Circuitos Digitales II y Laboratorio Electrónica Digital II y
Contents
1. T T T T T ADD 0001 DR SR o 00 SR2 I l I 1 i l l 1 I I T T T T T T T T T T ADD 0001 DR 551 1 imm5 L L L L L L L L L L L T T T T T T T T T T AND 0101 DR SR1 o 00 SR2 L L L L ji 1 L L L L T x T T T T T T T T T AND 0101 DR SRi 1 imm5 L L L L L L L L L L L T T T T T T T T T T T BR 0000 PCoffset9 L L 1 I L L L L L ji L T T T T T T T T T T J T JMP 1100 000 BaseR 000000 j l N l l L l l l l I I T JSR 0100 1 PCoffset11 1 di l I 1 i l l l l l T T T T T T T T T T T JSRR 0100 0 00 Base 000000 d ii L 1 1 I 1 L 1 I 1 T T T T T T T T T T LD 0010 DR PCoffset9 ji ji L L L L L L L L L l L T LDI 1010 DR PCoffset9 L 1 L L L L L L L L L L L T T T T T T T T T ji T T LDR 0110 DR BaseR offset6 ji E L L L 1 L L L L L 1 T T ji T T T T T T T T T T LEA 1110 DR PCoffset9 L L L L L L L L L L L L L T T T T T T T T T T T NOT 1001 DR SR 111111 ji i i L 1 L L L L L I i T T T T T T T LI T y T T RET 1100 000 111 000000 E I E l i I l l l l l I T T T T J 1000 000000000000 l 1 ji L l L L L L L l qi T T T T T T T T T T T T ST 0011 SR PCoffset9 L L L L L L L L L L L L L T T STI 1011 SR PCoffset9 L J L L L L 1 L L L L L L T T T T ji T T T T STR 0111 SR BaseR offset6 L L L L L 1 L L L k L L T T T T T T T T T T T T T TRAP 1112. Felipe Cabarcas UdeA Digitales II Modelo de von Neumann 2013 1 26 30 Ejemplo Cuenta apariciones de car cter en archivo UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA Yr El programa inicia en x3000 Leer car cter del teclado Cargar cada car cter del archivo Elarchivo es una secuencia de posiciones de memoria El comienzo del archivo est almacenado en la direcci n siguiente final del programa o Si el car cter del archivo es igual al que se entra por teclado se incrementa el contador El final del archivo est dado por el car cter especial EOT x04 Al final muestre el n mero de caracteres y suspenda ejecuci n asuma que hay menos de 10 caracteres Felipe Cabarcas UdeA Digitales II Modelo de von Neumann 2013 1 27 30 Algoritmo Count 0 R2 0 Ptr 1st file character R3 M x3012 Input char from keybd TRAP x23 Load char from file R1 M R3 Incr Count R2 R2 1 Convert count to ASCII character RO x30 RO R2 RO Print count TRAP x21 Load next char from file R3 R3 1 R1 M R3 HALT TRAP x25 Felipe Cabarcas UdeA Digitales II Modelo de von Neumann http www cs utexas edu users fussell courses cs310h lectures Lecture 10 310h pdf 2013 1 28 30 Programa Address Instruction Com
3. Direccionamiento Relativo al PC PC Relative LD 0010 y ST 0011 Los bits 8 0 especifican un offset desplazamiento relativo al PC La direcci n de memoria es calculada extendiendo el signo de los 9 bits hasta 16 bits y sum ndoselo al PC incrementado e La direcci n solo puede estar entre 4 256 y 255 de la instrucci n por qu no 256 y 2552 o C mo acceder a una direcci n m s lejana Register File Memory Instruction Reg Figura http www cs utexas edu users fussell courses cs310h lectures Lecture 10 310h pdf Felipe Cabarcas UdeA Digitales II Modelo de von Neumann 2013 1 16 30 Direccionamiento Indirecto LDI 1010 y STI 1011 o Permite acceder a direcciones de memoria m s all de 256 posiciones de la instrucci n soluci n 1 e La direcci n de memoria calculada de la misma manera que en PC relative contiene la direcci n donde se realizara el movimiento de datos Register File Memory PC Figura http www cs utexas edu users fussell courses cs310h lectures Lecture 10 310h pdf Felipe Cabarcas UdeA Digitales II Modelo de von Neumann 2013 1 17 30 Direccionamiento Base desplazamiento Base roffset 19 LDR 0110 y STR 0111 o Permite acceder a direcciones de memoria m s all de 256 posiciones de la instrucci n soluci n 2 e La direcci n es calculada sumando 6 bits offset extendido a un registro base o
4. Se le puede sumar 32 a 31 al ER 15 14 13 12 11 19 2 0 LDR o 1 1 1 1 ET Register File Memory IR 5 0 Instruction Reg Figura http www cs utexas edu users fussell courses cs310h lectures Lecture 10 310h pdf Felipe Cabarcas UdeA Digitales II Modelo de von Neumann 2013 1 18 30 Direccionamiento inmediato e LEA 1110 e Carga en un registro la el PC incrementado m s los bits 8 0 con el signo extendido PC Register File Instruction Reg Figura http www cs utexas edu users fussell courses cs310h lectures Lecture 10 310h pdf Felipe Cabarcas UdeA Digitales Modelo de von Neumann 2013 1 19 30 Ejemplo Address Instruction Comments x30F7 0001010001101110 R2 lt R1 14 x3102 x30F8 MO 10111111011 x30F9 0101010010100000 R2 O x30A 00010100101001071 R2R2 5 5 x30FB EO 10001001110 Bon R3 M M x30F4 X30FC 0011111110711 1 wr UE opcode Figura http www cs utexas edu users fussell courses cs310h lectures Lecture 10 310h pdf Felipe Cabarcas UdeA Digitales II Modelo de von Neumann 2013 1 20 30 Instrucciones de Control e El LC 3 tiene 5 opcodes que permiten romper la secuencia de ejecuci n salto condicional salto sin condici n salto a subrutina o a funci n TRAP retorno de interrupci n Felipe Cabarcas UdeA Digitales Modelo de von Neumann 2013 1 21 30 Saltos condicionales o Los registros N Z P se esc
5. 1 0000 trapvect8 L L L L I 1 L L L L L L L T T W T T T T T T T T T T x reserved 1101 L L L P L L L L L L L Felipe Cabarcas Digitales II Modelo de von Neumann 2013 1 7 30 Tipos de datos e Es una representaci n de informaci n tal que el ISA tenga opcodes que operen en esta representaci n e El LC 3 b sicamente opera con enteros en complemento a 2 aunque la instrucci n AND y la OR operan en vector de bits Felipe Cabarcas UdeA Digitales II Modelo de von Neumann 2013 1 8 30 Modos de direccionamiento Son los mecanismos para especificar donde est n localizados los operandos o Generalmente se encuentran en o la memoria en un registro como parte de la instrucci n 9 Si es parte de la instrucci n le llamamos literal o inmediato e El LC 3 soporta 5 modos e Inmediato registro y 3 de memoria o Relativo al PC indirecto y base desplazamiento base offset Felipe Cabarcas UdeA Digitales II Modelo de von Neumann 2013 1 9 30 C digos de condici n o Pr cticamente todos los ISA permiten que la secuencia de instrucciones cambien dependiendo de resultados anteriores e LC 3 tiene 3 registros de 1 bit que son escritos cada vez que uno de los 8 registros de prop sito general son escritos e Se les llaman N Z y P correspondiendo a Negativo Cero Positivo o Cada que se escribe uno de los registros se escribe O o 1 en estos registros si el resultado es negativo c
6. Circuitos Digitales Il y Laboratorio Electr nica Digital Il y Laboratorio Fundamentos de Arquitectura de Computadores Modelo de von Neumann Profesor Felipe Cabarcas Correo cabarcasQudea edu co Oficina 19 446 Departamento de Ingenier a Electr nica Universidad de Antioquia DE ANTIOQUIA 1803 2013 1 El ISA DE ANTIOQUIA 1803 o El ISA es la interfase entre los comandos del SW y lo que realiza el e Empezaremos estudiando el lenguaje de m quina no assembler o El ISA especifica toda la informaci n sobre el computador que el software tiene que saber e odo lo que est disponible para un programador de lenguaje de m quina o Se puede decir que el ISA especifica lo que est disponible para traducir un programa de alto nivel a lenguaje de m quina e El ISA especifica la organizaci n de la memoria el conjunto de registros el conjunto de instrucciones incluyendo los opcode tipos de datos y modos de direccionamiento Felipe Cabarcas UdeA Digitales II Modelo de von Neumann 2013 1 28 050 La organizaci n de la memoria DE ANTIOQUIA 1803 e LC 3 tiene un espacio de direcciones de 21 direccionabilidad de 16 bits e No todas las 65536 posiciones son realmente direcciones de memoria posiciones y una Felipe Cabarcas UdeA Digitales Modelo de von Neumann 2013 1 3 30 Registros e Como la latencia de memoria es de m s de 1 ciclo la mayor a de los comput
7. adores tienen posiciones de almacenamiento con latencia 1 e El tipo m s com n de este tipo de almacenamiento son los registros de prop sito general GPR LC 3 cuenta con 8 registros e Ejemplo la instrucci n 0001 010 000 0 00 001 ADD R2 RO RI R2 RO RI Felipe Cabarcas UdeA Digitales II Modelo de von Neumann 2013 1 4 30 El conjunto de instrucciones Las instrucciones tiene dos partes opcode lo que debe hacer la instrucci n operands a quien le debe realizar la operaci n El conjunto de instrucciones est determinado por los opcode los tipos de datos y los modos de direccionamiento o En el ejemplo del ADD el modo de direccionamiento usado fue modo registro o La instrucci n le solicita al computador que realice una suma en complemento a 2 entre registros de prop sito general Felipe Cabarcas UdeA Digitales II Modelo de von Neumann 2013 1 5 30 Opcodes o Hay ISAs con pocas instrucciones otras con muchas ejemplos e multiply and add MMX Guardar el estado del procesador e EI LC 3 tiene 15 instrucciones y una 1101 reservada para el futuro e Hay 3 tipos de instrucciones Operaciones movimiento de datos y control Felipe Cabarcas UdeA Digitales II Modelo de von Neumann 2013 1 6 30 C 3 opcodes 15 14 13 12 11109 8 7 6 54 3 2 1 0 T T
8. con un centinela El uso del contador es til si sabemos el n mero de iteraciones Cuando no sabemos el n mero de iteraciones por ejemplo si queremos sumar una lista de n meros en formato ASCII podr amos usar un valor no num rico para representar ese ltimo n mero del vector e Si en el ejemplo anterior no se sabe el n mero de elementos pero se sabe que los n meros son positivos se podr a usar el 1 para parar la ejecuci n Felipe Cabarcas UdeA Digitales II Modelo de von Neumann 2013 1 24 30 La instrucci n JMP salto incondicional e La instrucci n BR solo permite saltar a una instrucci n que est 4 256 a 255 posiciones del PC e Para saltar a cualquier direcci n se puede usar JMP que salta a una direcci n almacenada en un registro 15 14 13 12 11 10 9 8 7 e m 4 2 1 JMP 1 1 o o Baselo 000 0 0 Register File PC Figura http www cs utexas edu users fussell courses cs310h lectures Lecture 10 310h pdf Felipe Cabarcas UdeA Digitales II Modelo de von Neumann 2013 1 25 30 La instrucci n RAP e Formato 1111 0000 trapvector 7 0 o Cambia el PC a una direcci n que es parte del sistema operativo El sistema operativo realiza alguna tarea para el programa que se est ejecutando El trapvector identifica el servicio entre otros tenemos x23 Entra un car cter desde el teclado x21 muestra un car cter en el monitor x25 Detiene el programa Halt
9. ero o positivo Felipe Cabarcas UdeA Digitales II Modelo de von Neumann 2013 1 10 30 Instrucciones de operaci n e Son operaciones aritm ticas y l gicas El NOT 1001 niega los 16 bits Es la nica que usa un solo operando usa modo de direccionamiento de registro para la fuente y el destino El AND y AND tienen 2 operandos de 16 bits AND 0101 hace operaci n and l gico con bit por bit ADD 0001 hace suma en complemento a 2 de dos operandos de 16 bits e En AND y ADD uno de los operandos y el destino tienen direccionamiento de registro Bits 8 6 y Bits 11 9 o El segundo operando fuente puede ser especificado por registro o por inmediato e si bit 5 es O entonces bits 2 0 son el registro fuente y bits 4 3 deben ser 0 si bit 5 es 1 entonces el operando son los bits 4 0 con signo extendido o Qu enteros se pueden usar como inmediatos Felipe Cabarcas UdeA Digitales II Modelo de von Neumann 2013 1 11 30 ADD AND y NOT Data Path ADD R3 IR oo o ijo 1 1 Felipe Cabarcas UdeA Digitales Modelo de von Neumann 2013 1 12 30 Ejemplos Qu hace 0101 011 010 1 00000 R3 0 Qu hace 0001 111 110 1 00001 R7 R6 1 Restar A y B RO y R1 y almacenarlo en R2 1001 001 001 111111 RI NOT B NOT RI1 0001 010 001 1 00001 R2 B R1 1 0001 010 000 0 00 010 R2 A B R2 RO R2 Qu resultado desastroso
10. ments x3000 x3001 0101 0010 0 0 0 09 011 000010000 R2 0 counter R3 M x3012 ptr x3002 1111 0000 00100011 Input to RO TRAP x23 x3003 EN 001 011 000000 RI M R3 x3004 x3005 0001 0000 QUI T T4 090 010 000001000 R4 RI 4 EOT If Z goto x300E x3006 x3007 1001 0001 005 800001 lt NOT RI RI RI HI X3008 0001 001 001 0 00000 RI RI RO x3009 0000 101 000000001 If N or P goto x300B x300A ENS 010 010 1 00001 R2 lt R2 I1 x300B EA 011 011 1 00001 R3 R3 1 x300C HAU 001 011 000000 RI lt MIR3 x300D x300E 0000 0010 111 19998151 4807171 0 000 000000100 Goto x3004 RO M x3013 x300F x3010 EX 000 000 0 00010 0000 0 091 RO R0 R2 Print R0 TRAP x21 x3011 0000 0 00101 01 HALT TRAP x25 X3012 Starting Address of File x3013 0 01010100100 0 0E1100 0 0 ASCII x30 0 Felipe Cabarcas UdeA Digitales II Modelo de von Neumann 2013 1 29 30 C3 datapath V Aa 653v Q Y Felipe Cabarcas UdeA Digitales Modelo de von Neumann 2013 1 30 30
11. riben cada vez que se escribe un registro ADD AND NOT LD LDI LDR LEA Solo uno de los bits es 1 15 310413 12 Pu O 1 0 BEC ONE NN BR o o o O n z p Pcoffset9 Instruction Reg What happens if bits 11 9 are all zero All one Figura http www cs utexas edu users fussell courses cs310h lectures Lecture 10 310h pdf Felipe Cabarcas UdeA Digitales Modelo de von Neumann 2013 1 22 30 Ejemplo e Sumar 12 enteros que se encuentran en memoria a partir de la direcci n x3100 e El programa arranca en la direcci n x3000 Address Instruction Comments x3000 1110001011111111 mex x3001 MIO 110311100000 gt x3000 EO 10010100000 a E x3003 NEMO 10010101100 R2 12 R2 12 x3004 0000010000000101 If Z goto x300A PC 5 7 x3005 0110100001000000 Load next value to R4 ra x3006 0001011011000001 Add to R3 x3007 0001001001100001 ncrement RI pointer x3009 111111111010 Goto x3004 PC 6 Figura http www cs utexas edu users fussell courses cs310h lectures Lecture 10 310h pdf Felipe Cabarcas UdeA Digitales II Modelo de von Neumann 2013 1 23 30 2 m todos para controlar bucles DE ANTIOQUIA 1803 o Se le llama bucle o loop a una secuencia de instrucciones que se ejecutan repetidamente Cada ejecuci n de las instrucciones es una iteraci n 2 m todos comunes usando un contador
12. sucede en el c digo C mo lo solucionamos Felipe Cabarcas UdeA Digitales II Modelo de von Neumann 2013 1 13 30 Instrucci n de movimiento de datos e Load mover informaci n de la memoria a los registros de prop sito general e store mover informaci n de los registros a la memoria e LC 3 contiene 7 instrucciones LD LDR LDI LEA ST STR y STI e Formato opcode 15 12 DR o SR 11 9 Address Gen bits 8 0 e Las instrucciones de movimiento de datos requiere 2 operandos una fuente y un destino e La fuente source es el dato a se movido El destino destination es la posici n donde ser movido e Uno ser un registro y el segundo se asume que ser la memoria o dispositivo de entrada salida o Por ahora solo trabajaremos con memoria Felipe Cabarcas UdeA Digitales II Modelo de von Neumann 2013 1 14 30 Instrucci n de movimiento de datos ll Los bits 11 9 especifican el registro Si la instrucci n es load DR es el registro destino Si la instrucci n es store SR es el registro fuente Los bits 8 0 contienen los bits para generaci n de direcciones address generation bits Estos bits son usados para calcular la direcci n de 16 bits del segundo operando En el LC 3 hay 4 maneras de interpretar estos bits o modos de direccionamiento El opcode determina la interpretaci n de estos bits Felipe Cabarcas UdeA Digitales II Modelo de von Neumann 2013 1 15 30
Download Pdf Manuals
Related Search