FAKULTÄT FÜR INFORMATIK

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Herta Koch
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1 FAKULTÄT FÜ INFOMATIK TECNISCE UNIVESITÄT MÜNCEN Lehrstuhl für echnertechnik und echnerorganisation Prof. Dr. Martin Schulz Einführung in die echnerarchitektur Wintersemester 2017/2018 Lösungsvorschlag zur Zentralübung Mikroprogrammierung (3) ALU und Bedingungslogik Antworten zu den Fragen im Text Benutzung und Erzeugung der Statusbits in der ALU Bei der Subtraktion mit ilfe des Einerkomplements ist das resultierende Carry-Bit im Vergleich zur Subtraktion mit ilfe des Zweierkomplements genau invertiert (vgl. Übung 1). Dezimal Binär Einerkomplement Zweierkomplement ¹ ¹ C n der ALU Überträge Bei A B mit A < B entsteht kein Carry Bit Einerkomplement ¹ ¹ ¹ ¹ 1 (1) C n der ALU Überträge Bei A B mit A > B entsteht ein Carry Bit 1

2 Lösungsvorschläge zu den Aufgaben Aufgabe 8.1 Grundidee In der ALU wird eine Subtraktion zwischen dem egister und der Zahl 8 programmiert. Die Zahl 8 wird im Konstantenfeld der Mikroinstruktion gespeichert. Da das egister über den B-Adresseingang des Am2901 adressiert werden muss, ergibt sich eine Schwierigkeit dadurch, dass die ALU-Quelloperanden-Auswahl die Kombination D und B nicht zulässt. Der Inhalt des egisters muss deshalb vorher woanders zwischengespeichert werden 1. Die einzelnen Schritte sind also: a) Der Inhalt des egisters, das im B-Adressfeld des Maschinenbefehls spezifiziert ist, wird in das Q-egister kopiert. Wie in Aufgabe 6 muss der Wert dazu unverändert durch die ALU geschleust werden (Addition mit 0). Durch Programmierung von QEG in der ALU-Zielsteuerung wird erreicht, dass das ALU-Ergebnis im Q-egister gespeichert wird. b) Nun kann in der ALU vom Inhalt des Q-egisters der Wert 8 aus dem Konstantenfeld der Mikroinstruktion subtrahiert werden. Dazu wird über KMU (MI 74) = K das Konstantenfeld an den D-Eingang des Am2901 geschaltet. Für die Subtraktion Q D muss die ALU-Quelloperanden-Auswahl(MI ) auf DQ, die ALU-Funktion(MI ) auf SUB und die Übertragssteuerung (MI ) auf C gesetzt werden. Das Ergebnis soll in das egister geschrieben werden, das über das B-Adressfeld des Maschinenbefehls adressiert wird. Daher muss BSEL (MI 39) auf I gesetzt und die ALU-Zielsteuerung mit AMF programmiert werden. Damit das Carry-Flag im Maschinenstatusregister gesetzt wird, sind die Instruktionsbits I des Am2901 (MI ) so zu programmieren, dass die von der ALU erzeugten und am I-Eingang des Am2904 anliegenden Statusbits in das Maschinenstatusregister geschrieben werden. Tab. 4.7 zeigt, dass z.b. der Wert geeignet ist. Um das Maschinenstatusregister verändern zu können, muss außerdem noch CE M (MI 30) auf L gesetzt werden. CE µ (MI 30) wird auf gesetzt, da der Am2904 sonst auch das Mikrostatusregister modifizieren würde. Ebenso muss sichergestellt sein, dass in diesem Schritt CCEN (MI 22) = gilt, da unsere Am2904-Instruktion auch den Zustand des CC-Eingangs des Am2910 beeinflusst (siehe Tab. 4.6). c) Zum Schluss muss wie üblich nach IFETC verzweigt werden. Die Schritte b) und c) lassen sich in einem Takt ausführen, a) und b) dagegen nicht, da sie dieselbe Funktionseinheit (ALU) verwenden und außerdem datenabhängig sind: Schritt b) liest den Wert im Q-egister, der in Schritt a) gespeichert wird. Mikroprogramm Siehe Tabelle auf den Seiten 4 und 5. 1 Alternativ könnte auch die Konstante zunächst in einem egister zwischengespeichert werden. 2

3 Aufgabe 8.2 Grundidee Das Mikroprogramm muss abhängig vom Zustand des Carry-Bits im Maschinenstatusregister eine Verzweigung durchführen. Ist das Carry-Flag gelöscht, wird zurück zu IFETC gesprungen. Sonst wird die Zieladresse aus dem auptspeicher gelesen und in den Befehlszähler geladen. Danach wird ebenfalls zu IFETC gesprungen. Es ergeben sich folgende Schritte: a) Der Am2904 muss so programmiert werden, dass er eine PASS-Bedingung an den CC- Eingang des Am2910 legt, wenn das C-Bit im Maschinenstatusregister gesetzt ist. Nach Tab. 4.8 müssen dazu die Instruktionsbits I 3210 des Am2904 mit UGTEQ (B 16 = ) und die Bits I 54 mit MA (10 2 ) belegt werden. Tab. 4.6 zeigt, dass diese Bitbelegung jedoch gleichzeitig das Mikro- und Maschinenstatusregister mit den von der ALU erzeugten Statusbits lädt. Um dies zu verhindern, müssen CE M (MI 29) und CE µ (MI 30) auf gesetzt werden. Der Am2910 wird nun so programmiert, dass er abhängig vom Zustand des CC-Eingangs einen Sprung an eine vorgegebene Mikroprogrammadresse durchführt. Als Adressfortschaltbefehl wird daher verwendet. Außerdem wird mit CCEN (MI 22) = C sichergestellt, dass der Am2910 den Zustand des CC-Eingangs auch berücksichtigt. Als Nachfolgeadresse wird die Adresse von Schritt d) im Direktdatenfeld (MI 6..17) abgelegt. b) Wenn in Schritt a) nicht verzweigt wurde, war das Carry-Flag gelöscht. Bevor wir zu IFETC zurückkehren, muss noch der Befehlszähler um eins erhöht werden, da er momentan noch auf den Operanden unseres Befehls zeigt und nicht auf den nachfolgenden Befehl. c) Nun kehren wir mit einem Sprung zu IFETC zurück. d) Dieser Schritt kann nur durch die Verzweigung in a) erreicht werden. Es muss ein Lesezugriff auf den auptspeicher durchgeführt werden, um den unmittelbaren Operanden des Befehls zu lesen 2. Dazu muss der aktuelle Inhalt des Befehlszählers auf den Adressbus ausgegeben werden (BZ EA (MI 2) = E) und ein Lesezyklus angefordert werden (MWE (MI 0) = ). e) Der vom auptspeicher an den Datenbus gelegte Wert ist die Adresse, an der das Maschinenprogramm fortgesetzt werden soll. Er muss also in den Befehlszähler geladen werden. Dazu ist BZ LD (MI 5) auf L zu setzen. f) Schließlich kehren wir wieder zu IFETC zurück. Die Schritte b) und c) können dabei wieder gleichzeitig ausgeführt werden (Instruktion B 16 ), ebenso die Schritte e) und f) (Instruktion D 16 ). Mikroprogramm Siehe Tabelle auf den Seiten 4 und 5. 2 Als Optimierung kann dieser Zugriff unabhängig vom Zustand des Carry-Bits bereits gleich zu Beginn des Mikroprogramms gestartet werden. Bei gelöschtem Carry-Flag wird der vom auptspeicher gelieferte Wert später einfach ignoriert. Siehe die Alternativlösung auf Seite 4 und 5. 3

4 IE KMU K15 K14 K13 K12 K11 K10 K9 K8 K7 K6 K5 K4 K3 K2 K1 K0 I5 I4 I8 I7 I6 A3 A2 A1 A0 ASEL B3 B2 B1 B0 BSEL Interrupt Konstante Src Func Dest A Addr B Addr AM2901 DEC 8 ZB ADD QEG I 8 K 8 DQ SUB AMF I 9 JC A B C D Alternativlösung für DEC8: DEC K 8 DZ ADD AMF AB SUB AMF 15 M 15 M I Alternativlösung für JC: JC A B C 4

5 ABUS* DBUS* 2 1 I9 I8 I7 I6 CEMUE* CEM* I5 I4 CCEN* D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 BZ_LD* BZ_ED* BZ_INC* BZ_EA* I_LD* MWE* Y MU CIN MU Schiebe steuerung Statusregister Test AM2910 Befehle Direktdaten AM2904 AM2910 BZ I S C C L 6 IFETC MA UGTEQ C C16 IFETC I E IFETC L C C L 6 IFETC MA UGTEQ C C 16 E IFETC I IFETC L 5

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