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Code-2 CODE-2 (Computador Didáctico Elemental, versión 2), y su predecesor ODE son dos procesadores ideados por los profesores Alberto Prieto y Antonio Lloris, de la Universidad de Granada, para facilitar la compresión del funcionamiento y el diseño hardware de un computador. Ambos procesadores son de tipo RISC, con un formato de instrucciones completamente regular, y con 16 instrucciones máquina. La longitud de palabra (tanto de la ALU como de la memoria) de ODE es de 12 bits, mientras que la de CODE-2 es de 16 bits. La concepción y diseño de estos ordenadores se realizó con los siguientes objetivos: Que el alumno pudiese comprender el funcionamiento de un computador a través de un modelo que redujese al máximo la complejidad inherente al relativamente elevado número de instrucciones máquina, a los distintos formatos de instrucciones, etc. de los computadores convencionales; pero en el que permaneciesen los elementos necesarios para comprender los conceptos fundamentales de la estructura de un computador. Disponer de un repertorio de instrucciones máquina que, a pesar de lo reducido que es, permitiese realizar una gran variedad de programas, con saltos condicionales e incondicionales, llamadas a subprogramas, operaciones aritméticas y lógicas, entradas y salidas, etc. El modelo pudiese utilizarse para enseñanza del lenguaje máquina, del lenguaje ensamblador y realizar con los alumnos su diseño completo a nivel de puertas lógicas y circuitos integrados de media escala (decodificadores, multiplexores, etc.) así como con circuitos de muy gran escala (con una FPGA, por ejemplo). Existe una abundante documentación sobre CODE-2, así como material didáctico (ensamblador cruzado, emulador, etc.) definido como software libre. Además hay una versión comercializada del mismo. La concepción del Ordenador Didáctico Elemental (ODE) fue realizada en 1982 por los profesores Alberto Prieto y Antonio Lloris de la Universidad de Granada, habiendo obtenido por esta idea un accésit en el Concurso Nacional de Módulos Experimentales Destinados al Uso y Aprendizaje de la Informática convocado el año citado por FUNDESCO (Fundación Social para el Desarrollo de las Comunicaciones, de la Compañía Telefónica). El proyecto de ODE fue perfeccionado y se abordó su diseño e implementación completa con la colaboración de los alumnos Francisco Gómez Mula y Francisco José Pelayo Valle (en la actualidad Profesor Titular y Catedrático, respectivamente, del Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores de la Universidad de Granada). El trabajo desarrollado quedó descrito en diversas publicaciones. En la definición del repertorio de instrucciones máquina y en el desarrollo de CODE-2 colaboraron, con el profesor Prieto, los también profesores Antonio Cañas, Julio Ortega, Francisco Pelayo y Francisco Gómez Mula. El alumno Antonio Martínez Álvarez (actualmente profesor de la Universidad de Alicante) se hizo cargo de la realización de un emulador y un ensamblador de CODE-2, así como de todo un entorno didáctico (denominado ECODE)8 que permite comprobar el funcionamiento tanto externo como interno del computador, y que puede ser descargado como software libre.

Además. se han realizado diversas implementaciones de CODE-2 utilizando distintas tecnologías y arquitecturas, en las que también intervinieron Begoña del Pino y Javier Díaz. Posteriormente Pedro Castillo utilizó el CODE-2 para experimentar en diseño de procesadores utilizando computación evolutiva;12 y Héctor Pomares, contando con la colaboración de las estudiantes Lidia López Mansilla y Sara Egea Serrano actualizo el entorno software, que incluye el simulador de Antonio Martínez Álvarez y un ensamblador realizado por el alumno Andrés Jiménez Hubeaux.

Estructura de CODE-2 En la figura se muestra un esquema simplificado de CODE-2, que incluye los elementos accesibles directamente desde el lenguaje máquina; estos son:

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Banco de registros, compuesto de 16 registros r0,...,rF. El registro rE se utiliza como puntero de pila (SP) y el rD como registro de dirección, para almacenar posiciones de memoria con objeto de realizar direccionamientos indirectos e indexados. A pesar de la dedicación específica de los registros rE y rD, el programador puede utilizarlos también para otros cometidos. Unidad aritmético lógica (ALU), con la que se pueden realizar las operaciones aritméticas de suma y resta (entero en complemento a 2), la operación lógica NAND, desplazamientos lógicos del acumulador a derecha e izquierda y desplazamiento aritmético a la derecha. Biestables indicadores (FF) para gestionar las instrucciones condicionales de salto o de llamadas a subprogramas. Se incluyen biestables de cero (Z), signo (S), acarreo (C) y desbordamiento (V). Memoria principal (M), de 2E16 = 64 Kpalabras de 16 bits (128 KBytes). Puertos de entrada (IP) y puertos de salida (OP): admite hasta 256 de cada uno de ellos (IP00 a IPFF y OP00 a OPFF)

El repertorio de instrucciones de CODE-2 considera cinco tipos de formatos (F0 a F4), utilizando cada instrucción uno de ellos. Todas las instrucciones comienzan con un campo de 4 bits que corresponde al código de operación (codop). Por tanto CODE-2 puede tener como máximo 16 instrucciones. Los otros campos de la instrucción hacen referencia a los operadores de la instrucción y dependen del formato asociado a la instrucción.

Códigos que especifican las condiciones de salto o de llamada a subprograma. Cada operando que comienzan por r representa un registro (r0 a rF), el operando v corresponde a un valor inmediato de 8 bits, y cnd hace alusión a un código de condición de salto o llamada a subrutina de acuerdo con los códigos que se dan en la Figura 4. El repertorio de las 16 instrucciones máquina de CODE-2 es el que se muestra en la Figura 5. Cualquier programa (en código máquina) de CODE-2 sólo puede contener instrucciones tomadas de entre las 16 del repertorio. Cada instrucción queda identificada por un código de operación (codop) de 4 bits (o una cifra hexadecimal), y se forma de acuerdo con los formatos de la Figura 3: primero se incluyen los 4 bits del codop, y luego los códigos que identifican los operandos de dicha instrucción (0000 para el registro r0, 0001 para el registro r1,.... 1111 para el registro rF). Por ejemplo, la instrucción que sume el contenido de los registros r4 y r5 y el resultado lo almacene en el registro rF es la siguiente: 0110 1111 0100 0101 (Código de operación de sumar: 0110; código del registro del resultado rF: 1111, código del registro del primer sumando r4: 0100, y código del registro del segundo sumando: 0101). En código hexadecimal esa instrucción sería: 6F45.

Para facilitar la redacción de un programa, previamente a codificarlo en binario, se puede describir con un lenguaje símbólico en el que en vez de códigos binarios se utilizan nemónicos para los códigos de operación, y no es necesario poner en binario los códigos de los operandos. La instrucción anterior (6F45) en nemónicos sería: ADDS rF,r4,r5. → Las operaciones que hace cada una de las instrucciones son las siguientes: LD: cargar un registro con un dato de la memoria. ST: almacenar el contenido de un registro de memoria. LLI: carga los 8 bits menos significativos de un registro con el valor que se da en el campo v de la instrucción, los más significativos los pone a 0.

LHI: carga los 8 bits más significativos de un registro con el valor que se da en el campo v de la instrucción, no modifica los 8 bits menos significativos. IN: entrada (lleva el contenido de un puerto de entrada a uno de los registros) OUT: salida (lleva el contenido de un registro a un puerto de salida) ADDS: suma SUBS: resta NAND: operación lógica NAND. SHL: desplaza a la izquierda los bits de un registro SHR: desplaza a la derecha los bits de un registro. SHRA: desplaza a la derecha los bits de un registro, sin modificar el bit más significativo. B-: salto del programa a la posición de memoria indicada en el registro rD CALL-: llamada al subprograma que comienza en la posición de memoria indicada en el registro rD RET: retorno de subprograma HALT: parada