Johnny 1.01 - Manuel d`utilisation
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1. e la valeur de l accumulateur SUB La valeur de l emplacement point par l adresse absolue est soustraite la valeur de l accumulateur INC La valeur de l emplacement point par l adresse absolue est incr ment e DEC La valeur de l emplacement point par l adresse absolue est d cr ment e NULL La valeur de l emplacement point par l adresse absolue est mise z ro TST Si et seulement si la valeur de l emplacement point par l adresse absolue est nulle l instruction suivante est ignor e Note Ceci est un changement majeur par rapport la version 0 98 du simulateur o la valeur de l accumulateur devait tre test e directement Ce changement a t fait dans un souci d uniformit JMP Le programme se poursuit l adresse fournie HLT Le simulateur affiche un message qui signale que l ex cution du programme est termin e Johnny 1 01 Manuel d utilisation 8 15 6 Exemples de programmes simples 6 1 Addition de deux nombres Le programme suivant additionne 2 nombres rang s aux adresses lt 10 gt et lt 11 gt et m morise le r sultat l adresse lt 12 gt TAKE 010 ADD 011 SAVE 012 HLT 000 6 2 Multiplication de deux nombres Le programme suivant multiplie 2 nombres rang s aux adresses lt 10 gt et lt 11 gt et m morise le r sultat l adresse lt 12 gt La multiplication de deux nombres est ici mise en uvre en additionnant de mani re r p titive le nombre rang l2. adresse lt 10 gt au r sultat l adresse lt 12 gt dont la valeur initiale est nulle chaque it ration la valeur stock e l adresse lt 11 gt est d cr ment e L it ration se poursuit jusqu ce que la valeur l adresse lt 11 gt soit nulle Johnny 1 01 Manuel d utilisation 9 15 7 L interface utilisateur Les boutons sont dispos s en deux groupes code et microcode dont le dernier s affiche uniquement si le s quenceur n est pas masqu La fonction des boutons relatifs au code est la suivante Met z ro toute la m moire RAM 00 000 chaque emplacement Charge un programme dans la RAM du simulateur Enregistre le programme dans un fichier Ex cute l instruction suivante stock e dans la RAM Ex cute le programme automatiquement la vitesse d ex cution est ajustable par le curseur droite du bouton Arr te l ex cution du programme Met z ro le compteur ordinal et tous les registres du processeur a Denm 0 2 Affiche la fen tre d options tr E Si le bouton Ca sont alors affich s est utilis pour afficher le d tail du s quenceur les boutons suivants HE Charge un micro programme dans la m moire microcode u Enregistre le microcode du simulateur dans un fichier Ex cute uniquement une micro instruction f F Enregistre une s quence de micro instructions afin de d finir une nouvelle instruction Johnny 1 01 Manuel d utilisation 10 15
3. Alexander Domay pour la premi re compilation sur un syst me Linux Klaus Merkert Tobias Selinger Martin Oehler et David Meder Marouelli pour leurs commentaires pr cieux et leur encouragement pour faire de Johnny un projet open SOUrce Les responsables des conf rences Imedia et MNU qui m ont donn l occasion de pr senter Johnny un large public Wolfgang Laun FH St P lten pour les corrections de ce manuel En particulier toutes personnes que j ai oubli es dans la liste Je vous souhaite beaucoup de plaisir et un travail productif en utilisant Johnny Tout rapport de bogue ou autre suggestion est appr ci e Merci d avance Peter Dauscher le 26 avril 2014 peter dauscher gmail com
4. Johnny 1 01 Simulation d un ordinateur Von Neumann simplifi Peter Dauscher 2009 2014 Free Software Free as in Freedom Manuel d utilisation Johnny 1 01 Manuel d utilisation 2 15 Table des mati res Te PrETaCE nn A E T AA 3 Z ALLO 0 LITE WON oa T E E 3 3 Consid rations didactiques et simplifications Vs 3 RAILS DIOC S SOUPER nee race eee dt nn de ne ne 4t Ea memore RAM SSSR PNR cin 5 4 2 L unit arithm tique et logique ss 5 1 3 LES eU ONC O UT esnan a e EEE et 6 D JU CINSTU IONS ase a ENE de eo ne 7 6 Exemples de programmes simples ss 8 6 1 A0GItIOn 06 deUx NOMD ES serron adecco 8 6 2 Multiplication de deux nombres a 8 Ta INOHACS USA Rd O 9 9 Crecer Sa Hopie INSTUCNONE Lens remaniement 11 D MO PONS dd ER a E EEIE 12 91 Passage en Mode BONSOIR Ne Renan taleicien 12 9 2 Chargement et sauvegarde des programmes 12 10 Informations l gales techniques et remerciements ss 13 10 1 INOrMAIONSI DAIRS er MN isa 13 10 2 Informations CANIQUES 2 4 48000 OAE tue 14 10 23 1REMETCIEI MES A8 a ne en nt tata da ad line died 15 Johnny 1 01 Manuel d utilisation 3 15 1 Pr face Ce manuel en fran ais est la traduction de la version anglaise crite par Peter Dauscher Toutefois quelques modifications minimes ont t apport es par le traducteur dans l espoir de rendre les explications plus claires et pr cises Traduction fran aise Patrice Hu
5. M X Cancel removes RAM content 9 2 Chargement et sauvegarde des programmes Les programmes de la machine BONSA fichiers bma du simulateur BONSA d origine peuvent tre ouverts et modifi s Par cons quent il est possible de cr er un programme pour la machine BONSA en utilisant JOHNNY puis de le transf rer sur le simulateur d origine qui est plus complexe mais aussi plus r aliste Il y a donc trois formats de fichiers pour le contenu de la RAM ram Format standard de contenu de la RAM du simulateur JOHNNY bma Format standard des programmes de la machine BONSA Di Programme Bonsa enregistr au format standard de JOHNNY Johnny 1 01 Manuel d utilisation 13 15 10 Informations l gales techniques et remerciements 10 1 Informations l gales Free Software Le programme est un logiciel Open Source et est soumis la licence GNU GPLV3 http www gnu org licenses gpl 3 0 txt Free as in Freedom La traduction ci dessous des articles 15 et 16 est fournie dans l espoir qu elle facilitera sa compr hension mais elle ne constitue pas une traduction officielle ou approuv e d un point de vue juridique Article 15 D claration d absence de garantie IL NY A AUCUNE GARANTIE POUR LE PROGRAMME DANS LES LIMITES PERMISES PAR LA LOI APPLICABLE MOINS QUE CELA NE SOIT TABLI DIFF REMMENT PAR CRIT LES PROPRI TAIRES DE DROITS ET OU LES AUTRES PARTIES FOURNISSENT LE P
6. ROGRAMME EN L TAT SANS GARANTIE D AUCUNE SORTE QU ELLE SOIT EXPRIM E OU IMPLICITE CECI COMPRENANT SANS SE LIMITER CELLES CI LES GARANTIES IMPLICITES DE COMMERCIALISABILIT ET D AD QUATION UN OBJECTIF PARTICULIER VOUS ASSUMEZ LE RISQUE ENTIER CONCERNANT LA QUALIT ET LES PERFORMANCES DU PROGRAMME DANS L VENTUALIT O LE PROGRAMME S AV RERAIT D FECTUEUX VOUS ASSUMEZ LES CO TS DE TOUS LES SERVICES R PARATIONS OU CORRECTIONS N CESSAIRES Article 16 Limitation de responsabilit EN AUCUNE AUTRE CIRCONSTANCE QUE CELLES REQUISES PAR LA LOI APPLICABLE OU ACCORD ES PAR CRIT UN TITULAIRE DE DROITS SUR LE PROGRAMME OU TOUT AUTRE PARTIE QUI MODIFIE OU ACHEMINE LE PROGRAMME COMME PERMIS CI DESSUS NE PEUT TRE TENU POUR RESPONSABLE ENVERS VOUS POUR LES DOMMAGES INCLUANT TOUT DOMMAGE G N RAL SP CIAL ACCIDENTEL OU INDUIT SURVENANT PAR SUITE DE L UTILISATION OU DE L INCAPACIT D UTILISER LE PROGRAMME Y COMPRIS SANS SE LIMITER CELLES CI LA PERTE DE DONN ES OU L INEXACTITUDE DES DONN ES RETOURN ES OU LES PERTES SUBIES PAR VOUS OU DES PARTIES TIERCES OU L INCAPACIT DU PROGRAMME FONCTIONNER AVEC TOUT AUTRE PROGRAMME M ME SI UN TEL TITULAIRE OU TOUTE AUTRE PARTIE A T AVIS DE LA POSSIBILIT DE TELS DOMMAGES La documentation elle m me est soumise la licence Creative Commons CC BY SA http creativecommons org licenses by sa 3 0 fr legalcode 1 NDT la traduction fran aise code source o
7. Si vous cliquez sur la valeur d un emplacement de la m moire RAM une fen tre appara t dans laquelle la valeur num rique peut tre chang e ou une instruction peut tre choisie depuis une liste d roulante L adresse peut tre saisie en utilisant le clavier r el ou virtuel Un double clic sur l adresse d un emplacement met z ro le contenu de cet emplacement J0 OO Le contenu de l emplacement est mis z ro F La modification est crite dans l emplacement respectif X Cancel Le contenu de l emplacement reste inchang En utilisant le bouton droit de la souris un menu contextuel est affich Ce menu permet des insertions et des suppressions dans la RAM SAVE 012 DEC Jl SAWE Ul O11 DES ll O Insert Cell before Delete Current Cell Lors d une op ration d insertion le bloc form des donn es cons cutives non nulles est d cal vers le bas d une case la valeur nulle qui suivait ce bloc a t cras e par cette insertion De m me lors d une op ration de suppression le bloc form des donn es cons cutives non nulles est d cal vers le haut d une case et une valeur nulle est ajout e la fin de ce bloc Johnny 1 01 Manuel d utilisation 11 15 8 Cr er sa propre instruction Afin de cr er une nouvelle instruction ou d en modifier une existante tout d abord un code op ration et un mn monique doivent tre choisis ud Op 130 BLA Ensuite le bouton Enregistrement alo
8. aulm avril 2015 2 Introduction De nos jours l architecture Von Neumann est toujours employ e dans les ordinateurs m me si par le fait des diff rentes optimisations successives leur conception s carte de ce mod le initial invent dans les ann es 1940 En raison de la miniaturisation amen e par la micro lectronique une grande partie du fonctionnement interne des ordinateurs modernes est cach e aux utilisateurs et est quasiment impossible observer D s lors la simulation repr sente une alternative parfaitement adapt e pour donner un aper u d taill de ce qui se passe l int rieur des ordinateurs JOHNNY un simulateur de processeur a t d velopp sp cifiquement des fins ducatives Pour cette raison la mod lisation fonctionnement du processeur a t simplifi e par rapport de r els ordinateurs 3 Consid rations didactiques et simplifications e Le simulateur permet d observer le fonctionnement du processeur au niveau de l ex cution des instructions d un programme Il permet aussi l examen du d roulement du microcode du s quenceur qui traduit les instructions en diff rents ordres Dans un premier temps la structure interne du s quenceur peut tre masqu e pour rendre les choses plus simples e Les utilisateurs peuvent programmer le simulateur en utilisant un langage assembleur simplifi Les instructions peuvent tre crites directement dans la m moire via une interface graphique perme
9. c copie la valeur du code op ration du registre d instruction dans l emplacement des centaines et des dizaines du compteur du microcode plac au dessus de la m moire du microcode et met z ro la valeur des unit s de ce compteur La micro instruction mc 0 met z ro la valeur du compteur du microcode stopp n est pas une instruction proprement parler cela oblige seulement le simulateur afficher un signalement de fin de programme Comme mentionn auparavant le s quenceur peut tre masqu pour rendre les choses plus abordables dans un premier temps 1 Freeware by Pel AUS ny 1 Macro Code e oo Johnny 1 00 Freeware by Peter Dauscher 2009 2012 Macro Code RAM oeg om Jog 1 1 MEMORY EL _ Address Bus 09 1012 MNULL012 012 TAKE 012 CONTROL UNIT 012 TAKE 012 012 SAVE 012 011 DEC 011 000 TST 000 001 JMP 001 000 HLT 000 000 012 SAVE 012 011 DEC 011 000 TST 000 001 JmP 001 000 HET 000 oo i 9 012 Data Bus Data Bus Johnny 1 01 Manuel d utilisation 7115 5 Jeu d instructions Le microcode fourni contient les micro programmes pour les 10 instructions suivantes TAKE La valeur de l emplacement point par l adresse absolue est copi e dans l accumulateur SAVE La valeur de l accumulateur est copi e l emplacement point par l adresse absolue ADD La valeur de l emplacement point par l adresse absolue est ajout
10. cc db gt acc copie la valeur pr sente sur le bus de donn es dans l accumulateur acc gt db fait le contraire La valeur pr sente sur le bus de donn es peut tre ajout e plus ou soustrait minus l accumulateur Dans le mode appel BONSA voir section 9 quelques unes de ces micro instructions n existent pas 2lDI xi afoj uad op Pro H fnn X ARITHMETIC LOGIC UNIT acc 0 acc Accumulator Johnny 1 01 Manuel d utilisation 6 15 4 3 Le s quenceur La partie la plus complexe du processeur Fr CONTROL UNIT est le s quenceur CU Control Unit Il comprend le registre d instruction IR cg Instruction Register le compteur ordinal ei CP Program Counter et le microcode 00 000 5 2000 Instruction Prg Counter Register 0 pc D mr ins gt mc K PC E Avec db gt ins la valeur pr sente sur le bus de donn es est copi e dans le registre d instruction La partie de l instruction qui repr sente l adresse peut tre copi e directement sur le bus d adresses ins gt ab ou copi e dans le compteur ordinal ins gt pc pour r aliser par exemple une instruction de saut JUMP La valeur du compteur ordinal peut tre copi e sur le bus d adresses avec pc gt ab La micro instruction pc incr mente le compteur ordinal 0 pc fait la m me chose mais seulement lorsque la valeur 5 1 de l accumulateur est nulle E se a EP AT ins gt m
11. de stocker un nombre entre O et 19 999 Ainsi un nombre trois chiffres d cimaux suffit d finir une adresse unique pour chaque emplacement Pour une facilit de lecture des instructions le nombre de milliers est s par des 3 derniers chiffres colonnes Hi et Lo car il repr sente le code op ration L utilisation du bouton relatif la micro instruction ram gt db permet de copier le contenu de l emplacement Johnny 1 00 Freeware by Peter Dauscher 2009 2 ds Gels aol lt MEMORY y a z me d T Edit RAM Line Address Data Adr Hi Lo Asm op 000 09 012 NUCL OI Oomol 012 WMAKE012 04 012 SAVE 012 011 DEC 011 1005 06 000 MSr000 05 001 JMP 001 000 HET SES wa a 7 gt Data Bus adress de la m moire sur le bus de donn es db gt ram fait le contraire Le contenu de la m moire est ditable par un simple clic de la souris sur un emplacement de la m moire qui ouvre alors une fen tre d dition Dans la fen tre principale deux portions de la m moire qui peuvent se chevaucher sont affich es Ainsi il est possible de voir en m me temps les instructions et les donn es concern es 4 2 L unit arithm tique et logique L unit arithm tique et logique ALU Arithmetic Logic Unit est constitu e principalement d un accumulateur Ce dernier peut tre remis z ro acc 0 incr ment acc ou d cr ment a
12. est press La partie respective du microcode est mise z ro au d but Les appuis sur les boutons relatifs aux micro instructions sont alors enregistr s Le clignotement d une partie de l interface utilisateur signale l activation de l enregistrement Un appui nouveau sur le bouton Enregistrement arr te celui ci Le nouveau microcode peut tre sauvegard et puis recharg ult rieurement avec les boutons suivants La sauvegarde du microcode cr e deux fichiers le fichier mpc qui contient le microcode lui m me le fichier nam qui contient les mn moniques des instructions Johnny 1 01 Manuel d utilisation 12 15 9 Le mode BONSAI Dans les ann es 1990 Klaus Merkert et Walter Zimmer mettent en uvre un simulateur similaire BONSA Afin d tre capable d utiliser le jeu d instructions BONSA qui se compose seulement de cinq instructions savoir INC DEC TST JMP et HLT Johnny peut tre commut dans le mode BONSA Le menu d roulant est ensuite adapt ces instructions certaines micro instructions inutile dans ce mode sont supprim es 9 1 Passage en mode Bonsa X Johnny Options F Instruction Sets Used En utilisant le bouton une fen tre est affich e permettant l utilisateur de changer de mode i Johnny Mode CO Bonsai Mode Minimal Instruction Set Other Restrictions Attention Changeing the option Attention le changement de mode efface compl tement la RA
13. instruction est simplement une suite de micro instructions Afin d viter l activation simultan e des commandes d acc s aux bus le bus de donn es a la capacit de m moriser la valeur d une donn e ce qui est bien s r irr aliste les bus r els sont de simples fils la r tention est faite par les registres du processeur Le transfert d une donn e d un endroit un autre n cessite deux tapes a l exp diteur place la valeur de la donn e sur le bus b le destinataire copie cette valeur pr sente sur le bus Ainsi les conflits de bus sont exclus par construction e Le microcode est ditable l utilisateur peut cr er facilement ses propres instructions en choisissant un nom appropri et en s lectionnant ensuite une suite de micro instructions avec la souris 4 Le processeur Le processeur comprend trois parties l unit logique et arithm tique Arithmetic Logic Unit la m moire Memory et le s quenceur Control Unit Ces blocs sont interconnect s par des bus Johnny 1 00 Freeware by Peter Dauscher 2009 2012 Macro Code Oea acc 0 acc a ins gt pc es 00 L Accumulator Instruction Prg Counter s 0 Register 8 i00 000 00 000 u Data Bus La suite de cette section d taille chaque unit Johnny 1 01 Manuel d utilisation 5 15 4 1 La m moire RAM La m moire acc s direct RAM Random Access Memory comprend 1 000 emplacements chacun tant capable
14. ttant ainsi d viter les erreurs de syntaxe e L unit arithm tique et logique se compose d un seul registre agissant comme un accumulateur e Le simulateur et son interface graphique utilise le syst me d cimal Bien que ce ne soit pas r aliste cela simplifie son utilisation en particulier pour les d butants qui ne sont pas familiaris s avec le syst me hexad cimal Ainsi pour Johnny 9 8 gale 17 et non Ox11 e La valeur des donn es s tend de O 19 999 celle des adresses de 0 999 Les d bordements ne sont pas g r s 0 1 O et 19999 1 gt 19999 e Le jeu d instructions est tr s pauvre et est compos de 10 instructions seulement Pour des raisons de simplicit toutes les instructions utilisent l adressage absolu et ont une taille unique d un mot Le code op ration est donn par le nombre de milliers les 3 derniers chiffres repr sentent l adresse exemple ADD 42 est cod 02 042 e Dans les processeurs r els une micro instruction active en g n ral plusieurs Johnny 1 01 Manuel d utilisation 4115 signaux de commande des bus Cette simultan it rend l observation du comportement plus difficile La micro programmation s en trouve plus complexe du fait du risque potentiel de conflits de bus Par cons quent une simplification peu r aliste a t retenue chacune des micro instructions est associ un unique interrupteur qui peut tre actionn manuellement par l utilisateur e Une
15. uvert est peu utilis e Johnny 1 01 Manuel d utilisation 14 15 10 2 Informations techniques Le programme n a pas besoin d tre install pour tre utilis Il peut tre ex cut directement depuis un support de stockage Le programme a t d velopp en utilisant l environnement de d veloppement graphique libre Lazarus version 0 9 30 4 http vww lazarus freepascal org Donc au moins en th orie le programme devrait pouvoir tre compil pour tout syst me d exploitation que Lazarus est capable de supporter Tous les graphiques ont t cr s avec OpenOffice LibreOffice the Gnu Image Manipulation Program GIMP et InkScape http fr openoffice org http fr libreoffice org http www gimp org http www inkscape org Johnny 1 01 Manuel d utilisation 15 15 10 3 Remerciements Merci tous ceux qui ont contribu cr er ce simulateur indirectement par leurs activit s dans les projets Open Source mentionn s ci dessus D En outre je tiens remercier toutes les personnes qui ont fourni des commentaires pr cieux et des rapports de bogues Mes l ves du Gymnasium am Kaiserdom Speyer en Allemagne Mes coll gues Jens Fiedler Ewald Bickelmann Bernd Fr hlich Ernst Lothar Stegmaier et tous les coll gues qui ont test s le logiciel avec leur l ves et ont trouv s des bogues Alexander G ssow et Joachim Brehmer Moltmann qui ont effectu des tests approfondis
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