Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана

Лабораторная работа по курсу

«Архитектура ЭВМ»

«ЦЕНТРАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ»

Вариант №69

Выполнил:

студент: Краев В.В.

группа: ИУ5-53

Преподаватель:

Виноградов В.И.

Москва 2007г.

Содержание:

1. Постановка задачи и исходные данные…………………………….…..3

2. Алгоритм решения задачи ……………………………………………..5

3. Разработка системы машинных команд…………………………….….6

4. Обобщенная микропрограмма………………………………………….9

5. Закодированный граф…………… ………………………………….…11

6. Управляющий автомат…………………………………………….…...13

7. Синтез автомата на основе ПЛМ……………………………………....15

8. Программа в мнемокодах……………………………………………....23

9. Карта памяти …………………………………………………………...23

10. Программа в машинных кодах………………………………………..24

11. Фотография памяти………………………………………...………….24

Цель работы – освоение практических методов проектирования центрального устройства управления процессора, изучение структуры процессора, назначения и взаимодействия его блоков, разработка системы команд для заданного класса задач, а также микропрограмм машинных операций, синтезирование управляющего автомата и проверка работы спроектированного устройства моделированием на ЭВМ.

Вариант 69: 5-П2-9

1. Постановка задачи и исходные данные.

1. Задача 4 Разработать центральное устройство управления специализированного процессора, предназначенного для выполнения операции вычисления

_n

С= (А_i +B_i), i=1,n^*

ⁱ⁼¹

где n- параметр, задаваемый командой ввода; А, В, – массивы размерностью по 16 однобайтовых слов.

Вывести n и С на экран дисплея.

1. ЦУУ должно обрабатывать двухадресные команды с прямой адресацией операндов.

Все команды должны быть длиной по четыре байта, даже если отдельные поля не используются.

Общее число команд в наборе не должно превышать 16.

КОП

R

S1

S2

ОП [S1+И]*ОП[S2+И] à ОП [S1+И]

1. ЦУУ должно включать

Общую часть: регистр общего назначения, аккумулятор, буферный регистр, арифметико-логическое устройство, схему инкремента-декремента, регистр команд, регистр адреса и управляющий автомат;

Изменяемую часть (в соответствии с заданием):

а) программный счетчик – размещается в регистре-счетчике РС;

б) индекс необходимо размещать в автономном регистре индекса РИ;

в) адрес возврата из подпрограммы – будет храниться в регистре возврата РВ;

Список допустимых микроопераций приведен в табл. 1.

Таблица 1

Список микроопераций

УС	Микрооперации	УС	Микрооперации
y20	А:=R	Y49	PC: =0
Y21	A: =S1	Y50	PC: =PC*A
Y22	A: =S2	…
Y23	A: =S3	Y52	SP: =A
Y24	A: =PC	Y53	SP: SP*A
Y25	A: =PB	…
Y26	A: =SP	Y55	РОН[R]:=S1
Y27	A: =РОН [R1]	Y56	РОН[R1]:=A
Y28	A: =РОН [R2]	Y57	РОН[R]:=РОН[R]*A
Y29	A: =РОН [T]	Y58	РОН[T]:=РОН[T]*A
Y30	A: =ОП [PA]	…
Y31	A: =A*B	Y60	ОП[PA]:=A
…		…
Y35	B: =РИ	Y62	РК[31:16]:=ОП[PA]
Y36	B: =РОН[R]	Y63	РК[31:8]:=ОП[PA]
Y37	B: =A*B	Y64	РК[31:0]:=ОП[PA]
Y38	B: =F.R	…
…		Y66	А:=Дисплей
Y41	PA: =РОН [T]	Y67	Дисплей:= А
Y42	PA: =A*B	Y68	«Переполнение»
Y43	PA: =0	Y69	«Ошибка в ОП»
…		Y70	«Стоп»
Y45	PB: =A
…
Y47	РИ:=РИ+/-1
Y48	РИ:=A

2. Алгоритм решения задачи.

Разрабатываем алгоритм программы решения задачи. Предусматриваем ввод параметра n и вывод на дисплей результатов (n и C).

С:=0

Рис.1 Схема алгоритма программы

1. Разработка системы машинных команд

Разрабатываем систему машинных команд, необходимую и достаточную для решения поставленной задачи. Команды должны быть двухадресные с прямой адресацией. В соответствии с алгоритмом выбираем следующую систему команд. Каждой команде присваиваем мнемокод, облегчающий ее понимание, и двоичный четырехразрядный код операции. Неиспользуемые поля команды заполняем нулями. Система команд содержит десять команд. Для каждой команды разрабатываем микропрограмму.

Таблица 2

Система команд

Формат команд	Мнемокод	КОП	Примечание
1	2	3	4
КОП --- --- S2	ВВ	0000	«Ввод байта» Дисплей à ОП[S2]
КОП --- S1 ---	УИ	0001	«Установка индекса» ОП [S1] à РИ
КОП --- S1 --	ПВ	0010	«Переход с возвратом» (переход к подпрограмме) PC à А ОП[S1] à PC А à РВ
КОП R S1 ---	УР	0011	«Установка регистра» ОП[S1] à РОН[R]
КОП --- S1 S2	СЛ	0100	«Сложение с модификацией» ОП[S1+i]+ОП[S2+i] à РОН[1], i:=i-1
КОП --- S1 S2	ПУ	0101	«Переход условный по ненулевому индексу» S1, если i0, PC: = PC+3, если i=0
КОП --- --- ---	ПБК	0110	«Переход безусловный по косвенному индексу» РВ à PC
КОП --- --- ---	СТОП	0111	«Останов» «Стоп» à Дисплей
КОП --- S1 ---	ВЫВ	1000	«Вывод байта» ОП[S1] à Дисплей
КОП --- --- ---	ВЫВР	1001	«Вывод регистра» РОН[T] à Дисплей

1. «Ввод» (ВВ) – по этой команде байт данных в шестнадцатеричной системе счисления заносится с экрана дисплея в ячейку оперативной памяти по адресу, записанному в поле S2. Микропрограмма этой операции приведена на рис.2.1;

2. «Установка индекса» (УИ) – используется при работе с массивами, а также при организации циклов. По этой команде значение индекса переписывается из ячейки памяти, адрес которой указан в поле S1, в индексный регистр РИ (рис. 2.2);

3. «Установка регистра»(УР)- для обнуления регистра в котором будет накапливаться сумма.(РОН[2])

4. «Переход с возвратом» (ПВ) – используется для обращения к подпрограмме. При этой команде запоминается адрес следующей команды основной программы в ячейке возврата, и управление передается по адресу, указанному в поле S1 команды ПВ. В соответствии с заданием адрес возврата должен храниться в регистре возврата РВ

Для перехода к подпрограмме необходимо в программный счетчик РС записать содержимое поля S1 команды ПВ (адрес перехода). Предварительно необходимо запомнить адрес возврата в регистре возврата РВ , что можно сделать только через аккумулятор. Микропрограмма приведена на рисунке 2.3.

1. «Сложение с модификацией» (СЛ) – команда выполняет операции D=A_i+B_i, причем операнды и результат хранятся в памяти. В полях S1и S2 команды СЛ записаны начальные адреса соответствующих массивов А и В. Адреса элементов массивов определяются как сумма начального адреса массива и содержимого индексного регистра. При каждом выполнении команды содержимое индексного регистра уменьшается на единицу. В задаче и в машинной программе индексы массивов меняются от единицы до n, а в микропрограмме они должны меняться от нуля до (n-1.Будем использовать регистры общего назначения один для поочередного хранения адресов операндов а второй для накопления суммы.

Таблица 3

Выбор регистра общего назначения

Управляющие сигналы	Адрес РОН [Т]
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	A	B	C	D	E	F
y7	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1
y8	0	0	1	1	0	0	1	1	0	0	1	1	0	0	1	1
y9	0	0	0	0	1	1	1	1	0	0	0	0	1	1	1	1
y10	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1

1. «Переход условный» (ПУ) – команда анализирует содержимое индексного регистра. Если оно равно нулю, то осуществляется переход к следующей команде, а если не равно, то выполняется переход к команде, адрес которой указан в поле S1 команды ПУ (рис. 2.5). В микропрограмме необходимо проанализировать значение индекса на нуль, но признак нуля Z(как и все остальные признаки N, C, P) вырабатываются только в АЛУ, поэтому необходимо значение индекса пропустить через АЛУ. Для этого используется две микрооперации, В:=РИ и В:=В.

2. «Переход безусловный» (ПБК) – команда реализует безусловный переход по косвенному адресу, т.е. по адресу, который хранится в регистре возврата (рис. 2.6).

3. «Останов» (СТОП) - по этой команде происходит выключе­ние центрального устройства управления. Эта команда должна быть последней исполняемой в программе пользователя. Она выдает на пульт управления специальный сигнал о завершении работы процес­сора, а само ЦУУ переходит в состояние ожидания (исходное состо­яние) (рис. 2.7).

4. «Вывод» (ВЫВ) - по этой команде байт информации из па­мяти выдается на экран дисплея в шестнадцатеричной системе. Ад­рес выдаваемого байта указывается в поле S1 (рис. 2.8);

5. «Вывод регистра»(ВЫВР)- выводим на экран дисплея содержимое регистра (будет использоваться для вывода накопленной суммы результата )