Московский Государственный Технический Университет имени Н.Э. Баумана.

УТВЕРЖДАЮ

"___"__________2003 г.

_____________________

(Виноградов В.И.)

"Лабораторная работа по курсу Архитектуры ЭВМ"

Пояснительная записка

(тип документа)

50

(номер варианта)

Бумага формата А4

(вид носителя)

(количество листов)

ИСПОЛНИТЕЛЬ

" " 2003 г.

_____________________

(Труш В. С.)

Москва – 2003

Содержание:

1. Постановка задачи и исходные данные………………………………….2

2. Адресация………………………………………………………………….2

3. Составляющие ЦУУ………………………………………………………2

4. Алгоритм решения задачи………………………………………………..2

5. Разработка системы машинных команд…………………………………4

6. Список переходов………………………………………………………...14

7. Синтезировать управляющего автомата…….………………………….15

8. Определение управляющих сигналов………………………………….16

9. Определение сигналов возбуждения……………………………………17

10. Таблицы соединений ПЛМ……………………………………………..18

11. Разработка функциональной схемы управляющего автомата………..21

12. Разработка системы машинных команд, составление программы решения задачи…………………………………………………………..22

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.

1. Постановка задачи и исходные данные.

Задание: 6-П2-8

Разработать центральное устройство управления специализированного процессора, предназначенного для выполнения операции: в массиве А все отрицательные элементы преобразовать в дополнительный код и найти их сумму. N=16- размерность массива, n<17 – задается командой ввода, А – массив размерностью по 16 однобайтовых слов. С – переменная, в которую записывается результат сложения. Вывести A , n u C результаты на экран дисплея.

1. ЦУУ должно обрабатывать команды двухадресные с прямой адресацией.

КОП

R

R1

R2

О П [S1+И]*ОП [S2+И] ОП[S1+И]

Все команды должны быть длиной 3 байта.

1. ЦУУ должно включать:

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

2. изменяемую часть:

а) программный счетчик – должен размещаться в РОН (например в РОН[1] )

б) индекс необходимо размещать в автономном регистре индекса

в) адрес возврата из подпрограммы – нужно разместить в оперативной памяти (для этого можно использовать одно из слов страницы F, например, нулевое слово, ОП[F.O]).

1. Алгоритм решения задачи.

Разрабатываем алгоритм программы решения задачи. Предусматриваем ввод параметра n.

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.

Формат команд	Мнемокод	КОП	Примечание
1	2	3	4
КОП 0 S1 0	УИ	0001	«Установка индекса» ОП [S1] PИ
КОП R S1 0	ПВ	0010	«Переход с возвратом» (переход к подпрограмме) РС ОП[F.R] ОП[S1] РС
КОП 0 S1 0	ПУ1	0011	«Переход условный по арифметическому значению» S1 , если Ai>=0, PC: = PC +3,если Ai<0
КОП 0 0 0	МИ	0100	«Модификация индекса» РИ=РИ-1
КОП 0 S1 S2	ДПC	0101	««Дополнительный код и сложение» РОН[2]=ОП[S1]+1+PОН[2]
КОП 0 S1 0	ПУ2	0110	«Переход условный по ненулевому индексу» SI, если i≠0 PC : = PC+3, если i=0
КОП R 0 0	ПБК	0111	«Переход безусловный по косвенному индексу» О П [ F.R ] PC
КОП - - -	Стоп	1000	«Останов» « Стоп» Дисплей
КОП 0 0 S2	Вв	1001	«Ввод байта» Д исплей OП[S2]
КОП 0 S1 0	Выв	0000	«Вывод байта» О П[S1] Дисплей

а) «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 рисунке:

б) «Переход с возвратом» (ПВ) – используется для обращения к подпрограмме. По 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 оперативной памяти. Для этой цели удобно использовать страницу памяти F. Для формирования адреса любого слова в странице можно использовать микрооперацию B:=F.R, где F – константа (1111), а R – содержимое поля R команды ПВ.

Для перехода к подпрограмме необходимо в программный счетчик в РОН[1] записать содержимое поля S1. Микропрограмма этой операции приведена на рисунке:

в) «Установка индекса» (УИ) – по этой команде значение индекса переписывается из ячейки памяти, адрес которой указан в поле S1, в индексный регистр:

г) «Дополнительный код и сложение» (ДПС) – команда выполняет операции C=Ai+C и А_i=А_i+1. В поле РОН[3] записан начальный адрес массива А. Адрес элементов массива определяется, как сумма начального адреса массива и содержимого индексного регистра. A преобразуется в дополнительный код, сохраняется в аккумулятор. При каждом выполнении команды содержимое индексного регистра уменьшается на единицу. В задаче и в машинной программе индексы массивов меняются от единицы до n, а микропрограмме они должны меняется от нуля до (n-1), чтобы начальный адрес массива в теле команды соответствовал начальному элементу массива.

д) «Переход условный по арифметическому значению» (ПУ1) - команда анализирует содержимое аккумулятора. Если оно больше либо равно нулю, то осуществляется переход к следующей команде, а если меньше нуля, то выполняется переход к команде, адрес которой указан в поле S1 команды ПУ1. В микропрограмме необходимо проанализировать значение аккумулятора на арифметическое значение, но признак отрицательного результата – N (как и все остальные признаки Z, C, P) вырабатываются только в АЛУ, поэтому необходимо значение аккумулятора пропустить через АЛУ.

е) «Переход условный по индексному значению» (ПУ2) – команда анализирует содержимое индексного регистра. Если оно равно нулю, то осуществляется переход к следующей команде, а не равно нулю, то выполняется переход к команде, адрес которой указан в поле S1 команды ПУ2. В микропрограмме необходимо проанализировать значение индексного регистра на нуль, но признак нуля – Z (как и все остальные признаки N, C, P) вырабатываются только в АЛУ, поэтому необходимо значение индексного регистра пропустить через АЛУ. Для этого используются две микрооперации В:=РИ и В:=В.