Laboratorio de Arquitectura de Computadoras
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- Gloria Tebar Zúñiga
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1 Laboratorio de Arquitectura de Computadoras CPU de cuatro instrucciones Oscar Alvarado Nava Departamento de Electrónica División de Ciencias Básicas e Ingeniería Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Azcapotzalco 17-Invierno, febrero de 2017 Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 1/24
2 Contenido Organización Conjunto de instrucciones de la arquitectura Formato de instrucción Control Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 2/24
3 Organización Organización Conjunto de instrucciones de la arquitectura ri(0) ri(1) ri(2) ri(3) ri(4) r0 r1 r2 r3 tmp0 r0_2_b0 r1_2_b1 r2_2_b2 r3_2_b3 tmp0_2_alu ro(0) ro(1) ro(2) ro(3) b0 b1 b2 b3 F 8 inst control Q done 13 ri(5) tmp1 alu_2_tmp1 cntl_2_b5 tmp1_2_b4 ro(5) b5 busa 4 ro(4) b4 Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 3/24
4 Registros Organización Conjunto de instrucciones de la arquitectura Cuatro registros ( %r0- %r3) de propósito general de 4 bits Los registros son direccionables por el programa Dos registros ( %tmp0, %tmp1) de propósito específico de 4 bits No direccionables por el programa Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 4/24
5 Unidad aritmética Organización Conjunto de instrucciones de la arquitectura La unidad aritmética es capaz de realizar las operaciones Suma (F=0) Resta (F=1) Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 5/24
6 Datos Organización Conjunto de instrucciones de la arquitectura Los datos son representados en 4 bits Los valores son números signados en complemento a dos En el lenguaje ensamblador, los datos se pueden expresar en decimal o en hexadecimal Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 6/24
7 Conjunto de instrucciones ISA Organización Conjunto de instrucciones de la arquitectura El conjunto instrucciones está compuesto de cuatro instrucciones Todas las instrucciones están conformadas de 8 bits Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 7/24
8 Conjunto de instrucciones Organización Conjunto de instrucciones de la arquitectura Instrucción load move add sub Función Carga dato inmendiato a un registro Mueve dato entre registros Suma dos datos Resta dos datos Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 8/24
9 Carga de datos Organización Conjunto de instrucciones de la arquitectura load carga un dato a un registro Modo de direccionamiento inmediato load 0xA, %r1 load -6, %r2 Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 9/24
10 Movimiento de datos Organización Conjunto de instrucciones de la arquitectura move mueve (copia) un dato a un registro a otro registro move %r1, %r2 Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 10/24
11 Suma de datos Organización Conjunto de instrucciones de la arquitectura add suma dos datos almacenados en registros y coloca el resultado en un tercer registro add %r1, %r2, %r3 Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 11/24
12 Resta de datos Organización Conjunto de instrucciones de la arquitectura sub resta dos datos almacenados en registros y coloca el resultado en un tercer registro sub %r1, %r2, %r3 Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 12/24
13 Programa en lenguaje ensamblador Organización Conjunto de instrucciones de la arquitectura 1!programa demo 2.begin!inicia ensamblado 3 load 0xA, %r0!carga el valor a r0 4 load 3, %r1!carga el valor a r1 5 add %r0, %r1, %r2!suma el contenido de r0 y r1 6 move %r2, %r3!mueve el contenido de r2 a r3 7 sub %r3, %r0, %r1!resta 8.end!fin de ensamblado Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 13/24
14 Formatos de instrucción Formato de instrucción Control Cuando la instrucción tiene tres operandos codop rf1 rf2 rd Cuando la instrucción tiene dos operandos codop inm4 rd Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 14/24
15 Codigos de operación Formato de instrucción Control c op 00 load 01 move 10 add 11 sub Instrucción Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 15/24
16 Programa en lenguaje ensamblador Formato de instrucción Control 1 2.begin 3 load 0xA, %r0 4 load 3, %r1 5 add %r0, %r1, %r2 6 move %r2, %r3 7 sub %r3, %r0, %r1 8.end Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 16/24
17 Diagrama de estados del control Formato de instrucción Control x 0 x 1 inst 0 x 3 x 2 x 1001 x 0401 x 0101 x 0041 ; busw<=inm4; 1 x 0C00 x 0900 x ; 3 5 x 0810 x 0210 x 0090 x ; 9 x 0000 ; done<= 1 ; edo<=0; x 0000 ; 2 done<= 1 ; 4 edo<=0; x 0000 ; done<= 1 ; edo<=0; 12 x 0000 ; done<= 1 ; edo<=0; Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 17/24
18 Formato de instrucción Control Palabra de control Q(12 downto 0) r0 r1 r2 r3 tmp0 tmp1 F control r w r w r w r w r r w a/s w Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 18/24
19 Entidad Formato de instrucción Control 1 -- Diseno Logico, Oscar Alvarado Nava 2 -- Unidad de control para el CPU de 4 instrucciones 3 library ieee ; 4 use ieee. std_logic_1164.all ; 5 6 entity control is 7 port ( 8 clk : in std_logic ; 9 -- reset : in std_logic ; 10 inst : in std_logic_vector (7 downto 0); 11 done : out std_logic ; 12 q: out std_logic_vector (12 downto 0); 13 busw : out std_logic_vector (3 downto 0) 14 ); 15 end control ; architecture control_arch of control is 18 signal estado : integer range 0 to 8; 19 alias codop : std_logic_vector (1 downto 0) is inst (7 downto 6); 20 alias inm4 : std_logic_vector (3 downto 0) is inst (3 downto 0); 21 alias rf1 : std_logic_vector (1 downto 0) is inst (5 downto 4); 22 alias rf2 : std_logic_vector (1 downto 0) is inst (3 downto 2); 23 alias rd: std_logic_vector (1 downto 0) is inst (1 downto 0); Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 19/24
20 Decodificación Formato de instrucción Control 25 process ( clk ) 26 begin 27 if clk event and clk= 1 then 28 case estado is when 0 => -- decodificacion de instruccion 31 done <= 0 ; 32 Q <= " "; 33 case codop is 34 when "00" => -- load del edo 1 al 2 35 estado <= 1; 36 when "01" => -- move del edo 3 al 4 37 estado <= 3; 38 when "10" "11" => --add o sub del edo 5 al 8 39 estado <= 5; 40 when others => -- instruccion ilegal 41 estado <= 0; 42 end case ; Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 20/24
21 Instrucción load Formato de instrucción Control when 1 => -- load 46 case rf1 is -- selecciona registro destino 47 when "00" => 48 Q <= " "; --x "1001" 49 when "01" => 50 Q <= " "; --x "0401" 51 when "10" => 52 Q <= " "; --x "0101" 53 when "11" => 54 Q <= " "; --x "0041" 55 when others => 56 end case ; 57 busw <=inm4 ; 58 estado <= estado + 1; 59 when 2 => 60 done <= 1 ; 61 Q <= " "; 62 estado <= 0; Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 21/24
22 Instrucción move Formato de instrucción Control Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 22/24
23 Instrucción add Formato de instrucción Control Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 23/24
24 Instrucción sub Formato de instrucción Control Oscar Alvarado Nava UAM Azcapotzalco CPU de cuatro instrucciones 24/24
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