Εγχειρίδιο χρήσης του ΕΚΥ

Με το παρόν λογισμικό γίνεται προσομοίωση των λειτουργικών δυνατοτήτων του εκπαιδευτικού υπολογιστή που έχει την ονομασία “ΕΚΥ” και που περιγράφεται στο μάθημα Εισαγωγή στους Υπολογιστές του 2^ου εξαμήνου των τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών.

Για την υλοποίηση του λογισμικού χρησιμοποιήθηκε η γλώσσα προγραμματισμού Java 1.2. Μπορεί να εκτελεστεί ως ανεξάρτητη εφαρμογή ή μέσω ενός browser. Και στις δύο περιπτώσεις είναι απαραίτητη η ύπαρξη της εικονικής μηχανής της Java (JavaVM)

Η εικόνα του ΕΚΥ εμφανίζεται σε παράθυρο και ο μαθητής μπορεί να εκτελέσει διάφορες εργασίες και να πειραματισθεί, ακριβώς σαν να είχε εμπρός του μία πραγματική μορφή του ΕΚΥ.

Επίσης γίνεται προσομοίωση ενός Συμβολομεταφραστή (assembler) για την μετάφραση προγραμμάτων από τη συμβολική γλώσσα του ΕΚΥ στη γλώσσα μηχανής του ΕΚΥ. Ο Συμβολομεταφραστής εμφανίζεται σε ιδιαίτερο παράθυρο.

I. Το κύριο παράθυρο του ΕΚΥ

Κατωτέρω εικονίζεται το κύριο παράθυρο του ΕΚΥ και σημειώνονται οι διάφορες περιοχές του καθώς επίσης και τα λειτουργικά του πλήκτρα.

I.1. Οι περιοχές του παραθύρου

I.1.1. Η μονάδα μνήμης

Η μνήμη έχει 2048 διευθύνσεις ( Διεύθυνση “0” έως διεύθυνση “2047”). Με τα πλήκτρα , και η μνήμη εμφανίζεται αντίστοιχα με μία ψηφίδα (1x2048), δύο ψηφίδες (2x1024) και τέσσερις ψηφίδες (4x512). Για το πάτημα αυτών των πλήκτρων πρέπει προηγουμένως να έχει ενεργοποιηθεί το πλήκτρο .

Οι διευθύνσεις εμφανίζονται κατ’ αύξουσα σειρά στην αριστερή στήλη ενός πίνακα. Στη δεξιά στήλη του πίνακα αυτού εμφανίζονται τα περιεχόμενα των διευθύνσεων. Οι διευθύνσεις εμφανίζονται σε δυαδική, οκταδική και δεκαδική μορφή, με τη βοήθεια των αντίστοιχων πλήκτρων (2), (8), και (10). Τα περιεχόμενα των διευθύνσεων εμφανίζονται σε δυαδική, οκταδική δεκαδική και συμβολική γλώσσα με τη βοήθεια των αντίστοιχων πλήκτρων (2), (8), (10), και (K).

Στη μονάδα μνήμης ευρίσκεται ο Καταχωρητής Διευθύνσεων Μνήμης (MAR) του οποίου το περιεχόμενο παριστάνεται στο οκταδικό σύστημα. Επίσης στη μονάδα μνήμης ευρίσκεται ο Καταχωρητής Δεδομένων Μνήμης (MDR) του οποίου το περιεχόμενο παριστάνεται στο δυαδικό σύστημα.

I.1.2. Η ΚΜΕ

Στην Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας ευρίσκονται :

α. Ο Καταχωρητής Εντολών (IR) το περιεχόμενο του οποίου παριστάνεται στο δυαδικό σύστημα.

β. Ο Μετρητής Προγράμματος (PC) το περιεχόμενο του οποίου παριστάνεται στο δυαδικό σύστημα. Ταυτόχρονα και μέσα σε ιδιαίτερο πλαίσιο εμφανίζεται το περιεχόμενο του PC και στο οκταδικό σύστημα.

γ. Ο Καταχωρητής Δείκτης (B) το περιεχόμενο του οποίου παριστάνεται στο δυαδικό σύστημα.

δ. Η Αριθμητική Λογική Μονάδα που περιλαμβάνει :

(1) Τον Συσσωρευτή (Α) το περιεχόμενο του οποίου παριστάνεται στο δυαδικό σύστημα. Ταυτόχρονα και μέσα σε ιδιαίτερα πλαίσια εμφανίζεται το περιεχόμενο του Α στο οκταδικό και στο δεκαδικό σύστημα.

(2) Ένα βοηθητικό καταχωρητή για τις αριθμητικές πράξεις. Το περιεχόμενο του καταχωρητή παριστάνεται στο δυαδικό σύστημα.

(3) Ένα ιδιαίτερο πλαίσιο μέσα στο οποίο εμφανίζεται το σημείο της αριθμητικής πράξεως (πρόσθεση, αφαίρεση κλπ.) που εκτελείται κάθε φορά.

ε. Ο αποκωδικοποιητής εντολών, στον οποίο εμφανίζεται η εντολή της συμβολικής γλώσσας που αντιστοιχεί στην εντολή που περιέχεται (σε δυαδική μορφή) στον καταχωρητή εντολών IR.

I.1.3. Η μονάδα Ε/Ε

Οι συσκευές της μονάδας Ε/Ε είναι το πληκτρολόγιο (ως συσκευή εισόδου) και οθόνη με ανάλυση 4 γραμμών και 5 στηλών (ως συσκευή εξόδου). Στην περιοχή της μονάδας Ε/Ε φαίνονται οι εικόνες των συσκευών. Η αναμονή εισαγωγής δεδομένων από το πληκτρολόγιο επισημαίνεται με ειδικό εφφέ της εικόνας του πληκτρολογίου.

Στη μονάδα Ε/Ε ευρίσκονται :

α. Ο Καταχωρητής Διευθύνσεων που περιέχει το εικονίδιο της συσκευής Ε/Ε προς την οποία ή από την οποία γίνεται μεταφορά δεδομένων. (Δηλ. όταν εκτελείται εντολή εισόδου εμφανίζεται το εικονίδιο του πληκτρολογίου ενώ όταν εκτελείται εντολή εξόδου εμφανίζεται το εικονίδιο της οθόνης).

β. Ο Καταχωρητής Δεδομένων που περιέχει σε δυαδική μορφή τα δεδομένα που μεταφέρονται από και προς τις συσκευές Ε/Ε.

I.1.4. Η περιοχή μηνυμάτων

Στην περιοχή αυτή κατά την εκτέλεση προγραμμάτων και όταν έχει πατηθεί το πλήκτρο εμφανίζονται σχόλια τα οποία περιγράφουν τις εκτελούμενες μικρολειτουργίες κατά τις φάσεις ανακλήσεως και εκτελέσεως κάθε εκτελούμενης εντολής.

Επίσης, όταν δεν εκτελούνται προγράμματα και έχει ενεργοποιηθεί η άμεση βοήθεια εμφανίζονται επεξηγήσεις για τα διάφορα μέρη του ΕΚΥ πάνω από τα οποία περνά το ποντίκι.

I.1.5. Η περιοχή ρυθμίσεων

Στην περιοχή αυτή υπάρχουν τα ακόλουθα χειριστήρια :

Πλήκτρο Επιλογή εκτέλεσης προγράμματος κατά συνεχή τρόπο όπως περιγράφεται στην παρ. Ι.2.α.

Πλήκτρο Επιλογή εκτέλεσης προγράμματος βηματικά ανά εντολή όπως περιγράφεται στην παρ. Ι.2.β.

Πλήκτρο Επιλογή εκτέλεσης προγράμματος βηματικά ανά μικρολειτουργία όπως περιγράφεται στην παρ. Ι.2.γ.

Πλήκτρο Έναρξη εκτέλεσης προγράμματος από την εντολή που δείχνει ο μετρητής προγράμματος PC.

Πλήκτρο Παύση / Επανεκκίνηση εκτελέσεως του προγράμματος όπως περιγράφεται στις παραγράφους Ι.2.α. , Ι.2.β. και Ι.2.γ.

Πλήκτρο Τερματισμός της εκτελέσεως του προγράμματος.

Μπάρα Ολίσθησης Ρύθμιση της ταχύτητας εκτελέσεως του προγράμματος.

Πλήκτρο Εμφάνιση / Απόκρυψη σχολίων κατά την εκτέλεση του προγράμματος όπως περιγράφεται στην παράγραφο Ι.1.4.

Πλήκτρο Επιλογή / Ακύρωση εμφανίσεως κινήσεως (animation) κατά την εκτέλεση του προγράμματος όπως περιγράφεται στην παράγραφο Ι.2.2.δ

I.1.6. Η περιοχή ενεργειών

Στην περιοχή αυτή υπάρχουν τα ακόλουθα πλήκτρα :

Πλήκτρο Μηδενισμός περιεχομένων μνήμης και καταχωρητών.

Πλήκτρο Άνοιγμα αρχείων με στιγμιότυπα της μνήμης (με κατάληξη “MEM”) και αρχείων με εκτελέσιμο κώδικα (με κατάληξη “BIN”).

Πλήκτρο Αποθήκευση αρχείων με στιγμιότυπα της μνήμης (με κατάληξη “MEM”).

Πλήκτρο Άνοιγμα του Συμβολομεταφραστή.

Πλήκτρο Ενεργοποίηση / Απενεργοποίηση άμεσης βοήθειας όπως περιγράφεται στην παράγραφο Ι.1.4.. Απενεργοποιείται αυτόματα όταν αρχίζει να εκτελείται κάποιο πρόγραμμα.

I.2. Εκτέλεση προγραμμάτων

Η εκτέλεση ενός προγράμματος που είναι φορτωμένο στη μνήμη του ΕΚΥ μπορεί να γίνει κατά τρεις διαφορετικούς τρόπους :

α. Κατά συνεχή τρόπο, όπου οι εντολές εκτελούνται η μία κατόπιν της άλλης. Κατά τη λειτουργία αυτή είναι δυνατή η προσωρινή παύση της εκτελέσεως με το πάτημα του πλήκτρο . Για τη συνέχιση της εκτελέσεως πρέπει να πατηθεί πάλι το ίδιο πλήκτρο.

β. Βηματικά ανά εντολή, όπου μετά την εκτέλεση κάθε εντολής σταματά η εκτέλεση του προγράμματος και απαιτείται το πάτημα του πλήκτρου για να προχωρήσει το πρόγραμμα στην εκτέλεση της επόμενης εντολής.

γ. Βηματικά ανά μικρολειτουργία, όπου μετά την εκτέλεση κάθε μικρολειτουργίας σταματά η εκτέλεση του προγράμματος και απαιτείται το πάτημα του πλήκτρου για να προχωρήσει το πρόγραμμα στην εκτέλεση της επόμενης μικρολειτουργίας.

Η επιλογή του τρόπου εκτελέσεως γίνεται με το αντίστοιχο πάτημα των πλήκτρων (συνεχής τρόπος), (εκτέλεση ανά εντολή), και (εκτέλεση ανά μικρολειτουργία).

I.2.1. Εκκίνηση, παύση και τερματισμός εκτέλεσης

Για να αρχίσει η εκτέλεση ενός προγράμματος που είναι φορτωμένο στη μνήμη του ΕΚΥ πρέπει να πατηθεί το πλήκτρο . Η πρώτη εντολή που θα εκτελεσθεί είναι αυτή που υποδεικνύει ο μετρητής προγράμματος.

Με το πάτημα του πλήκτρου είναι δυνατή η παύση και η συνέχιση της εκτέλεσης του προγράμματος σύμφωνα με όσα γράφονται παραπάνω στην παράγραφο Ι.2.

Αν για οποιοδήποτε λόγο είναι επιθυμητός ο τερματισμός της εκτέλεσης, αυτός επιτυγχάνεται με το πάτημα του πλήκτρου .

I.2.2. Ρυθμίσεις εκτέλεσης

Κατά την εκτέλεση του προγράμματος, είναι δυνατές οι ακόλουθες ρυθμίσεις :

α. Πατώντας τα πλήκτρα , και επιλέγουμε αντίστοιχα την συνεχή εκτέλεση, την βηματική εκτέλεση ανά εντολή, και την βηματική εκτέλεση ανά μικρολειτουργία που αναφέρονται στην παράγραφο Ι.2.

β. Η ταχύτητα εκτέλεσης ρυθμίζεται από τον μπάρα ολίσθησης (slide bar) . Όσο δεξιότερα ευρίσκεται ο δρομέας τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα εκτέλεσης του προγράμματος.

γ. Με το πλήκτρο ενεργοποιείται / απενεργοποιείται η δυνατότητα εμφανίσεως στην περιοχή μηνυμάτων, σχολίων των μικρολειτουργιών κατά τις φάσεις ανακλήσεως και εκτελέσεως των εντολών του προγράμματος.

δ. Με το πλήκτρο ενεργοποιείται / απενεργοποιείται η δυνατότητα παραστατικής εμφανίσεως της κινήσεως (animation) της ροής των πληροφοριών μεταξύ των διαφόρων μονάδων του ΕΚΥ.

I.2.3. Εκτέλεση εντολών Ε/Ε

Κατά την εκτέλεση της εντολής εισόδου, επισημαίνεται η αναμονή πληκτρολόγησης με ένα ειδικό εφφέ (εναλλαγή χρωματισμού) της εικόνας του πληκτρολογίου. Τότε σταματά το πρόγραμμα και συνεχίζεται μόνον όταν πατηθεί κάποιο πλήκτρο του πληκτρολογίου.

Κατά την εκτέλεση της εντολής εξόδου, εμφανίζεται στην εικόνα της οθόνης ένας χαρακτήρας ASCII ή οκταδικό ψηφίο (ανάλογα με την εκτελούμενη εντολή).

I.2.4. Μηδενισμός, φόρτωση και αποθήκευση ΚΜΕ και μνήμης

Ο μηδενισμός της μνήμης γίνεται με τα πλήκτρο και Μηδενισμός.

II. Το παράθυρο του Συμβολομεταφραστή

Κατωτέρω εικονίζεται το κύριο παράθυρο του Συμβολομεταφραστή και σημειώνονται οι διάφορες περιοχές του καθώς επίσης και τα λειτουργικά του πλήκτρα. Για να εμφανισθεί το παράθυρο του Συμβολομεραφραστή πρέπει να πατηθεί το πλήκτρο του ΕΚΥ.

II.1. Οι περιοχές του παραθύρου

II.1.1. Η περιοχή συγγραφής

Η περιοχή συγγραφής προγραμμάτων σε συμβολική γλώσσα είναι ένας κειμενογράφος που ευρίσκεται στο αριστερό τμήμα του παραθύρου του Συμβολομεταφραστή.

Η αρίθμηση των εντολών γίνεται αυτόματα (η πρώτη εντολή έχει αριθμό 001)

Με το πλήκτρο TAB μετακινείται ο δρομέας, ώστε τα διάφορα τμήματα των εντολών (ετικέτα, εντολή συμβολικής γλώσσας κ.λ.π.) να ευρίσκονται στην ίδια στήλη.

Η περιοχή συγγραφής μπορεί να αυξηθεί εις βάρος της περιοχής μεταφρασμένου προγράμματος με μετακίνηση της διαχωριστικής γραμμής. Επίσης με το πάτημα του συμβόλου 4 της διαχωριστικής γραμμής η περιοχή συγγραφής αυξάνεται και καλύπτει όλη την περιοχή του μεταφρασμένου προγράμματος και το αντίθετο με το πάτημα του συμβόλου 3.

II.1.2. Η περιοχή ενεργειών

Στην περιοχή αυτή υπάρχουν τα ακόλουθα πλήκτρα :

Πλήκτρο Καθαρισμός της περιοχής που είναι γραμμένο το πρόγραμμα σε συμβολική γλώσσα και της περιοχής που είναι γραμμένο το πρόγραμμα σε γλώσσα μηχανής.

Πλήκτρο Άνοιγμα αρχείων τύπου “ASM” (πρόγραμμα γραμμένο σε συμβολική γλώσσα) και τύπου “BIN” (εκτελέσιμος κώδικας σε γλώσσα μηχανής).

Πλήκτρο Αποθήκευση αρχείων τύπου “ASM” και “BIN”.

Πλήκτρο Εκτύπωση συμβολικού προγράμματος.

Πλήκτρο Μετάφραση του συμβολικού προγράμματος σε δυαδικό κώδικα.

Πλήκτρο Μεταφορά του δυαδικού κώδικα στη μνήμη του ΕΚΥ.

Πλήκτρο Ενεργοποίηση / απενεργοποίηση άμεσης βοήθειας του Συμβολομεταφραστή.

II.1.3. Η περιοχή μεταφρασμένου προγράμματος

Ευρίσκεται στο δεξιό τμήμα τού παραθύρου τού Συμβολομεταφραστή. Στην περιοχή αυτή εμφανίζεται ο κώδικας του προγράμματος (πρόγραμμα σε γλώσσα μηχανής). Η πρώτη εκτελέσιμη εντολή του προγράμματος περικλείεται με δύο αστερίσκους (*).

II.2. Συγγραφή προγραμμάτων σε συμβολική γλώσσα

Για την συγγραφή προγράμματος σε συμβολική γλώσσα χρησιμοποιείται ο Συμβολομεταφραστής, ο οποίος εμφανίζεται ενεργοποιώντας με το ποντίκι το πλήκτρο του ΕΚΥ.

II.2.1. Εισαγωγή εντολών

Οι εντολές του προγράμματος πληκτρολογούνται στον προβλεπόμενο χώρο του Συμβολομεταφραστή, ενώ ταυτόχρονα γίνεται αυτόματη αρίθμηση των γραμμών του συμβολικού προγράμματος.

Σημείωση Αντί της πληκτρολογήσεως, η αναγραφή των εντολών μπορεί να γίνει και με τον ακόλουθο εναλλακτικό τρόπο :

α. Φέρουμε τον δρομέα στην θέση που πρέπει να αναγραφεί η εντολή.

β. Πατάμε το δεξί κουμπί του ποντικιού, οπότε εμφανίζεται το ρεπερτόριο των εντολών του ΕΚΥ.

γ. Επιλέγουμε την επιθυμητή εντολή και πατάμε το αριστερό κουμπί του ποντικιού οπότε αναγράφεται η εντολή, και ταυτόχρονα αποκρύπτεται το ρεπερτόριο των εντολών.

II.2.2. Διαγραφή και αλλαγή εντολών

Γίνεται με τον συνήθη τρόπο που χρησιμοποιείται στους κειμενογράφους (μαρκάρισμα κλπ.)

II.3. Μετάφραση προγραμμάτων

Η μετάφραση σε γλώσσα μηχανής προγράμματος που είναι γραμμένο σε συμβολική γλώσσα γίνεται με το πάτημα του πλήκτρου του Συμβολομεταφραστή.

Εάν το πρόγραμμα έχει συντακτικά λάθη, εμφανίζεται πλαίσιο διαλόγου με πληροφορίες για τα λάθη (είδος λάθους και σε ποια γραμμή εμφανίζεται), προκειμένου γίνει διόρθωση αυτών από το χρήστη. Μετά την διόρθωση, επιχειρείται εκ νέου η μετάφραση (με το πάτημα του κουμπιού )

Σε περίπτωση που δεν υπάρχουν λάθη εμφανίζεται πλαίσιο διαλόγου με την πληροφορία ότι η μετάφραση έγινε επιτυχώς. Πατώντας το ΟΚ του πλαισίου διαλόγου, αποκρύπτεται το πλαίσιο και ταυτόχρονα εμφανίζεται ο δυαδικός κώδικας του προγράμματος σε γλώσσα μηχανής. Η πρώτη εκτελέσιμη εντολή του προγράμματος περικλείεται με δύο αστερίσκους (*).

II.4. Μεταφορά προγραμμάτων στη μνήμη του ΕΚΥ

ΙΙ.4.1. Μεταφορά του κώδικα που περιέχει ο Συμβολομεταφραστής.

Η μεταφορά (φόρτωση) στην μνήμη του ΕΚΥ του κώδικα που περιέχει ο Συμβολομεταφραστής γίνεται με το πάτημα του πλήκτρου . Με πλαίσιο διαλόγου καθορίζεται η (δεκαδική) διεύθυνση της μνήμης από την οποία θα αρχίσει η φόρτωση του κώδικα. Επίσης, με πλαίσιο διαλόγου επιβεβαιώνεται η φόρτωση στην επιθυμητή διεύθυνση. Τα περιεχόμενα της μνήμης αλλάζουν μόνο στην περιοχή στην οποία φορτώνεται ο κώδικας ενώ στην υπόλοιπη περιοχή αυτά παραμένουν αμετάβλητα. Ο μετρητής προγράμματος (PC) παίρνει αυτομάτως την τιμή της πρώτης εκτελέσιμης εντολής.

ΙΙ.4.2. Φόρτωση προγράμματος που είναι γραμμένο σε συμβολική γλώσσα (αρχείο “ASM”).

Πατώντας το πλήκτρο του Συμβολομεταφραστή ανοίγει το αρχείο και εμφανίζονται τα περιεχόμενά του στην ”περιοχή συγγραφής“. Στη συνέχεια γίνεται η μετάφραση και η φόρτωση του κώδικα στη μνήμη του ΕΚΥ, σύμφωνα με τις διαδικασίες των παραγράφων ΙΙ.3. και ΙΙ.4.1.

ΙΙ.4.3. Φόρτωση προγράμματος που είναι γραμμένο σε γλώσσα μηχανής (αρχείο “BIN”).

Πατώντας το πλήκτρο του Συμβολομεταφραστή ανοίγει το αρχείο και εμφανίζονται τα περιεχόμενά του στην ”περιοχή μεταφρασμένου προγράμματος“. Στη συνέχεια γίνεται η φόρτωση στη μνήμη του ΕΚΥ, σύμφωνα με τη διαδικασία της παραγράφου ΙΙ.4.1.

ΙΙ.4.4. Φόρτωση στιγμιότυπου μνήμης (αρχείο “MEM”).

Η φόρτωση γίνεται πατώντας το πλήκτρο του ΕΚΥ.

ΙΙ.4.5. Απευθείας πληκτρολόγηση προγραμμάτων στη μνήμη του ΕΚΥ.

Είναι δυνατή η απευθείας πληκτρολόγηση στη μνήμη του ΕΚΥ προγραμμάτων σε συμβολική γλώσσα ή σε γλώσσα μηχανής. Προς τούτο πρέπει να πατηθεί το πλήκτρο του ΕΚΥ, υπό την προϋπόθεση ότι δεν εκτελείται κάποιο πρόγραμμα.