Проектирование процессора ЭВМ с архитектурой IA-32 (стр. 6 из 9)

Слово оперативной памяти составляет 8 байт.. Сама оперативная память рассматривается как черный ящик. Слово выбирается или записывается за одно обращение к памяти при помощи мультиплексоров и демультиплексоров. В состав ОП входят запоминающее устройство( РгЗпОП и РгЧтОП), регистр адреса. Чтение и запись в ОП инициируются сигналами ЧтОП и ЗпОп соответственно. 20 разрядный РгАОП, который хранит адрес команды, которая выполняется в текущий момент, построен на 5 микросхемах К1804ИР1. РгЧтОП и РгЗпОП построены на восьми 8 разрядных микросхемах К1804ИР2.

3.7 Блок интерфейса.

БИНТ служит для связи блоков процессора. Он состоит из мультиплексоров, лдемультиплексоров и логических схем согласующих передачу данных и управляющих сигналов.

Посредством БИНТ предоставляется возможность подачи на РгК необходимых разрядов из РгЧтОП или РгБ, осуществляется считывание необходимых байтов из РгК для обработки в БОД, выбор шин входных и выходных данных для БОД, запись в РгЗпОП слово, согласование работы РГЗпОП и ОП.

Также посредством БИНТ происходит выборка адресов регистров в БОД. Для пересылки данных из БПТ в БФТ и обратно также используется БИНТ. Управление БИНТ осуществляется подачей управляющих сигналов из БМУ. Для управления записью в регистры используются соответствующие линии. Выбор подаваемых данных на шины данных МПС также осуществляется посредством БИНТ. ( выбор источников для шин DAи DB)/

4 Содержательные схемы алгоритмов работы процессора

4.1 Общий алгоритм цикла работы процессора

Для начала цикла работы процессора необходимо единичное значение условия ПУСК, то есть нужно включить процессор. Затем происходит выборка команды из ОП , её декодирование и анализируется, досчитана ли команды до конца. Если нет, то необходимо досчитать команду. В результате могут возникнуть особые случаи ( например, команды с полученным кодом нет), тогда дальнейшее управление передаётся на обработчик прерываний и после него цикл работы процессора повторяется.

Если этап извлечения закончился удачно, то после анализа кода операции выполняется соответствующая команде микроподпрограмма. Если необходимо, то формируется исполнительный адрес операндов в памяти ( при возникновении особых случаев управление также передаётся обработчику прерываний), непосредственно само извлечение операндов, выполнение операции и запись результатов ( либо в регистр, либо в ОП). На этапе выполнения команды также может возникнуть прерывание.

После этого цикл работы процессора повторяется, пока не возникнет нулевой сигнал ПУСК.

Рис. 4.1. Цикл работы процессора

4.2 Выборка команд

Перед началом выборки команды анализируется триггер перехода (ТП). Это позволяет определить, нужно ли обращаться к ОП или можно досчитать недостающую часть команды из регистра буфера (РгБ). При естественном порядке следования команд ТП принимает значение 0,в противном же случае он равен 1 ( например, при обработке прерываний происходит переход) и необходимо обращаться к ОП для считывания следующей команды. В зависимости от последних байтов СчАК, выбирается соответствующий начальный байт считывания из слова ОП. В случае, когда команда начинается с 5, 6 или 7 (нумерация с 0) байта, может возникнуть ситуация, что нужно будет досчитать команду с нового слова ОП, тогда в работу вступают алгоритмы 1, 2 и 3, где производится анализ по уже считанным байтам, что это за команда, её длина и определяется, нужно ли переходить на новое слово ОП. В зависимости от того, сколько байтов занимает команда ( блок условия определения количества байтов в команде), СчАК увеличивается на соответствующее значение.

Буфер позволяет значительно сократить количество обращений к ОП, так как в нём хранится конечная часть слова ОП, где находятся недостающие байты следующей команды.

Алгоритмы 1, 2 и 3 необходимы при ситуации, когда в регистр команд РГК загружено 3, 4 и 5 байтов команды соответственно и может оказаться , что нужно досчитать ещё 1, 2 или 3 байта.

Рис. 4.2. Выборка команды (первая стадия)

Рис. 4.3. Выборка команды (досчитывание 1 и 2)

Рис. 4.4. Выборка команды (досчитывание 3)

Рис. 4.5. Определение количества считываемых байтов

Порядок действий для каждой команды отличается, поэтому после декодирования происходит разветвление алгоритма. Необходимо заметить, что отличия не только в самой обработке данных, но и в алгоритмах их формирования, извлечения и записи результатов.

Рис. 4.6. Декодирование и определение последовательности действий для четырёх команд задания

4.3 Формирование исполнительного адреса и выборка операндов

При формировании ИА анализируется поле R/M, где указывается со значением какого из регистров будет складываться смещение, а также режим работы процессора (CR0(0)). В зависимости от этого значения, режим может оказаться реальным или защищённым, и соответственно алгоритм формирования ИА будет отличаться. При недопустимых значения поля R/M или выхода ИА за пределы ОП, вырабатываются сигналы прерывания и вызывается обработчик прерываний. ИА формируется в специальном регистре адреса данных РгАД. Затем из него извлекаются необходимые биты для обращения к соответствующему слову ОП.

Рис. 4.8. Формирование исполнительного адреса

Рис. 4.9. Выборка операндов (ВО1)

Рис. 4.10. Выборка операндов (ВО3)

Рис. 4.11. Выборка операндов (ВО4)

Рис. 4.12. Выборка непосредственного операнда из РгК

Рис. 4.13. Выборка операнда из РОН (2 байта)

Рис. 4.14. Выборка операнда из РОН (4 байта)

4.4 Обработка прерываний

При обработке прерываний сначала происходит сохранение сегментных регистров, затем РОНов и наконец регистра ССП, СчАК и регистра флагов EFLAGS в стек.

Рис. 4.7. Обработка прерываний

4.5 Выполнение четырех операций из индивидуального задания

Выполнение команд с фиксированной точкой не представляет особого труда, так как операции в них реализуются в МПС моего варианта (вычитание и логическое ИЛИ). Соответственно алгоритмы также не очень сложны. Команда обмена данными между регистром и памятью тоже реализуется в небольшом алгоритме. При написании алгоритмов учитывалось, что процессор может работать в разных режимах, поэтому анализировался регистр ССП.

Формирование признаков результата происходит на аппаратном уровне. Это не требует записи флагов на уровне микропрограммирования и не отражается на алгоритмах выполнения операций.

Составление же алгоритма для чисел с плавающей точкой потребовало более глубокого понимания и осмысления.

Мантисса и знаки обрабатываются в БПТ (РСМм, Р1м, РСМз, Р1з), порядок же обрабатывается в БФТ (для однообразия и внесения смысловой нагрузки для упрощения понимания алгоритма создадим соответствие Р1р, РСМр – это порядки в БФТ. Рр1 это РгП, РСМр - это РгЛОП ( операнд из памяти). Изначально в РСМр целое число со знаком.

Первым шагом является приведение целого числа к формату числа с ПТ: определение знака числа (находится ли в доп. коде и нужно ли преобразовывать в прямой, так как мантисса хранится в прямом коде), нахождение мантиссы порядка (сдвиг числа влево в подсчётом количества совершённых сдвигов).

Затем реализуется сам алгоритм сложения с учётом возможных особых случаев ( переполнение, антипереполнение порядка, потеря точности).

Кратко алгоритм можно описать так:

1. Производится выравнивание порядков чисел. Порядок меньшего (по модулю) числа принимается равным порядку большего числа, а мантисса меньшего числа сдвигается вправо на число S-ичных разрядов, равное разности порядков чисел.