CPU TURKEY

CPU-KULIS MİKROİŞLEMCİSİ ÇALIŞMA RAPORU

Proje Danışmanı: Prof. Dr. Sarp ERTÜRK, Kocaeli Üniversitesi, Elektronik ve

Haberleşme Mühendisliği Bölümü

Proje Yetkilisi: Arş. Gör. Anıl ÇELEBİ, Kocaeli Üniversitesi, Elektronik ve

Haberleşme Mühendisliği Bölümü

Proje Ekibi: Çağrı GÜVENEL

Ahmet TEKYILDIZ, Kocaeli Üniversitesi Elektronik ve Haberleşme

Mühendisliği Bölümü, 3. sınıf öğrencileri

Akademik Destek: Yrd. Doç. Dr. Oğuzhan Urhan, Kocaeli Üniversitesi Elektronik ve

Haberleşme Mühendisliği Bölümü

Yrd. Doç. Dr. Mehmet Kemal GÜLLÜ, Kocaeli Üniversitesi Elektronik

ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü

i

İçindekiler

İçindekiler.................................................................................................................................... i

Şekiller Dizini ............................................................................................................................ ii

Tablolar Dizini ........................................................................................................................... ii

Önsöz.......................................................................................................................................... 1

1. CPU-KULIS MİKROİŞLEMCİSİNİN GENEL YAPISI ...................................................... 2

1.1. Cpu-Kulis Mikroişlemcisi Genel Şematik Gösterimi ..................................................... 3

1.2. Cpu-Kulis Mikroişlemcisinin Ana Öbekleri ................................................................... 3

1.2.1. Komut çekme ........................................................................................................... 3

1.2.2. Kod çözme................................................................................................................ 4

1.2.3. Yürütme.................................................................................................................... 5

1.2.4 Geri yazma ................................................................................................................ 6

1.3. Ardışık Düzen Hata Denetimi: ........................................................................................ 8

2. CPU-KULIS DERLEYİCİSİ ............................................................................................... 10

2.1. Giriş ............................................................................................................................... 10

2.2. Derleyici Kullanımı....................................................................................................... 10

2.2.1 Komut kümesinin kullanımı:................................................................................... 11

2.2.2 Sembolik sabit tanımlama: ...................................................................................... 13

2.2.3- Etiket tanımlama: ................................................................................................... 13

2.2.4- Başlama noktası tanımlama: .................................................................................. 13

3. KOMUTLARIN İŞLEM BASAMAKLARI........................................................................ 14

ii

Şekiller Dizini

Şekil 1.1. Cpu-kulis mikroişlemcisinin en üst seviye şematik görünümü ................................. 3

Şekil 1.2. Komut çekme ana öbek şeması................................................................................... 4

Şekil 1.3. Kod çözme öbeği şematik görünümü ......................................................................... 5

Şekil 1.4. Yürütme öbeği altında bulunan ALU biriminin RTL şemasının bir bölümü. ............ 6

Şekil 1.5. Geri yazma öbeği RTL şeması................................................................................... 7

Şekil 1.6. Ardışık düzen hata denetimi öbeğinin RTL şeması................................................... 9

Tablolar Dizini

Tablo 1.1. decode_wire[14:0] sinyalinin kontrol ettiği birimler ve makine kodu karşılıkları.. 5

Tablo 1.2. Hedef ve kaynak bilgilerinin makine kodu karşılıkları ............................................ 7

Tablo 1.3. wb_signals[10:0] sinyalinin kontrol ettiği birimler ve makine kodu karşılıkları .... 7

Tablo 2.1. 32 bitlik işlem kodunun bölümleri ......................................................................... 11

Tablo 2.2. İşlem kodu-işlenen karşılık tablosu........................................................................ 11

Tablo 2.3. Cpu-Kulis işlemcisinin komut kümesi ve aldığı işlenenleri................................... 11

1

Önsöz

CPU-KULIS mikroişlemcisi çalışma raporunda mikroişlemcinin genel yapısı, saat

darbelerinde komutların işlendiği ana öbekler, bu öbeklerin şematik gösterimleri üzerinde

durulmuştur.

Komutların makine diline çevrilmesi için tasarlanan derleyicinin tanıtımı yapılmıştır.

İşlemcide kullanılan komutların kaynak ve hedef birimleri gösterilmiştir. Tasarımda bulunan

bazı önemli bağlantıların etkilediği birimler tablo halinde gösterilmiştir. Komutlar, kullanım

alanlarına göre bölümlere ayrılmış ve işlem basamakları ayrıntılı bir biçimde anlatılmıştır.

Mikroişlemci ana kısımları, şematik kullanılarak oluşturulmuştur. Şemaların gösteriminde asıl

amaç; ana öbeklerin teorik anlatımına uygulamalı gösterim ile destek olmaktır. Bu nedenle;

şemalar oluşturulurken şeklin sade ve anlaşılır olması birinci hedeftir. Sıra düzensel olarak bir

seviyeden daha aşağı inilmemeye özen gösterilmiştir. (Şemaların ayrıntılı hali eklenen

dosyalardan “RTL_Semalar” içerisinde bulunmaktadır. Komutların işleyişi hakkında ayrıntılı

uygulama eklenen dosyalar arasında benzetim anlatımı videosu olarak bulunmaktadır.)

2

1. CPU-KULIS MİKROİŞLEMCİSİNİN GENEL YAPISI

Cpu-Kulis, standart mikroişlemci yapıları temel alınarak tasarlanmış “özgün” bir

çalışmadır. Cpu-Kulis mikroişlemcisi , Komut çekme, Kod çözme, yürütme ve geri yazma

isimlerinin verildiği dört ana bloktan oluşmaktadır.

Ana bloklardan kısaca bahsetmek gerekirse;

Komut çekme, ROM’da bulunan komutlara ait işlem kodlarının ROM’dan okunmasını

sağlayan yapıdır. Komut çekme ROM’dan aldığı bu bilgiyi Kod çözme öbeğine iletir. Kod

çözme, Komut çekme öbeğinden aldığı kod bilgisini istenilen işlemin yapılabilmesi için uygun

sinyaller olarak yürütme kısmına iletir. Aynı zamanda herhangi bir geri yazım işlemi için

uygun sinyalleri hedef ve kaynak bilgisi olarak Geri yazma öbeğine iletir. Yürütme, uygun

sinyaller uygulanarak istenilen işlemin yürütülmesini sağlayan işlemcinin en karmaşık

kısmıdır, veri yolu olarak da adlandırılabilir. Geri yazma, Kod çözme öbeğinden aldığı hedef

ve kaynak bilgisine göre; verinin istenilen birime yazılması için gerekli sinyalleri yürütme

bloğu için üretir.

Cpu-Kulis, dört iş hatlı Ardışık Düzen Hata Denetimi (Pipeline Hazard Detect) yapısına sahip

bir işlemcidir. İstisna durumlar hariç her işlem bir saat çevrimi süresinde yapılmaktadır. (Bu

istisnalar bölüm 1.3’ de anlatılmıştır.)

Cpu-Kulis, 30 temel komutun yanı sıra sonradan eklenen PUSH, POP ve RET komutlarını da

yürütme özelliğine sahiptir. Mikroişlemci performansına bir etkisi bulunmayacağı için

CACHE bellek bu aşamada kullanılmamıştır.

Cpu-Kulis mikroişlemcisinde dört adet yazmaç, ROM, RAM, yığın ve alu ana blokları

mevcuttur.

İşlemci tasarımı Xilinx ISE tasrım ortamı kullanılarak verilog donanım tanımlama dili

ile yazılmıştır. Şematik gösterimler için ISE şematik düzenleyicisinden faydalanılmıştır.

Benzetim için MentorGraphics’ in ModelSim yazılımı kullanılmıştır.

3

1.1. Cpu-Kulis Mikroişlemcisi Genel Şematik Gösterimi

Şekil 1.1. Cpu-kulis mikroişlemcisinin en üst seviye şematik görünümü

Şekil 1.1’ de Cpu-kulis mikroişlemcisinin en üst seviye modelinin şematik gösterimi ‘kabaca

eklenmiştir. Yapıdan da anlaşılacağı üzere; birbirine gerekli bağlantılar ile bağlanan dört ana

öbek ve bu öbekler arası eş zamanlamayı sağlayan ardışık düzen yapısı genel hatlarıyla

görülmektedir. Şekilde en sağda görülen büyük öbek veri-yolu öbeğidir ve sistemin en

karmaşık yapısıdır. İlerleyen bölümlerde veri-yolu öbeği ve diğer alt öbeklere kısaca

değinilecektir.

1.2. Cpu-Kulis Mikroişlemcisinin Ana Öbekleri

1.2.1. Komut çekme

Komut çekme, ROM’dan komutlara ait makine kodlarını alır ve değerlendirmesi için kod

çözme öbeğine gönderir.

Komut çekme öbeği dört ana alt öbekten oluşmaktadır.

Program sayıcı yürütülen komutun kaçıncı adreste olduğunu belirtir. Program sayıcı çıkışı

ROM’ a bağlıdır ve belirtilen adresin içerisindeki makine kodu ROM’ dan veri çıkışı olarak

kod çözme öbeğine bağlanır.

4

ROM’ da her biri 16 bit adres verisiyle erişilen bilginin uzunluğu 32 bittir. (ROM, 256 satır

uzunluğunda alınmıştır, 256 satırı adresleyebilmek için 16 bitlik adres girişinin en az anlamlı

8 biti kullanılmaktadır.

Şekil 1.2. Komut çekme ana öbek şeması

Toplam ROM uzunluğu 32bit * 256satır / (8bit/byte) = 1024 byte’ dır ). Aynı zamanda

program sayıcının göstermiş olduğu adres de bir saat çevrimi ile kod çözme öbeğine iletilir.

Bir komutun yürütülmesi işlemi komut çekme öbeğinden başlar. Komut yürütümünde bir saat

çevrimi komut çekme öbeğinde harcanmaktadır.

1.2.2. Kod çözme

Komut çekme çıkışından aldığı adres bilgisi ile ROM’ dan aldığı makine kodu bilgisini

değerlendiren ve hangi komutun yürütüleceğini, hangi birimlerde işlem yapılacağını

belirleyen öbektir. Kod çözme öbeğinin şematik gösterimi Şekil 1.3’ de görülmektedir.

Şekil 1.3’ de kod çözme öbeğinin iki ana kısımdan oluştuğu görülmektedir. Bu iki ana öbek

yanında, komut çekme öbeğinde da bulunan flush yazmacı görülmektedir. Flush yazmacının

işlevi, öbek çıkışındaki verinin geçerli olup olmadığını anlatmaktadır. Eğer komut çekme

öbeği çıkışındaki flush yazmacının değeri mantıksal “1” ise, kod çözme öbeği, komut çekme

çıkışındaki verinin çöp değer olduğunu anlamaktadır. Komut çekme birimi çıkışında 15 bitlik

durum sinyali verisi ile 16 bitlik sabit verisi üretilir. Bu değer komut çekme öbeğinden gelen

ROM verisinin anlamlı iki parçaya bölünmesi ile elde edilir. Durum sinyali verisinin son 6

biti komut bilgisini , daha sonra gelen 4 bit yazmaç bilgisini ardından gelen 4 bit yine yazmaç

5

bilgisini ve ilk bit ise; elde bilgisini verir. Bu bilgiler doğrultusunda yürütme öbeğine,

komutun yürütülebilmesi için uygun sinyaller gönderilir.

Şekil 1.3. Kod çözme öbeği şematik görünümü

Kod çözme işlemini için oluşturulan makine kodu tablosu Tablo 1.1’ de verilmiştir.

Tablo 1.1. decode_wire[14:0] sinyalinin kontrol ettiği birimler ve makine kodu karşılıkları

Decode_statck_ctrl decode_wire[1:0] Halt decode_wire[2] Mux1_selector decode_wire[4:3] Mux2_selector decode_wire[6:5] Mux3_selector decode_wire[7] Alu_opselect decode_wire[11:8] Alu_en decode_wire[12] Decode_Ram_ctrl decode_wire[14:13]

1.2.3. Yürütme

Yürütme öbeği komutların yürütülmesi işleminin gerçekleştirildiği öbek yapı olduğu için Cpu-

Kulis işlemcisinin veri-yolu olarak adlandırılabilir. İçerisinde toplam 16 adet komutun

yürütülebildiği ALU bulunur. Bunu yanı sıra; dört adet yazmaç,11 adet çoğullayıcı, bayrak

sonuçları, içerisinde bulunan diğer önemli birimlerdir.

6

Yürütme öbeği, mikroişlemcide aritmetik ve mantıksal işlemleri gerçekleştiren öbektir. Bu

nedenle; yapı diğer öbeklere oranla hayli karmaşıktır. Yapının içerisinde bulunan ALU

biriminin sentez işlemi sonrasında oluşan birkaç sayfalık RTL şemasından sadece bir

sayfasının görünümü Şekil 1.4’ de görülmektedir. Yapının diğer alt öbeklerinin RTL şemaları

yarışma sayfasına yüklenen dosyalar arasında daha ayrıntılı olarak bulunmaktadır.

Şekil 1.4. Yürütme öbeği altında bulunan ALU biriminin RTL şemasının bir bölümü.

1.2.4 Geri yazma

Geri yazma öbeği bir komutun son saat çevriminin yürütüldüğü yapıdır. Kod çözme

öbeğinden aldığı kaynak ve hedef sinyallerini, geri yazma işleminin yapılabilmesi için

yürütme öbeğine uygun sinyalleri üreten öbektir.

7

Şekil 1.5. Geri yazma öbeği RTL şeması

Şekil 1.5’ e göre; gerekli koşullar sağlandığı taktirde, dörder bitlik hedef ve kaynak verileri

doğrultusunda çıkışa wb_signals adını verdiğimiz kontrol sinyalleri vektörünü bu öbek

içerisinde üretilir.

Tablo 1.2. Hedef ve kaynak bilgilerinin makine kodu karşılıkları

HEDEF KAYNAK 000:AREG 000:AREG 001:BREG 001:BREG 010:CREG 010:CREG 011:DREG 011:DREG 100:ALU 100:ALU 101:STACK 101:STACK 110:RAM 110:RAM

Tablo 1.3. wb_signals[10:0] sinyalinin kontrol ettiği birimler ve makine kodu karşılıkları

Mux7_ctrl wb_signals[0] Mux6_ctrl wb_signals[1] Reg_select wb_signals[4:2] Wb_RAM wb_signals[5] Wb_EN wb_signals[6] Wb_RW wb_signals[7] Wb_stack wb_signals[8] Wb_stack_ctrl(en-rw) wb_signals[10:9]

8

1.3. Ardışık Düzen Hata Denetimi:

Normal koşullar altında bir komut, komut çekme, kod çözme, yürütme, geri yazma olmak

üzere dört saat çevrimi sonucunda işlenmektedir. Bir komut yürütümü bitmeden diğer komut

öbekler arasında ilerleyememektedir. Ardışık düzen yapısı mikroişlemciye her saat

çevriminde bir komutun yürütülmesi olanağını sağlar. Bu sayede; komut yürütme performansı

artar ve mikroişlemcinin performansı büyük oranda iyileştirilmiş olur. Bu nedenle; tasarlanan

mikroişlemcinin “ardışık düzen” yapısı bulundurması kaçınılmazdır. İdealde her saat

çevriminde bir komutun yürütülmesi gerekirken uygulamada bazı komutların ard arda gelmesi

komutun yürütülme süresini artırabilmektedir.

Yapılan benzetim uygulamasında da gözleneceği üzere; bu problem ile ilgili birkaç örnek

verilebilir:

Movi ar, 0x5

Add ar, br

Yukarıdaki örnekte, movi geri yazma işlemine gireceği sırada ardışık düzen özelliği

dolayısıyla, add işleminin de yürütme işlemine girmesi gerekir. Movi komutu ar yazmacının

değerini daha güncelleyememişken, add komutu, işlemini güncellenmemiş değeri kullanarak

yapacaktır ve yanlış sonuç elde edilecektir. Bu problemin çözümü için, movi komutunun geri

yazma işlemini yapması beklenmeli ve add işlemi bundan sonra yürütme öbeğinde işlem

görmelidir.

Başka bir problem aşağıdaki gibi bir kodda meydana gelir.

Push ar

Pop br

Push ve pop komutları yığına veri yazmak ve yığından veri almak için kullanılır. Bu iki

komut ard arda geldiği zaman şöyle bir durum oluşur. Push komutu geri yazma öbeğinde

yığına yazmak için erişir. Pop işlemi bu esnada yürütme öbeğinde işlem görecek ve yığındaki

veriyi çekmeye çalışacaktır. Yığına yazma ve okuma işlemi aynı anda yapılmak

istenmektedir. Bu problem de ilk komutun geri yazma işlemine öncelik verilerek çözülür.

Ardışık düzen hata denetimi öbeği bu şekildeki durumları anlayarak, öbekler için eş

9

zamanlama bilgisi üretip, gerekli durumlarda beklemelerini sağlamaktadır. Şekil 1.6’ da bu

yapının RTL şeması görülmektedir.

Şekil 1.6. Ardışık düzen hata denetimi öbeğinin RTL şeması

10

2. CPU-KULIS DERLEYİCİSİ

2.1. Giriş

Cpu-kulis mikroişlemcisi için tasarlanan ROM’ a benzetim için ilk değerler

$readmemb komutu ile kaydedilmektedir. Bu komutu kullanarak herhangi bir bellek birimini

–ROM veya RAM olabilir- gerek benzetim gerekse sentez aşaması için ilklendirmek

mümkündür. Program belleğine gidecek makine kodlarını elde etmek için ise bu proje

kapsamında Cpu-Kulis derleyicisi tasarlanmıştır. Derleyici çıktı olarak program belleğini

ilklendirmek için kullanılacak olan ikili kodları içeren output.txt isimli basit bir metin dosyası

üretmektedir.

İşlemcinin program belleği 256 satır ve genişliği 4 byte/satır dır. Her yığın verisi 16 bittir.

RAM uzunluğu ise 1024 satırdır, genişliği de 2 byte/satır dır. Dolayısıyla 2KB RAM

mevcuttur. Kullanılan komutların mikroişlemcinin anlayacağı makine komutlarına

dönüştürülmesi işlemini tasarlanan derleyici halleder.

2.2. Derleyici Kullanımı

Bir metin düzenleyici kullanılarak, asm program yazılır. Bu dosya kaydedilir.

Örneğin; kaydedilen dosya “d:\cpu\code.txt” olsun. Derleyicinin, kaynak kodlarını

derledikten sonra oluşan çalıştırılabilir dosya (compiler.exe), herhangi bir dizine kopyalanır,

örneğin c:\compiler.exe. Komut satırından, bu dizine gidilir compiler [asm kodun

bulunduğu dizin adresi] yazılarak derleme işlemi yapılır.

C:\>compiler d:\cpu\code.txt

Aktif dizin compiler.exe dosyasının bulunduğu dizin olmalıdır ve derleme işlemi sonucunda

output.txt dosyası aktif dizinde oluşturulmaktadır. Bu dosya işlemci proje dosyasına

kopyalanarak ROM un ilk değerlerini buradan alması sağlanır.

11

Derleyici bir komut için 32 bitlik işlem kodunun bölümleri Tablo 2.1’ de

görülmektedir. Tablo 2.2 de ise işlenenleri nasıl belirlendiğini gösteren karşılık tablosu

bulunmaktadır.

Tablo 2.1. 32 bitlik işlem kodunun bölümleri

[31:26] Operatör kodu [25:22] 1. İşlenen [21:18] 2. İşlenen [17] 3. İşlenen [15:0] Sabit

Tablo 2.2. İşlem kodu-işlenen karşılık tablosu

1. İşlenen 2. İşlenen 0000 A yazmacı A yazmacı 0001 B yazmacı B yazmacı 0010 C yazmacı C yazmacı 0011 D yazmacı D yazmacı 0100 -> 0111 Kullanılmaz Kullanılmaz1111 Sabit Sabit

2.2.1 Komut kümesinin kullanımı:

Tablo 2.3. Cpu-Kulis işlemcisinin komut kümesi ve aldığı işlenenleri

Komut 1. işlenen 2. işlenen 3.işlenen İşlevi 1 Add Y Y Elde bayrağı İki işlenen toplanır, sonuç 1.

işlenene yazılır 2 Addi Y S Elde bayrağı İki işlenen toplanır, sonuç 1.

işlenene yazılır 3 Sub Y Y Elde bayrağı İki işlenen çıkartılır, sonuç 1.

işlenene yazılır 4 Subi Y S Elde bayrağı İki işlenen çıkartılır , sonuç 1.

işlenene yazılır 5 Mul Y YS ----- İki işlenen çarpılır, sonuç 1.

işlenene yazılır 6 Muli Y YS ----- İki işlenen çarpılır, sonuç 1.

işlenene yazılır 7 Mulu Y YS ----- İki işlenen çarpılır, sonuç 1.

işlenene yazılır 8 Cmp Y YS ----- İki işlenen çıkartılır, sadece

bayraklar etkilenir 9 And Y YS ----- İki işlenen VE lenir, sonuç 1.

işlenene yazılır

12

10 Andi Y S ----- İki işlenen VE lenir, sonuç 1. işlenene yazılır

11 Or Y Y ----- İki işlenen VEYA lanır, sonuç 1.işlenene yazılır

12 Ori Y YS ----- İki işlenen VEYA lanır, sonuç 1.işlenene yazılır

13 Not Y ----- ----- İşlenenin DEĞİL lenir, geri yazılır 14 Xor Y Y ----- İki işlenen XOR lanır. Sonuç 1.

işlenene yazılır 15 Xori Y S ----- İki işlenen XOR lanır. Sonuç 1.

işlenene yazılır 16 Sll Y YS ----- 1. işlenen, 2.işlenen değeri kadar

sola kaydırılır. Besleme sıfır ile yapılır.

17 Srl Y YS ----- 1. işlenen, 2.işlenen değeri kadar sağa kaydırılır. Besleme sıfır ile yapılır.

18 Sla Y YS ----- 1. işlenen, 2.işlenen değeri kadar sola kaydırılır. Besleme sıfır ile yapılır.

19 Sra Y YS ----- 1. işlenen, 2.işlenen değeri kadar sağa kaydırılır. Besleme işaret biti ile yapılır.

20 Lw Y YS ----- 2.işlenen ile gösterilen adresteki veri, 1. işlenene yazılır.

21 Sw Y YS ----- 2. işlenendeki veri, 1.işlenen ile gösterilen adrese yazılır.

22 Mov Y Y ----- 2. işlenen değeri, 1. işlenene yazılır 23 Movi Y S ----- 2. işlenen değeri, 1. işlenene yazılır 24 Beq YS ----- ----- En son yapılan aritmetik işlem

sonucu sıfırsa (sıfır bayrağı = ‘1’) 1. işlenenin gösterdiği adrese dallan

25 Bne YS ----- ----- En son yapılan aritmetik işlem sonucu sıfır değilse (sıfır bayrağı = ‘0’) 1. işlenenin gösterdiği adrese dallan

26 Ba YS ----- ----- 1. İşlenenin gösterdiği adrese koşulsuz dallan

27 Bl YS ----- ----- 1. işlenenin gösterdiği adrese koşulsuz dallan, geri dönüş adresini yığına at.

28 Nop ----- ----- ----- İşlem yapma 29 Hlt ----- ----- ----- Dur 30 Syscall YS ----- ----- İşlenen değeriyle RAM’ i adresle,

RAM’ deki veriye dallan. 31 Push Y ----- ----- İşlenen değerini yığına yaz. 32 Pop Y ----- ----- yığından veri al ve işlenene yaz. 33 Ret ----- ----- ----- Yığından geri dönüş adresini al ve

dallan

13

Tablo 2.3’ de Y ile yazmaç, S ile sabit, YS ile de yazmaç ve sabit kullanan işlemler

gösterilmiştir.

Dört adet yazmaç kullanılabilmektedir: ar, br, cr, dr.

2.2.2 Sembolik sabit tanımlama:

#define <YAZI1> [YAZI2]

Kod içerisinde kullanılan YAZI1 atomu YAZI2 ile değişecektir.

Örnek;

#define CPU_KULIS 1

Addi ar, CPU_KULIS

ifadesi

Addi ar, 1

ifadesi ile aynı anlama gelir.

2.2.3- Etiket tanımlama:

Cpu-Kulis mikroişlemci derleyicisi etiket alabilme özelliğine de sahiptir.

<ETİKET İSMİ> <:>

İşlenenler sırasıyla girildiğinde işlemci sol tarafta girilen ismi “etiket” olarak algılayacaktır.

2.2.4- Başlama noktası tanımlama:

org <sabit>

Bu ifadeden sonra yazılacak kodlar ‘sabit’ adres değerinden itibaren ROM’a

yerleştirilecektir.Kod yazımına başlanırken, org komutu ile aksi belirtilmedikçe, ROM a sıfır

adresinden itibaren kodlar yerleştirilmeye başlanacaktır.

NOT: Açısal parantezler (< >) içerisine yazılan ifadeler kullanımı zorunlu olan ifadelerdir.

Köşeli parantezler ([ ]) içerisine yazılan ifadelerde böyle bir zorunluluk yoktur.

14

3. KOMUTLARIN İŞLEM BASAMAKLARI

Bu bölümde komutların işlem basamakları üzerinde durulacaktır. Bir komut “komut çekme”

öbeğinden “geri yazma” öbeğine kadar hangi birimlerden geçmektedir, hangi komut için

hangi birimler kullanılmaktadır sorularına yanıt verilecektir.

Komutlar aritmetik, mantık ve dallanma komutları olarak 3 bölüme ayrılabilir.

1. Aritmetik Komutlar: add, addi, sub, subi, mul, muli, mulu

2. Mantık Komutları: cmp, and, andi, or, ori, not, xor, xori , sll, srl, sla, sra

3. Dallanma Komutları: beq, bne, ba , bl

Aynı zamanda RAM’ den veri okuma ve RAM’ ye veri yazma komutlarının (sw, lw) ; sistem

durdurma komutunun (hlt), yığından veri çekme, yığına veri yazma komutlarının (push, pop)

ve kesme komutu olan (syscall) komutunun işlem basamakları da anlatılacaktır.

Tüm komutlar için, komut çekme ve kod çözme bölümlerinde yapılan işlemler ortaktır. Komut

çekme öbeğinde işlem kodu ROM dan okunur, Kod çözme bölümünde ise Yürütme öbeği için

uygun sinyallere dönüşüm gerçekleşir.

Aritmetik ve mantıksal işlemler için yürütme öbeğinde gerçekleşen işlemler şunlardır:

Kod çözme bölümünden gelen sinyaller sayesinde, ALU için uygun işlemin seçimi

yapılır. Bir saat darbesi süresinde işlem sonucu ALU’ nun çıkışında görülür. Elde

bayrağı elde bitinin işleme dahil edilip edilmeyeceğini belirtir. Elde biti kullanılmak

isteniyorsa elde bayrağı ‘1’ olmalıdır, istenmiyorsa ‘0’ olmalıdır. Eğer elde bayrağı

değeri kullanılmazsa bu değer ‘0’olarak kabul edilmektedir.

Dallanma komutları için yürütme öbeğinde gerçekleşen işlemler şunlardır:

Eğer ;dallanma işlemi gerçekleştirilecekse, geri dönüş adresi yığına atılır ve yürütme

öbeği çıkışında, dallanılacak adres verisi ve dallanma işleminin yapılmasını belirten

bir bayrak verisi görülür.

15

Bellek komutları için yürütme öbeğinde gerçekleşen işlemler şunlardır:

LW komutu için, 2. işlenen değeri ile RAM adreslenir ve o adresteki bilgi RAM

çıkışında elde edilir. SW komutu için gerekli 2. işlenenin çoğullayıcılarla ALU girişine

getirilmesi sağlanır. ALU bu değeri değiştirmeden çıkışına verir.

Yığın komutları için yürütme öbeğinde gerçekleşen işlemler şunlardır:

Pop komutunda, yığındaki veri çekilir, veri yığın çıkışında görülür. Push komutu için,

komut işleneninin çoğullayıcılarla ALU girişine getirilmesi sağlanır. ALU bu değeri

değiştirmeden çıkışa verir.

SYSCALL komutu için Yürütme öbeğinde gerçekleşen işlemler şunlardır:

İşlenen değeri ile RAM adreslenir, aynı anda geri dönüş adresi yığına atılır.

Tüm komutlar için, kod çözme öbeği çıkışında, geri yazma öbeği için Tablo 1.2 de görülen

hedef ve kaynak verileri üretilir. Bu verilere göre geri yazma öbeği yürütme bölümünde

hesaplanan sonucun istenilen hedefe yazılması için gerekli sinyalleri üretir.

HALT Komutu:

Halt komutu geldiği zaman kod çözme öbeğinin çıkışında bu bildirilir. Bu bilgiye

göre; işlemlerin yürütülmesine devam edilir. Eğer; halt komutu gelmiş ise; en son

işlenen komutun geri yazma işlemine izin verildikten sonra başka işlem yapılmaz.

Reset işlemi ile işlemci yeniden başlatılabilir.