Проектирование процессора ЭВМ с архитектурой IA-32 (стр. 2 из 9)
SF, ZF, PF устанавливаются в зависимости от результата
5)Исключения:
#GP - если адрес операнда в памяти вне пределов сегментных регистров CS, DS, ES, FS, или GS .
#SS - если адрес операнда в памяти вне предела сегментного регистра SS.
в) XCHGMem32,Reg32
Код операции 87h.
1) Команды кодируется с использованием 3х полей – Opcode( 1 байт), ModR/M( 1 байт), Disp( 1 или 2 байта). Соответственно команда имеет размер 3 или 4 байта.
2) Команда работает с 2 байтовыми типами данных. В операции принимает участие операнд, хранящийся в памяти и любой регистр общего назначения. Операндом – приёмником является операнд в памяти.
3) Формат команды : регистр – память
Способ адресации: базовая с 16 разрядным исполнительным адресом. Исполнительный адрес получается путём сложения базового регистра ( BP-поле R/M=110 или BX- поле R/M=111) и смещения (поле Disp – 8 (Mod=01) или 16 (Mod=10) разрядов)
Кодирование.
Disp = 8 бит
| Opcode | ModR/M | Disp | ||
| Mod | Reg/Opcode | R/M | ||
| 10000111 | 01 | reg | 11x | |
| 23 16 | 15 14 | 13 11 | 10 8 | 7 0 |
Disp = 16 бит
| Opcode | ModR/M | Disp | ||
| Mod | Reg/Opcode | R/M | ||
| 10000111 | 10 | reg | 11x | |
| 31 24 | 23 22 | 21 19 | 18 16 | 15 0 |
4) Выполняется обмен содержимым между 2х байтным регистром и 2х байтным операндом в памяти. Если в операции используется операнд из памяти, то автоматически запускается процессорный протокол блокировки на время всей операции обмена.
Флагов для данной операции нет.
5)Исключения:
#GP – операнд в не перезаписываемом сегменте.
Эффективный адрес операнда вне пределов сегментных регистров CS, DS,
ES, FS, или GS.
Регистр DS, ES, FS, или GS содержит нулевой сегментный селектор.
#SS – эффективный адрес операнда вне предела сегментного регистра SS.
#PF(fault-code) – ошибка страничного режима.
#AC - флаг контроля за выравниванием. Если AC=1 и AM=1, то исключение #17 из-за нарушения выравнивания в 3м кольце защиты разрешено.
г) FIADDm16int
Код операции DB/0h,
1) Команды кодируется с использованием 3х полей – Opcode( 1 байт), ModR/M( 1 байт), Disp( 1 или 2 байта). Соответственно команда имеет размер 3 или 4 байта. Для всех команд с ПТ Opcode начинается с 11011, затем выбирается формат памяти MF(11, так как операция выполняется с целочисленным данными), OPA – вторая часть кода операции, Mod, OPB – третья часть кода операции, R/M и Disp( 1 или 2 байта).
2)Команда складывает содержимое памяти (2 байтовое целое число) с содержимым регистра ST(0)( 80 бит). FPU выполняет все вычисления в 80-битном расширенном формате. Операндом – приёмником всегда является регистр FPU.
3) Формат команды : регистр – память
Способ адресации: базовая с 16 разрядным исполнительным адресом. Исполнительный адрес получается путём сложения базового регистра ( BP-поле R/M=110 или BX- поле R/M=111) и смещения (поле Disp – 8 (Mod=01) или 16 (Mod=10) разрядов)
Кодирование.
Disp = 8 бит
| Opcode | ModR/M | Disp | ||||
| MF | OPA | Mod | OPB | R/M | ||
| 11011 | 11 | 0 | 01 | 000 | 11x | |
| 23 19 | 18 17 | 16 | 15 14 | 13 11 | 10 8 | 7 0 |
Disp = 16 бит
| Opcode | ModR/M | Disp | ||||
| MF | OPA | Mod | OPB | R/M | ||
| 11011 | 11 | 0 | 10 | 000 | 11x | |
| 31 27 | 26 25 | 24 | 23 22 | 21 19 | 18 16 | 15 0 |
4) Производится сложение операнда из памяти и регистра с сохранением в регистре результата. Команда FIADD преобразует целочисленный операнд к формату с ПТ с двойной точностью перед выполнением сложения. Если сумма двух операндов с противоположными знаками равна 0, результат принимает значение +0. Исключение при округлении в режиме -∞, в этом случае результат -0. Когда операндом является целое число равное 0, то оно трактуется как +0.
Таблица2.1 - Результаты команды FIADD.
| DEST | ||||||||
| -∞ | −F | −0 | +0 | +F | +∞ | NaN | ||
| SRC | −I | -∞ | −F | SRC | SRC | ±F or ±0 | +∞ | NaN |
| +0 | -∞ | DEST | ±0 | +0 | DEST | +∞ | NaN | |
| +I | -∞ | ±F or ±0 | SRC | SRC | +F | +∞ | NaN | |
Кроме обычных чисел формат IEEE предусматривает несколько специальных случаев, которые могут получаться в результате математических операций и над которыми также можно выполнять некоторые операции:
· положительный ноль: все биты числа сброшены в ноль;
· отрицательный ноль: знаковый бит — 1, все остальные биты — нули;
· положительная бесконечность: знаковый бит — 0, все биты мантиссы — 0, все биты экспоненты — 1;
· отрицательная бесконечность: знаковый бит — 1, все биты мантиссы — 0, все биты экспоненты — 1;
· денормализованные числа: все биты экспоненты — 0 (используются для работы с очень маленькими числами — до 10-16445 для расширенной точности);
· неопределенность: знаковый бит — 1, первый бит мантиссы (первые два для 80-битных чисел) — 1, а остальные — 0, все биты экспоненты — 1;
· не-число типа SNAN (сигнальное): все биты экспоненты — 1, первый бит мантиссы — 0 (для 80-битных чисел первые два бита мантиссы — 10), а среди остальных бит есть единицы;
· не-число типа QNAN (тихое): все биты экспоненты — 1, первый бит мантиссы (первые два для 80-битных чисел) — 1, среди остальных бит есть единицы. Неопределенность — один из вариантов QNAN;
· неподдерживаемое число: все остальные ситуации.
Флаги результата:
РЕ — флаг неточного результата — результат не может быть представлен точно
UE — флаг антипереполнения — результат слишком маленький.
ОЕ — флаг переполнения — результат слишком большой.
DE — флаг денормализованного операнда — выполнена операция над денормализованным числом.
IE — флаг недопустимой операции — произошла ошибка стека (SF = 1) или выполнена недопустимая операция.
C1 устанавливается в 0, если стек оказался пуст; устанавливается, если результат был округлён; во всех остальных случаях пуст.
C0, C2, C3 не определены.
5)Исключения:
#IS стек пуст.
#IA операнд является signalling Not a Number (порядок 111...111, мантисса 1,0ххх...ххх (ненулевая)) или его формат не поддерживается. Операнды являются бесконечностями с разными знаками.
#D - денормализованный операнд.
#U - результат слишком мал для заданного формата.
#O – результат слишком велик для заданного формата.
#P - значение не может быть точно представлено в заданном формате.
2.2 Форматы данных
Таблица 2.2 - Типы данных FPU
| Тип данных | Бит | Количествозначащих цифр | Пределы |
| Целое слово | 16 | 4 | -32768 — 32767 |
| Расширенноевещественное | 80 | 19 | 3.37*10-4932 —1.18*104932 |
а) Числа с фиксированной точкой
Числа с фиксированной точкой рассматриваются как целые числа со знаком и без знака (Рис.2.1).
Все биты числа с фиксированной точкой без знака используются для представления абсолютной величины числа.. При сложении двух чисел с ФТ без знака считается, что более короткое число дополнено старшими нулями.
В числах с фиксированной точкой со знаком самый левый бит используется для представления знака, за которым следует поле целого числа. Положительные числа представляются в прямом двоичном коде со знаковым битом, равным 0. Отрицательные числа представляются в дополнительном коде со знаковым битом, равным 1.
В некоторых операциях для получения результата используется представление числа в обратном коде. Обратный код числа получается инвертированием каждого бита этого числа.
Рис. 2.1. Представление чисел с фиксированной точкой.
б) Числа с плавающей точкой.
Вещественный формат IEEE, используемый в проектируемом процессоре:
·
расширенное вещественное: бит 79 — знак мантиссы, биты 78 – 64 — 15-битная экспонента + 16 383, биты 63 – 0 — 64-битная мантисса с первой цифрой (то есть бит 63 равен 1) (Рис. 2.2). 
Рис. 2.2. Представление чисел с плавающей точкой (расширенный формат)
Формат начинаются со знакового бита для всего числа; 0 указывает на положительное число, 1 — на отрицательное. Затем следует смещенная экспонента. В конце идут мантиссы по 23, 52 и 63 бита соответственно.
Нормализованная мантисса начинается с 1, за которой следует 1 остаток мантиссы. 1 бит перед мантиссой сохраняется. Следовательно, стандарт определяет мантиссу следующим образом. Она состоит из явного бита, который всегда равен 1, и явной двоичной точки, за которыми идут 63 произвольных бита. Если все 63 бита мантиссы равны 0, то мантисса имеет значение 1,0. Если все биты мантиссы равны 1, то числовое значение мантиссы немного меньше, чем 2,0. Значащая часть числа (s) всех нормализованных чисел лежит в диапазоне 1 < s < 2.
2.3 Расчет и выбор разрядности основных узлов процессора
1) Регистр команд предназначен для хранения команд и его длина определяется максимальным форматом команды из заданного в техническом задании набора команд:
n(РгК) = 32 [бит].
2.3.2. Регистр адреса команд:
Длина счетчика адреса команд СчАК, определяется емкостью ОП в полусловах:
n(СчАК) = log2 E = log2 223 = 23 [бит].
2) Регистр адреса ОП.
Данный регистр должен обеспечивать возможность содержания всех адреса, по которым идет обращение к оперативной памяти. Длину данного регистра можно рассчитать по следующей формуле: