6. Регистровая модель процессора

По заданию регистры должны удовлетворять следующим условиям:

количество – 16;

универсальные;

разрядность – 32.

FLAGS

R0

R1

R2

…

…

…

R30

R31

Z C S O I T U

Рис.3

В соответствии с техническим заданием необходимо реализовать тридцать два 32-разрядных универсальных регистра общего назначения R0-R31. Эти регистры доступны для пользователя как на чтение, так и на запись.

Регистры PC, BVA, Flags, TLBP, TINT – являются системными.

PC - 32-x разрядный счетчик команд. При сбросе ЦП PC принимает нулевое состояние, который, таким образом, является адресом первой исполняемой команды, иначе говоря, выполнение программы начинается с нулевой ячейки. Содержимое программного счетчика после выборки очередной команды из памяти автоматически инкрементируется, так что в PC появляется адрес следующей команды. C его помощью устройство выборки команд считывает слова, начиная с адреса записанного в PC.

BVA - 32-разрядный регистр для записи адреса страничной ошибки, куда записывается адрес страницы, отсутствующей в памяти. Т.е. когда идет обращение к какой то странице памяти не находящейся в оперативной памяти происходит запись адреса этой страницы в BVA, а затем с помощью этого адреса происходит загрузка страницы в ОП.

Flags – 8-разрядный регистр флажков. Если происходит одно из событий, которые могут отражаться в этом регистре, то происходит установка того или иного флажка.

Z- признак нулевого результата;

C- признак переноса из старшего разряда;

S- знак результата ;

O- признак переполнения результата;

I- разрешения прерывания;

T- пошаговый режим;

U- флаг супервизор- пользователь;

TLBP- 32-разрядный регистр указатель на таблицу переадресации.

TINT – 32-разрядный регистр указатель на таблицу векторов прерываний.

Masks – 8-разрядный регистр маскирования прерываний.

Любой из РОН может использоваться для хранения числа любого из заданных форматов. Размещение чисел с ПТ можно, начиная с любого РОН.

IR – регистр команд.

7. Система команд

Система команд ЦП должна быть функционально полной и включать следующие группы команд:

Тип операции	Примеры
Арифметические и логические	Целочисленные арифметические и логические операции: сложение, вычитание, логическое сложение, логическое умножение и т.д.
Операции с плавающей точкой	Операции сложения, вычитания, умножения и деления над вещественными числами
Пересылки данных	Операции загрузки/записи
Управление потоком команд	Безусловные и условные переходы, вызовы процедур и возвраты
Системные операции	Системные вызовы, команды управления виртуальной памятью и т.д.
Десятичные операции	Десятичное сложение, умножение, преобразование форматов и т.д.
Операции над строками	Пересылки, сравнения и поиск строк

Система команд разрабатываемого ЦП приведена в таблице 1.

Если в результате команды происходит установка каких либо флажков, то в соответствующей клетке таблицы находится знак +, в противном случае -.

Назначение полей DEST, SRC1, SRC2 описано в разделе «Формат команд».

Если какое-то значение берётся не из SRC1 или SRC2, а из ячейки регистровой памяти, адрес которой содержится в SRC1 или SRC2, то соответствующие поля записываются в [x]-ых скобках. В <x>-ых скобках указывается значения по заданному адресу ОП. В командах сдвига SHL и SHR, содержимое регистра SRC1 сдвигается на SRC2 разряда, после чего результат записывается в регистр DEST. Способ адресации указывается в формате команды полем AMD. Если используется относительная адресация, то номер регистра, содержащего базовый адрес, записывается в SRC1, а непосредственно смещение или номер регистра индекса в SRC2.

Таблица 1

N	Мне-моника	Название	Содержание	Флажки							КОП
				C	Z	S	O	T	I	U
Обращение к памяти по чтению и записи
1	ldb	Загрузить байт	[DEST] <= <[SRC1]+SRC2>	-	-	-	-	-	-	-	0000000
2	ldh	Загрузить слово	[DEST] <= <[SRC1]+SRC2>	-	-	-	-	-	-	-	0000001
3	ldd	Загрузить двойное слово	[DEST] <= <[SRC1]+SRC2>	-	-	-	-	-	-	-	0000010
4	svb	Сохранить байт	<[SRC1]+SRC2> <= [DEST]	-	-	-	-	-	-	-	0000011
5	svh	Сохранить слово	<[SRC1]+SRC2> <= [DEST]	-	-	-	-	-	-	-	0000100
6	svd	Сохранить двойное слово	<[SRC1]+SRC2> <= [DEST]	-	-	-	-	-	-	-	0000101
7	ldf	Загрузить число с ПТ	[DEST] <= <[SRC1]+SRC2>	-	-	-	-	-	-	-	0000110
8	svf	Сохранить число с ПТ	<[SRC1]+SRC2> <= [DEST]	-	-	-	-	-	-	-	0000111
9	mov	Переслать число	[DEST] <= [SRC2]	-	-	-	-	-	-	-	0001000
10	movf	Переслать число с ПТ	[DEST] <= [SRC2]	-	-	-	-	-	-	-	0001001
Целочисленные арифметические для чисел со знаком и без знака
11	add	Сложение с ФТ	[DEST] <= [SRC1]+[SRC2]	+	+	+	+	-	-	-	0001010
12	sub	Вычитание с ФТ	[DEST] <= [SRC1]-[SRC2]	+	+	+	+	-	-	-	0001011
13	mul	Умножение с ФТ	[DEST] <= [SRC1]*[SRC2]	+	+	+	+	-	-	-	0001100
14	div	Деление с ФТ	[DEST] <= [SRC1]/[SRC2]	+	+	+	+	-	-	-	0001101
Арифметические с ПТ
15	addf	Сложение с ПТ	[DEST] <= [SRC1]+[SRC2]	+	+	+	+	-	-	-	0001110
16	subf	Вычитание с ПТ	[DEST] <= [SRC1]-[SRC2]	+	+	+	+	-	-	-	0001111
17	mulf	Умножение с ПТ	[DEST] <= [SRC1]*[SRC2]	+	+	+	+	-	-	-	0010000
18	divf	Деление с ПТ	[DEST] <= [SRC1]/[SRC2]	+	+	+	+	-	-	-	0010001
Логические
19	and	И	[DEST] <= [SRC1]&[SRC2]	-	+	+	-	-	-	-	0010010
20	or	ИЛИ	[DEST] <= [SRC1] | [SRC2]	-	+	+	-	-	-	-	0010011
21	xor	Исключающее ИЛИ	[DEST] <= [SRC1]^[SRC2]	-	+	+	-	-	-	-	0010100
22	not	Инвертирование	[DEST] <= ![SRC1]	-	+	+	-	-	-	-	0010101
Сдвигов на произвольное число тактов
23	shr	Сдвиг вправо	[DEST] <= [SRC1]>>[SRC2]	+	-	-	+	-	-	-	0010110
24	shl	Сдвиг влево	[DEST] <= [SRC1]<<[SRC2]	+	-	-	+	-	-	-	0010111
Условных и безусловных переходов
25	jmp	Безусловный переход	PC <= [SRC1]+SRC2	-	-	-	-	-	-	-	0011000
26	jz	Условный переход по флагу Z=0	PC <= [SRC1]+SRC2	-	-	-	-	-	-	-	0011001
27	jnz	Условный переход по флагу Z=1	PC <= [SRC1]+SRC2	-	-	-	-	-	-	-	0011010
Работы с подпрограммами
28	call	Вызов подпрограммы	Rt <= PC, PC <= [SRC1]+SRC2	-	-	-	-	-	-	-	0011011
29	ret	Возврат из подпрограммы	PC <= Rt	-	-	-	-	-	-	-	0011100
Ввода вывода
30	in	Чтение байта из порта	[DEST] <= port([SRC1]+SRC2])	-	-	-	-	-	-	-	0011111
31	out	Запись байта в порт	port([SRC1]+SRC2]) <= [DEST]	-	-	-	-	-	-	-	0100000
Управления вычислительным процессом
32	di	Запрет прерывания		-	-	-	-	-	1	-	0100001
33	ei	Разрешение прерывания		-	-	-	-	-	0	-	0100010
34	int	Вызов прерывания	Rt <= PC, PC <= [SRC1]+SRC2	-	-	-	-	-	1	-	0100011
35	iret	Возврат из прерывания	PC <= Rt	-	-	-	-	-	0	-	0100100
36	frd	Чтение флагов	[DEST] <= Flags	-	-	-	-	-	-	-	0100101
37	fwr	Запись флагов	Flags <= [DEST]	+	+	+	+	+	+	+	0100110
38	trd	Чтение TLBP	[DEST] <= TINT	-	-	-	-	-	-	-	0100111
39	twr	Запись TLBP	TINT <= [DEST]	-	-	-	-	-	-	-	0101000
40	ird	Чтение TINT	[DEST] <= TINT	-	-	-	-	-	-	-	0101001
41	iwr	Запись TINT	TINT <= [DEST]	-	-	-	-	-	-	-	0101010
42	scall	Переход в супервизора		-	-	-	-	-	-	1	0101011
43	rfe	Возврат в пользователя		-	-	-	-	-	-	0	0101100
44	etr	Пошаговый режим		-	-	-	-	1	-	-	0101101
45	dtr	Выход из пошагового р.		-	-	-	-	0	-	-	0101110
46	nop	Нет операции	PC <= PC+1	-	-	-	-	-	-	-	0101111

Логика установки флажков

Регистр флажков содержит информацию о признаках результатов арифметических или логических операций, выполняемых в АЛУ.

• Если в результате предыдущей операции получился 0, то флаг Z устанавливается в единицу, в противном случае в 0.

• Если в результате предыдущей операции произошло переполнение, то флаг O устанавливается в 1, в противном случае в 0.

• Если в результате предыдущей операции произошёл перенос из старшего разряда, то флаг C устанавливается в 1, в противном случае в 0.

• Если в результате предыдущей операции получено отрицательное число, то флаг S устанавливается в 1, в противном случае в 0.