •

לאיברי מערך ויחידת חומרה לחישובים בשיטת נקודה צפה. תכנה: שפות עיליות )פורטרן, קובול( •

אבני דרך בהתפתחות של מחשבים(1963-1972דור שלישי )

) IC )integrated circuitsטכנולוגיה – מעגלים מוכללים •

פותחו טכניקות לתכנון מעבדים ארכיטקטורה : •מורכבים יותר מה שאפשר לפתח טכניקות של תכנות

מקבילי )הרצת מספר משימות על מעבד בודד(. UNIX, מערכת הפעלה Cתכנה: שפת •

(1972-1984דור רביעי )

VLSIטכנולוגיה – שיפור במעגלים מוכללים •

ארכיטקטורה : מחשב שלם על צ'יפ אחד -< הופעת מחשב •אישי

תכנה: פתוח שפות תכנות דקלרטיביות •

אבני דרך בהתפתחות של מחשבים(1984-1990 )5דור

טכנולוגיה – מזעור, שפור בזכרונות )הקטנת זמן גישה , קבולת •גדלה(

מעבדים משתפים פעולה עיבוד מבוזר - ארכיטקטורה : •כדי לעבד תוכנית אחת

תכנה: שפות מונחות עצמים, פיתוח רשתות תקשורת•

ואילך1990דור שישי מ-

טכנולוגיה – מזעור, שפור בזכרונות )הקטנת זמן גישה , קבולת גדלה(

עיבוד מבוזר, מהירות עיבוד גדלה , ארכיטקטורה : •מעבדים כפולי ליבה

, יישומי מולטימדיהJAVAתכנה: רשת האינטרנט, •

אבני דרך בהתפתחות של מחשבים

, כי מספר הטרנזיסטורים לאינץ 1965חוק מור: גורדון מור העלה השערה ב- מרובע במעגלים מוכללים יכפיל את עצמו כל שנה.

מה הגבול???

מטח אוגוסט 20051 מבוא למערכות מחשב ואסמבלי מצגת 1 תכנית...

Documents

סיכום פעילות צוות קרינה משותף – שנת הלימודים תשע"ה

משרד החינוך המינהל למדע וטכנולוגיה גף יישומי מחשב בחינוך

תוכנית הלימודים לקראת בגרות- "ל"ב 21"

ארגון הלימודים בחט"ע

שינויים בתכנית הלימודים לקראת תשע"ג

הספרייה הווירטואלית של מטח מי הם המבקרים, מתי ומה הם מחפשים?

משרד החינוך פתיחת שנת הלימודים תשס"ט

סביבת כותר ספרי לימוד להוראה ולמידה מדעי המחשב שרה פולק, מטח

גיליון 23, סיום שנת הלימודים תשע"א

משרד החינוך מינהל מדע וטכנולוגיה גף יישומי מחשב

הבהרות ועדכונים לשנת הלימודים תשע"ג

חנוכה בעקבות תוכנית הלימודים

8 א גלובליזציה ושוק מטח

עדנה יובינר. מנהלת פדגוגית - פרויקט ספריות, מטח

פיתוח קשב וריכוז בעזרת משחקי מחשב - אפשרי או דימיון?

מצגת לפתיחת שנת הלימודים תשע"א י"ט אלול, תש"ע 29.8.2010

אבולוציה דרוויניסטית של תוכניות מחשב

עיבוד תמונות ואותות בעזרת מחשב

מרכיבים עיקריים של מערכת מבוססת מיקרו מחשב

תפקידו של המורה בסביבת למידה שיתופית מבוססת מחשב