МикроСим

МикроСим
	Скриншот МикроСим 2010
Оригинальный автор(ы)	Доктор Мартин Пернер из 0/1-SimWare
Первоначальный выпуск	1992 г., 31–32 года назад.
Стабильная версия	3.0.13 / 20 июня 2012 г .; 12 лет назад
Написано в	Визуальный Бейсик
Операционная система	Microsoft Windows
Доступно в	английский , немецкий
Тип	Компьютерное моделирование , Компьютерная архитектура
Лицензия	Бесплатное, Условно-бесплатное ПО
Веб-сайт	www.mikrocodesimulator.de

МикроСим — образовательная компьютерная программа для аппаратно-неспецифического объяснения общего функционирования и поведения виртуального процессора , работающая под управлением Microsoft Windows операционной системы . Такие устройства, как миниатюрные калькуляторы , микроконтроллеры , микропроцессоры и компьютеры, можно объяснить с помощью специально разработанного кода инструкций на уровне передачи регистров, управляемом последовательностями микроинструкций ( микрокод ) . На основе этого можно разработать набор команд для управления виртуальной платой приложения на более высоком уровне абстракции.

Общий

Первоначально MikroSim разрабатывался как программное обеспечение для моделирования процессора, которое будет широко доступно в образовательных областях. Поскольку работоспособность MikroSim начинается на основе разработки микрокода, определяемого как последовательность микроинструкций (микрокодирования) для виртуального блока управления , цель программного обеспечения заключается в том, чтобы сначала приблизиться к симулятору микрокода с различными уровнями абстракции, включая возможности симуляторов ЦП и инструкций. ставь эмуляторы. В текущей версии программного обеспечения виртуальное приложение, управляемое микрокодом, может работать с собственными наборами кодированных команд. типичные и хорошо известные концепции в области компьютерной техники, такие как компьютерная архитектура и архитектура набора команд С помощью MikroSim неспецифически рассматриваются , которые были установлены с первых дней информационной эры и остаются актуальными до сих пор. Таким образом, программное обеспечение для моделирования получает вневременную, бесплатную дидактическую пользу, не ограничиваясь специальными разработками прошлого и будущего. Подробная документация и графический интерфейс пользователя двуязычного приложения ( GUI ) на немецком и английском языках, а также совместимость программного обеспечения снизу вверх, обеспечиваемая в некоторой степени операционной системой Microsoft Windows, являются причинами того, что с 1992 года он является хорошо зарекомендовавшим себя и ценным инструментом электронного обучения в области компьютерной инженерии для использования в образовательных целях.

История развития

Программное обеспечение основано на версии, написанной под Turbo Pascal, скомпилированной для операционных систем MS-DOS , которая до 1992 года использовалась в образовательных целях по компьютерной инженерии и информатике в Марбургском университете имени Филиппа (Германия). Идея была подхвачена Мартином. Пернер во время изучения физики (1990–95) летом 1992 года был переработан и преобразован в приложение для Windows, скомпилированное с помощью Microsoft Visual Basic и работающее в Windows 3.1x . При этом в это время появился симулятор с огромными концептуальными улучшениями, в котором использовались новые функциональные возможности и использование графического пользовательского интерфейса MS Windows для поддержки состава микрокода и отслеживания его учебного влияния. Усовершенствования инструмента электронного обучения под Windows поддерживались и продвигались Fachbereich Mathematik/Informatik Марбургского университета под руководством Хайнца-Петера Гумма до конца 1995 года.

Симулятор был удостоен Европейской академической премии в области программного обеспечения 1994 года в категории информатики в Гейдельберге (Германия) в ноябре 1994 года. В марте 1995 года симулятор был представлен на компьютерной выставке CeBIT '95 в Ганновере на выставке Hessischen Hochschulen. В период с 1995 по 2000 год симулятор выпускался как Микрокодесимулятор МикроСим 1.2 без каких-либо существенных улучшений. На этот раз инструмент получил награду в размере 1000 экю от Европейского Союза в связи с Европейским годом непрерывного обучения в 1996 году. В 1997 году программное обеспечение было представлено на конкурсе Multimedia Transfer'97, приуроченном к выставке LearnTec'97. ^[1] В своей предпоследней версии симулятор был опубликован как Mikrocodesimulator MikroSim2000 , оптимизированный для MS Windows 95 32-битной версии .

В период с 2008 по 2009 год концепция тренажера была пересмотрена, переработана и продуманно расширена. Таким образом, он получил широкомасштабные улучшения и расширения, не затрагивая успешные концептуальные аспекты возможностей моделирования микрокода в ядре. Для этой цели используется преимущество производительности современной вычислительной системы, определяемой операционной системой и базовой вычислительной мощностью, чтобы расширить возможности моделирования MikroSim до уровня виртуальной прикладной платы. MikroSim скомпилирован и оптимизирован для неограниченной совместимости и максимально широкого распространения для MS Windows XP в 32-битной версии. Программа работает на всех 32- и 64-битных операционных системах MS Windows Vista и MS Windows 7 . Таким образом, специальный режим совместимости с XP не требуется. С января 2010 года симулятор распространяется как Микрокодесимулятор MikroSim 2010 компанией 0/1-SimWare.

Функциональность

Приложение Windows позволяет постепенно создавать виртуальное приложение, заранее определенное и неизменяемое по своим функциональным возможностям.

В режиме исследования можно оценить принцип работы и управление вновь добавленными компонентами, на которые влияет одна инструкция микрокода в течение цикла. Ширина микроинструкций MikroSim составляет 49 бит. Одна микроинструкция выполняется за три фазы трехфазного тактового сигнала. Частичные фазы называются фазами «GET», «CALCULATE» и «PUT», в результате чего извлекается некоторое значение регистра, выполняется 32-битное вычисление и, наконец, сохраняется результат вычисления во внутреннем регистре ЦП.

В режиме моделирования плавно выполняемые микроинструкции управляют центральным процессором симулятора в последующих циклах. Таким образом, внутренняя способность одной микрокоманды используется для адресации следующей микрокоманды в хранилище управления . Хранилище управления, содержащее набор микроинструкций (обычно называемый «микрокодом»), содержит 1024 слова микроинструкций, каждое из которых имеет ширину 49 бит.

Использование возможностей структурирования хранилища управления для адресного планирования микрокода и реализации циклически действующего интерпретатора машинного кода , который также запрограммирован в микрокоде, позволяет реализовать отдельные последовательности микроопераций , известные как машинные инструкции . Микрокод можно рассматривать как прошивку для MikroSim, которую можно модифицировать, хранить и перезагружать из файла ROM микрокода.

В рамках цикла выполнения микроинструкции ЦП, а также контроллер ввода/вывода подключаются к внешнему устройству оперативной памяти (ОЗУ) емкостью 16 КБ. Через устройство контроллера ввода-вывода связь с виртуальными устройствами ввода и вывода поддерживается режимом прямого доступа к памяти (DMA), межинтегральным соединением (I2C) и прерывания функцией запроса (IRQ). Порт вывода, дисплей, таймер, триггер событий, цифро-аналоговый преобразователь, клавиатура и канал ввода/вывода данных предусмотрены в качестве виртуального IC-устройства для дидактического объяснения связи с внешними устройствами.

Симулятор микрокода использует восемь свободно используемых регистров шириной 32 бита, каждый из которых соединен с 32-битным арифметико-логическим устройством (АЛУ). Содержимое регистра можно рассматривать как целые числа со знаком или без знака или как 32-битные с плавающей запятой числа . Содержимое регистра можно легко просматривать, интерпретировать и побитово изменять с помощью встроенного редактора системных номеров.

32-битное АЛУ является ключевым элементом центрального процессора. Он поддерживает 128 различных базовых арифметических операций для целочисленных операций, управления прерываниями и арифметики с плавающей запятой.

Дидактический подход к вычислениям с плавающей запятой, который был аналогичным образом введен еще в начале 1940-х годов Конрадом Цузе , представлен с использованием элементарных операций подуровня для экспоненты и мантиссы, участвующих в ключевых операциях сложения/вычитания и умножения/деления. Предоставляется набор мощных 32-битных арифметических команд с плавающей запятой в мантиссе и экспоненте для основных операций и элементарных аналитических функций в том виде, в котором они реализованы в современных математических сопроцессорах. Здесь при моделировании с помощью MikroSim в идеале предполагается, что выполнение каждой поддерживаемой арифметической операции ALU требует только определенной продолжительности вычислений, независимой от сложности схемы, которая реально необходима на практике.

Выполнение микроинструкций может осуществляться на различных уровнях моделирования с разным временным разрешением:

На самом низком уровне моделирования симулятор поддерживает поэтапное выполнение фаз GET, CALCULATE и PUT. Обработка частичных фаз возможна с регулируемой задержкой для лучшей прослеживаемости.
На следующем верхнем уровне текущая микрокоманда выполняется в полном трехфазном такте без задержки по времени. Непрерывное выполнение нескольких трехфазных тактов поддерживается в рамках так называемого цикла «Load Increment Execute» (LIE). Цикл LIE, рассматриваемый как интерпретатор, написанный в микрокоде, имеет функцию загрузки машинных инструкций, закодированных как байтовое значение, из внешнего ОЗУ и позволяет разветвлять последовательность микроинструкций на указанную подпрограмму микрокода для выполнения, заданного кодом операции, и возврата обратно в LIE. для получения следующей машинной инструкции.
На уровень выполнения выше последовательность из нескольких машинных инструкций может выполняться до тех пор, пока не будет достигнута определяемая пользователем точка останова, которая помещается в последовательность машинного кода. Можно измерить время работы между точками останова. Таким образом, можно оценить производительность выполнения на уровне машины и микрокода.
На самом верхнем уровне моделирования симулятор микрокода непрерывно выполняет микроинструкции без перерывов. На этом уровне загружаются машинные инструкции за машинными инструкциями. А значит, можно сосредоточиться на взаимодействии ЦП с внешними устройствами.

С помощью различных дополнительных опций визуальная активность ЦП может быть подавлена в целях увеличения скорости обработки, когда выдвинуто управление приложением с помощью машинного программирования. Монитор индекса производительности, поставляемый с симулятором, позволяет пользователю оценить производительность обработки MikroSim и установить ее связь с вычислительной мощностью оборудования симулятора, измеряемой в операциях с плавающей запятой в секунду ( FLOPS ) и инструкциях в секунду (IPS).

С помощью «Базового инструмента ассемблера для MikroSim» MikroBAT можно разрабатывать простые программы на языке программирования ассемблер . Здесь все поддерживаемые мнемоники языка программирования ассемблер определяются самостоятельно созданным пользователем набором машинных команд на уровне микроинструкций. Дополнительный инструмент способен переводить программу на ассемблере в машинный код и данные и передавать двоичный код во внешнюю оперативную память для последующего моделирования. Вместе с MikroBAT симулятор микрокода MikroSim поддерживает дидактическое введение аспектов обучения технической информатике от вычислительной машины с переключателем до программируемого приложения на ассемблере.

См. также

Литература

Гамм, HP; Зоммер, М. (2009), «5.6», Введение в информатику (на немецком языке) (8-е изд.), Мюнхен: Ольденбург, стр. 470–85, ISBN 978-3-486-58724-1 .

Ссылки

^ Микрокодесимулятор — награды и награды , DE : MikroSim , получено 5 декабря 2010 г.

Внешние ссылки

СМИ, связанные с MikroSim, на Викискладе?
«Микрокодесимулятор МикроСим 2010» (официальный сайт). 0/1-SimWare.

[1] Микрокодесимулятор — награды и награды , DE : MikroSim , получено 5 декабря 2010 г.

[1]