ОРТ2/К2Н 2019

Поставка

Посматра се део рачунара који чине меморија и процесор. Меморија је капацитета 2¹⁶ бајтова. Ширина меморијске речи је 1 бајт. Процесор је са једноадресним форматом инструкција. Адресе и подаци су дужина 16 бита и заузимају по две суседне меморијске локације, при чему се старији бајт налази на вишој, а млађи бајт на нижој адреси.

У процесору постоји регистар програмског бројача PC дужине 2 бајта, адресни регистар меморије MAR дужине 2 бајта, прихватни регистар податка меморије MDR дужине 1 бајт, прихватни регистар инструкције IR дужине 4 бајта, акумулатор A дужине 2 бајта, прихватни регистар податка B дужине 2 бајта, регистри опште намене R0 до R15 дужине 2 бајта, програмска статусна реч PSW дужине 1 бајт. Инструкције су дужине 1, 2, 3 или 4 бајта.

Битови 7, 6 и 5 првог бајта инструкције су 000 за све инструкције скока. Код инструкција условног скока бит 4 првог бајта инструкције је 0, док код инструкција безусловног скока бит 4 првог бајта инструкције је 1. Инструкција условног скока је инструкција условног скока уколико уколико резултат јесте нула (JZ), а инструкције безусловног скока су инструкција безусловног скока (JMP) и инструкција скока на потпрограм (JSR). Битовима 3 до 0 првог бајта инструкције специфицира се код операције и на основу тога су за инструкције JZ, JMP и JSR усвојени кодови операција 00000000, 00010000 и 00010001, респективно. Инструкције JZ, JMP и JSR се реализују као апсолутни скокови, при чему је адреса скока дата другим и трећим бајтом инструкције. Дужина инструкција је 3 бајта.

Битови 7, 6 и 5 првог бајта инструкције су 111 за све адресне и безадресне инструкције.

Битови 4 и 3 првог бајта инструкције су 00 за безадресне инструкције. Безадресне инструкције су инструкције стављања садржаја акумулатора на стек (PUSH), пуњења акумулатора садржајем са стека (POP) и повратка из потпорграма (RTS). Битовима 2 до 0 првог бајта инструкције специфицира се код операције за безадресне инструкције. На основу тога су за инструкције PUSH, POP и RTS усвојени кодови операција 11100000, 11100001 и 11100010, респективно. Дужина инструкција је 1 бајт.

Битови 4 и 3 првог бајта инструкције су 01 за адресне инструкције. Адресне инструкције су инструкција преноса у акумулатор (LD), инструкција преноса из акумулатора (ST), аритметичка инструкција декрементирања операнда која резултат смешта у акумулатор (DEC), логичка инструкција "и" (AND) и инструкција безусловног скока на срачунату адресу (JADR). Битовима 2 до 0 првог бајта инструкције специфицира се код операције за адресне инструкције. На основу тога су за инструкције LD, ST, DEC, AND и JADR усвојени кодови операција 11101000, 11101001, 11101010, 11101011 и 11101100 респективно. Дужина инструкција је 2 или 4 бајта и зависи од специфицираног начина адресирања.

Начини адресирања су специфицирани битовима 7, 6 и 5 другог бајта инструкције и то на следећи начин: 000-меморијско индиректно адресирање (memind), 001-регистарско директно адресирање (regdir), 010-регистарско индиректно са померајем (regindpom), 011-релативно адресирање са померајем (pcrel) и 100-непосредно адресирање (immed). Код меморијског индиректног адресирања 16 битна адреса меморијске локације је дата трећим и четвртим бајтом инструкције. Битови од 4 до 0 другог бајта инструкције се не користе. Дужина инструкција је 4 бајта. Регистарско директно адресирање користи неке од регистара опште намене R0 до R15 специфициране битовима од 3 до 0 другог бајта инструкције. Бит 4 другог бајта се не користи. Дужина инструкције је 2 бајта. Код регистарског индиректног адресирања са померајем, трећи и четврти бајт инструкције садрже 16 битни померај који је дат као целобројна величина без знака. Један од регистара опште намене R0 до R15 специфициран је битовима од 3 до 0 другог бајта инструкције. Бит 4 другог бајта се не користи. Дужина инструкције је 4 бајта. Код релативног адресирања са померајем трећи и четврти бајт инструкције садрже 16 битни померај који је дат као целобројна величина са знаком. Битови 4 до 0 другог бајта инструкције се не користе. Дужина инструкција је 4 бајта. Код непосредног адресирања 16 битни операнд дат је трећим и четвртим бајтом инструкције. Битови од 4 до 0 другог бајта инструкције се не користе. Дужина инструкција је 4 бајта.

Стек расте према нижим меморијским локацијама, а регистар SP указује на прву слободну меморијску локацију. Процесор нема могућност обраде прекида.

1. Написати изразе за генерисање сигнала gradr који је активан уколико прочитана инструкција има грешку при адресирању.
2. Написати изразе за генерисање сигнала свих начина адресирања. IR регистар се попуњава од виших ка нижим битовима.
3. Написати изразе за генерисање сигнала операција и то само за PUSH и DEC.
4. Нацртати дијаграм тока фазе формирања адресе и читања операнда и фазе извршавање^[sic] инструкције.
5. Дати су почетни садржаји регистара и индикатора: PC=1000h, SP=2000h, ACC = 0006h, R0=00А7h, R1=0011h, R1=00E2h, R1=FFE3h, N=0, Z=0, V=0 и C=0. Индикатори статусне речи на које инструкције не утиче треба да остану непромењени. Извршити 4 сукцесивне наредбе и за сваку наредбу одредити следеће: у фази читања инструкције - меморијске адресе са којих је прочитана инструкција, садржај регистра IR, инструкцију која је прочитана и нови садржај регистра PC; у фази одређивања адресе операнда и читања операнда - меморијске адресе са којих је прочитана адреса операнда, меморијске адресе са којих је прочитан операнд, вредност операнда и нови садржај регистара опште намене који су у овој фази промењени; у фази извршавања операције - меморијске адресе којима се у овој фази приступа, садржај акумулатора A и индикатора N, Z, V и C након извршавања инструкције и нови садржај регистара и меморијских локација који су у овој фази промењени. Резултате представити у табелама 1, 2 и 3 формулара.

Садржај дела меморије из поставке задатка

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

Решење

Сигнали

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

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

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

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

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

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

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

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

Дијаграми тока

ADDR

ADDR

EXEC

EXEC

Меморија

#	Адресе са којих је учитана инструкција	IR31..24	IR23..16	IR15..8	IR7..0	Инструкција	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

#	Адресе са којих је учитана адреса операнда	Адресе са којих је учитан операнд	Операнд	Садржај промењених регистара
1
2	000A, 000B	0010, 0011	0011
3
4			00E2

#	Адресе којима се приступа у овој фази	Акумулатор	N	Z	V	C	Садржај промењених регистара и мем. лок.
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