MikroSim - MikroSim - Wikipedia

MikroSim
MikroSim2010 Icon.jpg
Screenshot MikroSim 2010
Screenshot MikroSim 2010
Původní autořiDr. Martin Perner z 0/1-SimWare
První vydání1992, před 27–28 lety
Stabilní uvolnění
3.0.13 / 20. června 2012; před 8 lety (2012-06-20)
NapsánoVisual Basic
Operační systémMicrosoft Windows
K dispozici vAngličtina, Němec
TypPočítačová simulace, Počítačová architektura
LicenceFreeware, shareware
webová stránkawww.mikrocodesimulator.de

MikroSim je vzdělávací software počítačový program pro hardwarově nespecifické vysvětlení obecného fungování a chování virtuálního počítače procesor běží na Microsoft Windows operační systém. Zařízení jako miniaturní kalkulačky, mikrokontrolér, mikroprocesory, a počítač lze vysvětlit na zakázku instrukční kód na úroveň přenosu registru řízen sekvencemi mikro instrukce (mikrokód ). Na základě toho je možné vyvinout instrukční sada ovládat virtuální aplikační desku na vyšší úrovni abstrakce.

Všeobecné

MikroSim byl původně vyvinut jako software pro simulaci procesorů, který je široce dostupný ve vzdělávacích oblastech. Vzhledem k tomu, že provozuschopnost MikroSim začíná na základě vývoje mikrokódu, definovaného jako posloupnost mikro instrukcí (mikrokódování) pro virtuální řídící jednotka, záměrem softwaru je nejprve přiblížit simulátor mikrokódu s různými úrovněmi abstrakcí, včetně schopnosti simulátorů CPU a emulátorů instrukční sady. V současné softwarové revizi je možné, aby virtuální aplikace řízená mikrokódem fungovala na vlastních kódovaných instrukčních sadách. S MikroSim typické a známé koncepty v oblasti počítačové inženýrství jako počítačová architektura a architektura sady instrukcí jsou nespecificky léčeni, které byly zavedeny od počátků informační éry a jsou stále platné. Tímto způsobem získává simulační software nadčasovou bezplatnou didaktickou výhodu, aniž by byl omezen na speciální vývoj z minulosti i budoucnosti. Podrobná dokumentace a grafické uživatelské rozhraní dvojjazyčné aplikace (GUI ) v němčině a angličtině, stejně jako vzestupná kompatibilita softwaru daná do určité míry operačním systémem Microsoft Windows, jsou důvody pro to, aby byl od roku 1992 zavedeným a cenným e-learningovým nástrojem v oblasti počítačového inženýrství pro vzdělávací účely.

Historie vývoje

Tento software je založen na verzi napsané pod Turbo Pascal sestaveno pro MS-DOS - operační systémy používané pro vzdělávací účely v oblasti počítačového inženýrství a počítačová věda na Philipps-University Marburg (Německo) koncept převzal Martin Perner během studia fyziky (1990–1995) v létě 1992, přepracoval jej a převedl na aplikaci pro Windows zkompilovanou s Microsoftem Visual Basic a běží dál Windows 3.1x. Přitom v současné době vznikl simulátor s obrovskými koncepčními vylepšeními využitím nové funkčnosti a využití grafického uživatelského rozhraní MS Windows pro podporu složení mikrokódu a sledovatelnosti jeho instruktážního vlivu. Vylepšení e-learningového nástroje v systému Windows podporoval a propagoval Fachbereich Mathematik / Informatik z University of Marburg Heinz-Peter Gumm do konce roku 1995.

Simulátor získal v listopadu 1994 cenu „European Academic Software Award 1994“ v kategorii počítačové vědy v Heidelbergu (Německo). V březnu 1995 byl simulátor představen na výstavě počítačů CeBIT '95 v Hannoveru na výstavě „Hessischen Hochschulen“. V letech 1995 až 2000 byl simulátor publikován jako „Mikrocodesimulator MikroSim 1.2“ bez výrazných vylepšení. V této době nástroj obdržel od Evropské unie ocenění 1 000 ECU ve spojení s „Evropským rokem učení naživo 1996“. V roce 1997 byl tento software představen na soutěži „Multimedia Transfer“ 97 v souvislosti s výstavou „LearnTec’97“.[1] Ve své předposlední revizi byl simulátor publikován pod názvem „Mikrocodesimulator MikroSim2000“, optimalizovaný pro MS Windows 95 32bitový provoz.

V letech 2008 až 2009 byl koncept simulátoru revidován, přepracován a promyšleně rozšířen. Obdržela tedy rozsáhlá vylepšení a rozšíření, aniž by se dotkla úspěšných koncepčních aspektů schopností simulace mikrokódu v jádru. Za tímto účelem se využívá výhod dnešního výpočetního systému určeného operačním systémem a základního výpočetního výkonu k rozšíření simulačních možností MikroSim až do fáze virtuální aplikační desky. MikroSim je kompilován a optimalizován z důvodu neomezené kompatibility a co nejširší distribuce MS Windows XP jako 32bitová verze. Program běží na všech 32- a 64bitových operačních systémech systému MS Windows Vista a MS Windows 7. Není tedy nutný žádný speciální režim kompatibility s XP. Od ledna 2010 je simulátor distribuován jako „Mikrocodesimulator MikroSim 2010“ společností 0/1-SimWare.

Funkčnost

Aplikace Windows umožňuje postupné vytváření virtuální aplikace, která je předurčena a je neměnná ve své funkčnosti.

V průzkumném režimu lze vyhodnotit provozní princip a řízení nově přidaných komponent ovlivněných jednou instrukcí mikrokódu v rámci cyklu. Šířka mikro instrukcí MikroSimu je 49 bitů. Jedna mikro instrukce se provádí ve třech fázích třífázového taktu. Dílčí fáze se označují jako fáze „GET“, „CALCULATE“ a „PUT“, což způsobí načtení nějaké hodnoty registru, provedení 32bitového výpočtu a uložení výsledku výpočtu nakonec do interního registru CPU.

V simulačním režimu plynule prováděné mikro instrukce řídí centrální procesorovou jednotku simulátoru v následujících cyklech. Proto se vnitřní schopnost jedné mikro instrukce využívá k řešení další mikro instrukce v kontrolní sklad. Řídicí úložiště obsahující sadu mikro instrukcí (běžně označovaných jako „mikrokód“) obsahuje 1024 mikro instrukčních slov, každé 49 bitů široké.

Využití možností strukturování řídicího úložiště pro adresovatelné plánování mikrokódu a implementaci cyklicky pracujícího strojového kódu tlumočník, který je naprogramován také v mikrokódu, umožňuje implementaci jednotlivých mikrooperace sekvence, známé jako pokyny ke stroji. Mikrokód lze považovat za firmware pro MikroSim, který lze upravit, uložit a znovu načíst ze souboru s mikrokódem-ROM.

V rámci cyklu provádění mikro instrukcí je CPU i řadič vstupu / výstupu připojen k externímu 16 kByte obrovskému paměťovému zařízení s náhodným přístupem (RAM). Prostřednictvím zařízení vstupně-výstupního řadiče je komunikace s virtuálními vstupními a výstupními zařízeními podporována Přímý přístup do paměti režim (DMA), Interintegrovaný obvod Připojení (I2C) a Přerušit požadovat funkčnost (IRQ). Výstupní port, displej, časovač, spouštěč událostí, digitálně-analogový převodník, klávesnice a datový vstup / výstup jsou poskytovány jako virtuální IC zařízení pro didaktické vysvětlení komunikace s externími zařízeními.

Simulátor mikrokódu používá osm volně použitelných registrů, každý s šířkou 32 bitů spojený s 32bitem aritmetická logická jednotka (ALU). Obsah registru lze považovat za celočíselné hodnoty se znaménkem nebo bez znaménka nebo za 32bitový plovoucí bod čísla. Obsah registru lze snadno prohlížet, interpretovat a bitově upravovat pomocí integrovaného editoru čísel systému.

32bitová ALU je klíčová jednotka centrální procesorové jednotky. Podporuje 128 různých základních aritmetických operací pro celočíselný provoz, řízení přerušení a pro aritmetiku s plovoucí desetinnou čárkou.

Didaktický přístup k výpočtům s plovoucí desetinnou čárkou, který srovnatelně zavedl již počátkem 40. let 20. století Konrad Zuse, je zaveden pomocí elementárních operací na nižší úrovni pro exponenty a mantisy zapojené do klíčových operací sčítání / odčítání a násobení / dělení. Sada výkonných 32bitových aritmetických příkazů s plovoucí desetinnou čárkou v mantise a exponentu pro základní operace a základní analytické funkce jsou za předpokladu, jak jsou realizovány v dnešních matematických koprocesorech. Zde se v simulaci s MikroSim ideálně předpokládá, že provedení každé podporované aritmetické operace ALU vyžaduje pouze odlišnou dobu výpočtu nezávislou na složitosti obvodu, která je v praxi realisticky nutná.

Provádění mikro instrukcí lze provozovat na různých úrovních simulace s různým časovým rozlišením:

  • V nejnižší simulační úrovni simulátor podporuje fázované provádění fáze GET, CALCULATE a PUT. Zpracování dílčích fází je možné s nastavitelným zpožděním pro lepší sledovatelnost.
  • V další horní úrovni je aktuální mikro instrukce provedena v kompletním třífázovém taktu bez časového zpoždění. Kontinuální provádění několika 3fázových taktovacích cyklů je podporováno v rámci takzvaného cyklu „Load Increment Execute“ (LIE). Cyklus LIE považovaný za tlumočníka zapsaného v mikrokódu má funkci načíst strojové instrukce kódované jako bajtová hodnota z externí RAM a nechat větvi sekvence mikro instrukcí na odkazovaný podprogram mikrokódu pro provedení dané operačním kódem a návrat do LIE zpět k načtení další strojové instrukce.
  • O jednu úroveň provedení výše lze spustit sekvenci několika strojových instrukcí, dokud není dosaženo uživatelem definovaného bodu zlomu, který je umístěn do sekvence strojového kódu. Je možné měřit doby chodu mezi body zlomu. Je tedy možné srovnávat výkon provádění na úrovni stroje a mikrokódu.
  • Na nejvyšší úrovni simulace simulátor mikrokódu nepřetržitě provádí mikro instrukce bez přerušení. Na této úrovni se načítá strojová instrukce strojovou instrukcí. Je tedy možné se zaměřit na interakci CPU s externími zařízeními.

S různými dalšími možnostmi lze potlačit vizuální aktivity CPU ve prospěch zvýšení rychlosti zpracování, když je předáno ovládání aplikace programováním stroje. Monitor indexu výkonu dodávaný se simulátorem umožňuje uživateli srovnávat výkon zpracování MikroSimu a nastavit jej ve vztahu k výpočetnímu výkonu hardwaru simulátoru, měřitelnému v operace s plovoucí desetinnou čárkou za sekundu (FLOPS ) a pokyny za sekundu (IPS).

Pomocí takzvaného „Základní Assembler Tool pro MikroSim“ MikroBAT lze vyvíjet jednoduché programy v assembler programovací jazyk. Zde vše podporováno mnemotechnika programovacího jazyka assembleru jsou určeny uživatelsky vytvořenou instrukční sadou uživatele na úrovni mikro instrukcí. Doplňkový nástroj je schopen přeložit program jazyka sestavení do strojový kód a data a přenos binárního kódu do externí RAM pro následné simulace. Společně s MikroBAT podporuje mikrokódový simulátor MikroSim didaktické zavedení výukových aspektů v technické informatice od přepočítávaného počítacího stroje po programovatelnou aplikaci assembleru.

Viz také

Literatura

  • Gumm, HP; Sommer, M (2009), "5,6", Einführung in die Informatik (v němčině) (8. vydání), Mnichov: Oldenbourg, str. 470–85, ISBN  978-3-486-58724-1.

Reference

  1. ^ Mikrokodesimulátor - ocenění a vyznamenání, DE: MikroSim, vyvoláno 5. prosince 2010.

externí odkazy