EDA 451 - Digital och Datorteknik Dagens föreläsning: Centralenheten och dess byggblock ,

EDA451 - Digital och Datorteknik – 2009/2010

1

EDA 451 - Digital och Datorteknik

Dagens föreläsning:Centralenheten och dess byggblock,

läroboken kapitel 7arbetsbokens kapitel 10-14

Ur innehållet: Laddbara register och bussar Överföring mellan register, ”Dataväg” Dataväg med Aritmetik/Logik- enhet (ALU) En manuell styrenhet


2

Dataväg med ALU

”Dataväg och minne”

”Styrenhet med fast kopplad logik”

”Mikroprogrammerad styrenhet”


3

Illustration, Digiflex

Arkiv -> Kombinatorik/Sekvensnät ->Klockat Register

R

LDR

CP

OER

1


4

OEz

z 1z

OEx

x 1x

OEy

y 1y

Grind

Grind

Grind Högst en OE-signal får vara aktiv åt gången...

x

e

e

f

DC

e

x f

x e f

0 0 Z1 0 Z0 1 01 1 1


OEB

1OEA

1

B

LDB

CPA

LDA

CP T

LDT

CP R

LDR

CP

OER1

OET1

Register och bussar, Dataväg

5


6

Arkiv -> Datavägen ->Dataöverföring mellan register

OES OEA OEB OET OER LDA LDB LDT LDR RTN-beskrivning

0 0 0 0 1 1 0 0 0 R A

Styrsignaler för enkel datavägFyll i styrsignalvärdena, för överföringen R A i följande tabell.

Illustration, Digiflex exempel: (R)→A

OER 1

LDA 2

CP 3

buss

regA 4

regR


7

Hur många klockpulser krävs för att placera värdet 7116 i register A,B,T och R?

Lösning;Fyll i styrsignalvärdena, för överföringen 7116 A,B,T,R i följande tabell.Värdet placeras på bussen från ”Source”

OES OEA OEB OET OER LDA LDB LDT LDR RTN-beskrivning

1 0 0 0 1 1 0 0 0 R A


8

För in styrsignalerna....

...ge klockpuls....


Aritmetisk/Logisk Enhet (ALU)

9

0123456789101112131415

0123456789101112131415

D(d7,d6,d5,d4,

d3,d2,d1,d0)

E(e7,e6,e5,e4,

e3,e2,e1,e0)

U(u7,u6,u5,u4,

u3,u2,u1,u0)

F (f3,f2,f1,f0)Cin

kombinatorik NVZC

Cin

F (f3,f2,f1,f0)

ALU N,Z,V,C

D (d7-d0) E (e7-e0)

U (u7-u0)


ALU’ns funktioner

10

Cin

F (f3,f2,f1,f0)

ALU N,Z,V,C

D (d7-d0) E (e7-e0)

U (u7-u0)



11

Arkiv -> Kombinatorik/Sekvensnät ->Aritmetik/Logik enhet


Anslutning av ALU till datavägen

12

Hur kopplar vi in en ALU till datavägen?OEB

1OEA

1

ALU

B

LDB

CPA

LDA

CP

f0f1f2f3

Cin

C

V

Z

N


Temporärregister (T) för lagring av indata

13

ALU

T

LDT

CP

f0f1f2f3

Cin

C

V

Z

N

Bussen kan bara innehålla en av ALU’ns operander åt gången


ALU

T

LDT

CP

R

LDR

CP

OER1

f0f1f2f3

Cin

C

V

Z

N

Resultatregister (R) för lagring av utdata

14

Eftersom resultatet i ALU’ns U-register ändras direkt om någon av ingångarna ändras måste det vara möjligt att spara värdet i ett register.


Dataväg med Aritmetisk/Logisk Enhet (ALU)

15

OEB

1OEA

1

ALU

B

LDB

CPA

LDA

CP T

LDT

CP

R

LDR

CP

OER1

f0f1f2f3

Cin

C

V

Z

N

LDR

LDA

LDB

LDT

OE

A

OE

R

OE

B

f 0 f 1 f 3f 2 c in C

P

”1"”0"

Manöverpanel – strömställare för styrsignaler.


16

Arkiv -> Datavägen ->Enkel Dataväg



Exempel: B+1→B (INCrement B)

17

f3 f2 f1 f0U = f(D,E,F,Cin)

Operation Resultat0 0 0 0 Bitvis nollställning 00 0 0 1 D0 0 1 0 E0 0 1 1 Bitvis invertering D1k

0 1 0 0 Bitvis invertering E1k 0 1 0 1 Bitvis OR D OR E0 1 1 0 Bitvis AND D AND E0 1 1 1 Bitvis XOR D XOR E1 0 0 0 D + 0 + Cin D + Cin 1 0 0 1 D + FF16 + Cin D 1 + Cin 1 0 1 0 D + E + Cin 1 0 1 1 D + D + Cin 2D + Cin 1 1 0 0 D +E1k + Cin D E 1 + Cin 1 1 0 1 Bitvis nollställning 01 1 1 0 Bitvis nollställning 01 1 1 1 Bitvis ettställning FF16

Observera att en given operation som regel kan utföras på flera olika sätt. Vi eftersträvar vanligtvis det effektivaste (minst klockcykler).


18

RTN-beskrivning: CP1: ______________ ______________ CP2: ______________ ______________ CP3: ______________ ______________ CP4: ______________ ______________

CP5: ______________ ______________

B→DCin = 1

F=1,0,0,0

U→R

Steg 1:

Resultatet B+1 finns nu i register R.

Eftersom bussen är upptagen krävs ytterligare steg för att återföra resultatet till B

Steg 2:R→B

B+1 → R

I RTN-beskrivningen anger vi, klockpuls för klockpuls, hur datavägen används.

R→B(D + Cin)


19

RTN-beskrivning: CP1: ______________ ______________ CP2: ______________ ______________ CP3: ______________ ______________ CP4: ______________ ______________

CP5: ______________ ______________

B+1 → R

R→B

CPOE LD ALU Funk

SrcS A B R A B T R 3 2 1 0 Cin

1 0 0 1 0 0 0 0 1 1000 1 00

2 0 0 0 1 0 1 0 0 0000 0 00

Utifrån RTN-beskrivningen, fyll i tabellen med styrsignalernas värden

I DigiFlex får tabellen följande utseende:


Nollställning av register A, CLRA

20

Cykel Operation (RTN) Aktivastyrsignaler

Beskrivning

1 0→RLDR

ALU’ns U-register nollställs ty F(0), dvs f3=f2=f1=f0=0. Vid klockpulsen överförs U till R.

2 R→A OER, LDA Innehållet i register R överförs till register A

OEB

1OEA

1

ALU

B

LDB

CPA

LDA

CP T

LDT

CP

R

LDR

CP

OER1

f0f1f2f3

Cin

C

V

Z

N

LDR

LDA

LDB

LDT

OE

A

OE

R

OE

B

f 0 f 1 f 3f 2 c in C

P

”1"”0"1

2

LDR

LDA

LDB

LDT

OE

A

OE

R

OE

B

f 0 f 1 f 3f 2 c in C

P

”1"”0"

I DigiFlex:


Bitvis komplementbildning av registerinnehåll A, COMA

21

OEB

1OEA

1

ALU

B

LDB

CPA

LDA

CP T

LDT

CP

R

LDR

CP

OER1

f0f1f2f3

Cin

C

V

Z

N

Cykel Operation (RTN) Styrsignaler Beskrivning1 A’→R OEA,

f1, f0

LDR

A kopplas till ALU’nF(3), dvs f3=f2=0,f1=f0=1. Vid klockpulsen överförs U till R.

2 R→A OER, LDA Innehållet i register R överförs till register A

LDR

LDA

LDB

LDT

OE

A

OE

R

OE

B

f 0 f 1 f 3f 2 c in C

P

”1"”0"1

2

LDR

LDA

LDB

LDT

OE

A

OE

R

OE

B

f 0 f 1 f 3f 2 c in C

P

”1"”0"I DigiFlex:


Sammanfattning

22

”Dataväg och minne”

”Styrenhet med fast kopplad logik”

”Mikroprogrammerad styrenhet”

Documents

EDA 451 - Digital och Datorteknik Dagens föreläsning: Centralenheten och dess byggblock ,