IBM 704

Arhitektura IBM 704

IBM 704 bio je jedno od prvih komercijalnih računala koje je uvodilo napredne koncepte arhitekture, uključujući rad s pomičnim zarezom, indeksne registre i statusne indikatore. Sustav je bio dizajniran za znanstvene i tehničke izračune, što ga je činilo ključnim alatom u laboratorijima, sveučilištima i ranim zrakoplovnim projektima.

Aritmetička jedinica (AC i MQ)

Aritmetička jedinica sastojala se od dva glavna 36-bitna registra:

• AC (Accumulator) – glavni registar za aritmetiku.
• MQ (Multiplier/Quotient) – registar za množenje i dijeljenje.

Ova dva registra zajedno su omogućavala učinkovite operacije nad velikim brojevima i pomičnim zarezom.

Indeksni registri (XR1, XR2, XR4)

IBM 704 je koristio tri indeksna registra:

• XR1
• XR2
• XR4

Indeksni registri omogućavali su modifikaciju adresa, implementaciju petlji i rad s velikim poljima podataka. Ovo je bio preteča modernog adresiranja u procesorima.

Senzorni indikatori (SI)

Sustav je imao 36 senzorskih indikatora koji su služili kao statusne zastavice:

• indikatori grešaka (overflow, divide check)
• indikatori stanja I/O uređaja
• korisnički definirani indikatori

Programi su mogli testirati i postavljati SI bitove, što je omogućavalo primitivne oblike upravljanja tokom programa.

Memorija

IBM 704 koristio je magnetsku jezgru (magnetic core memory) kapaciteta:

• 4096 riječi × 36 bita

Ovo je bila jedna od najnaprednijih memorijskih tehnologija 1950-ih.

Ulazno/izlazni sustav

Podržani uređaji uključivali su:

• magnetske vrpce
• čitač kartica
• bušilicu kartica
• pisač
• konzolu operatera

I/O operacije su se signalizirale preko Sense Indicators.

Instrukcijski format

Instrukcije su bile 36-bitne, s poljima:

• opkod
• adresa
• indeksni modifikator
• bitovi za uvjetno grananje

Ovaj format omogućavao je fleksibilno adresiranje i kontrolu toka programa.

Instrukcijski skup IBM 704

Glavne grupe instrukcija IBM 704

Grupa	Primjeri	Opis
Aritmetičke instrukcije	ADD, SUB, MPY, DIV	Operacije nad AC i MQ registrima; podrška za cijele brojeve i pomični zarez.
Logičke instrukcije	CLA, CLM, COM	Čišćenje, komplementiranje i manipulacija bitovima.
Uvjetno grananje	TRA, TMI, TPL, TZE	Skokovi ovisno o sadržaju AC ili MQ.
Rad sa Sense Indicators	TSI, SSI, RSI	Testiranje, postavljanje i resetiranje statusnih bitova.
Indeksno adresiranje	AXT, TXI	Modifikacija adresa pomoću XR1, XR2, XR4.
Ulazno/izlazne instrukcije	RDS, WRS, RWT	Rad s magnetskom vrpcom, kartičnim čitačem i pisačem.
Kontrola toka programa	HLT, NOP	Zaustavljanje programa, prazna instrukcija.

Opkodovi IBM 704

Kompletan popis opkoda IBM 704

Opkod	Mnemonik	Grupa	Opis
000	NOP	Kontrola	Prazna instrukcija; ne radi ništa.
001	HLT	Kontrola	Zaustavlja izvršavanje programa.
002	TRA	Grananje	Bezuvjetni skok na adresu.
003	TRN	Grananje	Skok ako je AC negativan.
004	TMI	Grananje	Skok ako je AC manji od nule.
005	TPL	Grananje	Skok ako je AC veći od nule.
006	TZE	Grananje	Skok ako je AC jednak nuli.
007	TOV	Grananje	Skok ako je overflow zastavica postavljena.
010	ADD	Aritmetika	Zbrajanje sadržaja memorije s AC.
011	SUB	Aritmetika	Oduzimanje sadržaja memorije od AC.
012	MPY	Aritmetika	Množenje; rezultat ide u AC/MQ.
013	DIV	Aritmetika	Dijeljenje; količnik u MQ, ostatak u AC.
014	CLA	Logičke	Učitava vrijednost u AC.
015	CLM	Logičke	Učitava vrijednost u MQ.
016	COM	Logičke	Komplementira AC.
020	SHL	Logičke	Pomak ulijevo.
021	SHR	Logičke	Pomak udesno.
030	AXT	Indeksiranje	Učitava vrijednost u XR1, XR2 ili XR4.
031	TXI	Indeksiranje	Dodaje vrijednost indeksnom registru.
040	RDS	I/O	Čitanje s magnetske vrpce.
041	WRS	I/O	Pisanje na magnetsku vrpcu.
042	RWT	I/O	Čekanje na I/O operaciju.
050	TSI	Sense Indicators	Testira Sense Indicator n.
051	SSI	Sense Indicators	Postavlja Sense Indicator n.
052	RSI	Sense Indicators	Resetira Sense Indicator n.

Registri

Registri u računalu IBM 704

Podatkovni registri S Q P 01 02 03 ... 17 18 19 20 21 ... 35 (mjesto bit-a) Akumulator AC S   Množitelj/Količnik MQ 00 01 02 03 ... 17 18 19 20 21 ... 35 (mjesto bit-a)   Senzorni indikatori SI Indeksni registri 03 ... 17 (mjesto bit-a)   Indeksni Registar 1   XR1 (XRA)   Indeksni Registar 2   XR2 (XRB)   Indeksni Registar 4   XR4 (XRC) Brojač naredbi 03 ... 17 (mjesto bit-a)   Brojač Naredbi   IC

Senzorni indikatori

Senzorni indikatori - su posebni statusni bitovi u IBM 704 koj su se u praksi rabili za provjeru grešaka, grananje ovisno o stanju sustava, upravljanje perifernim jedinicama, te za signalizaciju posebnih događaja. Kroz njih programeri su mogli održavati stanje sustava, signalizirati određene uvjete tokom izvršavanje naredbi, čitanje i postavljanje naredbi i tako su služili za jednostane oblike upravljanja tokom programa.

Sense Indicators (IBM 704)

SI broj	Naziv / funkcija	Opis
0	Overflow flag	Postavlja se pri prekoračenju rezultata u akumulatoru (AC) ili količniku (MQ).
1	Divide check	Signalizira pogrešku pri dijeljenju, uključujući dijeljenje nulom.
2	I/O ready	Uređaj spreman za prijenos podataka.
3	I/O complete	Završetak operacije ulaza/izlaza.
4	Tape mark	Očitana oznaka kraja bloka na magnetskoj vrpci.
5	Printer ready	Pisač spreman za rad.
6	Card reader ready	Čitač kartica spreman.
7	Card punch ready	Bušilica kartica spremna.
8–15	Peripheral flags	Razni signali perifernih uređaja (disk, vrpca, pisač).
16–35	User-defined flags	Zastavice koje programer može slobodno koristiti za logiku grananja.

Korištenje u IBM 704 assembleru

IBM 704 je imao posebne instrukcije za rad sa Sense Indicators:

TSI n

Testira Sense Indicator n. Ako je postavljen, izvršavanje se nastavlja normalno; ako nije, preskače se sljedeća instrukcija.

TSI 3      / provjeri je li I/O complete
TRA DONE   / ako je postavljen, skoči na DONE

SSI n

Postavlja Sense Indicator n.

RSI n

Resetira Sense Indicator n.

TSI 1      / provjeri divide check
TRA ERROR  / ako je SI1 = 1, idi na ERROR

SSI 20     / postavi korisnički indikator 20
RSI 3      / resetiraj I/O complete indikator

Usporedba s modernim statusnim registrima

IBM 704 Sense Indicators	Moderni statusni registri (x86, ARM, RISC-V)
36 jednobitnih zastavica	8–32 bitni statusni registri
Ručno postavljanje i brisanje	Automatsko postavljanje od strane ALU
Koriste se za I/O signalizaciju	I/O signalizacija preko interrupt kontrolera
Jednostavne logičke zastavice	Zastavice za aritmetiku, usporedbe, prekide
Programer koristi dio SI kao "user flags"	Moderni jezici koriste varijable, strukture, objekte
Grananje preko TSI instrukcije	Grananje preko CMP/JMP, BEQ/BNE, BLT/BGT