Jednym z elementów mikroprocesora jest układ sterujący, którego zadaniem jest odpowiednie włączanie lub wyłączanie rejestrów lub bloków funkcjonalnych. Najczęściej układ sterujący jest połączony z dekoderem instrukcji. Na podstawie pobieranych rozkazów układ sterujący podejmuje decyzję o tym jaki w danym momencie blok funkcjonalny ma być aktywny. Poniżej zostało przedstawione słowo instrukcji z pewnego procesora. Przy pomocy tego słowa zostały zakodowane następujące instrukcje:
- dodawanie dwóch rejestrów wraz ze wskazaniem przeznaczenia wyniku,
- odjęcie dwóch rejestrów wraz ze wskazaniem przeznaczenia wyniku,
- dodanie liczby do rejestru,
- odjęcie liczby od rejestru,
- dodanie liczby do akumulatora,
- odjęcie liczby od akumulatora,
- wyzerowanie jednego z rejestrów,
- negacja wartości jednego z rejestrów,
- ładowanie danej zakodowanej w instrukcji do jednego z rejestrów lub akumulatora,
- odczyt jednego z rejestrów lub akumulatora.
Słowo instrukcji:
|kkk|d|aa|bb|llllllll|
gdzie:
kkk- 3 bity oznaczające kod instrukcji,
d- bit informujący o rozkazie z domyślnymi argumentami,
aa- 2 bity oznaczające numer pierwszego rejestru,
bb- 2 bity oznaczające numer drugiego rejestru,
llllllll- 8 bitów oznaczających wartość natychmiastową,
d- bit informujący o rozkazie z domyślnymi argumentami,
aa- 2 bity oznaczające numer pierwszego rejestru,
bb- 2 bity oznaczające numer drugiego rejestru,
llllllll- 8 bitów oznaczających wartość natychmiastową,
Wiadomo, że każdy rozkaz wykonuje się w 5 cyklach zegara. Z przedstawionych informacji należy zbudować fragment układu wykonawczego oraz wskazać sposób sterowania poszczególnych elementów tego układu. Z opisu instrukcji oraz opisu rozkazów wynika, że układ posiada 4 uniwersalne rejestry oraz akumulator. Do powyższych założeń został zaproponowany następujący układ:
Do układu został zaproponowany następujący sposób kodowania instrukcji:
| kkk | d | aa | bb | llllllll | Instrukcja |
| 000 | 0 | aa | bb | - - - - - -l1l0 | Rl1l0 = Raa+Rbb, gdzie nr rejestru określają l1l0 z pola wartości natychmiastowej |
| 001 | 0 | aa | bb | - - - - - -l1l0 | Rl1l0 = Raa-Rbb, gdzie nr rejestru określają l1l0 z pola wartości natychmiastowej |
| 010 | 0 | -- | -- | - - - - - -l1l0 | Rl1l0 = 0, gdzie nr rejestru określają l1l0 z pola wartości natychmiastowej |
| 011 | 0 | -- | -- | - - - - - -l1l0 | Rl1l0 = not Rl1l0, gdzie nr rejestru określają l1l0 z pola wartości natychmiastowej |
| 000 | 1 | -- | -- | l7l6l5l4l3l2l1l0 | A = A+L |
| 001 | 1 | -- | -- | l7l6l5l4l3l2l1l0 | A = A-L |
| 100 | 0 | aa | -- | l7l6l5l4l3l2l1l0 | Raa = Raa+L |
| 101 | 0 | aa | -- | l7l6l5l4l3l2l1l0 | Raa = Raa-L |
| 110 | 0 | aa | -- | l7l6l5l4l3l2l1l0 | Raa = L |
| 110 | 1 | -- | -- | l7l6l5l4l3l2l1l0 | A = L |
| 010 | 1 | -- | -- | - - - - - - - - | A = 0 |
| 011 | 1 | -- | -- | - - - - - - - - | A = not A |
| 111 | 0 | aa | -- | - - - - - - - - | WY = Raa |
| 111 | 1 | -- | -- | - - - - - - - - | WY = A |
gdzie:
aa- numer rejestru: 0 = R0, 1 = R1, 2 = R2, 3 = R3,
bb- numer rejestru: 0 = R0, 1 = R1, 2 = R2, 3 = R3,
lx- x-ty bit wartości natychmiastowej,
-- wartość nieistotna,
L- wartości natychmiastowa,
bb- numer rejestru: 0 = R0, 1 = R1, 2 = R2, 3 = R3,
lx- x-ty bit wartości natychmiastowej,
-- wartość nieistotna,
L- wartości natychmiastowa,
Zaprojektowany układ posiada wejście z dekodera instrukcji, przez które podawana jest wartość natychmiastowa oraz wyjście w postaci magistrali. W zaprojektowanym układzie jest dodatkowo możliwe wykonywanie następujący operacji: wyzerowanie akumulatora oraz negacja akumulatora.
Do formatu instrukcji oraz wykonywanych operacji zaproponować układ wykonawczy oraz zakodować rozkazy, wskazać jakie są wejścia oraz wyjścia układu. Omówić możliwości rozszerzenia układu o nowe instrukcje bez zmian konstrukcyjnych układu.
Uwaga!
Nowe instrukcje nie powinny wyniknąć z powodu zbędnej nadmiarowości w układzie.
-
Format instrukcji: |kk|aaa|llllllll|, operacje: wprowadzanie wartości natychmiastowej do rejestru, dodawanie wartości
natychmiastowej do rejestru, dodawanie dwóch rejestrów, dodawanie/odejmowanie pamięci i wartości natychmiastowej, wprowadzanie
wartości rejestru do pamięci.
Ponadto należy określić, która część rozkazu i pod jakimi warunkami będzie określała adres pamięci.
-
Format instrukcji: |kkkkk|llllllll|, operacje: wprowadzanie wartości natychmiastowej do jednego z trzech rejestrów lub akumulatora,
dodawanie wartości natychmiastowej do rejestru, zerowanie rejestrów, odczyt i zapis pamięci.
Ponadto należy określić tryby adresowania pamięci.
-
Format instrukcji: |kk|llllllll|llllllll|, operacje: wprowadzanie wartości natychmiastowej do jednego z ośmiu rejestrów lub akumulatora,
dodawanie/odejmowanie rejestrów od siebie, wykonywanie transferów pamięć-pamięć, wykonywanie sumy logicznej i różnicy symetrycznej
na rejestrze i wartości natychmiastowej.
Ponadto należy określić tryby adresowania pamięci.
-
Format instrukcji: |kkkk|aa|bb|cccc|, operacje: wprowadzanie wartości natychmiastowej do jednego z czterech rejestrów lub akumulatora,
dodawanie/odejmowanie rejestrów od siebie, wykonywanie transferów pamięć-pamięć w trybie adresowania rejestrowego z 4-bitowym
selektorem segmentu danych dla miejsca przeznaczenia.
Ponadto należy określić, która część rozkazu i pod jakimi warunkami będzie określała wartość natychmiastową.
-
Format instrukcji: |kkk|aa|bb|llllllllllll|, operacje: wprowadzanie wartości natychmiastowej do jednego z czterech rejestrów o długości połowy słowa
maszynowego lub jednego z dwóch rejestrów o długości tego słowa (słowo maszynowe ma długość 16 bitów), dodawanie/odejmowanie rejestrów, zapis/odczyt pamięci z selektorami segmentu
wybieranymi z rejestrów.
Ponadto należy określić, która część rozkazu i pod jakimi warunkami będzie określała wartość natychmiastową w przypadku odpowiednich rejestrów.
-
Format instrukcji: |k|llllllll|, operacje: wprowadzanie wartości natychmiastowej do jednego z czterech rejestrów, dodawanie/odejmowanie rejestrów,
wykonanie sumy logicznej, iloczynu logicznego na dwóch rejestrach, wykonanie negacji rejestru, transfer pamięć-rejestr.
Ponadto należy określić, która część rozkazu i pod jakimi warunkami będzie określała wartość natychmiastową.
-
Format instrukcji: |kkk|aaa|llllllll|, operacje: wprowadzanie wartości natychmiastowej do jednego z ośmiu rejestrów, dodawanie/odejmowanie rejestrów,
porównanie rejestru i wartości natychmiastowej, porównanie rejestru z rejestrem, zapis/odczyt pamięci, transfer rejestr-pamięć.
Ponadto należy określić, która część rozkazu i pod jakimi warunkami będzie określała wartość natychmiastową.
-
Format instrukcji: |kk|llllllll|, operacje: wprowadzanie wartości natychmiastowej do rejestru lub akumulatora, zapis/odczyt pamięci
adresowanej pośrednio, porównanie pamięci adresowanej pośrednio i wartości natychmiastowej, porównanie rejestru i akumulatora,
dodawanie/odejmowanie rejestru i akumulatora.
Ponadto należy określić, która część rozkazu i pod jakimi warunkami będzie określała wartość natychmiastową.
| * | Układ porównujący posiada dwa wejścia oraz wyjścia informujące o wyniku porównania: >, < lub =. |
| ** | Pamięć posiada wejścia danych, wyjścia danych oraz wejścia adresowe i wejścia sterujące. Wejścia sterujące pamięci zazwyczaj są przyłączane do układu wyjść układu sterującego mikroprocesora, a wejścia/wyjścia danych i wejścia adresowe są połączone z magistralami mikroprocesora. Na potrzeby laboratorium można przyjąć, że pamięć zachowuje się jak adresowalny blok rejestrów, w którym wejścia sterujące są połączone z układem sterującym US. |
| *** | Pamięć może być adresowana także wartością pochodzącą z rejestrów. |