Máquina Microprogramada

Transcrição

1 Máquina Microprogramada µff Orlando Loques setembro 26 Referências: Structured Computer Organization, A.S. Tanenbaum, (c) 26 Pearson Education Inc Computer Organization and Architecture, W. Stallings, Prentice Hall

2 Sequenciador microprogramado Wilkes 95 RI código (macro) instrução do computador MUX Rµ µ PC D E C O D E R status micro ordens endereços micro ordem endereço formato de µ instrução endereço da próima µinstrução ativação ou carregamento de registros

3 Sequenciador microprogramado Wilkes 95 RI código (macro) instrução do computador MUX µ PC ad de dc r O e sd se R ROM memória de controle status micro ordens endereços micro ordem endereço formato de µ instrução endereço da próima µ instrução ativação ou carregamento de registros; função da ALU, desvios...

4 Organização do Computador (I) CRE Zera AC CAC DD DE CEA CCP INCRCP CAP INCRAP DECRAP ESE SA ESD AC EA CP AP BMS R E Barra de Endereços buffer AAC AEA ACP AAP 2 c a A ULA S B R AR ARI ARµI RI RµI 8 R D Barra de Dados 6 CA ADD SUB LIG CR DECR R CRI REL R =, quando (R) = CRDM ABD

5 Organização do Computador (ii) CRE R E 2 endereços PRONTO M EM LM S ES E LE ABD ativa R D * 6 (LE + LM) desativa dados CRD * bidirecional

6 Sequenciador microprogramável: µmáquina MUX RµI 7 RµI 6 RµI 5 RµI 4 RµI 3 RµI 2 LD µ C P R O M R µ I ESE ESD RµI RµI RS CLK CLK FONTE DESTINO GRUPO GRUPO RI 2 RI 3 RI 4 RI 5 CR CAC=ADD+SUB+LIG CR

7 Observações Capacidade da Memória de Macro-Instrução: O RE tem 2 bits, permitindo endereçar 2 2 (4Kpalavras) palavras de 6 bits Capacidade da Memória de Micro-Instrução: O RµI tem 8 bits, permitindo endereçar 2 8 (256) palavras de 2 bits. Se for necessário, o espaço de endereçamento e o tamanho da micro-instrução poderiam ser facilmente alterados sem alterar a micro-arquitetura O conteúdo do registro de micro-instrução pode ser colocado na barra de dados (ARµI) e usado para carregar (sempre) o registro R. Isso pode ajudar a implementação de algumas instruções, e.g., temporizações, multiplicação, divisão, etc O micro-sequenciador usa um pipeline (µcp RµI). Se isso for considerado, a micro-programação seria mais complea (ver slide 28). Assim, para simplificar os eemplos, assumimos que RµI repete diretamente a saída da ROM (micro-instrução) As ordens SUB, LIG e ADD são combinadas em um OU para gerar o sinal de carregamento do Acumulador (CAC)

8 Código de Instrução (i) 5 2 i CÓDIGO ENDEREÇO i+ OPERANDO * * Uso específico em algumas instruções

9 Código de Instrução (ii) i 5 CÓDIGO 2 ENDEREÇO Nível Convencional i+ OPERANDO * específico Código Menemonico Ação DESCRIÇÃO SOMI AC AC + Operando SOMA IMEDIATA; o operando é a palavra seguinte a da instrução na memória SOMD AC AC + M(END) SOMA DIRETA; o operando é o conteúdo da memória em END SUBI AC AC - Operando SUBTRAÇÃO IMEDIATA; o operando é a palavra seguinte a da instrução na memória SUBD AC AC + M(END) SUBTRAÇÃO DIRETA; o operando é o conteúdo da memória em END CARA M(END) AC Armazena o conteúdo do acumulador na memória CARE M(END) EA Armazena o conteúdo da etensão do acumulador na memória DESV I CP END Desvio incondicional, para o endereço END DESVC CP END, se (AC) >= Desvio Condicional, para o endereço END

10 Código de Instrução (iii) 5 2 i CÓDIGO ENDEREÇO i+ OPERANDO* * específico Código Menemonico SAI ENTRA CHAMA RETORNA ZERA MULT IAP CAP Ação RS(END) AC AC RE(END) M(AP) CP; AP AP-; CP END AP AP + ; CP M (AP) AC AC, EA AC*M(END) AP M(END) M(END) AP DESCRIÇÃO Escreve o conteúdo do AC no registro de saída especificado por END Escreve no AC o conteúdo da porta de entrada especificada por END Chama procedimento iniciado em END Retorna de procedimento Zera o acumulador Multiplicação Inicializa o Apontador de Pilha (AP) Armazena o AP Apontador de Pilha na memória

11 Tipo Desvio Microinstruções 8 7 CONDIÇÃO ENDEREÇO DE DESVIO Tipo Operacional FONTE DESTINO S ORDEM ES Campo ES (bit ): especifica o valor do bit que vai ser injetado nas entradas seriais do AC e do EA, durante operações de deslocamento à direita e à esquerda, respectivamente

12 Tipo Desvio Microinstruções 8 7 CONDIÇÃO ENDEREÇO DE DESVIO CONDIÇÃO MNEMÔNICO R BMS PRONTO SAC CA INT DEC DESCRIÇÃO Desvio Incondicional Ativa quando (R)= Bit menos significativo do Acumulador Gerado pela memória indicando que o dado foi escrito ou lido Estado do bit de sinal do Acumulador Estado do flip-flop vai um Estado do flip-flop de interrupção Decodificação da Macroinstrução: permite o carregamento do registro de Μicroinstrução com o código Macroinstrução O desvio é efetuado sempre que a condição for confirmada

13 Tipo Operacional Registro Fonte FONTE DESTINO S ORDENS ES FONTE MNEMÔNICO ACP ABD AAP ARI AEA AR AAC ARuI Registro Ativado (saída ligada à Barra de Dados) Contador de Programa Barra de Dados (eterna) Apontador de Pilha Registro de Instrução Etensão do Acumulador Registro R Acumulador Registro de µinstrução* Nota: quando o RµI for selecionado como fonte, o destino será sempre o Registro R; o formato da µinstrução passa a ser: 8 7 R µi parâmetro

14 Tipo Operacional Registro Destino FONTE DESTINO S ORDENS ES DESTINO MNEMÔNICO CR CRI CAP CRD CCP CEA CRE Registro Carregado com o conteúdo da Barra de Dados --- Registro R Registro de Instrução Apontador de Pilha Registro de Dados Contador de Programa Etensão do Acumulador Registro de Endereço

15 Microinstruções S= º Grupo de ordens FONTE DESTINO S ORDEM ES ORDEM MNEMÔNICO LM DD ZA LE DECRR INCRCP DECRAP Descrição Leitura de Memória Desloca à Direita Zera o Acumulador Leitura de Porta de Entrada Decrementa R Incrementa Contador de Programa Decrementa Apontador de Pilha - - -

16 Microinstruções S= - 2º Grupo de ordens FONTE DESTINO S ORDEM ES ORDEM MNEMÔNICO EM DE ES AD SUB LIG INCRAP Descrição Escreve em memória Desloca à esquerda Escreve em Porta de Saída Comando da ULA: S=A+B Comando da ULA: S=A-B Comando da ULA: S=B Incrementa Apontador de Pilha não usado

17 Microprograma (i) END FONTE DESTINO S ORDEM ES RµI parâmetro CONDIÇÃO endereço de desvio INT # # # # # # # # Busca e Decodificação de Instrução 2 3 ACP ABD DEC ver µmáquina CRE CRI RI5 RI4 RI3 RI2 INCRCP LM 4 ACP CRE INCRCP 5 ABD CRI LM SOMI 6 7 ARI AD endereço da memória de controle; headecimal

18 Microprograma (ii) END FONTE DESTINO S ORDEM ES RµI parâmetro CONDIÇÃO endereço de desvio 4 ARI CRE SOMAD 5 6 ABD ARI CRI LM AD 7 endereço da memória de controle; headecimal

19 Microprograma (iii) END FONTE DESTINO S ORDEM ES RµI parâmetro CONDIÇÃO endereço de desvio 84 ARI CRE SAI AAC --- CRD ES ARI CRE ENTRA ABD ABD CRD --- LE LIG 97

20 Microprograma (iv) END FONTE DESTINO S ORDEM ES RµI parâmetro CONDIÇÃO endereço de desvio A4 AAP CRE DECRAP A5 ACP CRD EM CHAMA A6 A7 ARI CCP B4 --- INCRAP RETORNA B5 B6 AAP ABD CRE CCP LM B7

21 Ciclos de Instrução

22 Modelo da Unidade de Controle (i) Registro de Instrução flags: Int AC wait, etc Clock unidade de controle sinais de controle dentro da UCP sinais de controle da barra do sistema sinais de controle para a barra do sistema

23 Unidade de Controle Lógica Fia (ii) Registro de Instrução decodificador flags: Int AC wait, etc Gerador de Timing T lógica de controle sinais de controle dentro da UCP sinais de controle da barra do sistema Clock Tn sinais de controle para a barra do sistema

24 Unidade de Controle Microprogramada(iii) Registro de Instrução flags: Int AC wait, etc Clock ROM µpc sinais de controle dentro da UCP sinais de controle da barra do sistema sinais de controle para a barra do sistema

25 Chamada de Procedimento: Uso da Pilha count = read(fd, buf, nbytes) a) Passagem de parâmetros: a pilha antes da chamada b) A pilha durante a eecução do procedimento

26 Sequenciador microprogramável Sem pipeline: Ciclo de Relógio >= Tac_ROM + Tativação_lógica LD µ C P R O M RS CLK CLK T AC_ROM T A_LOG REL T REL

27 Sequenciador microprogramável Com pipeline: Ciclo de Relógio >= Tma Tma = Ma[Tac_ROM, Tativação_lógica] LD µ C P R O M R µ I RS CLK CLK T AC_ROM T A_LOG REL T MAX

28 Sequenciador microprogramável: efeito do pipeline em µinstruções de desvio LD µ C P RS CLK R O M R µ I CLK REL No ciclo de eecução da µinstrução(n) tipo desvio - está sendo buscada a µinstrução(n+). Como o o resultado do teste só é conhecido após a eecução da µinstrução(n), o desvio só poderá ser eecutado após a eecução da µinstrução(n+). Ou seja, temos que nos preocupar com o que ela faz Soluções: Software: eg, introduzir ou alguma instrução útil Hardware: modificar o ciclo de eecução da µinstrução de desvio