CPU

El procesador que utiliza este entorno de simulación está basado en el Intel 8088. Puede ver más sobre la arquitectura original del mismo en su hoja de especificaciones.

El mismo se caracteriza principalmente por poder hacer operaciones de 8 y 16 bits, siendo las últimas del tipo little-endian.

Puertos

El procesador cuenta con los siguientes puertos:

• 16 bits de direcciones de memoria (bus de direcciones, con su respectivo buffer MAR)
• 8 bits de datos (bus de datos, con su respectivo buffer MBR)
• 1 bit para la señal de lectura (RD)
• 1 bit para la señal de escritura (WR)
• 1 bit para indicar si la escritura es a memoria principal o a un módulo de entrada/salida (IO/M, siendo 1 para E/S)
• 1 bit para la petición de interrupción (INTR)
• 1 bit para la señal de acknowledge de interrupción (INTA)

Registros

El procesador cuenta con cuatro registros de propósito general de 16 bits: AX, BX, CX y DX. Los mismos también pueden ser accedidos parcialmente como registros de 8 bits: AH, AL, BH, BL, CH, CL, DH y DL. Además, para el funcionamiento de la pila, cuenta con un registro SP (stack pointer) de 16 bits. Estos registros pueden ser accedidos por el usuario.

Dentro de los registros internos que no pueden ser accedidos por el usuario, se encuentra el registro FLAGS (flags register, 16 bits), el IP (instruction pointer, 16 bits) que almacena la dirección de la próxima instrucción a ejecutar, el IR (instruction register, 8 bits) que almacena el byte de la instrucción que se está analizando/decodificando en un instante dado, y el MAR (memory address register, 16 bits) que almacena la dirección de memoria que se quiere propagar por el bus de direcciones, y el MBR (memory buffer register, 8 bits) que almacena el byte que se quiere propagar o se ha recibido por el bus de datos.

Hay además algunos registros internos que sirven de intermediarios para realizar ejecutar instrucciones, como pueden ser el ri para almacenar una dirección temporal, el id para almacenar un dato temporal, o el left, right y result que almacenan los operandos y resultado de una operación aritmética o lógica respectivamente.

ALU

La ALU (Arithmetic Logic Unit) permite realizar operaciones aritméticas y lógicas de 8 y 16 bits. Las operaciones disponibles son: ADD, ADC, INC, SUB, SBB, DEC, NEG, NOT, AND y OR. Todas estas operaciones modifican el registro FLAGS.

Flags

El registro FLAGS es un registro de 16 bits que contiene las flags mostradas en la siguiente tabla. Este registro no es directamente accesible por el usuario, pero puede ser modificado por las operaciones de la ALU y pueden realizarse saltos condicionales en base a sus valores.

Bit #	Abreviatura	Descripción
0	CF	Flag de acarreo
6	ZF	Flag de cero
7	SF	Flag de signo
9	IF	Flag de interrupción
11	OF	Flag de overflow

El resto de bits están reservados / no se utilizan.

Pila

El procesador implementa la pila como método de almacenamiento accesible por el usuario y por la misma CPU para su correcto funcionamiento. Esta es del estilo Last In, First Out (LIFO), es decir, el último elemento en entrar es el primero en salir. La pila se encuentra en la memoria principal, comenzando en la dirección más alta de la misma (8000h) y creciendo hacia las direcciones más bajas (7FFEh, 7FFCh, etc.). El tope de la pila se guarda en el registro SP. Todos los elementos de la pila son de 16 bits.

Subrutinas

El procesador también implementa subrutinas. Estas son pequeños fragmentos de código que pueden ser llamados desde cualquier parte del programa. Para ello, se utiliza la instrucción CALL. Esta instrucción almacena el IP en la pila, y luego realiza un salto a la dirección de la subrutina, modificando el IP para que este apunte a la primera instrucción de la subrutina. Para volver de la subrutina, se utiliza la instrucción RET, que desapila la dirección apilada previamente por CALL y restaura el IP, volviendo a el punto de ejecución posterior a la llamada a la subrutina.

Ejemplo de subrutina:

      org 3000h
      ; suma ax, bx y cx
sum3: add ax, bx
      add ax, cx
      ret

      org 2000h
      mov ax, 1
      mov bx, 2
      mov cx, 3
      call sum3
      ; ax = 6
      hlt
      end

Interrupciones

El procesador admite interrupciones por hardware y por software, que pueden ser emitidas por el PIC o por la instrucción INT respectivamente. Para ejecutar interrupciones por hardware, el procesador debe estar habilitado para recibir interrupciones. Esto es, IF=1 (la flag de interrupciones activada).

Ambas interrupciones deben propocionar un número de interrupción. En el caso de las interrupciones por software, esta es dada por el operando de la instrucción INT (ver más). En el caso de las interrupciones por hardware, esta es dada por el PIC (ver cómo se obtiene). El número de interrupción debe ser un número entre 0 y 255.

Una vez interrumpido, el procesador ejecutará la rutina de interrupción asociada a ese número de interrupción. La dirección de comienzo de esta rutina estará almacenada en el vector de interrupciones. Este vector ocupa las celdas 0000h hasta 03FFh de la memoria principal, y cada elemento del vector tiene 4 bytes de largo -- el primer elemento se encuentra en 0h, el segundo en 4h, el tercero en 8h, y así. Cada elemento corresponde con la dirección de inicio de la rutina de interrupción.

Específicamente, el procesador:

1. obtiene el número de la interrupción (0-255),
2. apila el registro FLAGS,
3. inhabilita las interrupciones (IF=0),
4. apila el registro IP,
5. obtiene la dirección de la rutina de interrupción del vector de interrupciones,
6. modifica el IP para que apunte a la dirección de la rutina de interrupción.

Y así se comienza a ejecutar la rutina de interrupción. Estas tienen el mismo formato que una subrutina salvo que terminan en IRET en vez de RET.

Llamadas al sistema

El simulador permite realizar llamadas al sistema o syscalls. En el simulador, estas llamadas son realizadas idénticamente a las interrupciones. Así, para realizar una syscall basta con interrumpir a la CPU con el número de interrupción correspondiente. Estos números son:

• INT 0: termina la ejecución del programa, equivalente a la instrucción HLT;
• INT 3: incia el modo de depuración (breakpoint);
• INT 6: lee un carácter del teclado;
• INT 7: escribe una cadena de caracteres en pantalla.

Las direcciones del vector de interrupciones asociadas a estos números están protegidas por el sistema, impidiendo que el usuario las modifique.

El contenido de estas rutinas se encuentran almacenadas en el monitor del sistema en las direcciones A000h, A300h, A600h y A700h respectivamente.