Auteursomgeving voor Digitale Componenten

SIM-PL
Auteursomgeving voor Digitale
Componenten
Ben Bruidegom
Wouter Koolen-Wijkstra
AMSTEL INSTITUUT
FACULTEIT DER NATUURWETENSCHAPPEN,
WISKUNDE EN INFORMATICA
UNIVERSITEIT VAN AMSTERDAM
1
Inhoud






2
Digitale Componenten
Demo Editor
Simulator
Harvard Processor
Toepassing
Nabeschouwing
B. Bruidegom en W. Koolen-Wijkstra
Objecten: Digitale Componenten
Hardware met alle in/uitgangen 0 of 1

Complexiteit

Van poort tot processor
 Hiërarchische compositie

Timing


3
16 bit register
Synchroon v.s. asynchroon
Functionaliteit

Register-file
16 Registers van 16 bit
Combinatorisch v.s.
geheugenfunctie
Flipflop
NANDpoort
B. Bruidegom en W. Koolen-Wijkstra
Ontwerp: Componenten Schakelingen
Simple (basis)
 Basisfiguren
 Input/Output
 Programmering
 Delay
4
Complex (hiërarchie)
 Subcomponenten
 Input/Output
 Connecties
B. Bruidegom en W. Koolen-Wijkstra
Voorbeeld: 4 bits opteller
5
B. Bruidegom en W. Koolen-Wijkstra
Demo SIM-PL Editor
• Simple Component
– Bouwen AND poort
• Complex Component
– XOR poort bouwen uit poorten:
• NOT
• AND
• OR
a  b  (a  b)  (b  a )
6
B. Bruidegom en W. Koolen-Wijkstra
Interne programmeertaal: nBit

Syntax


Basisdatatype


getallen van n bits
Voorbeeld: ALU




7
C/C++/Java
A, B:
55 bit ingang
opcode: 2 bit ingang
R:
55 bit uitgang
{
switch (opcode)
{
case 0: R = A + B;
case 1: R = A – B;
case 2: R = A | B;
case 3: R = A & B;
}
}
break;
break;
break;
break;
B. Bruidegom en W. Koolen-Wijkstra
Samenvatting: Discrete Event Simulation

Beginconfiguratie

Gebruiker
 Compilers


8
Signaalveranderingen als boodschappen
Propagation Delay
B. Bruidegom en W. Koolen-Wijkstra
Een eenvoudige Harvard processor



9
Simpele architectuur om de werking van een computer
tot in detail te kunnen begrijpen.
Bekeken vanuit de “hardware”
Ook geschikt voor VWO scholieren
B. Bruidegom en W. Koolen-Wijkstra
Simplified View of a Harvard Architecture*
Instruction
Memory
Registers (16)
ALU
Data
Memory
Register #
PC
Instruction
Address
Address
Register #
Register #
Data
Data out
Data in
* Bij een Harvard architectuur is het geheugen gescheiden in
twee delen: instructiegeheugen en datageheugen
10
B. Bruidegom en W. Koolen-Wijkstra
Voorbeeld van een instructie: ADD
Instruction
Memory
Registers
1st register #
Data
Memory
ALU
PC
Instruction
Address
2nd register #
Address
Dest. reg. #
Data
Assembly Language
11
Data
ADD $r0, $r1, $r2
$r0 = $r1 + $r2
B. Bruidegom en W. Koolen-Wijkstra
De store-instructie SW:
Register  Memory
Instruction
Memory
100
Registers
1st register #
Data
Memory
ALU
PC
Instruction
Address
2nd register #
Address
Dest. reg. #
Data
Data
SW $r0, 100($r1)
Memory[$r1 + 100] = $r0
12
B. Bruidegom en W. Koolen-Wijkstra
De status van de Harvard machine na het uitvoeren van de
instructie Load Immediate 0x01FD
13
B. Bruidegom en W. Koolen-Wijkstra
Waar is/wordt SIM-PL toegepast?



Cursus Architectuur en Computerorganisatie voor
1e jaars Informaticastudenten UvA
Cursus Digitale techniek/Architectuur voor voor
1e jaars AI-studenten UvA
VWO-scholieren

Beta-festival
 Diverse schoolklassen

14
Mastercourse voor VWO-docenten
B. Bruidegom en W. Koolen-Wijkstra
Verbeteringen, uitbreidingen





15
Gebruikersvriendelijker Editor
Implementatie Micro-programmeren
C Compiler om aansluiting te maken met Operating
Systems
Toevoegen Componenten en Architecturen
Geschikt maken voor het middelbaar onderwijs
B. Bruidegom en W. Koolen-Wijkstra
Visie voor realisatie

Voor HBO en WO:

Partnerschap in Digitale Universiteit-verband











16
Universiteit van Amsterdam
Vrije Universiteit
Open Universiteit Nederland
Universiteit Twente
Hogeschool van Amsterdam
Hogeschool Rotterdam
Hogeschool van Utrecht
Hogeschool INHOLLAND
Fontys Hogescholen
Saxion Hogescholen
Voor MO?
B. Bruidegom en W. Koolen-Wijkstra
Waarom SIM-PL?




17
Geeft inzicht in de werking van ingewikkelde digitale
schakelingen op alle niveau’s
Dicht het “gat” tussen Digitale techniek (poorten, flipflops
etc.) en complete pipeline processoren
Auteursomgeving voor docenten, studenten/scholieren
Beschikbaar onder GPL licentie (Free Software)
http://staff.science.uva.nl/~benb/SIM-PL
B. Bruidegom en W. Koolen-Wijkstra