НАР 2

НАР 2 (Наставни Рачунар 2) је теоретски модел 32-битног рачунара кога је креирао професор природно-математичког факултета универзитета у Београду Недељко Парезановић као побољшање претходног НАР 1. Коришћен је током предавања о асемблерском програмирању и архитектуре рачунара ("Основе рачунарских система").

Структура инструкција

Свака инструкција НАР 2 процесора се састојала од тачно једне 32-битне машинске речи и садржала је следеће делове:

• Код инструкције у 8 највиших битова (24...31)
• 4 бита (20...23) одреднице индексног регистра који ће бити употребљен у одговарајућим начинима адресирања
• 4 бита (16...19) који су одређивали начин адресирања:
  • бит 19: П - Посредно
  • бит 18: Р - Релативно
  • бит 17: И - Индиректно
  • бит 16: Н - Непосредно
• 16 најнижих битова чине параметер или аргумент инструкције

Регистри

НАР 2 има следеће регистре:

• Бројач наредби БН
• 32-битни акумулатор чији садржај може бити третиран било као реалан или цео број
• До 16 индексних регистара, X0...X15. Међутим, X0 никада није био употребљен - могуће да је резервисан као бројач наредби БН

Кодови инструкција

Бројни кодови инструкција нису одређени, само њихове словне ознаке:

Инструкције за рад са регистрима

• МУА - Меморија У Акумулатор - ставља вредност у акумулатор
• АУМ - Акумулатор У Меморију - ставља вредност акумулатора у меморију
• ПИР - Пуњење Индексног Регистра - ставља вредност у задати индексни регистар

Целобројна аритметика

Напомена: све ознаке инструкција у овој групи се завршавају словом „Ф“ што означава рад у „фиксном зарезу“. Ово је, међутим, тачно само за инструкције сабирања, одузимања и негације (промене знака). Инструкције мнижења и дељења су чисто целобројне - зарез је фиксиран десно од цифре најмање тежине.

• САБФ (Сабери у Фиксном зарезу) - додаје вредност у акумулатор
• ОДУФ (Одузми у Фиксном зарезу) - одузиме вредност од акумулатора
• МНОФ (Множи у Фиксном зарезу) - Множи акумулатор параметром
• ДЕЛФ (Дели у Фиксном зарезу) - Дели акумулатор параметром
• ПЗАФ (Промени Знак Акумулатора у Фиксном зарезу) - Врши негацију вредности акумулатора

Аритметика са бројевима у покретном зарезу

• САБ (Сабери) - додаје вредност у акумулатор
• ОДУ (Одузми) - одузиме вредност од акумулатора
• МНО (Множи) - Множи акумулатор параметром
• ДЕЛ (Дели) - Дели акумулатор параметром
• ПЗА (Промени Знак Акумулатора) - Врши негацију вредности акумулатора

Логичке

• КОН (Конјункција) - врши логичко „И“ над акумулатором, са вредношћу параметра
• ДИС (Дисјункција) - врши логичко „ИЛИ“ над акумулатором, са вредношћу параметра
• НЕГ (Негација) - врши логичко „НЕ“ (инверзију) акумулатора (игнорише параметар)

Логичка померања

• ПОЛ (Помери Лево) - помера битове акумулатора налево
• ПОД (Помери Десно) - помера битове акумулатора надесно

Контрола тока

• НЕС (Негативни Скок) - извршава условни скок на задату адресу ако је вредност акумулатора негативна
• БЕС (Безусловни Скок) - извршава безусловни скок на задату адресу
• НУС (Нула-Скок) - извршава условни скок на задату адресу ако је вредност акумулатора нула
• ЗАР (Заустави Рачунар) - зауставља рачунар

Стандардна синтакса

Асемблер НАР 2 рачунара је конзистентан и једноставан за интерпретацију. Свака линија програма може да садржи до једне инструкције следећег облика:

1. Словна ознака инструкције
2. Празнина, у случају да инструкција одређује индексни регистар, начин адресирања или параметар; затим зарезом одвојене:
   1. Име индексног регистра (ако је потребно)
   2. Зарезом раздвојена слова која одређују начин адресирања
   3. Вредност параметра

Пример

  аум   X1, п, 0
  муа   н, 1
  аум   15
  пир   X1, п, н, 1
  муа   X1, п, н, 0
  одуф  н, 1
  одуф  X2, п, н, 0

Начини адресирања

Са четири бита за одређивање начина адресирања (П, Р, И и Н), НАР 2 инструкције могу да задају до 16 различитих начина адресирања иако немају сви смисла у свим инструкцијама. Интересантно је да су називи начина адресирања изабрани тако да је могуће „П, Н“ - посредно-непосредно адресирање и да се користе називи „посредно“ и „индиректно“ уместо „индексно“ и „посредно“.

У следећој табели:

• M[x] означава 32-битну вредност (садржај) меморијске локације са адресом x
• БН означава бројач наредби
• p означава 16-битну вредност параметра (са знаком)
• Xi означава индекси регистар задат подацима са треутне меморијке локације
• f() је функција „ефективне вредности“ при индиректном адресирању, која се рачуна по истој табели:

Одреднице адресирања				Врста инструкције
П	Р	И	Н	Подаци	Скок
-	-	-	-	M[p]	p
-	-	-	Н	p	p
-	-	I	-	M[f(M[p])]	f(M[p])
-	-	И	Н	f(M[p])	f(M[p])
-	Р	-	-	M[БН+p]	БН+p
-	Р	-	Н	БН+p	БН+p
-	Р	I	-	M[f(M[БН+p])]	f(M[БН+p])
-	Р	И	Н	f(M[БН+p])	f(M[БН+p])
П	-	-	-	M[Xi+p]	Xi+p
П	-	-	Н	Xi+p	Xi+p
П	-	И	-	M[f(M[Xi+p])]	f(M[Xi+p])
П	-	И	Н	f(M[Xi+p])	f(M[Xi+p])
П	Р	-	-	M[БН+Xi+p]	БН+Xi+p
П	Р	-	Н	BN+Xi+p	BN+Xi+p
П	Р	И	-	M[f(M[БН+Xi+p])]	f(M[БН+Xi+p])
П	Р	И	Н	f(M[БН+Xi+p])	f(M[БН+Xi+p])

Напомена: Одредница адресирања „Н“ нема ефекте на инструкције за контролу тока јер процесор не може да скочи „у вредност“ него само на задату адресу.

Итеративно индиректно адресирање

НАР 2 подржава итеративно индиректно адресирање. Меморијска локација се прво рачуна узевши у обзир П и Р одреднице начина адресирања. Затим, ако је одредница „И“ присутна, 32-битна машинска реч се чита са те локације и прорачун почиње из почетка, укључујићи нове одреднице начина адресирања, селектора индексног регистра и вредности параметра - само се код инструкције игнорише. Тако, ако следећи програм учитамо на адресу 0 и извршимо:

  муа И, 0

... замрзнућемо НАР 2 у бескрајној петљи прорачуна адресе:

1. „И, 0" одређује да адреса податка за инструкцију треба да се учита са меморијске локације 0
2. Садржај меморијске локације 0 се чита и он (опет) садржи „И, 0".
3. „И, 0" одређује да адреса податка за инструкцију треба да се учита са меморијске локације 0
4. Садржај меморијске локације 0 се чита и он (опет) садржи „И, 0".
5. „И, 0" одређује да адреса податка за инструкцију треба да се учита са меморијске локације 0
6. Садржај меморијске локације 0 се чита и он (опет) садржи „И, 0".
7. ...

Приметите да:

  муа Р, И, 0

изгледа општије (може да замрзне НАР 2 са било које адресе), али ово зависи од тренутна када се садржај регистра БН мења.

Остаје питање третмана одренице „Н“ (непосредно адресирање) заједно са одредницом „И“ - да ли или не треба поштовати почетну/оригиналну одредницу „Н“ из инструкције или ону која стиже са (индиректно) прочитаном адресом? Приказана табела приказује први случај само да би приказала више начина адресирања.

Читање вредности индексних регистара

НАР 2 не садржи посебну инструкцију за читање садржаја индексних регистара која би парирала ПИР инструкцији. Ипак, постоји једноставан начин да се то изведе употребом посредног-непосредног адресирања (П, Н) као у следећем примеру:

  муа Xi, П, Н, n

... што поставља вредност Xi+n у акумулатор. За n=0 ово практично преписује садржај задатог индексног регистра у акумулатор.