Московский Государственный Технический Университет

имени Н.Э. Баумана

УТВЕРЖДАЮ

"___"__________2010 г.

_____________________

(Виноградов В.И.)

"Лабораторная работа по курсу Архитектуры ЭВМ"

Пояснительная записка

(тип документа)

4

(номер варианта)

Бумага формата А4

(вид носителя)

(количество листов)

ИСПОЛНИТЕЛЬ

" " 2010 г.

_____________________

(Баришок Н.И.)

Москва, 2010

Содержание.

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.

Разработать центральное устройство управления специализированного процессора, предназначенного для выполнения операции: поменять местами элементы массивов А и В. Размерность массива задается командой ввода.

В программе использовать двухадресную косвенную регистровую адресацию.

КОП

R

R1

R2

ОП [РОН[R1]+И]*ОП[РОН[R2]+И]  ОП [РОН[R1]+И]

Здесь в РОН с адресами R1 и R2 хранятся адреса операндов.

Здесь И - индекс для модификации адресов. В поле R указывается адрес регистра (РОН), используемого для модификации адресов, либо адрес слова в странице оперативной памяти, в котором хранится индекс (адресом ОП будет F.R). Если для хранения индекса предусмотрен специальный индексный регистр, то в поле R записывают нуль.

Звездочка (*) определяет одну из операций в АЛУ (см. табл. 1) в том числе и операцию пересылки. При И=0 выполняется команда без модификации.

Команда безусловного перехода по косвенному адресу (возврат из подпрограммы):

КОП

R

Команда заносит адрес возврата в программный счетчик. Адрес возврата может храниться в стеке или в регистре возврата (в этом случае R=0), или в оперативной памяти по адресу F.R (в последнем случае в поле R записывают четырехразрядный адрес слова в странице F, где хранится адрес возврата).

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
КОП 0 S1 0	УИ	0001	«Установка индекса» О П [S1] PИ
КОП R R1 0	ПВ	00 10	«Переход с возвратом» (переход к подпрограмме) РС ОП[F.R] ОП[РОН[R1]] РС
КОП 0 R1 0	ПУ	0100	«Переход условный по ненулевому индексу» РОН[R1], если i≠0 PC : = PC+3, если i=0
КОП 0 R1 R2	ПЭММИ	0011	«Перестановка элементов массива с модификацией индекса» О П[РОН[R2]] ОП[РОН[R1]] РИ=РИ-1
КОП R 0 0	ПБК	0101	«Переход безусловный по косвенному индексу» О П [ F.R ] PC
КОП - - -	Стоп	0110	«Останов» « Стоп» Дисплей
КОП 0 0 R2	Вв	0111	«Ввод байта» Д исплей OП[РОН[R2]]
КОП 0 R1 0	Выв	0000	«Вывод байта» О П[РОН[R1]] 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 РОН[R2]. 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 РОН[R1] 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 РОН[R1]. 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) «Перестановка элементов массива с модификацией индекса» (ПЭММИ) – данная команда меняет местами значения элементов массива А и массива В с одинаковыми порядковыми номерами, то есть выполняет операции

C:=A[i] ;запоминаем значение элемента A[i]

A[i]:=B[i] ;присваиваем элементу A[i] элемент B[i]

B[i]:=C; присваиваем элементу B[i] элемент A[i]

В РОН[2] записан начальный адрес массива А.

В РОН[3] записан начальный адрес массива В.

В РОН[4] записан адрес буферной переменной, используемой для временного хранения элементов массива.

РОН[5] содержит текущий адрес элемента А[i], тем самым обеспечивая перестановку элементов по корректным адресам.

Адрес элементов массива определяется, 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 микропрограмме они должны меняется от нуля до (n-1), чтобы начальный адрес массива в теле команды соответствовал начальному элементу массива.

В микропрограмме используется микрооперация РОН[4]:=А. Она получается из микрооперации РОН [Т]:=РОН [Т]*А, где Т=4 операции пересылки y. Выбор Т=2 и операции пересылки А в РОН [4] выполняются с помощью управляющих сигналов y9, y11, y13,y15. Регистр РОН [4] используется для временного хранения первого операнда.

Д) «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 РОН[R1] команды ПУ. 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.

Е) «Переход безусловный по косвенному индексу» (ПБК) – команда реализует безусловный переход по косвенному адресу, т.е. по адресу, который хранится в ячейке возврата в оперативной памяти. В качестве ячейки возврата можно использовать любое слово страницы F (F0…FF) указывают в поле R команды ПБК.