Erkundung Steuersignale

Ziel: Automatisierung der Ausführung von Maschinenprogrammen

Mit dem im letzten Kapitel entwickelten Operationswerk ist der Bonsai zwar in der Lage, jedes beliebige Programm, das die Bonsai-Maschinenbefehle (30003, 10007, etc.) verwendet, auszuführen. Allerdings musstest du dazu unmittelbar in das Operationswerk 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 Operationswerk ein Steuerwerk hinzuzufügen.

Eine neue Komponente: Das Controlboard

Im CPU-Fenster siehst du das Operationswerk des Bonsai-Rechners ergänzt um eine erste wichtige Komponente des Steuerwerks: das Controlboard bzw. Steuerboard.

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

Aufgabe 1

(a) Deaktiviere den Schalter oben rechts.
Versuche nun, das im Speicher abgelegte Programm genauso auszuführen wie im vorigen Kapitel.
Du wirst jedoch nicht sehr weit kommen.
Beschreibe genau, an welcher Stelle und aus welchen Gründen du nicht mehr weiterkommst. Falls du durch deine Versuche eine Fehlermeldung produziert hast, kann sie dir bei der Erklärung weiterhelfen.

(b) Lade die Seite neu. Der Schalter oben rechts ist jetzt wieder aktiviert.
Probiere noch einmal, das Programm genauso auszuführen wie im vorigen Kapitel.
Erkläre, weshalb du jetzt schon viel früher scheiterst.

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.

Mit dem Schalter oben rechts kann das Controlboard aktiviert oder deaktiviert werden.
Beim Aktivieren werden die 15 Tore der Bit-Register schreibend zur jeweiligen Steuerleitung geöffnet (erkennbar am rot unterlegten Pfeil nach links).

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.