МГТУ им. Н.Э.Баумана

Методические указания по выполнению лабораторных работ на эмуляторе CUU-2016

по курсу «Вычислительные средства АСОИУ»

2016

Оглавление

1. Теоретическая часть. 2

1.1. Используемые обозначения. 2

1.2. Введение. 2

1.3. Состав ЦУУ. 3

1.4. Машинные команды. 4

1.5. Условия перехода. 7

1.6. Микрооперации. 8

2. Работа с макетом. 10

2.1 Запуск макета. 10

2.2 Начало работы. 10

2.3 Создание нового файла. 10

2.4 Открытие существующего файла. 10

2.5 Сохранение файла. 11

2.6 Работа с таблицей переходов. 12

2.7 Работа с ОП. 12

2.8 Выполнение программы. 13

2.9 Выход. 13

3. Порядок выполнения работы. 14

4. Варианты. 17

5. Примеры. 20

1. Теоретическая часть.

1.1. Используемые обозначения.

ОП – оперативная память.

КОП – код операции.

РК – регистр команд.

РОН – регистр(ы) общего назначения.

А – аккумулятор.

В – буферный регистр.

РС – программный счетчик.

SP – указатель стека.

РИ – индексный регистр.

РА – регистр адреса.

РВ – регистр возврата.

R – адрес(номер) одного из РОН / адрес слова в ОП – для модификации адресов.

R1/R2 – адрес (номер) одного из РОН.

S1/S2/S3 – адрес в ОП.

Х4, X3, X2, X1 – флаги разрядов КОП.

Z, N, C, P – флаги результата операции.

Y<число> - управляющий сигнал.

a<число> - состояние.

D6 – D1 – сигналы возбуждения.

ПЛМ – программируемая логическая матрица.

Каждое из указанных понятий далее рассмотренно подробно.

1.2. Введение.

Любое операционное устройство всегда можно представить состоящим из двух частей: операционной и управляющей.

Центральное устройство управления (ЦУУ) – управляющая часть процессоров. ЦУУ процессоров различных ЭВМ отличаются друг от друга структурой и выполняемыми функциями.

Типовые функции ЦУУ:

1. Формирование начального(загрузочного) адреса программы.

2. Выборка команды из ОП и ее хранение до выборки следующей команды.

3. Расшифровка КОП для выбора соответствующей микропрограммы.

4. Выборка операндов из А, РОН или ОП.

5. Запись результата в РОН или ОП.

6. Формирование адреса следующей команды.

7. Контроль выполнения команд (ошибки в КОП, переполнение и т.д.).

8. Остановка процессора.

9. Обработка прерываний.

1.3. Состав ЦУУ.

• Регистры

  • Регистр команд(РК) – для приема и хранения машинных команд(см. п.1.4. – Машинные команды). Размер – 4 байта.

  • Программный счетчик(РС) – для хранения адреса ОП текущей команды (см. п.1.4. – Машинные команды).

  • Регистр адреса(РА) – для хранения адреса ОП, по которому происходит чтение и запись некоторой информации.

  • Регистр возврата(РВ) – для хранения адреса возврата в основную программу при обращении к подпрограмме. Иногда для этого используется РОН, стек или ОП.

  • Индексный регистр(РИ) – для хранения индекса массива. Иногда для этого используется РОН или ОП.

  • Аккумулятор(А), буферный регистр(В) – для хранения адресов, операндов и результатов операций.

  • Указатель стека(SP) – адрес первой свободную ячейку в стеке.

  • Регистры общего назначения(РОН) – для хранения любых возможных данных. Имеют номера от 0 до 15.

Регистры РС, РА, РВ, РИ, А, В, SP и РОН занимают 1 байт. Следует понимать, что физически они ничем не отличаются, в каждом из них технически возможно хранить любые данные, а их назначение обусловлено давним соглашением.

• Стек – для запоминания текущего состояния процессора. ЦУУ знает только адрес первой свободной ячейки стека (хранится в SP).

• Схема инкремента–декремента(СИД) – используется для увеличения или уменьшения значения операнда на 1.

• Управляющий автомат(УА)

Взаимодействие устройств между собой и с ОП происходит через шины Ш1, Ш2, Ш3.

Структурная схема ЦУУ представлена на рисунке 1.

Рис.1. Структурная схема ЦУУ.

1.4. Машинные команды.

Машинная команда представляет собой некоторое количество байтов в ОП(объем ОП – 256 байт).

Первый байт каждой команды состоит из КОП(4 бита) и R(4 бита). При чтении команды из ОП флаги X4, X3, X2, X1 устанавливаются соответственно разрядам КОП в двоичном коде, где Х4 – старший разряд, Х1 – младший.

R используется для модификации адресов.

• Если индекс хранится в РОН, в R указывается номер РОН.

• Если индекс хранится в ОП, в R указываются последние 4 бита адреса(индекс хранится по адреcу F.R).

• Если для хранения индекса используется индексный регистр, в R записывается 0.

В последующих байтах хранятся адреса или операнды. Количество адресов/операндов определяет адресность команды. Команды могут быть одно-, двух-, трехадресными и безадресными.

Типы адресации:

• Прямая – указываются адреса операндов в ОП.

• Непосредственная – указываются операнды.

• Косвенная регистровая – указываются адреса(номера) РОН, в которых хранятся адреса операндов в ОП.

• Прямая регистровая – указываются адреса(номера) РОН, в которых хранятся операнды.

Команды считываются из ОП в регистр команд(РК) с помощью одного из управляющих сигналов:

Y62 (РК[31:16] := ОП[PA]) – для одноадресных команд.

Y63 (РК[31:8] := ОП[PA]) – для двухадресных команд.

Y64 (РК[31:16] := ОП[PA]) – для трехадресных команд.

Для безадресных команд регистр команд не используется.

Пример: Рассмотрим 2 байта, расположенных в ОП по адресам 1А и 1В, в первом из которых записано число 12, а во втором 3F (в оперативной памяти используются только шестнадцатиричные числа).

Данные байты в совокупности могут представлять собой следующие команды:

1. Одноадресную команду с прямой адресацией (3F – адрес операнда в ОП).

2. Одноадресную команду с непосредственной адресацией (3F – операнд).

3. Двухадресную команду с косвенной регистровой адресацией(в РОН[3] хранится адрес ОП первого операнда, в РОН[15] – второго).

4. Команду с прямой регистровой адресацией(в РОН[3] хранится первый операнд, в РОН[15] – второй)

R = 2, следовательно используется команда с модификацией адресов и индекс

хранится либо в РОН[2], либо в ОП[2F].

КОП = 1 (0001 в двоичном коде).

Для считывания команды из ОП запишем в регистр адреса (РА) адрес первого байта(1А) и выставим управляющий сигнал Y62. Будет выполнена микрооперация РК[31:16] = ОП[1А], в результате которой:

РК = 12 3F 00 00, X4 = 0, X3 = 0, X2 = 0, X1 = 1.

Типовые машинные команды, используемые в работе:

S1,S2,S3 – занимают 1 байт, хранят операнды/адреса в ОП.

R1,R2 – занимают ½ байта, хранят адреса(номера) РОН.

* - некоторая операция.

И – индекс, хранится в РИ, ОП[F.R] или РОН[R] в зависимости от варианта.

Программный счетчик – хранится в PC или РОН в зависимости от варианта.

Адрес возврата – хранится в SP, PB, ОП[F.R] или РОН[R] в зависимости от варианта.

1. Трехадресная команда с прямой адресацией и модификацией.

ОП[S3 + И] := ОП[S1 + И] * ОП[S2 + И]

1. Двухадресная команда с прямой адресацией и модификацией.

ОП[S1 + И] := ОП[S1 + И] * ОП[S2 + И]

1. Одноадресная команда с прямой адресацией и модификацией.

(ОП[S1 + И] и/или А) := А * ОП[S1 + И]

1. Двухадресная команда с косвенной адресацией и модификацией.

ОП[РОН[R1] + И] := ОП[РОН[R1] + И] * ОП[РОН[R2] + И]

1. Одноадресная команда с косвенной адресацией и модификацией.

(ОП[POH[R1] + И] и/или A) := А * ОП[POH[R1] + И]

1. Команда с прямой регистровой адресацией.

(РОН[R1] и/или А) := РОН[R1] * POH[R2]

1. К оманда с непосредственной адресацией.

Используется для установки начальных значений адресов, индексов и т.д. S1 записывается в РОН[R]/РИ/ОП[F.R]/… в зависимости от предназначения команды.

1. В озврат из подпрограммы(безусловный переход по косвенному адресу).

Программный счетчик := адрес возврата.

1. Б езусловный переход по прямому адресу.

Программный счетчик := S1

1. Переход с возвратом(обращение к подпрограмме).

А дрес возврата := PC,

PC := S1

1. Условный переход.

П рограммный счетчик := S1, если условие выполнено.

Переход к следующей команде, если условие не выполнено(программный счетчик увеличивается на 1).

(См п. 1.5. - Условия перехода.). Аналогично можно использовать двух- и трехадресные команды для более сложных ветвлений.

1. «СТОП»

Завершение программы.

1.5. Условия перехода.

Для организации ветвления используются 9 флагов:

• Х4, Х3, Х2, Х1 – соответствуют битам КОП текущей команды.

• Z – нулевой результат.

• N – отрицательный результат.

• С – перенос.

• P – переполнение.

• B – запуск.

Z, N, C, P устанавливаются в соответствии с результатом операции в АЛУ.

Условия перехода задаются различными комбинациями флагов. Условием может быть как положительное, так и отрицательное значение флага.

B может использоваться только отдельно от других флагов.

Для условного перехода необходимо указать исходное состояние(состояние, в котором ЦУУ проверит условия), следующее состояние(состояние, в которое перейдет ЦУУ при выполнении условий) и сами условия.

Пример 1: В данном фрагменте ЦУУ перейдет в состояние 2 при положительном результате операции, в состояние 3 – при нулевом, в состояние 4 – при отрицательном.

Рис.2. Условия перехода, пример 1.

Пример 2. В данном фрагменте ЦУУ перейдет в состояние 2 при КОП = 1, в состояние 3 – при КОП = 2.

Рис.3. Условия перехода, пример 2.

При одновременном задании условий перехода и управляющих сигналов, сначала будут выполнены микрооперации, соответствующие управляющим сигналам, затем проверены условия.