DavidS/zusammenfassungen

Fork 0

David Schirrmeister b64113f451 update

2024-05-02 19:51:12 +02:00

9.7 KiB

Raw Blame History

MU1-Rechner

Was kann er mehr:

Indirekte Adressierung
Schleifen
Unterprogramme (Strukturen)
Optimieren der Datenzugriffe (schneller)

ALU

Verbesserungen

Funktionen der ALU
- A+B ist der Ausgang des Addierers
- A-B wird gebildet als A+nichtB+1
- B wird implementiert, indem A fest auf 0 gesetzt wird
- A+1 wird implementiert, indem Eingang B fest auf 0 und Carry-Eingang auf 1 gesetzt wird

Grundfunktionen MU1-ALU

Im Praktikum wird nur erwartet, dass Funktion bekannt ist, nicht bspw FA, FIA, etc.

FA: Funktion (0, A) (also eig. F0A)
FB: Funktion (0, B)
FIA: Funktion (Inverter, A)
FIB: Funktion (Inverter, B)
FC: Funktion (F1, Carry-Flag)
F1: Funktion (0/1)
FS: Funktionsergebnis Statusregister
C: Funktionsergebnis C

Der MU1-Datenpfad

Das erweiterte Modell besitzt
- Stackpointer SP
- Register Din und Dout
Laufzeiten sind kürzer pro Takt
- Takt kann erhöht werden
Durch Din und Dout braucht es mehr Taktzyklen, diese sind aber schneller durchlaufen

Der Reset

Jeder Prozessor hat einen Reset-Eingang
- ist negiert angelegt → 0 macht reset
  - Program Counter wird auf 0 gestellt, Microprogram-Counter step ebenfalls
  - ALU wird auf Funktion NULL gesetzt
Beim Einschalten wird Reset-Signal verzögert gesetzt
- Prozessor braucht Zeit um Startzustand herzustellen

Micro-Program-Counter Step

Step ist ein Speicher in der Steuereinheit (Timing/Control Unit)
meiste Befehle benötigen mehrere Takte
- Micro-Program-Counter Step gibt Steuerlogik Informationen
  - welche Aktionen sind auszuführen
  - Step = Eingangsinformation für jeden Schritt
Steuerungstabelle weiß welcher step welcher Schritt ist

Befehlsablauf MU1

Step == Null
- Fetch (lesen des Befehls in das Instruction Register)
letzter Schritt: Step = Null
Step wird meistens um 1 erhöht
- falls nicht → Schleife

Fetch-Zyklus

findet in einem Takt statt
- 1. Taktflanke
  - Program Counter wird auf Adressbus und auf ALU[A] geschaltet
  - An der ALU ist Befehl=A+1, S=0
- 1. Taktflanke
  - Speicher liest nächste Instruktion und speichert in IR
  - PC wird über ALU um 1 erhöht

Befehl LDA (Laden des AKK aus Speicher)

Zwei Takte

Zustandsbeschreibung des Ladebefehls

Nach Fetch entscheidet Opcode im IR und Schrittnummer, welchen Zustand der Automat als nächstes annimmt
Step ist PC im Microcode und beschreibt Abfolge der Befehle im Microcode
Zu jedem Schritt gehört eindeutige Funktion
- Lässt sich in Timing-Control-Logik umsetzen

Adressierung

Direkte Adressierung (STO/LDA)

Befehl erhält direkt die Speicheradresse
- Adresse kann zur Laufzeit nicht mehr verändert werden

Indirekte Adressierung (STR/LDR)

Adresse steht an Speicherstelle
- effektive Adresse kann noch berechnet werden
  - Schleifen können programmiert werden

Adressierungsarten

Unmittelbare Adressierung (immediate)

Befehl erhält Konstante
- bspw.: ADD #1

Direkte Adressierung (direct, absolute)

Befehlt enthält Adresse im Speicher, an der sich Operand befindet
- bspw.: LDA S (S gibt Adresse im Speicher an)

Indirekte Adressierung (indirect)

Befehl enthält Adresse, an der dich effektive Adresse mit Inhalt befindet
- bspw.: LDR S (S gibt indirekte Adresse an)

Der Stack

stellt dynamischen Zwischenspeicher dar
Grundoperationen: Push, Pop
Meiste Speicherlayouts (Konventionen) sehen vor:
- wächst von oben nach unten
- wächst von großen zu kleinen Adressen

Stack - PUSH

erniedrigt Stackpointer
schiebt einen Wert in Speicherwort, auf das der Stackpointer zeigt

Stack - POP

liest ein Speicherwort von Adresse auf den der Stackpointer zeigt
erhöht den Stackpointer

Der Stack im Speicher

Stackpointer wird auf Adresse am Ende des Speicherbereichs gesetzt
Programme werden im unteren Speicherbereich platziert
- Programm-Counter auf Adresse 0
Programmbereich schließt sich nach oben an Datenbereich an
Zwischen Daten und Stack findet man Heap

Zugriffe auf den Speicher

Unterprogramme

wichtiges Strukturierungsmittel für Programmierung
werden mit Sprungbefehl (call, bl) angesprungen
Nach Verlassen des UP wird ursprüngliches Programm wieder fortgesetzt
- Rücksprung erfolgt indem gespeicherte Adresse wieder in PC übertragen wird

Unterprogramm Aufrufe

Call

nächster nach der Rückkehr auszuführende Befehl wird auf den Stack gespeichert
- Sprungadresse wird aus IR in PC geladen

Return

Rücksprungadresse von Stack in PC geschrieben
- fetch-Zyklus lädt neue Instruktion

MU1-Befehlssatz

Micro-Codes

X = Y

Inhalt des Registers Y wird nach X verschoben

X = [Y]

Inhalt von Adresse in Y wird nach X verschoben

X = Y op Z

Inhalt von Y (A-Bus der ALU) wird mit Z (B-Bus der ALU) verrechnet und nach X transportiert

[X] = Y

In Adresse in X wird Inhalt von Y geschrieben

ACC = Din

ACC & Din sind Registernamen
- Inhalt von Din wird nach ACC transportiert
in Din muss oe gesetzt sein, in ACC muss ie gesetzt sein
Transport über ALU
- ALU Funktion muss B sein
Da Speicher nicht angesprochen wird (keine [])
- MEMeq=0 und RnW beliebig

Din = [SP]

Inhalt von SP ist Adressinformation
- Adressmultiplexer muss auf 0 stehen
Da Speicher angesprochen wird
- MEMrq = 1, RnW = 1
Da ALU nicht benutzt wird
- ALU-Funktion kann beliebig gesetzt werden

PC = PC + 1

ALU-Funktion muss A+1 sein
PC wird auf A-Bus gelegt
in der zweiten Hälfte des Takts wird Ergebnis in PC geschrieben
oe und ie von PC müssen 1 sein

Din = [SP], SP = SP+1

Beide Operationen können in einem Takt durchgeführt werden
- Adressierung in der ersten Takthälfte
- Zurückschreiben in der zweiten Takthälfte

Regeln für MU1

[X] = Dout

wird in den Speicher geschrieben, muss rechte Seite Dout sein
MEMrq = 1, RnW = 0
zu schreibender Wert muss VORHER nach Dout gebracht werden