Organizacja elastycznie mikroprogramowanego komputera dydaktycznego EW

ZESZYTY NA UK OW E POLITECHNIKI Ś L Ą S KI EJ _____________________________________ 1983

Seria: IN FO RM AT YK A z. 5 Nr kol. 759

Ada« GACEK

Stanisław KOZIELSKI Piotr STRÓŻYNA

ORGANIZACJA EL AS TY CZ NI E M I K R O P R O G R A M O W A N E G O KO MP UT ER A DYDAKTYCZNEGO EW

S t r e s z c z e n i e . W pracy p r z e d s ta wi on o st ru kt ur ę i orga ni za cj ę ele- stycznie mi kr o p r o g r a m o w e n e g o komputera dy da ktycznego. Mo żl i w o ś ć e- lastycznego ailkroprogramonanie uz yskana zo stała przez zastosowania lako pamięci m i k r o p r o g r a m ó w - pamięci typu RAM. Pozwala to na w i e ­ lowariantowe mo de lo wa ni e listy rozkazów w ramach danej struktury komputera. Ponadto deje to możliwość realizacji w ko mp ut er ze w i ę k ­ szego zb io ru rozkazów, an iżeli w y n i k a ł o b y to z ograniczonej d ł ug oś­

ci słowa rozkazowego. Sz cz e g ó ł o w o przeds ta wi on o w pracy strukturę i działanie bloku pa mięci m i k r o p r o g r a m ó w ońaz po dano orga ni za cj ę c y k ­ lu ro zk az ow eg o dla pr zy kładowej grup y ro zk az ów d o t y cz ęc yc h proceso-

i. Wstęp

Calem pracy Jest pr ze ds ta wi en ie ęetruktury p r o s te go komputera pr ze zn a­

czonego w pr ocesie d y d a k t y c z n y m do an al iz y pr ze sł ań m i ę d z y r e je et ro wy ch i organizacji cyklu rozkazowego. Ko mp ut er tan, n a zw an y sk ró te m EW. stanowi rozwinięcie konc ep cj i ma sz yn y cyfrowej W. której budowa została przed-

•atawiona w pr acach Q , 2, 3j. St ru kt ur a ma szyny cyfrowej W obejmowała Jedynie pr ocesor i pa mi ęć operacyjnę. Przeds ta wi on a w niniejszej pracy wersja mc W stanowi bardziej ro zw ln ię tę formę konstr uk cy jn y tej maszyny.

Obejmuje ona obok procesora ró wnież sy st em p r z e r w a ń i system we jś ci e - wyjścia. Dla ro zs ze rz en ia za kr es u ćw ic ze ń d y d a k t yc zn yc h budearę układu ete- rujęcego komputera EW oparto na bloku pa mięci alkropro gr an ow an ej z mo ż­

liwości* el as ty c z n e g o p r o g r a mo wa ni a po przez w p r o w a d z a n i e mi kr op r o g r a m ó w z pulpitu operatora. Pozwala to na realizację - w ramach danaj struktury ma­

szyny - w i ęk sz eg o zb io ru rozkazów, aniżeli w y n i k a ł a b y to z ograniczonej do ośmiu bitów d ł u g oś ci słowa ro zk az ow eg o (a w s z c z e g ól no śc i tr zy bi to we go kodu rozkazu), Tan sam zb ió r kodów rozk az ów w y k o r z y s t y w a n y Jest w t e d y dla różnych grup rozkazowych. Dla każdej z tych gr up pamięć w y p e ł n i a n a Jest odrębnymi mi kr op ro gr am am i r e a l i z uj ęc ym l funkcja ro zkazów taj grupy. Daje to aożność za st os o w a n i a zn ac zn ie mniejszej pa mięci m i k r o p r o g r a m ó w niż w y ­ nikałoby to z po tr ze b jednorazowej realizacji pełnej listy rozkazów.

Przyjęta konc ep cj a mc EW o d po wi ad a również w y m a g a n i o m z w lę za ny m z or­

ganizację zajęć dydaktycznych. Podział zajęć na J e dn os tk i dyda kt yc zn e na-

V Ier»

Ry®. 1. Architektura jednostki centralnej EW

Gacek,S.Kozielski,P.Stróżyna

Organizacja elastycznie rolkroprogramowanegp.. 77

rzuca bowiem konieczność oddzielnej a n al iz y po sz cz eg ól ny ch bloków funk­

cjonalnych, a więc również od dz ielnego ro zp atrywania o d po wi ed ni ch grup rozkazów d o t y cz ęc yc h tych bloków,

W niniejszej pr ac y sk upiono uwagę na strukturze samego procesora mc EW oraz organizacji cyklu rozkazowego dla przykładowej grup y rozkazów d o t y ­ czących procesora. Szcz eg ół ow o zo stała przy ty« przeds ta wi on a struktura i działanie bloku pa mięci ni kr op r o g r a m ó w de cy du j ą c e g o o w ł as no śc ia ch i w a ­ lorach dydakt yc zn yc h komputera EW.

2. Strukturę ma sz yn y cyfrowej " E W "

2.1. Ar ch it ek tura jednostki centralnej

Architektura Jednostki centralnej komputera "EW" pr zedstawiona została na rys. i.

Przesyły mi ęd zy r e j e s t r o w e ko nt ro lo wa ne sę przez sy gn ał y mikros te ru ję - ce. Sygnały te steruję również pracę jedn os tk i aryt ae ty cz no -l og icz ne j , pa­

mięci operacyjnej oraz p o z o s t a ł y c h bloków fu nk cjonalnych maszyny. Na rys.

1 zaznaczono w a ż n i e j s z e sygnały mi kr os te ru ję ce ro zr óż nl aj ęc sygnały im­

pulsowe (podkreślone) i statyczne.

Magistrala d a n y c h mc EW ma 8 bitów (jest to długość słowa m a s z y n o w e ­ go). Magistrala adresowa jest 5-bitowa. pozwala to na bezp oś re dn ie ad re­

sowanie 32 komórek pa mięci operacyjnej.

2.1.1. Procesor

Procesor komputera EW składa się z:

rejestru ro zkazów (i), z wy od rę b n i o n y m i p o d r e j a s t r a m i : - kodu op eracji (KOD) ,

- argumentu rozkazu (a d) , - licznika rozk az ów (l) ,

- Jednostki arytmetycz no -l og icz ne j ( O A L ) , ' rejestru ak um ul at or a (a k) ,

- rejestru og ólnego przezn ac ze ni a

(x).

Ponadto pr oc es or posiada:

" połęczenia m i ę d z y m a gi st ra la mi da nych i ad re so wę w obu kierunkach, - układy w y z n ac ze ję ce na st ępujęce sy gnały stanu maszyny:

a) 0 A K (oznaczajęcy zerowę z a wa rt oś ć ak umulatora), b) Z A K (o zn aczajęcy ujemnę zawa rt oś ć akumulatora) ,

°) 0S (o zn aczajęcy zero na magist ra li S ) ,

d) ZS (o zn ac za ję cy ujemnę liczbę na m a gi st ra li s) , e) INT (ozn ac za ję cy żędanie p r ze rw an ia - por. p. 2.1.3),

f) ORQ (o zn ac za ję cy zgłosz en ie operatora - z klawia tu ry sterujęcej).

78 A. Cacek. S. Ko zl ol sk l, P. Stróźyni

Sy gnały stanu nogę być testowane w uk ładało s t ar ow an ia maszyny. Warto ni»- nl eż zwrócić uwagę na istnienie sygnału mi kr oa t e r u j ę c o g o "Jeden" ustawia­

jącego liczbę 1 ns magist ra li danych.

S truktura procesore aa sz yn y pozwala na realizację bardziej złożonych rozkazów będęcych ilustrację możliw oś ci fu nkcjonalnych ws półczesnych kos- puterów.

2.1.2. Pamięć operacyjna

Pamięć operacyjna ma szyny (PaO) ma pojemność 32 sł ów 8-bitowych. Dest to pamięć pó łp rz ew od ni ko wa bipolarna, typu RAM. Na rys. 1 zaznaczono re­

je st r ad re so wy (a) i rejestr d a n y c h

(s)

2.1.3. Układ przerwać

Up ro sz cz on y schemat układu p r ze rw ań pr ze ds ta wi on o na rys. 2.

Rys. 2. Upro sz cz on y schemat układu prze rw ać

INT - sygnał przerw an ia g e n e r o w a n y na pods ta wi e Bygn ał ów zgłoszeń, Jidlt z sygnałów stanu maszyny.

Układ pr zerwań komputera "EW" c h a r ak te ry zu je się na st ęp uj ęc ym i cachoci - zgłoszenia generowane sę na 4 poziomach,

- źródłami zgłoszeń sę przyciski klawia tu ry sterujęcej oraz system w e/wy m a s z y n y ,

- możliwość maskowania poszcz eg ól ny ch poziomów,

- au tomatycznie g e ne ro wa ny Jest adres przerwania (układ wektorowy),

2,1,4. System wy jścia - wyjścia

Zasadn ic ze cechy systemu we /w y ma sz yn y EW sę następujęce:

- dwa uk ła dy po średniozęce (interfejsu) um oż li wi aj ę ws pó łp ra cę kornput«*

z czytnikiem i perf or at or om taśmy papierowej,

- obsługa urzędzeń zewn ęt rz ny ch może odbywać się za równo z w y k o r z y s t a n i * układu przerwań. Jak i bez jego pośrednictwa,

- system we / w y może być w łatwy sposób ro zb ud ow an y poprzez dodanie nowyt u k ła dó w interfejsu.

Organizacja elas ty cz ni e a l k r o p r o g r a w o w n n a g o . . 79

Układ przerwań, ayetea w e / w y i prob le ay zw iązane z ko mu ni ka cj ę aa az yn y

"EW" z otocze ni em z o s t a ł y sz cz e g ó ł o w o om ówione w ¡4] .

2.2. Tablica synoptyczna

W połączeniu z tablic« ey no pt yc zn ę kl aw ia tu ra st er uj ąc a pełni funkcje pulpitu op er at or a aaszyny.

Tablica sy no pt yc zn a po zwala na bleżęcę kontrolę z a wa rt oś ci reje st ró w oraz sygn ał ów al kr os to ru ję cy ch . Jest to nieodz ow ne dla ce l ó w d y d a k t y c z ­ nych, gd yż po zwało na krokowe śledzenie realiz ac ji rozkazów.

Funkcję i n d y ka to ró w st an ów re j e s t r ó w i s y g n a ł ó w u i k r o a te ru ję cy ch p e ł ­ nię wyśw ie tl ac ze na d i o d a c h elektrol um in es ce ncy jn yc h,

2.3. Klawiatura sterująca

Klawiatura uaożliwia st er ow an ie pracę a a sz yn y "EW", a w szczeg ól no śc i pozwala na:

" wybór rodzaju pr a c y aaszyny:

1) praca krokowa (a ik ro in st ru kc ja po a l k r o i n s t r u k c j i ) , 2) praca krokowa (rozkaz po r o z k a z i e ) ,

3) praca cykliczna,

- inicjację i z a t r zy aa ni e procy, - zerowania og ól ne układów,

generację z g ł o sz eń na dwóch pozioaach układu przerwań,

- wpis infora ac ji do pa ai ęc i operacyjnej oraz do paaięci aikroprograaów.

Sc he aatycznie wy gl ęd ca łe go ze stawu labo ra to ry jn eg o komputera "EW"

przedstawiono na rys. 3.

.Hlkroprograaowawy układ sterowania

3* Pamięć ai k r o p r o g r a a ó w

Koaputar dy da k t y c z n y EW Jest w y p o s a ż o n y w ai kr o p r o g r a a o w a n y układ ste­

rowania. Pode ta wo wy a zesp oł ea układu sterowania Jest paaięć a i k r o p r o g r a ­ aów PMP (rys. l ) , w której paaiętana sę 24 -b lt ow e aikroinstrukcja.

Paaięć a i k r o p r o g r a a ó w jast pa aięci« typu RAM. Pozwala to na do wolnę tsisnę Jaj za wa rt oś ci , przez co uzyskuje się możl iw oś ć modelowania listy rozkazów.

Informacja w pa aięci a i k r o p r o g r a a ó w ao że być a o dy fl ko wa na poprzez za- Pie z kl aw ia tu ry komputera. Po przez klawiaturę ao żl lw y jest również od- M yt inforaacji z wybranej koaórki paaięci.

Organizacja el as ty cz ni e B l k r o p r o g r a m o w e n e g o . . 81

3,2, Adreaac.la paelecl B l k r o p r o g r a a ó w

Sposób adre sa cj l psaięci a i k r op ro gr aa ów p r ze ds ta wi on o na rya. 4.

4 4 . i <VV/ W/

i wi.4*. Afu** Pt>PCSO*t' Pr*o

Rys. 4. Po gl ąd ow y acheaat tworzenia ad resu w l kr oi na tr uk cj i

Pamięć a i k r o p r o g r a a ó w ad re so wa na Jest zawa rt oś ci ą 5- bi to we go licznika

•drasowanago LA (rys. 4, 5).

Adres do licznika LA w p i s y w a n y Jest z trzech źródeł.

1. Z magistrali S - Jako kod rozkazu w y c z yt an eg o z pamięci o p e r ac yj­

nej PeO - ay gnały S 5 , S 6 , S7 (rya. 5). Sy gn ał y te po dawane są o d p o w i e ­ dnio ha pozycje A 3 , A2, Al licznika adresowego. Na po zycji A4 1 A 0 J e s t wówczas w y s u s z a n y stan wy so ki od po w i a d a j ą c y “1", a na po zycji A 0 stan ni-

•ki (“0").

2. Z Ba gi 8t ra li M - Jako adres następnej al kr o l n s t r u k c j i - ml kr oa yg na - ły M17 - M20. W tye przypadku stan najeniej znaczącej po zycji licznika a- dresowego ok reśla sy gnały A D W - g e ne ro wa ny przez sele kt or SI.

3. Z klawiatury koeputera - Jako adres koeórki pa alęci ei k r o p r o g r a e ó w wybranej do ko ntroli lub a o d y fl ka cj i - aygnały A 0 - A4.

Przepływ in fo re ac ji stanowiącej adrse dla pa nięci ei kr op r o g r a e ó w z p o ­ żądanego źródła Jest r e a l iz ow an y poprzez od po wi ed ni e w y s t e r o w a n i e p r ze łą­

cznic adresowych S2 i S3 sygnałaei SE L2 i SEL3 (rya. 5).

J.3. Foreat mi kr ol ns tr uk cj l

Mikroinstrukcje stanowią 2 4 -b it ow e słowa s t er uj ąc e realizacją rozkazów w komputerze. Format m i kr ol ns tr uk cj l prze ds ta wi a rys. 6.

Słowo ei kr oi ns tr uk cj i podzie lo ne Jest na dwa pola; pole a i kr os te ru ją ce i pole adresowe.

Gacek.S.Kozlelakl,P.Stróżyna

Organizacja el as tycznie m i k r o p r o g r a m o w a n e g o . . 83

S Y G f / A t Y r r / K P o s r e n u J Ą c c m

____J7CSZ YffiACJA

Rys. 6. Format mikr oi ns tr uk cj i

Pozycja pole mi k r o s t e r u j ę c e g o o numerach od M 0 do M13 o« d e az yf ro wa ne przez deszyfratory 01-06 dajęc 26 sygn ał ów mikrosterujęcych. Sy gn ał y od- poeriadajęce pozy cj om H14. M15, M 1 6 w y k o r z y s t y w a n e sę bezp oś re dn io Jako sygnały mikrosterujęce. Łę cz ni a więc w układzie sterowania komputera w y ­ parzanych Jest 28 mikrosygnałów. Funkcje po sz cz eg ól ny ch grup sy gn ał ow yc h oraz opis sy mb ol ic zn y pr zy po rz ąd ko wa ny ch im ml kr o s y g n B ł ó w pr ze dstawia ta­

bela i.

Najmniej zneczęce pozycje słowa mi kr oi ns tr uk cj i M 1 7 - M 2 3 aą wy ko rzysty-

»ene do formowania adresu następnej mikr oi na tr uk cj i w m i k r op ro gr am ie rea- Uzujęcym funkcje da ne go rozkazu. Pole adresowe mi kr o i n a t r u k c j i Jest p o ­ dzielone na dwie części, z których pierwsza (M17, M 1 8 , M19, M20) tworzy bezpośrednio 4 bardziej z n a c zę ce bity ad resowe A A, A3, A2, Al, natomiast druga część pola dresowego (M21, M22, M23) Jest w y k o r z y s t y w a n a do adreso-

*enie selektora Si, którego sygneł w y jś ci ow y A D W tw or zy pięt y najmniej znaczęcy bit ad resu A0. St en tego bitu odpowiada s y gn ał ow i wa r u n k u w y b r a ­ nego w salektorze Si.

Sygnałami w a r u n k ó w sę następujęce sy gnały stanu procesora:

0AK - sy gn al iz ac ja zerowej za wa rt oś ci re jestru AK, ZAK - s y g n al iz ac ja ujemnej zawart oś ci re jestru AK, 0S - sy gn al iz ac ja zerowej inform ac ji na mag. S, Zs " sy gn alizacja ujemnej lnf. na mag. S, INT - s u m a r y c z n y s y gn ał przerwania,

0RQ _ sygnał zgłosz en ia operatora,

•1-1

„g„ r - wy mu s z o n e st a n y s y gn ał ów warunków.

Wykorzystując sygnały waru nk ów , uzyskuje się m o żl iw oś ć m o d y fi ka cj i a- dresu następnej mikroi na tr uk cj i, co pozwala na realizację rozg ał ęz ie ń w

•lkroprog remach.

Tabel» sygn ał ów n i kr oe te ru jg cy ch

T a b a l a 1

Grupa

sygnałów Funkcja grupy sygn ał ów Sy abele s y g n ał ów Ilość

sygnałów

Ilość bitów keduję-

cych

I W y jó ói a na mag. S wyg, rwa, w y n , Jeden, wyak, as, wye. 7 3

II We jó ćl e z mag. S w e j , w a s , rwy, w e a k , wax 5 3

III Wy jś ci e na aag. A w y a d , w y l , w y a p , se 4 2

IV W e jś ci e z mag. A w e l , w e e . wee 3 2

V Funkcje DAL d o d a j , o d e j n l j , pobierz 3 2

VI Inne sy gn ał y ster. stop, inkrenent, start 3 2

VII Zero wa ni e przerwania rlnt 1 1

VIII Przyjęcie zgłoszenie ani 1 1

IX Koniec cyklu rozkaz. kce 1 1

R a z e n 23 17

Gacek,S.Kozielski.P.Stróżym

Organizacja el as tycznie mlkroprogramowanego. 85

3.4. Analiza pracy układu st er uj ąc eg o w cyklu rozkazowy«!

Mikropro gr am ow an y układ komputera EW Jest sy nc hr on iz ow an y przez g e n e ­ rator taktu ze ga ro we go wy tw ar z a j ę c y cięg impulsów f. Im pulsy generatora pobudzaj? kask ad ow y ze sp ół dwóch uk ładów mo no st ab il ny ch M F 1 i MF2. S y ­ gnały w y jś ci ow e tych u k ła dó w AL i TR stanowi? główne sy gnały steruję- ca blok pamięci mikroprogramów. Sy gn ał A L powoduje wp is adresu do licz­

nika adresowego LA, natomiast sygnał TR strobuje pr ze rz ut ni k P2 prze- lęczajęcy wy jś ci a selektora S2 na odpowiedni? grupę sy gn ał ów w y j ś c i o ­ wych A2 lub B2 (rys. 5).

Przerzutnik Pi st ro bo wa ny be zp ośrednio impulsami generatora synchro- nlzujęcego f za pa miętuje moment pojawienia się alkr os yg na łu kem oz na­

czającego koniec mi kr op ro gr am u dla d a ne go rozkazu.

W każdym cyklu rozkazowym sk ła da ję cy m się z n faz wyró żn ia się dwie charakterystyczne m i k r o i ns tr uk cj e oz na czajęce poczętek i koniec mi k r o p r o ­ gramu danego rozkazu.

Hikroinstrukcja poczęt ko wa realizuje pobranie rozkazu z pamięci opera- cyjnej komputera do rejestru rozkazów, W trakcie tej mlkr oi ns tr uk cj i do licznika adreso we go LA Jest wp i s y w a n y kod rozkazu, dla którego w y k o n y ­ wany będzie o k re śl on y mikroprogram. Kod rozkazu określa po cz ęt ko wy adres mikroprogramu dla da nego rozkazu. Mi kr o i n s t r u k c j e poczętkowa może być u- aleezczena w pamięci m i k r o p r o g r a m ó w pod do wolnym adresem.

Charakterystyczny stan dis tej ml kr oi ns tr uk cj l opisuje relacja:

SEL2 . PS . G T « 1

Mikroinstrukcje końcowa odznacza się z a ko do wa ni em w niej sygnału "koń­

ca mikroprogramu" kem. Sy gn ał ten po woduje dla następnej m l kr oi ns tr uk cj l (poczętkowej dla kolejnego rozkazu) wy st er o w a n i e p r ze łę cz ni cy S2 na w e j ­ ście B 2 , co umożliwia wp is kodu rozkazu do licznika a d r e s o w e g o LA.

Mikroinstrukcja końcowa Jest w y ró żn ia na ko in cydencję sygnałów:

kem . PS . G T - 1

Pozostałe mi kr oi ns tr uk cj e danego m i k r o p ro gr am u odznaczaj? się tym, że dla każdej z nich po przez we jś ci a A2 pr ze łę c z n i c y S3 pr ze sy ła ny Jest adres następnego mlkrorozkazu. Dla tych mlkr oi ns tr uk cj l ch ar ak te ry st yc zn a Jest koincydencja sygnałów:

SEL2 . PS . kem . GT » i

Zależności czasowe mi ęd zy sygnałami sterujęcymi pamięć mi kr op ro gr am ów

" cyklu rozkazowym p r z e d s ta wi on o na rys. 7. Natomiast na rys. 8 p r z e d s t a ­ wiono schemat bl okowy dz ia ła ni a układu st er uj ęc eg o pamięć mikroprogramów.

00o*

R y “ - 7 - D i a g r a m z a l e l n o A c l o z m a o w y c h s y g n a ł ó w « t a r u j ą c y c h P M P w c y k l u r o ż k u

Gacek,S.Kozlalakl,P.Stróżym

Organizacja el as ty cz ni « a i k r o p r o g r a a o w a n e g o . . 87

Rya. 8. Schooet b l ok ow y d z ia ła ni a układu sterującego PMP w cyklu ro zk az o­

wy«

4. Za sa dy or ga ni za cj i cyklu ro zk az ow eg o omewlaneoo komputer«

88___________________________________________A. Gacek. S. Kozielski, P. Stróżynt

Na ws tę pi e tego rozdziału o k re śl im y za sa dy formowania sy gn ał ów aikro- sterujęcych. Przyjmiemy, Ze w s zy st ki e te ey gnały sę funkcjami taktu zega­

rowego Jak na rys, 9.

zegara.) / p /

r ' r^{/ n/}

50-

vecx i-i

czytaj tjys dodaj

jseoJc r

Rys, 9. Przebiegi cz asowe s y gn ał ów m l kr os te ru ję cy ch w trakcie dodawania ar gu me nt u od cz yt an eg o z pamięci operacyjnej

Impulsy f' służę przy tym do formowania sygnałów wp is u do rejestrów, zaś cykl zegara F (nazywany też fazę) Jest po dstawę syntezy sygnałów otwier aj ęc yc h wy jś ci a rejeatrów na magistrale, st er uj ęc yc h pracę Jednost­

ki er yt me ty cz no -l og lcz ne j or az pamięci operacyjnej. Przy dę że nl u do aa- ksymalnego skrócenia czasu w y k o n y w a n i a rozkazów do b ó r cykl u F powinien więc uw zg lę dn ia ć popraw no ść realizacji tych funkcji. Natomiast w wykona­

nym mo delu komputera EW dobór cykl u F p o dp or zę dk ow an o konieczności wi­

z u al iz ac ji pr ze bi eg ów przy prac y clęgłej.

Dla zilust ro wa ni a w y m i e n i o n y c h zasad na rys. 9 p r zo ds te wi on o konfigu­

rację sy gn ał ów m l kr os te ru ję cy ch z e p e wn ia ję cy ch realizację wybranej dli pr zy kł ad u oper ac ji arytmetycznej określonej zapisem:

(AK) ♦ ( ( x ) ) —*- AK,

co oznacza dodanie do akumulatora argumentu od cz y t a n e g o z pamięci opere- cyjnej według ad re su z rejestru X.

Przechodzęc do omówienia orga ni za cj i cyklu ro zk azowego komputera EW, przyjmujemy, że cykl ten ob ejmuje na st ęp uj ęc e czynności:

- odczyt rozkazu,

- inkrementacja licznika rozkazów, - wyko na ni e funkcji rozkazu,

- rozpoznanie 1 obsługa przerwania,

- pr zygotowanie adresu następnego rozkazu.

Organizacja elas ty cz ni e ml kr oprogramowanego. 89

Dla przykładu ro zp at rz my sz cz egółowo o r g a ni za cj ę cykl u ro zk az ow eg o dla rozkazu DOX o funkcji określonej zapisem:

(X) ♦ ((AD)) — ► A K

Treśclę rozkazu Jeet do d a n i e za wa rt oś ci rejeetru X 1 ko aórkl paalęcl

»okazanej w części adreaowej rozkazu.

Na pełny cykl tego rozkazu ak ła da ję elę na st ęp uj ęc e op er ac je e l e m e n ­ tarne :

(l)-»-A: p r z y g o to wa ni e ad ra au rozkazu,

[(A))-—I: odczyt rozkazu z paalęcl operacyjnej 1 przesłanie go do rejes­

tru rozkazów,

(l) + l-»-L: inkraa en ta cj a licznika rozkazów,

(x) — AKt przesł an ie pi er w s z e g o ar gu a e n t u do akumulatora, (a d) - » A : p r zy go to wa ni e ad re su d r u g i e g o arguaentu,

(a k) ♦ ((a))-*-AK: odczyt d r u g i e g o a r gu me nt u 1 d o da ni e go do za wa rt oś ci e- kumulatora.

Wymienione o p er ac je e l e m en ta rn e nie ob ejmuję etap u rozpoznania 1 ob- iługi przerwania. O r g a ni za cj a cykl u ro zk az ow eg o u w z g lę dn ia ję ca w y et ęp le - nls przerwania z a le Zy od ar ch it e k t u r y ay et ea u p r ze rw ań 1 jest sz cz eg ół ow o oliwiona w prac y fi] .

■ r e o o r / p J n

r i * J

________r \ r i * r ^{f H}

u u i

tsOCL n

__r

c z y t a j t j y s

A /e i _r

I n k r e m ę n t f

u y < x d .

p o b t c r z

¿ s e a k . n ...^...r

d o d a j k e m

D O */ w

M l

Ry». 10. Przebiegi sygn ał ów a l k r o e t e r u j ę c y c h w p r zy kł ad ow ym cykl u ro zk a­

zowym

Przebiegi s y g n a ł ó w a l k r o e te ru ję cy ch dla tego rozkazu pr ze ds ta wi a rysu- ntk io.

90 A. Gacek, S. Kozielski, P. St różyna

Dla ułatwiania an al iz y kolejne cykla zagarowa (fazy) z o at ał y ponuaero- wana. Zauważmy, la w fazla Fq nast ęp uj e przaałanla z a wa rt oś ci licznika ro zk az ów do rajeatru adraao we go pa mięci o p e r a c y j n e j . Ooat to p r zy go to wa­

nia d o pobrania rozkazu 1 wolne tę op erację wy ko na ć w oetatnlaj fazla po­

p r zednio wy ko ny w a n e g o rozkazu. Zgodnie z tę za aa dę w fazla Fj ualeozczo- no ay gnały *wyl" 1 "wee" realizujęca przygo to wa ni a do po brania naetępne- go rozkazu. Pr zy taki» rozwlęzaniu nolna zr ez yg no wa ć z wy od r ę b n i a n i a fazy F0*

Ola poprawnej realiz ac ji rozkazu konieczne Jeet w y g e n e ro wa ni e w ostet- nlej fazie danego rozkazu (tzn, Fj dla rya. 10) aygnału "kem" umożli- w l aj ęc eg o w fazie naatępnej (tzn. F^) wy b ó r w ł aś ci we go o l k r o p ro gr aa u w y ­ konania rozkazu.

5. M o d e l o w a n i a llety ro zk az ów w aa ez yn ie cyfrowej EW

5.1. Og ól na z a aa dy reallzac.1l llaty rozkazów

Stru kt ur a a a a z y n y cyfrowej E W pozwala na realizację w i ę k s z o ś c i typo­

wych rozk az ów koaputarowych. Oś ai obitowa długość ałowa r o z k az ow eg o ogra­

nicza Je dn ak Istotnie liczbę rozkazów, którya można p r zy po rz ęd ko wa ć różno kody.

W y k o r z y s t u j ę c łatwość progra ao wa ni a paalęcl a i k r o p r o g r a a ó w , aożn a J e d­

nak za ienlać z e st aw ro zk az ów wy bi er aj ęc do pr ez en ta cj i tylko okraślonę część wł a s n o ś c i koaputera.

Ten saa ze st aw kodów będzie więc ka żd orazowo o d po wi ad ał lnnaj grupie rozkazów, zale żn ie od aktualnej zawart oś ci paalęcl ai kroprograaów. Takie p o st ęp ow an ia Jeat uzas ad ni on e d y d a k t y c z n y m p r z a zn ac ze nl ea koaputefa EW, w y a a g a j ę c y a odrębnej en allzy różnych grup rozkazów, co pody kt ow an a Jest p r zyjętę orga ni za cj ę ćw ic ze ń laboratoryjnych.

Pi ar wa zy z tych zest aw ów pr ez en tu je typowe op eracje ao żl lw a do w y k o n a ­ nia w proces or ze ac EW, natoalast ze st aw dr u g i Ilustruje a e t o d y adre sa cj i realizowane w tya koaputerze.

5.2. Przykład s9ntezy al kr op ro gr aa u rozkazu aa a z y n y cyfrowej *EW*

S p o s ó b postępowania przy sy nt ez ie al kr op ro gr aa u zost an ie p r z a d a ta wi on y na przy kł ad zi e rozkazu D E K R E M EN TA C3 A ZAWART OŚ CI KO MÓRKI PAMIĘCI I PRZE­

S K O K 3EŚLI ZERO.

a) Określenie funkcji rozkazu:

Funkcje przykł ad ow eg o rozkazu sę na st ęp uj ęc e (przyjęta s y ab ol lk a od po­

wiada oz na cz en io m z rys. l):

- pobranie rozkazu z PaO do rejestru I: ((a) ) — »-I.

- inkrea en ta cj a licznika rozkazów: (l) + i — »- L , - przesł an ie zawartości A K do X: (a k) — - X ,

Or ga ni za cj a elas ty cz ni e al kr oprogranowanogo. 91

- po branie za wa rt oś ci koaórkl PaO do AK: ((a d)) — — AK, - de kr ea en to cj a z a w a r t o ś c i AK: (a k) - 1 — — AK,

- p r ze sł an ie nowej w a r t o ś c i A K do PaO: (a k) — — (a) , - Jo żs li (AK) ■

<f>

(x)

Z pr ze pr ow ad zo ne j an al iz y wy nika, że rozkaz n i sz cz y za wa rt oś ć reje s­

tru X.

b) O k re śl en ie s y g n ał ów ni kr os t e r u j ę c y c h re al iz uj ąc yc h posz cz eg ól ne funk­

cje :

- ((a) ) — I: czytoj ; wys, w e l - (l) ♦ 1 — L: lnkreaent - (a k) — X: w y a U , w e x __

- ((a o)) — — AK: wyad , wea .

c z y t a j . wys, pobierz, we ak - (AK) - 1 - — AK: Jeden, odejnij, weak - (a k) — — (a): w y a k , wea, pisz

- (ak) ■

$

c) Schewet b l ok ow y n i k r o p ro gr aa u

Ola r o zk az ów bardziej złożonych, szcz eg ól ni e gdy Istotna jest dokładna analiza z a l e ż n o ś c i c z as ow yc h p o ni ęd zy eygnałaal a i k r o s t e r u j ę c y e l , przy-

Rys. 11. Sc heaat bl ok ow y n l k r o p ro gr aa u

Tabela 2 Pr zy kł ad ow e ze st aw y r o z k az ów raaezyny cyfrowej EW

Lp. Kod

rozkazu

Zo s t a w I Ze s t a w II

nazwa rozkazu funkcja rozkazu nazwa rozkazu funkcja rozkazu

1 OOO POBIERZ D O A K ((AD)) — A K S K O K BE ZW AR U N K O W Y PO­

ŚR ED NI ((AD)) — l

2 001 ŁADU3 A K (a k) — (a d) S K O K W A R U N K O W Y BEZP O­

ŚREDNI ((a k) - 0 )=5>(AD) — l

3 01 0 DODAO (a k) + ((a d))-^a k P O BIERZ DO A K INDEKSOWO ((a d) + (X)) — A K 4 011 0D E3 MI 3 (AK) - ( ( A D ) ) — A K P O BIERZ DO A K POŚREDNIO (((AD))) — AK 5 100 S K O K B E Z W A R U N ­

KOWY (a d) — l

POBIERZ D O A K IN DE KS O­

WO POŚREDNIO (((AD)) + (X)) — A K

6 101 S K O K PRZY M I N U ­ SIE

((a k) < 0 ) = £ >

= $ > (AD) — L SK OK W Z G L Ę D N Y (L) ♦ (AD) — L

7 110 PO BIERZ X (a k) -— X P O BIERZ DO X BEZP O­

Ś R E D N I O ((AD)) — X

8 111 PRZEŚLI3 X ( X ) — A K P0 8I ER Z X NA TYCH­

M I A S T O W O (a d) — - X

A D - oz na cz a re joatr cz ęó cl adresowej rozkazu.

Gacek.S.Kozielski.P.Stróźyna

Ta be la 3

Adres mlkr ol na tr uk cj i

Treść m l kr ol na tr uk cj i Częś ć adresowa

waj na mag. S

wyj z mag. S

wej na meg. A

wyj z mag. A

funkcja DAL

sygn.

Inne enl rlnt kem część stała

adresu m o d y fi ka to r

0

0

ment ^{- - -} do wolna wart o ść

1 0 0 0 1

0 0 0 0 1 wye we ak - - pobiarz - - - - 0 0 0 1 ₀

0 0 0 10 Jeden weak - odejmij - - - - 0 0 0 1 1

0 0 0 11 wyak W P S - - - - - - 0 0 1 0 0 A K

00 1 0 0 wyx we ak wyl wea po bierz - - - kem 0 0 0 0 ₀

0 0 1 0 1 - - - - - lnkre-

ment ^{- - -} 0 0 1 0 ₀

Po z a k o do wa ni u w a z y a t k l c h s y gn ał ów o l k r o e te ru ję cy ch tabelo jest po ds ta w« do wype łn ia ni a pa mi ęc i mikro- programów.

>o w

Organizacjaeleatycznlemlkroprograwowanego

94 A. Gacek. S. Kozielski, P. Stróżyne

detn e Jest aporzędzenie w y k r e s ó w czasowych Ja ko ot ap po órodnl m i ę d z y (b) i (c). Cz ęs to Jednak mo żn a przystępie bezp oś re dn io po etapie (b) do budo­

w y schematu blokowego mikroprogramu. Schemat a l k r o p ro gr am u przykładowego rozkazu przadetawia rye. 11.

d) Ro zmieszczenie mi kr op ro gr am u w pamięci

Ta be la 3 przedstawia ro zm ie sz cz en ie mi kr op ro gr am u w pa mi ęc i PMP. Pola kodowe (zgodnie z formatem mi krolnstrukcjl) zo st ał y d l a przejrzystości wyodrębnione.

Hi kr oi ne tr uk cj ę pętli głównej u m i e sz cz on o w komórce pa mi ęc i aikropro- gr am ów o adresie 0 . Ad re e pierwszej mi kr ol ns tr uk cj l w ł a ś c i w e g o nlkropro- gramu zależy od kodu operacji. Przyjm uj ęc (całkowicie arbitralnie), że kod pr zy kładowego rofckażu będzie równy

000 2>

I000l2.

Zakończenie

Przedstawiona w pr ac y ma szyna cyfrowa EW zo stała prak ty cz ni e zreali­

zowana i Jest wy ko rz ys ty wa ne w la bo ratoriach I n st yt ut u I n f o rm at yk i Czasu Rzeczywistego. A k tu al ni e w y k o r z y s t y w a n e sę dwa mo dele tej maszyny. Dotych­

czasowe do świadczenia zw ięzane z e k sp lo at ac ję m a s z y n y p o t w i e r d z i ł y uży­

teczność przedstawionej konc ep cj i komputera E W 1 Je go m o ż l i w o ś c i funk­

cjonalnych jako ma sz yn y cyfrowej ep ecjallzowanej do z a st os ow ań d y da kt yc z­

nych.

LITERA TU RA

f l ] W ę gr zy n S . , Ko nsek M. i Pr zesyły m i ę d z y ro je st ro we w pr og ra m o w a n y c h ma­

szynach cyfrowych o a d re so wa ny ch rejestrach pamięci. Pods ta wy stero­

wania, 1975, t. 5, z. 4.

[2] W ę gr zy n S. , Konsek M. , M r ó z e k A. : Mi kr o e t e r o w a n l e i mlkroprogramowe- nie. Po dstawy Sterowania, 1976, t. 6, z. 1.

[3] Konsek M. ! Organizacja cyklu ro zk az ow eg o Ja ko regulamin obsługi zgło­

szeń. Po dstawy Sterowania, 1976, t. 6, z. 1.

[4] Ga ce k A. , Kozielski S . , Stróżyne P. : Mo de l o w a n i e list y ro zk az ów dis po trzeb ko mu nikacji komputera dy da k t y c z n e g o z otoczeniem. Z e s z y t y Na­

ukowa Politechniki ś l ę s k l o j , Informatyka, z. 5.

Recenz en t: Prof. dr hab. inż. An drzej Grzywek

W p ł y nę ło do Reda kc ji 15 .0 9. 19 82 r.

Or ga nl za cj a o l a s ty cz ni e Bl kr oprograwowanego. 95

0PrAHH3AUHH 3JUCTHHH0 MHKPOIIPOrPAliHHPOBAHHOa A W K H W ECK O fl 3BM 5HIU EW

P 8 3 B M 8

B c i a i i e npexoTaBjteao oxpyxxypy BaaoxaiHO xuncponporpaioatpcBaxHofl xHxax- wtneoxofl 3BM, Bosmoxhooxb axao iinecxo ro MBxponporpaiaupoa&Hxx noxyuexHo npHMORM aanoMHHaimea yoxpoflctBo o npoB3Bozi>BUM xocxynox (ram) ax

&

Ooxbme

B o xaxie noxpoflno npexoxasxeuo oxpyxxypy

a

Harqero ycxpofloiBa xxx xaxponporpaxx a xaxxe opraxxaaipu> ipuun xoxaax X * * BuCpaEHott rpynmi xamnrnxx xoxaax OBas&XBux o npouecoopox.

OR GA NI Z A T I O N OF EW F L E X I B L Y M I C R O P R O G R A M M E D O I OA CT IC AL C O M P UT ER

S u a a a r y

The atructure and o r ga ni za ti on of flexibly a l c r o p ro gr aa ae d di da ct ic al c o a p ut ar la preaented in tha paper. The ab il it y of flexible al cr op ro gr aa - aing haa been a c co ap li eh ed by ueing RAM aa Mi cr op r o g r a m aeaory. Th ia ena- blea to ac hieve au lt i- va ri an t M o de ll in g of in at ru ct io n aet for a givan co ap ut ar atructuro. M o r e o v e r it glvee a facility of p e rf or ai ng more ln- atructlona than H a l t e d length of In at ru ct io n wo rd would allow.The at ru c­

ture and fu nc ti on in g of a l c r o p r o g r a a ae ao ry are desc ri be d in detail. Or*

ganlza tl on of inat ru ct io n cycl e for a group of in at ru ct lo na for the c o m ­ puter processor ia prea en te d aa an exeaple.