Arquitectura de Computadores (ACom)

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1 Arquitectura de Computadores (ACom) MEAer Acetatos das Aulas Teóricas Versão Português Aula N o 13: Título: P3 - Sumário: Unidade de do P3 (micro-sequenciador, teste de variáveis, memórias de mapeamento, do banco de registos, unidade de );. 2015/2016 Nuno.Roma@tecnico.ulisboa.pt

2 Arquitectura de Computadores (ACom) P3 - Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 1 / 50 Aula Anterior Na aula anterior... P3 - Unidade de Processamento: Estrutura interna de um processador Unidade de do processador P3 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 2 / 50

3 Road Map Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 3 / 50 Planeamento Planeamento Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 4 / 50

4 Sumário Hoje: P3 - : Bibliografia: Secções 12.2 e 12.3 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 5 / 50 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 6 / 50

5 Unidade de Processamento do P3 WR SelAD 4 4 SelB Reset CULA MA 5 16 A MB 0 1 MUXA MUXB BUS A D 16 Banco de registos B Unidade lógica e aritmética 16 BUS B 16 4 Estado WM FM 4 5 FIN LF RE FR Registo de estado 000h 16 FOUT 11 5 W Endereço Memória Escrita de dados Leitura de dados MD MUXD CONST LI RI Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 7 / 50 Tabela de Micro-operações da ULA S 4 S 3 S 2 S 1 S 0 Microoperação R A + B soma R A B subtracção R A + B + C soma com bit transporte R A B C subtracção com transporte negado R A 1 decremento R A + 1 incremento R A C decremento, se C = R A + C incremento, se C = R A complemento R A B conjunção R A B disjunção R A B disjunção exclusiva R shr A deslocamento lógico à direita R shl A deslocamento lógico à esquerda R shra A deslocamento aritmético à direita R shla A deslocamento aritmético à esquerda R ror A rotação à direita R rol A rotação à esquerda R rorc A rotação à direita com transporte R rolc A rotação à esquerda com transporte R A transferência Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 8 / 50

6 Unidade de Processamento do P3 WR SelAD 4 4 SelB Reset CULA MA 5 16 A MB 0 1 MUXA MUXB BUS A D 16 Banco de registos B Unidade lógica e aritmética 16 BUS B 16 4 Estado WM FM 4 5 FIN LF RE FR Registo de estado 000h 16 FOUT 11 5 W Endereço Memória Escrita de dados Leitura de dados MD MUXD CONST LI RI Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 9 / 50 Palavra de Controlo do P3 Sinal # bits Função SelAD 4 Controla os portos A e D do banco de registos SelB 4 Controla o porto B do banco de registos MA 1 Controlo do multiplexador A MB 1 Controlo do multiplexador B MD 2 Controlo do multiplexador D WR 1 Escrita no banco de registos WM 1 Escrita em memória LF 1 Carrega os bits de estado LI 1 Carrega o registo de instrução FM 4 Controla a actualização dos bits de estado CULA 5 Controla operação a executar na ULA CONST 12 Valor de constante numérica Quem gera estes sinais? Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 10 / 50

7 Palavra de Controlo do P3 Sinal # bits Função SelAD 4 Controla os portos A e D do banco de registos SelB 4 Controla o porto B do banco de registos MA 1 Controlo do multiplexador A MB 1 Controlo do multiplexador B MD 2 Controlo do multiplexador D WR 1 Escrita no banco de registos WM 1 Escrita em memória LF 1 Carrega os bits de estado LI 1 Carrega o registo de instrução FM 4 Controla a actualização dos bits de estado CULA 5 Controla operação a executar na ULA CONST 12 Valor de constante numérica Quem gera estes sinais? CIRCUITO DE CONTROLO Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 10 / 50 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 11 / 50

8 Próximo estado (NS) CLK Contador Ld/inc ROM Saídas (PO) Entradas 1... Multiplexador Teste complementado (CT) Variável a testar (TV) As micro-instruções que constituem o microprograma são guardadas na memória de, endereçada pelo registo CAR - Control Address Register Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 12 / 50 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 13 / 50

9 - controla a ordem pela qual são executadas as micro-instruções guardadas na memória de Micro-instruções - definem o valor dos sinais utilizados pelo: - circuito de dados - micro-sequenciador Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 14 / 50 Microinstrução do P3 Dois formatos para a micro-instrução: F=0 - Controla fundamentalmente o circuito de dados F=1 - Controla fundamentalmente o circuito de Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 15 / 50

10 Unidade de Processamento do P3 Circuito de dados modificado: Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 16 / 50 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 17 / 50

11 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 18 / 50 O registo CAR (Control Address Register) contém o endereço de memória de micro-instruções onde está a micro-instrução que está a ser executada Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 19 / 50

12 O micro-sequenciador gera o endereço da micro-instrução que será executada no ciclo de relógio seguinte Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 20 / 50 O micro-sequenciador gera o endereço da micro-instrução que será executada no ciclo de relógio seguinte: M5=00 - endereço seguinte (CAR+1) ou salto para um endereço definido por NA Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 20 / 50

13 O micro-sequenciador gera o endereço da micro-instrução que será executada no ciclo de relógio seguinte: M5=00 - endereço seguinte (CAR+1) ou salto para um endereço definido por NA M5=01 - endereço guardado em SBR, correspondendo ao retorno de uma micro-rotina Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 20 / 50 O micro-sequenciador gera o endereço da micro-instrução que será executada no ciclo de relógio seguinte: M5=00 - endereço seguinte (CAR+1) ou salto para um endereço definido por NA M5=01 - endereço guardado em SBR, correspondendo ao retorno de uma micro-rotina M5=10 - endereço especificado em END A, definido pela unidade de mapeamento Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 20 / 50

14 O micro-sequenciador gera o endereço da micro-instrução que será executada no ciclo de relógio seguinte: M5=00 - endereço seguinte (CAR+1) ou salto para um endereço definido por NA M5=01 - endereço guardado em SBR, correspondendo ao retorno de uma micro-rotina M5=10 - endereço especificado em END A, definido pela unidade de mapeamento M5=11 - endereço especificado em END B, definido pela unidade de mapeamento Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 20 / 50 O registo SBR guarda o endereço de micro-programa para onde deverá ser transferido o após terminar a execução de uma micro-rotina: Quando se pretende chamar uma micro-rotina, o sinal LS deve ser actuado e o registo CAR deve ser carregado com o valor de NA (endereço da micro-rotina) O retorno da micro-rotina é executado seleccionando M5=01 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 21 / 50

15 O registo SBR guarda o endereço de micro-programa para onde deverá ser transferido o após terminar a execução de uma micro-rotina Uma vez que existe só um registo para guardar o endereço de retorno, apenas é possível utilizar um nível de profundidade de micro-rotina Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 21 / 50 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 22 / 50

16 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 23 / 50 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 24 / 50

17 Funcionamento Sequencial (COND=0) MCOND=000; CC=1 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 24 / 50 Funcionamento Sequencial (COND=0) MCOND=000; CC=1 Salto Incondicional (COND=1) MCOND=000; CC=0 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 24 / 50

18 Funcionamento Sequencial (COND=0) MCOND=000; CC=1 Salto Incondicional (COND=1) MCOND=000; CC=0 Salto Condicional??? Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 24 / Opcode COND M IR1 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 25 / 50

19 Código da Condição de Salto Condição Mnemónica Código Zero Z 0000 Não-zero NZ 0001 Transporte C 0010 Não-transporte NC 0011 Negativo N 0100 Não-negativo NN 0101 Excesso O 0110 Não-excesso NO 0111 Positivo P 1000 Não-positivo NP 1001 Interrupção I 1010 Não-interrupção NI 1011 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 26 / 50 De onde vêm os endereços END A e END B??? Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 27 / 50

20 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 28 / 50 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 29 / 50

21 Unidade de - utilizada para gerar, de forma rápida, os endereços de algumas micro-rotinas frequentemente chamadas durante a execução de instruções: Micro-código correspondente a cada instrução assembly (Memória A) Micro-rotinas para leitura e escrita de operandos (Memória B) Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 30 / 50 Memória A: Endereçada directamente pelos 6 bits mais significativos da instrução (OPCODE) Implementa uma tabela que contém os endereços das micro-rotinas que executam as operações de transferência entre registos que realizam cada uma das instruções Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 31 / 50

22 Memória B: Gera o endereço das micro-rotinas de carregamento de operandos ou de escrita do resultado Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 32 / 50 Memória B: Os bits SR1, SR2 e S definem quatro tipos de micro-rotina: SR2 SR1 S Endereço seleccionado Microrrotina de leitura de um operando Microrrotina de escrita do resultado 1-0 Microrrotina de leitura de dois operandos para S = Microrrotina de leitura de dois operandos para S = 1 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 33 / 50

23 Memória B: Os bits SR1, SR2 e S definem quatro tipos de micro-rotina: SR2 SR1 S Endereço seleccionado Microrrotina de leitura de um operando Microrrotina de escrita do resultado 1-0 Microrrotina de leitura de dois operandos para S = Microrrotina de leitura de dois operandos para S = 1 Os bits do campo M definem o modo de endereçamento: Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 33 / 50 SR2 SR1 S Endereço seleccionado Microrrotina de leitura de um operando Microrrotina de escrita do resultado 1-0 Microrrotina de leitura de dois operandos para S = Microrrotina de leitura de dois operandos para S = 1 Na prática... apenas é necessário especificar SR1 e SR2!!! Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 34 / 50

24 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 35 / 50 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 36 / 50

25 RI 15 S M2 WBR IR IR IR IR IR1 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 37 / 50 Complicado???? Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 38 / 50

26 Complicado???? Na prática... M2 Valor seleccionado 0 Registo usado pelo primeiro ou único operando 1 Registo usado pelo segundo operando, quando exista Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 38 / 50 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 39 / 50

27 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 40 / 50 do P3 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 41 / 50

28 Fluxograma da Execução de uma Instrução Assembly Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 42 / 50 Banco Registo Descrição R0 Constante 0 R1 Registo de uso geral R2 Registo de uso geral R3 Registo de uso geral R4 Registo de uso geral R5 Registo de uso geral R6 Registo de uso geral R7 Registo de uso geral R8 Registo de uso restrito R9 Registo de uso restrito R10 Registo de uso restrito R11 Operando (SD) R12 Endereço de destino (EA) R13 Resultado (RD) R14 Apontador da pilha (SP) R15 Contador de programa (PC) Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 43 / 50

29 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 44 / 50 Exemplo 1 Exemplo: R5 R5 - SD, Flags Z,N M5 SR1 SR2 IAK FM CALU MA MB M2 MRB 1 LS MCOND CC LI LF CONST/NA RB WM WR MD MAD RAD X X X Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 45 / 50

30 Exemplo 2 Exemplo: RD M[EA] M5 SR1 SR2 IAK FM CALU MA MB M2 MRB 1 LS MCOND CC LI LF CONST/NA RB WM WR MD MAD RAD X X X X X X X 1 X X Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 46 / 50 Exemplo 3 Exemplo: SBR CAR+1, z?car 175h M5 SR1 SR2 IAK FM CALU MA MB M2 MRB 1 LS MCOND CC LI LF CONST/NA RB WM WR MD MAD RAD X X X X X X X X X X X X Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 47 / 50

31 Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 48 / 50 Microprogramação do Processador P3: Fluxo de Execução de uma Instrução Carregamento do Registo de Instrução Carregamento dos Operandos Execução da Instrução Escrita do Resultado Teste de Interrupções Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 49 / 50

32 Nota de Agradecimento Agradecimento Algumas páginas desta apresentação foram extraidas de: [1] José Carlos Monteiro, Arquitectura de Computadores, Instituto Superior Técnico (IST), Universidade Técnica de Lisboa, Portugal, Prof. Nuno Roma ACom 2015/16 (MEAer) - DEEC-IST 50 / 50