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. ВывестиA,nuCрезультаты на экран дисплея.

2. ЦУУ должно обрабатывать команды двухадресные с прямой адресацией.

КОП

R

R1

R2

ОП [S1+И]*ОП [S2+И] ОП[S1+И]

Все команды должны быть длиной 3 байта.

3. 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]).

4. Алгоритм решения задачи.

Разрабатываем алгоритм программы решения задачи. Предусматриваем ввод параметра n.

5. 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,еслиAi<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, еслиi≠0 PC : = PC+3, если i=0
КОП R 0 0	ПБК	0111	«Переход безусловный по косвенному индексу» ОП [F.R]PC
КОП - - -	Стоп	1000	«Останов» «Стоп» Дисплей
КОП 0 0 S2	Вв	1001	«Ввод байта» ДисплейOП[S2]
КОП 0 S1 0	Выв	0000	«Вывод байта» ОП[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 памятиF. Для формирования адреса любого слова в странице можно использовать микрооперацию B:=F.R, гдеF– константа (1111), аR– содержимое поляRкоманды 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+Cи 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.Aпреобразуется 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 доn, 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 признакиZ,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 признакиN,C,P) вырабатываются только в АЛУ, поэтому необходимо значение индексного регистра пропустить через АЛУ. Для этого используются две микрооперации В:=РИ и В:=В.

ж) «Модификация индекса» (МИ) – команда декрементирует значение РИ.

з) «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 Fуказывают в полеRкоманды ПБК.

и) «Вывод» (Выв) - байт информации из па­мяти выдается на экран дисплея в шестнадцатеричной системе. Ад­рес выдаваемого байта указывается в поле S1.

к) «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).

6. Список переходов

№ пп.	Исходное состояние	Код	Следующее состояние	Код	Входные сигналы	Сигналы возбуждения	Выходные сигналы
1	2	3	4	5	6	7	8
1	A0	000000	A0	000000	-B	-----	-----
2	A0	000000	A1	000001	B	D1	---
3	A1	000001	A2	000010	---	D2	Y43, Y13, Y14, Y58, Y7, Y15
4	A2	000010	A12 A3 A41 A28 A16 A17 A24 A37 A14 A8 A15	001100 000011 101001 011100 010000 010001 011000 100101 001110 001000 001111	-x4,-x3,-x2,-x1 -x4,-x3,-x2,x1 -x4,-x3,x2,-x1 -x4,-x3,x2,x1 -x4,x3,-x2,-x1 -x4,x3,-x2,x1 -x4,x3,x2,-x1 -x4,x3,x2,x1 X4,-X2,-X1 X4,-X2,X1 X4,X2	D3 D4 D1 D2 D1 D4 D6 D3 D4 D5 D5 D1 D5 D4 D5 D1 D3 D6 D2 D3 D4 D4 D1 D2 D3 D4	Y63, Y58, Y7, Y12, Y14
5
6
7
8
9
10
11
12 13 14
15	A3	000011	A4	000100		D3	Y21
16	A4	000100	A5	000101		D1 D3	Y11, Y12, Y13 Y14, Y15, Y42
17	A5	000101	A6	000110		D2 D3	Y30
18	A6	000110	A7	000111		D1 D2 D3	Y48
19	A7	000111	A2	000010		D2	Y7, Y41
20	A8	001000	A9	001001		D1 D4	Y22
21	A9	001001	A10	001010		D2 D4	Y11, Y12, Y13, Y14, Y15, Y42
22	A10	001010	A11	001011		D1 D2 D4	Y66
23	A11	001011	A7	000111		D1 D2 D3	Y60
24	A12	001100	A13	001101		D1 D3 D4	Y8, Y29
25	A13	001101	A7	000111		D1 D2 D3	Y67
26	A14	001110	A0	000000		-----	Y70
27	A15	001111	A0	000000		--------	Y69
28	A16	010000	A7	000111		D1 D2 D3	Y6, Y47
29	A17	010001	A18	010010		D2 D5	Y7 Y8 Y29
30	A18	010010	A19	010011		D1 D2 D5	Y35
31	A19	010011	A20	010100		D3 D5	Y11 Y14 Y42
32	A20	010100	A21	010101		D1 D3 D5	Y30
33	A21	010101	A22	010110		D2 D3 D5	Y15 Y31
34	A22	010110	A23	010111		D1 D2 D3 D5	Y31
35	A23	010111	A7	000111		D1 D2 D3	Y8 Y11 Y14 Y58
36	A24	011000	A25	011001		D1 D4 D5	Y35
37	A25	011001	A26	011001	-Z	D1 D4 D5	Y11, Y13, Y15,Y37
28	A25	011001	A7	000111	Z	D1 D2 D3	Y11, Y13, Y15,Y37
39	A26	011010	A27	011011		D1 D2 D4 D5	Y21
40	A27	011011	A7	000111		D1 D2 D3	Y7 Y11 Y15 Y58
41	A28	011100	A29	011101		D1 D3 D4 D5	Y22
42	A29	011101	A30	011110		D2 D3 D4 D5	Y7 Y8 Y11 Y13 Y15 Y58
43	A30	011110	A31	011111		D1 D2 D3 D4 D5	Y35
44	A31	011111	A32	100000		D6	Y11, Y14, Y42
45	A32	100000	A33	100001		D6 D1	Y30
46	A33	100001	A34	100010		D2 D6	Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y37
47	A34	100010	A35	100011	-N	D1 D2 D6	Y11, Y13, Y15, Y37
48	A34	100010	A7	000111	N	D1 D2 D3	Y11, Y13, Y15, Y37
49	A35	100011	A36	100100		D3 D6	Y21
50	A36	100100	A7	000111		D1 D2 D3	Y7, Y11, Y13, Y15, Y58
51	A37	100101	A38	100110		D2 D3 D6	Y38
52	A38	100110	A39	100111		D6 D3 D2 D1	Y11 Y13 Y15 Y42
53	A39	100111	A40	101000		D4 D6	Y30
54	A40	101000	A7	000111		D1 D2 D3	Y7 Y11 Y13 Y15 Y58
55	A41	101001	A42	101010		D2 D4 D6	Y7 Y29 Y38
56	A42	101010	A43	101011		D1 D2 D4 D6	Y11 Y13 Y15 Y42
57	A43	101011	A44	101100		D3 D4 D6	Y60
58	A44	101100	A45	101101		D1 D3 D4 D6	Y21
59	A45	101101	A7	000111		D1 D2 D3	Y7 Y11 Y13 Y15 Y58

7. Синтезировать управляющий автомат

Необходимую разрядность регистра состояний определяем по формуле К= ]log₂N[, где N=46- число состояний автомата;

Тогда К=6

Используемые в данной работе ПЛМ имеют 16 входов, 8 выходов и 68 конъюнкций. Необходимое число QПЛМ можно определить по формуле:

, где m – число управляющих сигналов, формируемых в УА

(m= 28)

В данной работе Q= 5 – количество ПЛМ.

8. Определение управляющих сигналов.

1. Y6 = A16

2. Y7 = A1 v A2 v A7 v A17 v A27 v A29 v A36 v A40 v A41 v A45

3. Y8= A12 v A17 v A23 v A29

4. Y11= A4 v A9 v A19 v A23 v A24 v A27 v A29 v A31 v A33 v A34 v A36 v A38 v A40 v A42 v A45

5. Y12= A2 v A4 v A9 v A33

6. Y13= A1 v A4 v A9 v A25 v A27 v A29 v A33 v A34 v A36 v A38 v A40 v A42 v A45

7. Y14= A1 v A2 v A4 v A9 v A19 v A23 v A31 v A33

8. Y15= A1 v A4 v A9 v A21 v A24 v A27 v A29 v A33 v A34 v A36 v A38 v A40 v A42 v A45

9. Y21= A3 v A26 v A35 v A44

10. Y22= A8 v A28

11. Y29= A12 v A17 v A41

12. Y30= A5 v A20 v A32 v A39

13. Y31= A21 v A22

14. Y35= A18 v A24 v A30

15. Y37= A25 v A33 v A34

16. Y38= A37 v A41

17. Y41= A7

18. Y42= A4 v A9 v A19 v A31 v A38 v A42

19. Y43= A1

20. Y47= A16

21. Y48= A6

22. Y58= A1 v A2 v A23 v A27 v A29 v A36 v A40 v A45

23. Y60= A11 v A43

24. Y63= A2

25. Y66= A10

26. Y67= A13

27. Y69= A15

28. Y70= A14

9. Определение сигналов возбуждения.

1. D1= A0B v A2-X4-X3-X2X1 v A2-X4-X3X2-X1 v A2-X4X3-X2X1 v A2-X4 v AX4X2 v A4 v A6 v A8 v A10 v A11 v A12 v A13 v A16 v A18 v A20 v A22 v A23 v A24 v A25-Z v A25Z v A26 v A27 v A28 v A30 v A32 v A34-N v A34N v A36 v A38 v A40 v A42 v A44 v A45

2. D2= A1 v A2-X4-X3-X2X1 v A2X4-X2-X1 v A2X4X2 v A5 v A6 v A7 v A9 v A10 v A11 v A13 v A16 v A17 v A18 v A21 v A22 v A23 v A25Z v A26 v A27 v A29 v A30 v A33 v A34-N v A34N v A36 v A37 v A38 v A40 v A41 v A42 v A45

3. D3= A2-X4-X3-X2-X1 v A2-X4-X3X2X1 v A2-X4X3X2X1 v A2X4-X2-X1 v A2X4X2 v A3 v A4 v A5 v A6 v A11 v A12 v A13 v A16 v A19 v A20 v A21 v A22 v A23 v A25Z v A27 v A28 v A29 v A30 v A34N v A35 v A36 v A37 v A38 v A40 v A43 v A44 v A45

4. D4= A2-X4-X3-X2-X1 v A2-X4-X3X2-X1 v A2-X4-X3X2X1 v A2-X4X3X2-X1 v A2X4-X2-X1 v A2X4-X2X1 v A2X4X2 v A8 v A9 v A10 v A12 v A24 v A25-Z v A26 v A28 v A29 v A30 v A39 v A41 v A42 v A43 v A44

5. D5= A2-X4-X3X2X1 v A2-X4X3-X2-X1 v A2-X4X3-X2X1 v A2-X4X3X2-X1 v A17 v A18 v A19 v A20 v A21 v A22 v A24 v A25-Z v A26 v A28 v A29 v A30

6. D6= A2-X4-X3X2-X1 v A2-X4X3X2X1 v A31 v A32 v A33 v A34-N v A35 v A37 v A38 v A39 v A41 v A42 v A43 v A44