CH626464A5 - Device for learning the operating mode of a microcomputer - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erlernung der Arbeitsweise eines Mikrorechners wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben. The invention relates to a device for learning the operation of a microcomputer as specified in the preamble of claim 1.
Eine derartige Einrichtung ist zum Beispiel aus dem Prospekt (AT 3108-5.76) «Schulungs- und Demonstrationsmodell für 8080 Mikroprozessor, TSK 80, CPU 80» der Firma Alfred Neye-Enatechnik GmbH, Quickborn, BRD, bekannt. Such a device is known for example from the brochure (AT 3108-5.76) "Training and demonstration model for 8080 microprocessor, TSK 80, CPU 80" from Alfred Neye-Enatechnik GmbH, Quickborn, Germany.
Mit dieser Einrichtung können die Arbeitsweise eines Mikrorechners erlernt und seine Anwendungsmöglichkeiten erprobt werden. Da jedoch von Anfang an mit einem realen Mikrorechner gearbeitet wird, sind umfangreiche Vorkenntnisse notwendig. With this device, the working principle of a microcomputer can be learned and its application possibilities can be tested. However, since a real microcomputer is used right from the start, extensive previous knowledge is required.
Es ist Aufgabe der Erfindung, auch Benutzern ohne Vorkenntnisse das Erlernen der Arbeitsweise eines Mikrorechners zu ermöglichen. It is an object of the invention to enable users without prior knowledge to learn how a microcomputer works.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Mitteln. This object is achieved with the means specified in claim 1.
Je nach Lernstufe werden Teile eines Mikrorechners oder Mikrorechner mit unterschiedlichen Betriebsmöglichkeiten simuliert. Dementsprechend werden an die Bedienperson unterschiedliche Ansprüche gestellt, das heisst der Lernende kann sich schrittweise mit der Arbeitsweise von Teilen eines Mikrorechners bzw. des ganzen Mikrorechners vertraut machen. Vorteilhaft ist es auch, dass für jeden Lernschritt die gleichen Eingabeschalter verwendet werden, weil die notwendige Änderung der Funktion der einzelnen Schalter durch auf das Bedienfeld auflegbare Karten oder Schablonen angegeben wird. Durch die Schalterstellung der zur Eingabe verwendeten bistabilen Schalter kann der Benutzer erkennen, welchen binären Wert er eingegeben hat. Zusätzliche Einrichtungen, die dies anzeigen, sind nicht notwendig. Depending on the learning level, parts of a microcomputer or microcomputer with different operating options are simulated. Accordingly, different demands are placed on the operator, that is, the learner can gradually familiarize himself with the functioning of parts of a microcomputer or the entire microcomputer. It is also advantageous that the same input switches are used for each learning step, because the necessary change in the function of the individual switches is indicated by cards or templates that can be placed on the control panel. The switch position of the bistable switches used for the input enables the user to recognize which binary value he has entered. Additional facilities that indicate this are not necessary.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt: The invention is explained in more detail for example with reference to the drawings. It shows:
Figur 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemässen Lehreinrichtung; FIG. 1 shows a block diagram of the teaching device according to the invention;
Figur 2a und 2b Karten, deren Beschriftung die jeweilige Funktion der Schalter und der Anzeigeeinrichtung auf dem Bedienfeld der Lehreinrichtung angeben. Figures 2a and 2b cards, the inscription of which indicate the respective function of the switch and the display device on the control panel of the teaching device.
Die in der Figur 1 dargestellte Einrichtung enthält einen Mikroprozessor 1, der seinen Takt aus einem Taktgenerator 2 erhält. Der Mikroprozessor 1 ist über Adressen-, Daten- und Steuerleitungen 4,5,6 mit einem Speicher 7 verbunden. Der Speicher 7 enthält mindestens einen Festwertspeicher ROM und mindestens einen Schreib/Lese-Speicher RAM. In dem Speicher 7 sind Programme und Daten gespeichert. Die Eingabe bzw. Ausgabe der Daten erfolgt über eine Eingangs/Aus-gangs-Schaltung 8, in der die Eingangsdaten bis zu ihrem Abruf durch den Mikroprozessor gespeichert werden. The device shown in FIG. 1 contains a microprocessor 1, which receives its clock from a clock generator 2. The microprocessor 1 is connected to a memory 7 via address, data and control lines 4, 5, 6. The memory 7 contains at least one read-only memory ROM and at least one read / write memory RAM. Programs and data are stored in the memory 7. The input or output of the data takes place via an input / output circuit 8, in which the input data are stored until they are called up by the microprocessor.
Die bisher beschriebenen Bauteile, ihre Funktionen und ihr Zusammenwirken werden hier nicht näher erläutert, denn sie sind dem Fachmann allgemein bekannt und beispielsweise in der Broschüre (AT 3139-7.76) «Der Mikroprozessor, vom Bauteil zur Anwendung», der Alfred-Neye-Enatechnik GmbH, Quickborn, beschrieben. The components described so far, their functions and their interaction are not explained in more detail here, because they are generally known to the person skilled in the art and, for example, in the brochure (AT 3139-7.76) “The microprocessor, from component to application”, Alfred-Neye-Enatechnik GmbH, Quickborn.
Bei der neuen Mikrorechner-Lehreinrichtung sind zusätzlich zu diesen bekannten Teilen zur Dateneingabe mehrere bistabile Schalter 10,11 vorgesehen. Einige dieser Schalter, über die Steuer- und Taktsignale eingegeben werden, können durch Hinzufügen von Flip-Flops als prellfreie Schalter ausgebildet werden. Es ist ausserdem ein Kodierschalter 12 vorhanden, durch den das gewünschte Simulationsprogramm ausgewählt wird. Dieser Kodierschalter 12, der auf dem Bedienfeld angeordnet ist, ist ein Schiebeschalter mit mechanischer Segmentanzeige. Je nach Stellung wird an der Oberseite des Schalters eine Kennziffer für den jeweils eingestellten Kode sichtbar. Die je nach Simulationsprogramm unterschiedliche Funktion der Schalter 10,11 und einer Anzeigeeinrichtung 9 wird durch auf das Bedienfeld auflegbare Karten 21, Figur 2a und 2b angezeigt. Diese Karten, die untereinander geometrisch gleich, jedoch unterschiedlich beschriftet sind, haben mehrere Aussparungen 22 und sind in den erwähnten Figuren 2a und 2b dargestellt. In the new microcomputer teaching device, in addition to these known parts for data input, several bistable switches 10, 11 are provided. Some of these switches, via which control and clock signals are input, can be designed as bounce-free switches by adding flip-flops. There is also a coding switch 12 by which the desired simulation program is selected. This coding switch 12, which is arranged on the control panel, is a slide switch with mechanical segment display. Depending on the position, an identification number for the respectively set code is visible on the top of the switch. The different functions of the switches 10, 11 and a display device 9 depending on the simulation program is indicated by cards 21, FIGS. 2a and 2b, which can be placed on the control panel. These cards, which are geometrically identical to one another but labeled differently, have several cutouts 22 and are shown in the aforementioned FIGS. 2a and 2b.
Als nächstes werden die einzelnen Bedienschritte näher erläutert. Zuerst wird durch den Kodierschalter 12 der Kode für das gewünschte Programm eingestellt und die zugehörige Karte auf das Bedienfeld aufgelegt. Dies erfolgt so, dass die Anzeigeeinrichtung 9 und die Schalter 10,11,12 durch die Aussparungen 22 zugänglich sind. Dann wird eine Rückstelltaste 3 gedrückt, wodurch ein im Mikroprozessor 1 enthaltener Befehlszähler auf null gestellt wird. Diesem Ausgangszustand des Befehlszählers ist eine bestimmte Adresse zugeordnet. Durch den Mikroprozessor 1 wird über die Adressenleitung 4 im Speicher 7 das unter dieser Adresse gespeicherte Programm angesprochen. Über Adressen- und Datenleitungen 4,5 werden nacheinander die Befehle eingeholt. Die Datenleitung 5 ermöglicht eine Datenübertragung in beiden Richtungen zwischen Speicher 7 und Mikroprozessor 1. Dies ist notwendig, da Daten aus dem Mikroprozessor 1 möglicherweise auch im Speicher 7 abgespeichert werden müssen. Next, the individual operating steps are explained in more detail. First, the code for the desired program is set by the coding switch 12 and the associated card is placed on the control panel. This is done in such a way that the display device 9 and the switches 10, 11, 12 are accessible through the cutouts 22. Then a reset button 3 is pressed, whereby an instruction counter contained in the microprocessor 1 is set to zero. A certain address is assigned to this initial state of the command counter. The microprocessor 1 addresses the program stored at this address via the address line 4 in the memory 7. The commands are successively obtained via address and data lines 4, 5. The data line 5 enables data transmission in both directions between the memory 7 and the microprocessor 1. This is necessary since data from the microprocessor 1 may also have to be stored in the memory 7.
Für einen Benutzer ohne Vorkenntnisse ist es schwierig, die Funktionsweise eines komplizierten Mikrorechners zu verstehen. Deshalb werden nacheinander, ausgehend von einem Teil eines Mikrorechners, der nur Additionen und Subtraktionen ausführen kann, zum besseren Verständnis des Lernenden schrittweise zunehmend komplizierter werdende Teile des Mikrorechners oder Mikrorechner simuliert, wodurch der Schüler langsam zur maximalen Leistungsfähigkeit des Mikrorechners hingeführt wird. It is difficult for a user without previous knowledge to understand how a complicated microcomputer works. Therefore, starting from a part of a microcomputer that can only perform additions and subtractions, parts of the microcomputer or microcomputer that become increasingly complex are gradually simulated for a better understanding of the learner, whereby the student is slowly led to the maximum performance of the microcomputer.
Hierzu sind in dem Speicher 7 zusätzlich zu den für den normalen Betrieb des Mikrorechners notwendigen Steuerprogrammen mehrere Simulationsprogramme abgespeichert, die For this purpose, in addition to the control programs necessary for the normal operation of the microcomputer, several simulation programs are stored in the memory 7
2 2nd
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
3 3rd
626464 626464
den Mikrorechner so steuern, dass für den Lernenden jeweils ein durch das über den Kodierschalter 12 ausgewählte Simulationsprogramm bestimmter Teil des Mikrorechners oder Mikrorechner simuliert wird, das heisst die Mikrorechner-Lehreinrichtung verhält sich wie der durch den Kode spezifizierte 5 Teil des Mikrorechners. Eine aus didaktischer Sicht vorteilhafte Staffelung von zunehmend kompliziert werdenden simulierten Mikrorechnern wird weiter unten angegeben. control the microcomputer in such a way that a part of the microcomputer or microcomputer determined by the simulation program selected via the coding switch 12 is simulated for the learner, i.e. the microcomputer teaching device behaves like the 5 part of the microcomputer specified by the code. A staggering of increasingly complicated simulated microcomputers, which is advantageous from a didactic point of view, is given further below.
Für den Lernenden ist es wichtig, dass er die Daten auf einfache und übersichtliche Weise eingeben kann. Deshalb sind io bistabile Schiebeschalter 10 und 1 l vorgesehen, an deren Schalterstellung leicht zu erkennen ist, ob gerade eine logische «0» oder «1» eingegeben wurde. Die Daten werden von den Schaltern 10,11 in die Daten-Eingangs/Ausgangs-Schaltung 8, die Zwischenspeicher enthält, eingegeben und von dort durch 15 den Mikroprozessor 1 über die Steuerleitung 6,6a nach Bedarf abgerufen. Die Datenübertragung erfolgt über die Datenleitung 5,5a. Über diese Leitungen werden auch die auszugebenden Daten bzw. die Steuersignale zur Datenausgabe übertragen. Die Daten (3 Bit), die den durch den Kodierschalter eingestellten Kode enthalten, werden ebenfalls über die Datenleitungen 5,5a zum Mikroprozessor, der dann den Befehlszähler entsprechend dem gewählten Kode einstellt, übertragen. It is important for the learner that he can enter the data in a simple and clear manner. Therefore, bistable slide switches 10 and 11 are provided, from the switch position of which it is easy to see whether a logical “0” or “1” has just been entered. The data are input from the switches 10, 11 into the data input / output circuit 8, which contains buffers, and are called up from there by the microprocessor 1 via the control line 6, 6a as required. The data transmission takes place via the data line 5.5a. The data to be output or the control signals for data output are also transmitted via these lines. The data (3 bits), which contain the code set by the coding switch, are also transmitted via data lines 5,5a to the microprocessor, which then sets the command counter in accordance with the selected code.
Es wird angenommen, dass in der Schalterstellung 0 des Kodierschalters 12 ein Teil des Mikrorechners simuliert werden soll, mit dem nur Additionen und Subtraktionen möglich sind. Vom Mikroprozessor 1 wird im Speicher 7 unter der die-sem.Kode zugeordneten Adresse ein Programm angesprochen, das den Mikrorechner so steuert, dass nur Additionen und Subtraktionen möglich sind. Das Programm läuft beispielsweise in einer Schleife, so dass die Schalter zyklisch abgefragt werden können und die Ergebnisse fortlaufend angezeigt werden. It is assumed that in the switch position 0 of the coding switch 12 a part of the microcomputer is to be simulated, with which only additions and subtractions are possible. A program is addressed by the microprocessor 1 in the memory 7 under the address assigned to this sem.code, which controls the microcomputer in such a way that only additions and subtractions are possible. The program runs in a loop, for example, so that the switches can be queried cyclically and the results are displayed continuously.
Durch die Programme können beispielsweise nachfolgend aufgeführte Teile eines Mikrorechners oder Mikrorechner simuliert werden: The programs can be used, for example, to simulate the parts of a microcomputer or microcomputer listed below:
Pro- Simulierter Teil eines Mikrorechners gramm oder Mikrorechner Pro-simulated part of a micro computer gram or micro computer
0 8-Bit-Parallel-Addierer/Subtrahierer 0 8-bit parallel adder / subtractor
1 arithmetisch/logische Einheit (es werden UND-, ODER- und EXKLUSIV-ODER-Schaltungen hinzugefügt) 1 arithmetic / logic unit (AND, OR and EXCLUSIVE OR circuits are added)
2 Akkumulator, der 8 Bit parallel mit Hilfe eines Taktimpulses verarbeiten kann (es wird ein Register hinzugefügt) 2 accumulators that can process 8 bits in parallel with the help of a clock pulse (a register is added)
3 Akkumulator mit Speicher, der ausser einem Operationskode auch Adressen als Anweisungen erhalten muss (es werden ein Speicher und ein Datenselektor hinzugefügt) 3 accumulator with memory, which in addition to an operation code must also receive addresses as instructions (a memory and a data selector are added)
4 einfacher Mikrorechner, der eine fortlaufende automatische Arbeitsweise und eine automatische Funktions- und Adressenauswahl ermöglicht (es werden ein Befehlszähler und ein Befehlsregister hinzugefügt) 4 simple microcomputers that enable continuous automatic operation and automatic function and address selection (a command counter and a command register are added)
5 vollständiger Mikrorechner, der Programmiersprünge und -Verzweigungen ermöglicht und der über alle wesentlichen Adressierungsarten verfügt. Er unterscheidet sich vom realen Rechner durch eine streng logische Befehlsstruktur unter Verzicht auf gewisse Befehlsvarianten, über die reale Rechner gegebenenfalls verfügen (es werden unter anderem weitere Register hinzugefügt) 5 complete micro-computer that enables programming jumps and branches and that has all the main types of addressing. It differs from the real computer by a strictly logical command structure without certain command variants, which real computers may have (additional registers are added, among other things)
6 bei der Auswahl dieses Programms steht dem Benutzer der reale Mikrorechner mit sämtlichen Möglichkeiten des eingebauten Mikroprozessors zur Verfügung. Gegenüber dem simulierten Mikrorechner nach 5 stehen weitere Register zur Verfügung und es kommen weitere Befehlsvarianten hinzu. In dieser Stufe wird ein Monitorprogramm ausgewählt, das beispielsweise die Bedienung des Mikrorechners über Schalter und Anzeigelampen ermöglicht. Dieses Programm macht den Mikrorechner «lebensfähig». 6 When selecting this program, the user has access to the real microcomputer with all the options of the built-in microprocessor. Compared to the simulated microcomputer after 5, further registers are available and additional command variants are added. At this stage, a monitor program is selected that, for example, enables the microcomputer to be operated using switches and indicator lights. This program makes the microcomputer “viable”.
Wie bereits erwähnt, können den Schaltern 10,11 und der Anzeigeeinrichtungen 9 - zum Beispiel Leuchtdioden - in Abhängigkeit von der jeweiligen Simulation unterschiedliche Funktionen zugeordnet sein, die durch die auflegbaren Karten angegeben werden; zum Beispiel dem Schalter C die Funktionen «INC (+1)» gemäss der Kartenbeschriftung in Figur 2a oder «LOAD ADR» gemäss Figur 2b. As already mentioned, the switches 10, 11 and the display devices 9 — for example light-emitting diodes — can be assigned different functions depending on the respective simulation, which are indicated by the cards that can be placed on them; For example, the switch C the functions "INC (+1)" according to the card label in Figure 2a or "LOAD ADR" according to Figure 2b.
Die Schalter 10,11,12 und die Anzeigeeinrichtung 9 aus The switches 10, 11, 12 and the display device 9 off
60 Figur 1 sind in den Figuren 2a und 2b gestrichelt eingezeichnet. 60 Figure 1 are shown in dashed lines in Figures 2a and 2b.
Anstelle dieser Karten können auch Schablonen vorgesehen sein, die entsprechend ihrer Lage nur den Teil einer Beschriftung auf dem Bedienfeld freigeben, der zur jeweiligen Funktionszuordnung für die Schalter und die Anzeigeeinrich-65 tung notwendig ist. Die Lageeinstellung kann auch automatisch durch den Kodierschalter gesteuert werden. Instead of these cards, templates can also be provided which, depending on their position, only release that part of a label on the control panel which is necessary for the respective function assignment for the switches and the display device. The position setting can also be controlled automatically by the coding switch.
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3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings
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