Universidad simón Bolívar Departamento de Electrónica y Circuitos / Sección de Sistemas Digitales EC2721 Arquitectura del Computador I

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1 Universidad simón Bolívar Departamento de Electrónica y Circuitos / Sección de Sistemas Digitales EC2721 Arquitectura del Computador I Problemario: Memoria / Entrada Salida / Buses / Punto Flotante PARTE I: Memoria y Entrada / Salida 1.- Se dispone de cantidad suficiente de chips de Memoria RAM de 1K X 8, 256K x 4, 64K x 1, compuertas lógicas, registros (74LS374, etc.), decodificadores (74LS138, 74LS139, etc), y otros dispositivos de lógica digital compatibles. Se requiere construir varios sistemas de memoria. Para cada uno, proponga combinación de chips de memoria, un mapa de memoria asignada por chip y un diagrama circuital: a) 1M x 8 b) 32K x 16 c) 1Gb x Un circuito básico de Salida puede diseñarse con registros, como el 74LS374. Un puerto de Entrada puede implementarse con buffers de 3 estados como el 74LS244 (unidireccional), 74LS245 (bidireccional). Dibuje el circuito de un Puerto de Entrada/Salida (bidireccional) utilizando combinaciones de estos dispositivos (puede añadir compuertas lógicas). 3.- Utilizando los dispositivos disponibles de 1 y 2, diseñe un circuito de Bus para un sistema de Memoria y Entrada/Salida mapeada en memoria para un procesador de 16 bits de Direccionamiento y 8 bits de datos cuyo mapa de memoria sea el siguiente: Direcciones 0x0000 0xEFF8 0xEFFF 0xEFFF Función Memoria Puertos de Entrada/Salida No implementado 4.- Ejercicio inverso al 3. Para el circuito de la figura, diga cual es el mapa de memoria de Memoria/Entrada/Salida. 5.- Utilizando contadores preiniciables (74LS193, por ejemplo) y registros puede implementarse circuitos de temporización por interrupciones, como dispositivos de Entrada/Salida. Proponga un posible circuito de un módulo temporizador para un procesador de 8 bits.

2 PARTE II: Buses 1.- Suponga que en un computador 8 dispositivos de I/O están conectados al árbitro según el esquema de árbitro centralizado con niveles que se muestra en la figura 3-39(b) en [1], y están conectados de la siguiente manera: Línea de Sol. De Bus Nivel 3: dispositivos D8 y D7 Línea de Sol. De Bus Nivel 2: dispositivos D6, D5 y D4 Línea de Sol. De Bus Nivel 1: dispositivos D3, D2 y D1 La línea de solicitud de bus de Nivel 3 tiene mayor prioridad que la de Nivel 2 y ésta mayor prioridad que la de Nivel 1. Los Dispositivos en conexión de encadenamiento circular están identificados con el número mayor más cerca del CPU (por ejemplo, D8 es el que está más cerca de todos). Suponga que todas las interrupciones se atienden y resuelven en cuatro unidades de tiempo. Explique en qué orden se atienden y resuelven las peticiones si los dispositivos solicitan el bus de la siguiente forma: En t = 0: solicitan el bus D8 y D3 En t = 3: solicitan el bus D4 y D1 En t = 7: solicitan el bus D7 En t = 10: solicitan el bus D8 y D5 Haga una gráfica temporal que indique cual proceso está siendo atendido por el CPU (puede ser una barra identificada sobre un eje horizontal de tiempo, u con barras para cada Dispositivo). 2.- Analice la figura 2 para bus síncrono (3-37 de A. Tanenbaum) y responda: a) Suponga que el período de reloj no es 25ns sino 40ns, pero se mantienen las restricciones temporales asociadas a la respuesta del circuito y dispositivos (tabla). Cuánto tiempo tendría la memoria para colocar los datos en el bus durante T3, despues de habilitarse MREQ, en el peor de los casos?. b) Suponga que el reloj se mantiene en 40MHz, pero TAD se aumenta a 16ns. Podrían seguirse usando chips de memoria de 40ns? 3.- Suponga que la transferencia de bloques de la figura 3 (3-41 de A. Tanenbaum) se efectúa por el bus de la figura 2 (3-37 de A. Tanenbaum). Qué ancho de banda adicional se obtendría usando esta transferencia de bloques en lugar de transferencias individuales, en el caso de bloques muy largos?. 4.- Conteste la pregunta anterior, suponiendo que el ancho del bus es de 32 bits y no de 8 bits. 5.- En el bus asíncrono de la figura 4 (3-38 de A. Tanenbaum), denotando los tiempos de transición de las lineas de dirección como T A1 y T A2, y los tiempos de transición de MREQ como T MREQ1 y T MREQ2, etc., escriba todas las desigualdades implícitas en el saludo completo.

3 PARTE III: Programación en Ensamblador 1.- Diga el contenido de la memoria (incluyendo la Pila) del y los registros del MC68HC908GP32 después de ejecutado el programa en Assembler para el HC08 que se le da a continuación: a) ORG $40 b) ORG $40 a0040 Resultado: DS.B 1 ORG $8000 ;PROGRAMA main: a8000 6E 01 1F mov #$01,1F a8003 9C rsp a8004 4F clra a8005 5F clrx a8006 C6 A000 lda Num1 a psha a800a C6 A001 lda Num2 a800d 87 psha a800e AD 06 bsr calculo a8010 B7 40 sta Resultado a8012 A7 02 AIS #2 a FE loop: bra loop calculo: a8016 8C clrh a8017 9EEE 03 ldx 3,SP a801a 9EE6 04 lda 4,SP a801d 52 div a801e AB 05 add #5 a rts a0040 resultado: DS.B 1 ORG $8000 main: a F bset 0,CONFIG1 a8002 9C rsp a8003 A6 05 lda #5 a8005 AD 04 bsr Calculo1 a8007 B7 40 sta resultado a FE lazo: BRA lazo Calc1: a800b ldhx #Calc2 a800e AB 03 add #3 a pshx a8011 8B pshh a rts Calc2: a8013 A0 01 sub #1 a rts afffe 8000 ORG $FFFE DC.W main ORG $A000 aa Num1: DC.B $28 aa Num2: DC.B 16 afffe 8000 ORG $FFFE RESET_INT: DC.W main END

4 2.- La arquitectura de Conjunto de Instrucciones (ISA) del Microcontrolador MC68HC908GP32 no dispone de un mecanismo automático de paso de parámetros a métodos (subrutinas) y uso de Variables Locales como el del IJVM para el Mic-1, de modo que el programador/compilador debe implementar, por software, su propio mecanismo para poder implementar métodos generales que permitan, por ejemplo, la recursión. Proponga un algoritmo sencillo y escriba el código correspondiente en ensamblador, que permita implementar esto. 3.- Dibuje un Diagrama de Estados y Escriba el código en Lenguaje Ensamblador para MC68HC908GP32 para que realice las siguientes tareas: a) b) c)

5 EC2721_Arquitectura del Computador 1 Trimestre: Enero_Marzo Problemas: Tipos de datos. Punto Flotante IEEE754. Punto Fijo 1.-Formatos en Punto Flotante. 1.a.- IEEE 32 bits (Precisión: 6.5 dígitos decimales). S E (exponente 8 bits) m (mantisa 23 bits) valor: - 1 S. 2 (E 127).( m) 1.b.- IEEE 64 bits (Precisión: 15 dígitos decimales). S E (exponente 11 bits) m (mantisa 52 bits) valor: - 1 S. 2 (E 1023).( m) float es implementaso como IEEE32 y double como IEEE64 en el Compilador del CODEWARRIOR 2.- Formatos en Punto Fijo. 2.a.- Formato DSP (Precision: 4.5 digitos decimales) m (mantisa 16 bits) E(exponente 16 bits) valor = m. 2 E (sin bits escondidos) Los exponentes negativos son representados en complemento a dos. La mantisa se representa en formato Punto Fijo con signo A(0,15). El CODEWARRIOR for microcontrolers V6.1 no soporta el formato DSP.

6 2.b.- Formato Punto Fijo sin signo. U(a,b) ejemplo: U(6,10) Numero de bits = N = a + b 1 b n= N 1 n x =. 2.x n... N=a+b 2 n=0 2.c.- Formato Punto Fijo con signo. A(a,b) ejemplo: A(5,10) Numero de bits = N = a + b b N 2 N 1 n x =. 2.x N xn..n = a + b Notas en IEEE 32 y IEEE 64 Precisión Simple Precisión doble Objeto representado Exponente fracción Exponente fracción no cero 0 no cero ± numero no normalizado anything anything ± punto flotante ± 255 no cero 2047 no cero NaN

7 Problemas resueltos: P1.- Obtenga la representación en formato IEEE 32 del número = = S=signo = 0 E=exponente=8+127= = S E (exponente) m (mantisa) F A P2- Obtenga la representación en formato IEEE 32 del número S E (exponente) m (mantisa) C 3 F A P3.- Se tienen 13 bits: mantisa (Punto fijo A(1,7)) exponente 2 compl. que representan un numero en formato DSP con 9 bits para la mantisa y 4 bits de exponente. La mantisa tiene formato A(1,7). Diga el valor de este numero en base 10. valor = =

8 P4.- Represente el numero 500 base 10 en formato DSP = = mantisa A(0,15) exponente (complemento a 2) D P5.- Represente el numero -500 base 10 en formato DSP = = [not( ) +1] = [ ] = c 2c 2c = c 2 9 mantisa A(0,15) exponente (complemento a 2)

9 P6.- Se tienen 32 bits que representan un número en formato IEEE 754 de 32 bits. N= 0x3F490FDA 3 F F D A Diga el valor de este numero en base 10. valor: - 1 S. 2 (E 127).( m) Exponente verdadero = Exponente 127 = = -1 Signo S = Fraccion = = Valor = (-1) 0 x ( ) x 0.5 =

10 Problemas Propuestos: 1.- Obtenga la representación de los siguientes números dados en base 10 en formato IEEE32 a. 2010, b , c , ,0,62510 d. π 2.- Se tienen 3 números x, y, z dados en formato IEEE32. x = 0x5FBE4000 y = 0x3FF80000 z = 0xBFBE4000 obtenga el valor de : a.- x + y b.- x + y + z 3.- Se tienen 2 números dados en formato DSP. x= 0xAB y=0x7301ffd2 Diga su valor en base Represente el numero pi en formato DSP compare el valor obtenido con el valor obtenido en 1.d 5.- Compare el rango de valores que es posible representar con formato IEEE32 con el rango que es posible representar en formato DSP. 6.- Explique porque el formato DSP tiene precisión de 4.5 dígitos decimales y el formato IEEE32 tiene precisión de 6.5 dígitos decimales.