Архитектура рачунара/К Јул 2021

Колоквијум у јулском испитном року 2021. године одржан је 8. јула.

1. задатак

Овај задатак није решен. Помозите SI Wiki тако што ћете га решити.

Поставка

(7) У регистру PSW постоји неколико бита који се односе на прекиде. У неке од датих бита се може постављати вредност 1, могу се брисати, и може се уписивати вредност.

1. Назначити све бите регистра PSW који се односе на прекиде и објаснити чему који бит намењен. Назначити на основу чега се одређује број појединих бита.
2. За сваки од ових бита назначити у којим се ситуацијама њихова вредност мења (поставља, брише, уписује). Одговор дати табеларно.

Бити регистра PSW	Мењање (постављање, брисање, уписивање)	Ситуација у којој се мења

2. задатак

Поставка

(8) Адресирање регистара контролера улазно/излазних уређаја може да се реализује на два начина, па у зависности од тога како је то реализовано постоје (1) системи код којих је улазно/излазни адресни простор меморијски пресликан и (2) системи код којих су улазно/излазни и меморијски адресни простори раздвојени.

1. Објаснити које се инструкције користе за упис и читање регистара контролера улазно/излазних уређаја у случајевима (1) и (2).
2. Објаснити како у случајевима (1) и (2) контролери меморије и улазно/излазних уређаја утврђују ко од њих треба као слуга да реализују^[sic] циклус на магистрали инициран од стране процесора као газде.

Решење

1. • (1) STORE, LOAD;
   • (2) OUT, IN
2. • (1) Само на основу бита адресе.
   • (2) На основу бита адресе и сигнала $M/\overline{IO}$.

3. задатак

Овај задатак није решен. Помозите SI Wiki тако што ћете га решити.

Поставка

(25) Адресна магистрала процесора као и магистрала података је 16-битна. Садржај дела оперативне меморије је приказан на слици:

Адреса	0000h	0001h	0002h	0003h	0004h	0005h	0006h	0007h	0008h	0009h	000Ah
Садржај	02h	10h	00h	10h	10h	11h	10h	F2h	0Eh	FFh	00h
Адреса	1000h	1001h	1002h	1003h	1004h	1005h	1006h	1007h	1008h	1009h	100Ah
Садржај	1Fh	0Fh	0Eh	25h	08h	00h	F0h	02h	11h	07h	00h
Адреса	100Bh	100Ch	100Dh	100Eh	100Fh	1010h	1011h	1012h	1013h	1014h	1015h
Садржај	FFh	FFh	00h	FFh	F8h	F3h	FDh	F4h	09h	F0h	F4h

Процесор поседује 16-битне регистре PC (програмски бројач), SP (показивач на прву слободну локацију стека који расте према вишим адресама), PSW (програмска статусна реч) и регистар ACC (акумулатор). Претпоставити да је пре почетка извршавања главног програма PC = 1001h, ACC = FFFFh, SP = E000h, IVTP=1h, а PSW = 5050h. Процесор из меморије дохвата инструкције бајт по бајт. Оперативна меморија је сачињена од два модула (M0 и M1) исте величине, а ширина меморијске речи је 8 бита. Један меморијски модул (M0) је повезан на линије D_7..0, а други меморијски модул (M1) на линије D_15..8 магистрале података. Модуле M0 садржи марне, а модул M1 непарне адресе. Адресирање је на нивоу података дужине 8 и 16 бита. Подаци и адресе дужине 16 бита се у меморију смештају тако да се на нижу локацију смешта нижи бајт. Приступ (упис/читање) до једног бајта податка траје један циклус на магистрали. Приступ (упис/читање) до два бајта податка почев од меморијске локације са парном адресом траје један циклус на магистрали, а почев од непарне адресе траје две циклуса на магистрали. Фаза читања инструкције започиње увек читањем једног бајта - прог бајта инструкције. На основу првог бајта инструкције, процесор зна колика је дужина инструкције и може да оптимизује број циклуса на магистрали, тако да у наставку довлачења инструкције може, али не мора, да чита инструкцију бајт по бајт.

1. Навести секвенцу садржаја на адресној магистрали, магистрали података и контролној магистрали за сваки циклус на магистрали при извршавању главног програма и прекидне рутине. Приликом скока у прекидну рутину на стеку се чувају PSW и PC, тим редоследом. Инструкције које оперишу са осмобитним подацима акумулатора користе нижих осам бита акумулатора, док се виших осам битова не мењају.

   1001h || ANDB || #0Eh || ; neposredno adresiranje
   1003h || STOREW || 0008h || ; memorijsko direktno adresiranje
   1006h || INT  ||  #2h || ; softverski prekid
   1008h || STORES || 0007h || ; memorijsko direktno adresiranje
   100Bh || HALT  ||     || ; zaustavljanje procesora
   100Ch || ...       
   ...
   1010h || NOT    ||    || ; bezadresno adresiranje
   1011h || INC    ||    || ; bezadresno adresiranje
   1012h || RTI    ||    || ; povratak iz potprograma
   ...
   

   Решење представити у табели чије заглавље изгледа као на слици: (Табела 3)

   Рб представља редни број циклуса на магистрали, A_15..0 и D_15..0 садржаје адресних линија и линија података у датом циклусу. RD, WR и W (означава да се приступа по два бајта податка почев од парне адресе) су вредности управљачких сигнала на магистрали. PC представља садржај програмског бројача, IR садржај инструкцијског регистра, TMP садржај прихватног регистра операнда или адресе операнда, ACC садржај акумулатора и SP садржај показивача на врх стека. О вредности регистра PSW не треба водити евиденцију (сматрати да се не мења). У коментару навести у којој од фаза се реализује дати циклус: дохватања инструкције (IF), декодовања инструкције (ID), извршавања операције (EX) или обрада прекида (IS).

2. Детаљно нацртати како би се повезали модули M0 и M1 на задату магистралу. Повезивање процесора на магистралу није потребно цртати. Означити све ширине сигнала.
3. Колико је релативно убрзање извршавања дате секвенце инструкција под а) на задатој архитектури магистрале и процесора (архитектура А), у односу да магистрала и процесор подржавају само циклусе уписа и читања од једног бајта (архитектура Б)?

Резултат дати као: број циклуса (архитектура А)/број циклуса (архитектура Б)

Табела 3: Заглавље решења дела под а.

Рб

A15..0

D15..8

D7..0

RD

WR

W

PC

IR23:16

IR15:8

IR7:0

TMP15..0

ACC

SP

Коментар

Решење

1. Решење дато у табели испод.
2. НЕДОСТАЈЕ
3. Како архитектура А за секвенцу инструкција из дела под а користи двобајтно читање 6 пута и завршава дату секвенцу са 20 читања, закључујемо да би архитектури Б требало 26 читања. Резултат је 20/26.

Табела 4: решење дела под а.

Рб	A15..0	D15..8	D7..0	RD	WR	W	PC	IR23:16	IR15:8	IR7:0	TMP15..0	ACC	SP	Коментар
1	1001	0F	/	1	0	0	1002	0F	/	/	/	FFFF	E000	IF (ANDB)
2	1002	/	0E	1	0	0	1003	0F	0E	/	/	FFFF	E000	IF (ANDB)
								0F	0E	/	0E	FFFF	E000	ID (ANDB)
								0F	0E	/	0E	FF0E	E000	IE (ANDB)
3	1003	25	/	1	0	0	1004	25	/	/	/	FF0E	E000	IF (STOREW)
4	1004	00	08	1	0	1	1006	25	08	00	/	FF0E	E000	IF (STOREW)
								25	08	00	0008	FF0E	E000	ID (STOREW)
5	0008	FF	0E	0	1	1	1006	25	08	00	0008	FF0E	E000	IE (STOREW)
6	1006	/	F0	1	0	0	1007	F0	/	/	/	FF0E	E000	IF (INT)
7	1007	02	/	1	0	0	1008	F0	02	/	/	FF0E	E000	IF (INT)
								F0	02	/	02	FF0E	E000	ID (INT)
								F0	02	/	02	FF0E	E000	IE (INT)
8	E000	50	50	0	1	1	1008	F0	02	/	02	FF0E	E002	IS (INT)
9	E002	10	08	0	1	1	1008	F0	02	/	02	FF0E	E004	IS (INT)
10	0005	11	/	1	0	0	1008	F0	02	/	11	FF0E	E004	IS (INT)
11	0006	/	10	1	0	0	1011	F0	02	/	1011	FF0E	E004	IS (INT)
12	1011	FD	/	1	0	0	1012	FD	/	/	/	FF0E	E004	IF (INC)
									/	/	/	FF0F	E004	IE (INC)
13	1012	/	F4	1	0	0	1013	F4	/	/	/	FF0F	E004	IF (RTI)
14	E002	10	08	1	0	1	1008	F4	/	/	1008	FF0F	E002	IE (RTI)
15	E000	50	50	1	0	1	1008	F4	/	/	5050	FF0F	E000	IE (RTI)
16	1008	/	11	1	0	0	1009	11	/	/	/	FF0F	E000	IF (STOREB)
17	1009	07	/	1	0	0	100A	11	07	/	/	FF0F	E000	IF( STOREB)
18	100A	/	00	1	0	0	100B	11	07	00	/	FF0F	E000	IF (STOREB)
								11	07	00	0007	FF0F	E000	ID (STOREB)
19	0007	0F	/	0	1	0	100B	11	07	00	0007	FF0F	E000	IE (STOREB)
20	100B	FF	/	1	0	0	100C	FF	/	/	/	FF0F	E000	IF (HALT)
									/	/	/	FF0F	E000	IE (HALT)