Примеры выполнения команд

Форматы команд и их кодировка

 

Коды команд

 

КОП	Команда	Действие
000	ADD Rx,Ry,Rz	Rx=Ry+Rz	сложение
001	NAND Rx,Ry,Rz	Rx=!(Ry&Rz)	И-НЕ
010	SHR Rx,Ry	Rx=Ry/2	арифметический сдвиг вправо
011	JC address	jmp on carry	условный переход по переносу
100	DEC Rx,Ry	Rx=Ry-1	декремент (уменьшение на 1)
101	SUB Rx,Ry,Rz	Rx=Ry-Rz	вычитание
110	LD Rx,address	Rx=Mem(address)	загрузка из ОЗУ в регистр
111	ST Ry,address	Mem(address)=Rx	запись из регистра в ОЗУ

 

Формат команд

 

ADD Rx,Ry,Rz

КОП

Rx

Ry

Rz

не используется

0

0

0

x

x

y

y

z

z

 

NAND Rx,Ry,Rz

КОП

Rx

Ry

Rz

не используется

0

0

1

x

x

y

y

z

z

 

SHR Rx,Ry

КОП

Rx

Ry

не используется

0

1

0

x

x

y

y

 

JC address

КОП

не использ.

address

0

1

1

a

a

a

a

a

a

a

a

 

 

DEC Rx,Ry

КОП

Rx

Ry

не используется

1

0

0

x

x

y

y

 

Сокращения:   КОП – код команды Rx – регистр приемник Ry – регистр источник 1 Rz – регистр источник 2 address – 8-битный адрес SUB Rx,Ry,Rz

КОП

Rx

Ry

Rz

не используется

1

0

1

x

x

y

y

z

z

 

LD Rx,address

КОП

Rx

не исп.

address

1

1

0

x

x

a

a

a

a

a

a

a

a

 

ST Rx,address

КОП

не исп

Ry

address

1

1

1

y

y

a

a

a

a

a

a

a

a

 

Структурная схема процессора

Регистры

 

Номер		При записи (по шине С)			При чтении (по шине A и B)
000	0	Rg0	программно-доступные регистры		Rg0	программно-доступные регистры
001	1	Rg1			Rg1
010	2	Rg2			Rg2
011	3	Rg3			Rg3
100	4	Temp0			Temp0
101	5	PC			PC
110	6	IR_HI (старшая часть IR)		IR	константа 1
111	7	IR_LO (младшая часть IR)			IR_LO

 

При чтении старшей части регистра команд, на шину A или B поступает единичная константа (00000001). Это вполне допустимо, т.к. старшая часть регистра команд имеет свои выходы из блока регистров: (КОП, Rx, Ry, Rz). Младшая часть регистра команд поступает на шины A или B в неизменном виде, т.к. в некоторых командах процессора в младшей части регистра команд находиться 8-битный адрес. Единичная константа применяется при инкрементировании счетчика команд, а также для получения константы -1 = 11111111 (см. микрокод для команды DEC).

Разрядность РОН (регистры общего назначения) – 8 бит

Разрядность PC (program counter) – 8 бит

Разрядность IR (регистр команд) – 16 бит (доступно два регистра по 8 бит)

 

 

 АЛУ

 

 

Структурная схема АЛУ и его связь с другими блоками машины показаны на рисунке. В состав АЛУ входят регистры Рг1 - Рг7, в которых обрабатывается информация , поступающая из оперативной или пассивной памяти N1, N2, ...NS; логические схемы, реализующие обработку слов по микрокомандам, поступающим из устройства управления.

Закон переработки информации задает микропрограмма , которая записывается в виде последовательности микрокоманд A1,A2, ..., Аn-1,An. При этом различают два вида микрокоманд: внешние, то есть такие микрокоманды, которые поступают в АЛУ от внешних источников и вызывают в нем те или иные преобразования информации (на рис. 1 микрокоманды A1,A2,..., Аn), и внутренние, которые генерируются в АЛУ и воздействуют на микропрограммное устройство, изменяя естественный порядок следования микрокоманд. Например, АЛУ может генерировать признаки в зависимости от результата вычислений: признак переполнения, признак отрицательного числа, признак равенства 0 всех разрядов числа др. На рис. 1 эти микрокоманды обозначены р1, p2,..., рm.

Результаты вычислений из АЛУ передаются по кодовым шинам записи у1, у2, ...,уs, в ОЗУ.

Функции регистров, входящих в АЛУ:

Рг1 - сумматор (или сумматоры) - основной регистр АЛУ, в котором образуется результат вычислений;

Рг2, РгЗ - регистры слагаемых, сомножителей, делимого или делителя (в зависимости от выполняемой операции);

Рг4 - адресный регистр (или адресные регистры), предназначен для запоминания (иногда и формирования) адреса операндов и результата;

Ргб - k индексных регистров, содержимое которых используется для формирования адресов;

Рг7 - i вспомогательных регистров, которые по желанию программиста могут быть аккумуляторами, индексными регистрами или использоваться для запоминания промежуточных результатов.

Формат микрокоманд

MIR – Microinstruction register – регистр микрокоманд (24 bit)

A

A MUX

B

B MUX

C

C MUX

RD

WR

ALU

COND

JMP ADDRESS

 

A, B, C – номер регистра для осуществления чтения (A, B) или записи (C)

A MUX, B MUX, C MUX – откуда брать номер регистра

(0 – из команды IR, 1 – из микрокоманды MIR)

RD – чтение из ОЗУ

    При этом адрес памяти берется с шины А, а результат подается на шину С

WR – запись в ОЗУ

    При этом адрес памяти берется с шины А, а данные - с шины B

ALU – код операции АЛУ

 

КОП АЛУ	Операция АЛУ
00	NOP
01	ADD
10	SHRA
11	NAND

 

COND – условие для определения адреса следующей выполняемой микрокоманды

 

COND	Куда переходим
00	NEXT	на следующую микрокоманду
01	DECODE	декодирование команды, Address = [KOP]100
10	JMP	безусловный переход
11	JC	условный переход по переносу (Carry Flag)

 

JMP ADDRESS – адрес в памяти микропрограмм, куда осуществляется переход

 

Микрокод

 

Адрес	Микрокоманда	Пояснение
0 1 2 3	IR_HI = NOP(PC);    READ PC = ADD(PC, IR_HI) IR_LO = NOP(PC);   READ DECODE	чтение старшего слова команды переход к следующему слову (PC = PC + 1) чтение младшего слова команды декодирование считанной команды
	ADD Rx, Ry, Rz
4	Rx = ADD(Ry, Rz); JMP 62	сложение содержимого регистров
	NAND Rx, Ry, Rz
12	Rx = NAND(Ry,Rz); JMP 62	И-НЕ для содержимого регистров
	SHR Rx, Ry
20	Rx = SHR(Ry);        JMP 62	арифметич. сдвиг содержимого регистра
	JC address
28 29 30	Temp0 = NOP(Temp0); JC 30 JMP 62 PC = NOP(IR_LO);     JMP 0	организация условного перехода если условие не выполнилось, то завершить иначе записать в PC новый адрес из IR_LO
	DEC Rx, Ry
36 37 38	Temp0 = SHR(IR_HI) Temp0 = NAND(Temp0, Temp0) Rx = ADD(Ry,Temp0); JMP 62	Temp0 = 0 (00000001 à 00000000) Temp0 = -1 (11111111) Rx = Ry + Temp0 = Ry + (-1)
	SUB Rx, Ry, Rz
44 45 46 47 48	Temp0 = SHR(IR_HI) Temp0 = ADD(Temp0, Rz) Temp0 = NAND(Temp0, Temp0) Temp0 = ADD(Temp0, IR_HI) Rx = ADD(Ry, Temp0); JMP 62	Temp0 = 0 (00000001 à 00000000) Temp0 = 0 + Rz = Rz инвертировать Temp0 = Rz Temp0 = ( ! Rz) + 1 Rx = Ry + (-Rz)
	LD Rx, address
52	Rx = NOP(IR_LO); READ; JMP 62	чтение из ОЗУ (шина A – адрес)
	ST Ry, address
60 61	Temp0 = NOP(Ry) Temp0 = NOP(IR_LO, Temp0); WRITE; JMP 62	Temp0 = Ry (данные на шину B) запись в ОЗУ (шина A – адрес, шина B - данные)
End:
62	PC = ADD(PC, IR_HI); JMP 0	увеличение счетчика команд (PC=PC+1)

Кодировка микрокода

 

DEPTH = 64;                % количество слов %

WIDTH = 24;                % размер слова в битах %

 

ADDRESS_RADIX = DEC;       % система счисления для адреса %

DATA_RADIX = BIN;          % система счисления для данных %

 

CONTENT

BEGIN

[0..63] : 0;             % по умолчанию везде нули  %

 

% Инициализация %

0: 101100011101100000000000;   % IR_HI = NOP(PC);    READ %

1: 101111011011000100000000;   % PC = ADD(PC, IR_HI)      %

2: 101100011111100000000000;   % IR_LO = NOP(PC);    READ %

3: 000100011001000001000000;      % DECODE                   %

 

% ADD Rx, Ry, Rz %

4: 000000000000000110111110;  % Rx = ADD(Ry, Rz); JMP 62 %

 

% NAND Rx, Ry, Rz %

12: 000000000000001110111110;  % Rx = NAND(Ry,Rz); JMP 62 %

 

% SHR Rx, Ry %

20: 000000000000001010111110; % Rx = SHR(Ry);     JMP 62 %

 

% JC address %

28: 100110011001000011011110;   % Temp0 = NOP(Temp0); JC 30 %

29: 100110011001000010111110;  % JMP 62                   %

30: 111110011011000010000000;    % PC = NOP(IR_LO);   JMP 0 %

 

% DEC Rx, Ry %

36: 110100011001001000000000;   % Temp0 = SHR(IR_HI)       %

37: 100110011001001100000000;  % Temp0 = NAND(Temp0, Temp0) %

38: 000010010000000110111110;  % Rx = ADD(Ry,Temp0); JMP 62 %

 

% SUB Rx, Ry, Rz %

44: 110100011001001000000000; % Temp0 = SHR(IR_HI)         %

45: 100100001001000100000000; % Temp0 = ADD(Temp0, Rz)     %

46: 100110011001001100000000; % Temp0 = NAND(Temp0, Temp0) %

47: 100111011001000100000000; % Temp0 = ADD(Temp0, IR_HI) %

48: 000010010000000110111110; % Rx = ADD(Ry, Temp0); JMP 62 %

 

% LD Rx, address %

52: 111100010000100010111110; % Rx = NOP(IR_LO); READ; JMP 62%

 

% ST Ry, address %

60: 000000011001000000000000; % Temp0 = NOP(Ry)                     %

61: 111110011001010010111110; % Temp0 = NOP(IR_LO, Temp0);

WRITE; JMP 62 %

 

62: 101111011011000110000000; % PC = ADD(PC, IR_HI); JMP 0 %

 

END ;

 

Примеры выполнения команд

Примеры выполнения каждой команды с указанием значения всех основных сигналов и содержимым основных регистров на каждом такте выполнения приведены на электронном носителе.