ORT2/K2N 2019

Postavka

Posmatra se deo računara koji čine memorija i procesor. Memorija je kapaciteta 2¹⁶ bajtova. Širina memorijske reči je 1 bajt. Procesor je sa jednoadresnim formatom instrukcija. Adrese i podaci su dužina 16 bita i zauzimaju po dve susedne memorijske lokacije, pri čemu se stariji bajt nalazi na višoj, a mlađi bajt na nižoj adresi.

U procesoru postoji registar programskog brojača PC dužine 2 bajta, adresni registar memorije MAR dužine 2 bajta, prihvatni registar podatka memorije MDR dužine 1 bajt, prihvatni registar instrukcije IR dužine 4 bajta, akumulator A dužine 2 bajta, prihvatni registar podatka B dužine 2 bajta, registri opšte namene R0 do R15 dužine 2 bajta, programska statusna reč PSW dužine 1 bajt. Instrukcije su dužine 1, 2, 3 ili 4 bajta.

Bitovi 7, 6 i 5 prvog bajta instrukcije su 000 za sve instrukcije skoka. Kod instrukcija uslovnog skoka bit 4 prvog bajta instrukcije je 0, dok kod instrukcija bezuslovnog skoka bit 4 prvog bajta instrukcije je 1. Instrukcija uslovnog skoka je instrukcija uslovnog skoka ukoliko ukoliko rezultat jeste nula (JZ), a instrukcije bezuslovnog skoka su instrukcija bezuslovnog skoka (JMP) i instrukcija skoka na potprogram (JSR). Bitovima 3 do 0 prvog bajta instrukcije specificira se kod operacije i na osnovu toga su za instrukcije JZ, JMP i JSR usvojeni kodovi operacija 00000000, 00010000 i 00010001, respektivno. Instrukcije JZ, JMP i JSR se realizuju kao apsolutni skokovi, pri čemu je adresa skoka data drugim i trećim bajtom instrukcije. Dužina instrukcija je 3 bajta.

Bitovi 7, 6 i 5 prvog bajta instrukcije su 111 za sve adresne i bezadresne instrukcije.

Bitovi 4 i 3 prvog bajta instrukcije su 00 za bezadresne instrukcije. Bezadresne instrukcije su instrukcije stavljanja sadržaja akumulatora na stek (PUSH), punjenja akumulatora sadržajem sa steka (POP) i povratka iz potporgrama (RTS). Bitovima 2 do 0 prvog bajta instrukcije specificira se kod operacije za bezadresne instrukcije. Na osnovu toga su za instrukcije PUSH, POP i RTS usvojeni kodovi operacija 11100000, 11100001 i 11100010, respektivno. Dužina instrukcija je 1 bajt.

Bitovi 4 i 3 prvog bajta instrukcije su 01 za adresne instrukcije. Adresne instrukcije su instrukcija prenosa u akumulator (LD), instrukcija prenosa iz akumulatora (ST), aritmetička instrukcija dekrementiranja operanda koja rezultat smešta u akumulator (DEC), logička instrukcija "i" (AND) i instrukcija bezuslovnog skoka na sračunatu adresu (JADR). Bitovima 2 do 0 prvog bajta instrukcije specificira se kod operacije za adresne instrukcije. Na osnovu toga su za instrukcije LD, ST, DEC, AND i JADR usvojeni kodovi operacija 11101000, 11101001, 11101010, 11101011 i 11101100 respektivno. Dužina instrukcija je 2 ili 4 bajta i zavisi od specificiranog načina adresiranja.

Načini adresiranja su specificirani bitovima 7, 6 i 5 drugog bajta instrukcije i to na sledeći način: 000-memorijsko indirektno adresiranje (memind), 001-registarsko direktno adresiranje (regdir), 010-registarsko indirektno sa pomerajem (regindpom), 011-relativno adresiranje sa pomerajem (pcrel) i 100-neposredno adresiranje (immed). Kod memorijskog indirektnog adresiranja 16 bitna adresa memorijske lokacije je data trećim i četvrtim bajtom instrukcije. Bitovi od 4 do 0 drugog bajta instrukcije se ne koriste. Dužina instrukcija je 4 bajta. Registarsko direktno adresiranje koristi neke od registara opšte namene R0 do R15 specificirane bitovima od 3 do 0 drugog bajta instrukcije. Bit 4 drugog bajta se ne koristi. Dužina instrukcije je 2 bajta. Kod registarskog indirektnog adresiranja sa pomerajem, treći i četvrti bajt instrukcije sadrže 16 bitni pomeraj koji je dat kao celobrojna veličina bez znaka. Jedan od registara opšte namene R0 do R15 specificiran je bitovima od 3 do 0 drugog bajta instrukcije. Bit 4 drugog bajta se ne koristi. Dužina instrukcije je 4 bajta. Kod relativnog adresiranja sa pomerajem treći i četvrti bajt instrukcije sadrže 16 bitni pomeraj koji je dat kao celobrojna veličina sa znakom. Bitovi 4 do 0 drugog bajta instrukcije se ne koriste. Dužina instrukcija je 4 bajta. Kod neposrednog adresiranja 16 bitni operand dat je trećim i četvrtim bajtom instrukcije. Bitovi od 4 do 0 drugog bajta instrukcije se ne koriste. Dužina instrukcija je 4 bajta.

Stek raste prema nižim memorijskim lokacijama, a registar SP ukazuje na prvu slobodnu memorijsku lokaciju. Procesor nema mogućnost obrade prekida.

1. Napisati izraze za generisanje signala gradr koji je aktivan ukoliko pročitana instrukcija ima grešku pri adresiranju.
2. Napisati izraze za generisanje signala svih načina adresiranja. IR registar se popunjava od viših ka nižim bitovima.
3. Napisati izraze za generisanje signala operacija i to samo za PUSH i DEC.
4. Nacrtati dijagram toka faze formiranja adrese i čitanja operanda i faze izvršavanje^[sic] instrukcije.
5. Dati su početni sadržaji registara i indikatora: PC=1000h, SP=2000h, ACC = 0006h, R0=00A7h, R1=0011h, R1=00E2h, R1=FFE3h, N=0, Z=0, V=0 i C=0. Indikatori statusne reči na koje instrukcije ne utiče treba da ostanu nepromenjeni. Izvršiti 4 sukcesivne naredbe i za svaku naredbu odrediti sledeće: u fazi čitanja instrukcije - memorijske adrese sa kojih je pročitana instrukcija, sadržaj registra IR, instrukciju koja je pročitana i novi sadržaj registra PC; u fazi određivanja adrese operanda i čitanja operanda - memorijske adrese sa kojih je pročitana adresa operanda, memorijske adrese sa kojih je pročitan operand, vrednost operanda i novi sadržaj registara opšte namene koji su u ovoj fazi promenjeni; u fazi izvršavanja operacije - memorijske adrese kojima se u ovoj fazi pristupa, sadržaj akumulatora A i indikatora N, Z, V i C nakon izvršavanja instrukcije i novi sadržaj registara i memorijskih lokacija koji su u ovoj fazi promenjeni. Rezultate predstaviti u tabelama 1, 2 i 3 formulara.

Sadržaj dela memorije iz postavke zadatka

LOKACIJA	000A	000B	000C	000D	000E	000F	0010	0011	0012	0013
VREDNOST	10	00	C0	32	21	77	11	00	0A	03
LOKACIJA	1000	1001	1002	1003	1004	1005	1006	1007	1008	1009
VREDNOST	E0	EA	00	0A	00	00	11	10	E8	22
LOKACIJA	100A	100B	100C	100D	100E	100F	1010	1011	1012	1013
VREDNOST	11	00	10	AA	03	51	00	0A	00	52
LOKACIJA	1014	1015	1016	1017	1018	1019	101A	101B	101C	101D
VREDNOST	21	41	10	AA	03	00	21	88	10	13

Rešenje

Signali

$gradr = (ST+JADR)\cdot immed + JADR\cdot regdir$

$memind = \overline{IR_{23}} \overline{IR_{22}} \overline{IR_{21}}$

$regdir = \overline{IR_{23}} \overline{IR_{22}} IR_{21}$

$regindpom = \overline{IR_{23}} IR_{22} \overline{IR_{21}}$

$pcrel = \overline{IR_{23}} IR_{22} IR_{21}$

$immed = IR_{23} \overline{IR_{22}} \overline{IR_{21}}$

$PUSH = IR_{31}IR_{30}IR_{29}\overline{IR_{28}}\overline{IR_{27}}\overline{IR_{26}}\overline{IR_{25}}\overline{IR_{24}}$

$DEC = IR_{31}IR_{30}IR_{29}\overline{IR_{28}}IR_{27}\overline{IR_{26}}IR_{25} \overline{IR_{24}}$

Dijagrami toka

ADDR

ADDR

EXEC

EXEC

Memorija

#	Adrese sa kojih je učitana instrukcija	IR31..24	IR23..16	IR15..8	IR7..0	Instrukcija	PC
1	1000	E0				PUSH	1001
2	1001, 1002, 1003, 1004	EA	00	0A	00	DEC 000A	1005
3	1005, 1006, 1007	00	11	10		JZ 1011	1008
4	1008, 1009	E8	22			LD R2	100A

#	Adrese sa kojih je učitana adresa operanda	Adrese sa kojih je učitan operand	Operand	Sadržaj promenjenih registara
1
2	000A, 000B	0010, 0011	0011
3
4			00E2

#	Adrese kojima se pristupa u ovoj fazi	Akumulator	N	Z	V	C	Sadržaj promenjenih registara i mem. lok.
1	2000, 1FFF	0006	0	0	0	0	SP[2000] = 06, SP[1FFF] = 00, SP = 1FFE
2		0010	0	0	0	0
3		0010	0	0	0	0
4		00E2	0	0	0	0