Erkundung Steuersignale

Ziel: Automatisierung der Ausführung von Maschinenprogrammen

Mit der im letzten Kapitel entwickelten Schaltung ist der Bonsai zwar in der Lage, jedes beliebige Programm, das die Bonsai-Maschinenbefehle (30003, 10007, etc.) verwendet, auszuführen. Allerdings musstest du dazu unmittelbar eingreifen und durch Mausklicks auf Tore oder Schalter den Programmablauf Schritt für Schritt steuern.
Das Ziel muss aber eine automatisierte Steuerung des Rechners sein. Dazu ist es nötig, dem Rechner ein Steuerwerk hinzuzufügen.

Eine neue Komponente: Das Controlboard

Im CPU-Fenster siehst du die Schaltung aus dem vorherigen Kapitel ergänzt um das das Controlboard bzw. Steuerboard.

Du kannst den Simulator auch größer direkt in einem separaten Fenster öffnen: Bonsai-Simulator

Aufgabe 1

Versuche, das im Speicher abgelegte Programm genauso auszuführen wie im vorigen Kapitel.
Dies ist nun nicht mehr möglich, da die Schaltflächen an den Toren nun von Steuersignalen belegt sind. Deshalb kannst du die Tore nicht mehr über diese Schaltflächen öffnen oder schließen.

Beschreibung des Controlboards

Das Controlboard besteht aus 15 einzelnen Bit-Registern. Die Breite dieser Register beträgt genau ein Bit, d. h. sie können nur die Werte 0 oder 1 annehmen. Die Register 3 bis 14 sind jeweils über ein Tor und eine Steuerleitung mit den Signaleingängen zum Öffnen und Schließen von Toren bzw. zum Inkrementieren oder Dekrementieren von Registerinhalten verbunden.

Die Register 0 bis 2 haben besondere Aufgaben, die im nächsten Abschnitt vorgestellt werden

Im Ausgangszustand sind alle Steuerleitungen inaktiv. Wenn du auf eine der Zahlen 0..14 im Controlboard klickst, dann kannst du auf diese Weise gezielt Steuerleitungen aktivieren und auch wieder deaktivieren.

Aufgabe 2

Klicke jetzt direkt im Controlboard auf die Zahlen 10, 3 und 11. Damit aktivierst du die zugehörigen Steuerleitungen.
Beobachte auch genau, wie sich die Darstellung im Controlboard ändert und wie sich die Darstellung der Steuerleitung ändert.

Klicke jetzt dieselben Zahlen noch einmal in umgekehrter Reihenfolge (also: 11, 3, 10) an. Klicke anschließend auf die Zahl 12.

Kannst du erklären, welche Phase des Befehlszyklus du gerade ausgeführt hast?

Aufgabe 3

Teste jetzt systematisch alle Steuersignale (ab Nummer 3) und fertige eine Liste mit den jeweils erzielten Wirkungen an.

Signalnummer	Wirkung des Signals
3	öffnet das Schreib-Tor des Speichers zum Datenbus
4	öffnet das Lese-Tor des Speichers zum Datenbus
5	inkrementiert den im Akku gespeicherten Wert um 1
6	...
...	...

Hierkannst du dir die Tabelle zum Vervollständigen herunterladen.

Aufgabe 4

Nun solltest du wieder in der Lage sein, den Bonsai ein komplettes Maschinenprogramm ausführen zu lassen. Dabei findet jetzt die gesamte Steuerung direkt im Controlboard statt.

Wiederhole dazu alle Schritte aus Aufgabe 2, und führe dann mindestens die beiden ersten Befehle des Programms vollständig aus.