Выбор регистра общего назначения

Таблица 7

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

Примечание. Формирование адреса следующей команды происходит вне микропрограммы операции;

е) «Переход безусловный» (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 слова страницы F(адреса отF0 доFF). Номер слова в страницеFуказывают в полеRкоманды ПБК (рис. 5е).

ж) «Вывод» (Выв) - по этой команде байт информации из па­мяти выдается на экран дисплея в шестнадцатеричной системе. Ад­рес выдаваемого байта указывается в поле S1 (рис. 5ж);

з) «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. 5з).

6. Разработать обобщенную микропрограмму, описывающую работу ЦУУ:

а) в исходном положении ЦУУ находится в состоянии ожидания. Включение ЦУУ производится сигналом "Пуск", подаваемым с пульта управления. После этого в программный счетчик (РОН[1]) и регистр адреса РА заносится начальный адрес машинной программы - нуль. (В качестве начального адреса программы можно использовать любой адрес оперативной памяти, однако в большинстве процессоров он равен нулю. Это объясняется удобствами схемной реализации - во всех регистрах имеются специальные входы обнуления.);

б) произвести выборку команды из оперативной памяти в регистр команд. В каждом варианте задания длина всех команд одинакова: 2, 3 или 4 байта. В соответствии с этим использовать микрооперацию, записывающую в старшие разряды регистра команд слово длиной 2, 3 или 4 байта и на соответствующее число единиц увеличивать содержимое программного счетчика, чтобы сформировать адрес сле­дующей команды. Длина трехадресных команд 4 байта, поэтому счет­чик увеличить на 4 с помощью микрооперации

РОН [Т]: = РОН [Т] *А. Выбор номера регистра и типа операции задать по табл. 7 и 8 с помощью управляющих сигналов. Для получения микрооперации РОН[1]: = РОН[1] + 4 необходимы управляющие сигналы: y7, y11, y13,y14;

в) проанализировать код операции машинной команды и перей­ти к выполнению соответствующей операции. Микропрограммы всех необходимых в задании операций приведены на рис. 5. Код операции всегда размешается в четырех старших разрядах регистра команд (31:28). Коды операций используемых команд приведены в табл. 6. С помощью четырех разрядов в КОП можно закодировать до 16 различ­ных машинных команд. В нашей задаче используются только восемь команд с кодами 0000-OIII. При появлении несуществующего кода операции в микропрограмме формируется сигнал ошибки "Ошибка в КОП" и выполнение микропрограммы завершается;

г) после завершения выполнения микропрограмм всех операций, кроме операции "Стоп", в регистр адреса ЦУУ необходимо занести адрес следующей машинной команды. После выполнения команды "Стоп" в регистре адреса хранится адрес последней выполненной команды.

Управление работой схемы инкремента-декремента

Таблица 8

Управляющий сигнал	Выполняемая микрооперация
У6 =1	Декремент (-1)
У6 = 0	Инкремент (+1)

7. Построить обобщенную микропрограмму (рис. 6).

8. По обобщенной микропрограмме построить закодированный граф микропрограммы (рис. 7) и по нему - управляющий автомат Мура или Мили. В общем случае автомат Мили имеет меньше состояний и для него необходим регистр состояний меньшей разрядности. В ла­бораторной работе использован восьмиразрядный регистр состояний. Его разрядности достаточно для построения автомата любого типа во всех вариантах. В качестве примера можно построить автомат Мура. В табл. 9 приведены списки переходов автомата. Разметка автомата указана на рис. 7.

Список переходов

Таблица 9

№ пп.	Исходное состояние	Код	Следующее состояние	Код	Входные сигналы	Сигналы возбуждения	Выходные сигналы
1	2	3	4	5	6	7	8
1	а0	000000	а1	000001	B	D1	---
2	а1	000001	а2	000010	---	D2	y7, y13, y14 ,y15 ,y43 ,y58
3	а2	000010	а3	000011		D1,D2	y7, y11, y13 ,y14 ,y58 ,y64
4			a7	000111		D1,D2,D3
5			a11	001011		D1,D2,D3
6			a16	010000		D5
7			a27	011011		D5,D4,D2,D1
8			a28	011100		D5,D4,D3
9			a30	011110		D5,D4,D3,D2
10			a31	011111		D5,D4,D3,D2,D1
11			a34	100010		D6,D2
12	а3	000011	a4	000100	---	D3	y21
13	а4	000100	a5	000101	---	D3,D1	y11, y12, y13 ,y14 ,y15 ,y42
14	а5	000101	a6	000110	---	D3,D2	y30
15	а6	000110	a26	011010	---	D5,D4,D2	y48
16	а7	000111	a8	001000	---	D4	y21
17	а8	001000	a9	001001	---	D4,D1	y11, y12, y13 ,y14 ,y15 ,y42
18	a9	001001	a­	001010	---	D4,D2	y30
19	a10	001010	a26	011010	---	D5,D4,D2	y67
20	a11	001011	a12	001100	---	D4,D3	y11, y29, y38
21	a12	001100	a13	001101	---	D4,D3,D1	y11, y13, y15 ,y42
22	a13	001101	a14	001110	---	D4,D3,D2	y60
23	a14	001110	a15	001111	---	D4,D3,D2, 1	y21
24	a15	001111	a26	011010	---	D5,D4,D2	y7, y11, y13,y15 ,y58
25	a16	010000	a17	010001	---	D5,D1	y6, y21, y47
26	a17	010001	a18	010010	---	D5,D2	y35
27	a18	010010	a19	010011	---	D5,D2,D1	y11, y14, y42
28	a19	010011	a20	010100	---	D5,D3	y30
29	a20	010100	a21	010101	---	D5,D3,D1	y8, y11, y13 ,y15 ,y22 ,y58
30	a21	010101	a22	010110	---	D5,D3,D2	y11, y14, y42
31	a22	010110	a23	010111	---	D5,D3,D2,D1	y30
32	a23	010111	a24	011000	---	D5,D4	y8, y11, y14, y23 ,y58
33	a24	011000	a25	011001	---	D5,D4,D1	y8, y11, y14, y29 ,y42
34	a25	011001	a26	011010	---	D5,D4,D2	y60
35	a26	011010	a2	000010	---	D2	y7, y41
36	a27	011011	a0	000000	---	---	y69
37	a28	011100	a29	011101	---	D5,D4,D3	y23
38	a29	011101	a25	011001	---	D5,D4,D1	y11, y12, y13 ,y14 ,y15 ,y42 ,y56
39	a30	011110	a0	000000	---	---	y70
40	a31	011111	a32	100000	---	D6	y38
41	a32	100000	a33	100001	---	D6,D1	y11, y13, y15 ,y42
42	a33	100001	a15	001111	---	D4,D3,D2,D1	y30
43	a­34	100010	a35	100011	---	D6,D2,D1	y35
44			a14	001110		D4,D3,D2	y11, y13, y15 ,y37
45	a35	100011	a26	011010	Z	D5,D4,D2

9. Синтезировать управляющий автомат на основе регистра

состояний Р и программируемых логических матриц:

а) необходимую разрядность регистра состояний определить по формуле К= log₂N , где N - число состояний автомата;

б) в работе использовать ПЛМ типа 16x8x68 (16 - входов, 8 – выходов, 68 - конъюнкций). Необходимое число Q ПЛМ определить по формуле

Q= ](K+m)/8[

где m- число управлявших сигналов, формируемых в автомате.

В нашем примере

Q= ](6+28)/8[ = 5

в) распределить управляющие сигналы и сигналы возбуждения

между всеми ПЛМ (сигналы возбуждения D1-D6, подавать на вхо­ды регистра состояний), Каждый из этих сигналов может быть зак­реплен только за одной ПЛМ;

г) выполнить программирование ПЛМ. Для этого для каждой ПЛМ построить таблицу соединений. В каждой таблице указать вхо­ды, выходы и строки.

На входы ( f₁-f_k) всех ПЛМ подключить выходы регистра сос­тояний Р (старшие разряды слева, младшие - справа). На осталь­ные входы ПЛМ подключить осведомительные сигналы, используемые в данной ПЛМ. Неиспользуемые входы ПЛМ не указывать. Число вхо­дов не должно превышать 16.

С выходов (₁-_k) первой ПЛМ снимать сигналы возбужде­нияD₁= D_k(в нашей задачеD₁=D₆, так как К= 6). С ос­тальных выходов этой ПЛM и со всех выходов ПЛМ снимать управляющие сигналы. Число выходов в каждой ПЛM не должно превы­шать восьми.

В каждой строке входов прямое значение переменной кодиро­вать единицей, инверсное - нулем, а безразличное - звездочкой. На выходах единицей обозначать необходимость использовать данную конъюнкцию (строку) в булевской функции, описывавшей соответст­вующую выходную переменную (управляющий сигнал или сигнал возбуж­дения). Число строк в каждой матрице не должно превышать 68.

10. Построить функциональную схему управляющего автомата. Соединение всех элементов схемы производить не основе обшей

ши­ны (табл. 10).

Состав цепей шины

Таблица 10

Номер цепи	1	…	80	84	85	86	87	88	89	90
Сигнал	Y1	…	Y80	B	X4	X3	X2	X1	Z	N
Номер цепи	91	92	-	101-108	111-118	120	121	122	123	-
Сигнал	C	P	-	F1-F8	D1-D8	«0»	«1»	TИ	R	-

Здесь:

В - сигнал "Пуск", поступающий с пульта управления;

ТИ - тактовый импульс, поступающий с генератора тактовых импуль­сов;

"I" и "0" - сигналы логической единицы и логического нуля;

R - сигнал системного сброса, поступающий с пульта управления при включении системы;

Z, N , С, Р - осведомительные сигна­лы, формируемые в АЛУ, соответственно нулевой и отрицательный результаты, перенос и переполнение;

Х4= PK(3I), X3 =РК(30), Х2 = РК(29), X1= РК(28) - осведомительные сигналы, характе­ризующие код операции.

11. В соответствии с разработанной системой машинных команд составить программу решения задачи:

1) провести распределение оперативной памяти (составить карту памяти). Оперативная память состоит из 16 страниц с номера­ми 0-F . В каждой странице размещается по 16 слов с номерами 0-F . Все слова однобайтовые. Адресуется каждый байт. Полный адрес байта состоит из адреса страницы и адреса слова в странице. При этом карта памяти имеет вид:

а) страницы 0 и I - основная программа;

б) страница 2 - массив А;

в) страница 3 - массив В;

г) страница 4 - массив С;

д) страница 5 - адрес возврата - FO , параметр n–F1.

е) страница 6 - подпрограмма;

2) провести кодировку машинной программы в шестнадцатеричной системе счисления (табл. 11). Основная программа должна на­чинаться с адреса 00;

Машинная программа

Таблица 11

№ пп.	Адрес ОП	Код команды				Примечание
		Байт 1	Байт 2	Байт 3	Байт 4
			Основная программа
1	00	70	00	00	F1	Ввод n
2	04	20	60	00	00	Переход к подпрограмме
3	08	00	F1	00	00	Вывод n
4		00	40	00	00	Вывод С1
5	10	60	00	00	00	Останов
			Подпрограмма
6	60	10	F1	00	00	Установка индекса
7	64	30	20	30	40	Сложение
8	68	40	64	00	00	Переход условный по ненулевому индексу
9	6	50	00	00	00	Возврат из подпрограммы по косвенному адресу

3) подготовить фотографию оперативной памяти (табл. 12). На фотографии необходимо указать основную программу, подпрограм­му, исходные данные и результаты. Исходные данные взять из табл. 13. На этом домашнюю подготовку закончить;

4) проверить правильность работы программы, задавая различ­ные значения параметра n. Сравнить содержимое памяти после выполнения программы с фотографией памяти, полученной при домаш­ней проработке.

Общие замечания по выполнении работы

1. Любую задачу можно решить с помощью различных наборов машинных команд.

2. При разработке конкретного набора машинных команд необходимо стремиться к минимальному числу типов команд.

3. Допускается использовать сложные комбинированные команды, которые фактически состоят из ряда простых. Например, в рассмотренном примере используют команду "Сложение с модификацией" (Сл), практически состоящую из двух команд: собственно сложения с модификацией адресов операндов и команды декремента индекса. Однако использовать такие команды следует осторожно, так как они ограничивают возможности системы команд так, рассмотренная в примере система команд не позволяет выводить на дисплей элементы массивов в цикле.

4. При разработке системы команд можно широко использовать ре­гистры общего назначения или ячейки оперативной памяти для хра­нения промежуточных результатов или признаков (Z, N, С, Р ) - так называемые

рабочие ячейки или рабочие регистры.

Содержимое оперативной памяти

Таблица 12

Адрес страницы	Адрес слова в странице
	0	1	2	3	4	5		6	7	8		9	A		B	C	D	E	F
0	70	00	00	F1	20	60		00	00	00		F1	00		00	00	40	00	00
1	60	00	00	00
2	00	05	01	03	0A	02		0F	0C	01		00	09		01	03	05	00	06
3	04	06	00	0B	01	04		00	02	03		0A	00		02	01	0A	02	00
4	01	03	02	01	07	00		08	01	04		0B	0A		0A	00	00	01	01
5
6	10	F1	00	00	30	20		30	40	40		64	00		00	50	00	00	00
7
8
9
A
B
C
D
E
F	(08)	(n)

Примечание. Вертикальными жирными линиями команды отделяются друг от друга.

Таблица 13

Исходные данные

Массив	Значения элементов массива
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
А	0	5	1	3	А	2	F	С	1	0	9	1	3	5	0	6
В	4	6	0	В	1	4	0	2	3	А	0	2	1	А	2	0
С	1	3	2	1	7	0	8	1	4	В	А	А	0	0	1	1

5. Особое место в работе ЦУУ занимает страница F оперативной памяти. К любому слову этой страницы можно обращаться в любой микропрограмме с помощью микрооперации А:=F.R, где F - номер страницы F; R - номер слова в странице F, который должен быть записан в поле R машинной команды.

6. В командах с модификациями, по усмотрению разработчика, можно модифицировать либо все адреса, либо часть из них. При этом во многих случаях бывает целесообразно производить обработку индекса (инкремент или декремент) с помощью специальной команды.

7. Во всех заданиях необходимо использовать команды ввода и вывода (можно использовать комбинированные команды ввода-вывода, в которых признак направления передачи информации помещают в одном из неиспользуемых полей команды ввода-вывода, например в поле R).

8. Допускается использовать следующие форматы данных: целые без

знака, целые со знаком. В первом случае число занимает все восемь разрядов (при этом признак перевыполнения Р не имеет смысла). Во втором случае в старшем разряде числа записывается знак (плюс -0, минус - I), а в остальных разрядах - целое семиразрядное число.

9. Все арифметические операции в АЛУ выполняются над операндами в дополнительном коде. Результат также получается в дополнительном коде.

10. Признак переноса С формируется при переносе из старшего (седьмого) разряда слова, а признак переполнения Р - при возникновении единицы переноса в шестом разряде слова, т.е. при переносе в знаковый разряд. Разряды слова нумеруются справа налево от нуля до семи, старшие разряды помешаются слева.

Структура таблицы переходов

Таблица переходов ( таблица 9 «Списки переходов») содержит информацию, необходимую для управления моделированием. Таблица переходов состоит из нескольких десятков строк (в разных вариантах количество строк может быть различным). В каждой строке должно быть указано:

1. Номер строки.

2. Исходное состояние (например, а31)

3. Код исходного состояния (это номер состояния в двоичной системе счисления)

4. Следующее состояние.

5. Код следующего состояния.

6. Входные (осведомительные) сигналы – определяют условия перехода в новое (следующее) состояние.

7. Сигналы возбуждения – используются для переключения памяти управляющего автомата (регистр Рна рис.3) в новое состояние. Сигналы возбуждения (столбец 7) формируются из кода следующего состояния (столбец 5). В столбце 7 указываются номера входов регистраР, на которые подаются единичные сигналы (не нулевые). Нумерация входов регистраPпроизводится справа налево, начиная с единицы. Например, для кода следующего состояния000011 надо указать сигналы возбужденияD1, D2.

8. Выходные сигналы (y):

   1. выполняют настройку схемы инкремента – декремента (y6, табл.8, стр.24),

   2. выбирают требуемый РОН (y7-y10, табл.7, стр.23),

   3. настраивают АЛУ (y11-y15, табл.1, стр.7),

   4. инициализируют микрооперации (y20-y70, табл.2, стр.12).