ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ Ι

ΦΘΙΝ. 2003-2004

ΑΝΔΡΕΑΣ ΜΟΣΧΟΒΟΣ

ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΚΥΚΛΩΝ. ΜΟΝΑΔΑ ΕΛΕΓΧΟΥ (CONTROL)

ΟΠΩΣ ΕΙΔΑΜΕ ΚΑΤΑ ΤΟΝ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΤΟΥ DATAPATH ΧΡΕΙΑΖΟΝΤΑΙ ΠΟΛΛΟΙ ΚΥΚΛΟΙ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΚΑΘΕ ΜΙΑΣ ΕΝΤΟΛΗΣ. ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝΑ Η ΕΝΤΟΛΗ BEQ ΑΠΑΙΤΕΙ 3 ΚΥΚΛΟΥΣ ΓΙΑ ΝΑ ΟΛΟΚΛΗΡΩΘΕΙ, ΟΙ ΕΝΤΟΛΕΣ ΠΡΑΞΕΩΝ ΚΑΙ STORE ΑΠΑΙΤΟΥΝ 4 ΚΥΚΛΟΥΣ, ΕΝΩ Η ΕΝΤΟΛΗ LOAD ΑΠΑΙΤΕΙ 5 ΚΥΚΛΟΥΣ.

O ΠΑΡΑΚΑΤΩ ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΥΝΟΨΗΖΕΙ ΤΑ ΒΗΜΑΤΑ ΕΚΤΕΛΕΣΗΣ ΟΛΩΝ ΤΩΝ ΚΑΤΗΓΟΡΙΩΝ ΕΝΤΟΛΩΝ:

(R-TYPE = ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΚΑΙ ΛΟΓΙΚΕΣ)

Ο ΕΛΕΓΧΟΣ ΥΛΟΠΟΙΕΙΤΑΙ ΩΣ ΕΝΑ ΑΥΤΟΜΑΤΟ (ΜΗΧΑΝΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ) ΤΟ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΤΟΥ ΟΠΟΙΟΥ ΕΙΝΑΙ ΣΕ ΑΠΛΟΠΟΙΜΕΝΗ ΜΟΡΦΗ ΤΟ:

ΤΟ ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΕΙΝΑΙ ΤΟ:

ΚΑΘΕ ΚΥΚΛΟΣ ΑΝΤΙΠΡΟΣΩΠΕΥΕΙ ΜΙΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ. ΜΕΣΑ ΣΕ ΚΑΘΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΣΗΜΕΙΩΝΟΥΜΕ ΤΙΣ ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΕΣ ΠΟΥ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΣΥΜΒΟΥΝ ΣΤΟ DATAPATH. ΟΙ ΑΚΜΕΣ ΠΟΥ ΕΝΩΝΟΥΝ ΤΙΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΕΧΟΥΝ ΣΗΜΕΙΩΜΕΝΗ ΚΑΙ ΤΗ ΣΥΝΘΗΚΗ ΚΑΤΩ ΑΠΟ ΤΗΝ ΟΠΟΙΑ ΓΙΝΕΤΑΙ Η ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΗ ΜΕΤΑΒΑΣΗ (Η ΕΛΕΙΨΗ ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝΗΣ ΣΥΝΘΗΚΗΣ ΣΗΜΑΙΝΕΙ ΠΩΣ Η ΜΕΤΑΒΑΣΗ ΓΙΝΕΤΑΙ ΠΑΝΤΑ).

ΓΙΑ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΑΠΟ ΤΗΝ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ 0 (ΒΗΜΑ 1) ΠΑΝΤΑ ΜΕΤΑΒΑΙΝΟΥΜΕ ΣΤΗΝ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΒΗΜΑ 2. ΕΝΩ ΑΠΟ ΤΗΝ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ «ΒΗΜΑ 2» ΜΠΟΡΟΥΜΕ ΝΑ ΜΕΤΑΒΟΥΜΕ ΣΕ ΤΡΕΙΣ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ. Η ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΗΣ ΚΑΤΑΛΛΗΛΗΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΓΙΝΕΤΑΙ ΑΠΟ ΤΗΝ ΤΙΜΗ ΤΟΥ ΠΕΔΙΟΥ OPCODE TOY ΚΑΤΑΧΩΡΗΤΗ IR.

ΟΙ ΕΝΕΡΓΕΙΕΣ ΠΟΥ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΣΥΜΒΟΥΝ ΣΤΟ DATAPATH METAΦΡΑΖΟΝΤΑΙ ΣΕ ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝΑ ΣΗΜΑΤΑ ΑΝΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ. ΟΠΟΤΕ ΤΟ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΜΕΤΑΤΡΕΠΕΤΑΙ ΣΤΟ:

ΤΟ ΠΑΡΑΠΑΝΩ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΙ (ΓΝΩΣΕΙΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ) ΠΛΗΡΩΣ ΤΟ ΑΥΤΟΜΑΤΟ ΠΟΥ ΥΛΟΠΟΙΕΙ ΤΗ ΛΟΓΙΚΗ ΕΛΕΓΧΟΥ ΤΟΥ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΗ ΜΑΣ.

ΥΠΑΡΧΟΥΝ ΣΥΝΟΛΙΚΑ 9 (0-8) ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΑΡΑ 4 ΒΙΤ ΜΑΣ ΕΙΝΑΙ ΑΡΚΕΤΑ ΓΙΑ ΝΑ ΤΙΣ ΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΣΟΥΜΕ. ΤΟ ΚΥΚΛΩΜΑ ΕΛΕΓΧΟΥΝ ΛΟΙΠΟΝ ΠΑΙΡΝΕΙ ΤΗΝ ΠΑΡΑΚΑΤΩ ΜΟΡΦΗ:

ΟΠΟΥ «INPUTS FROM INSTRUCTION REGISTER OPCODE FIELD» ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΕΙ ΣΤΟ ΠΕΔΙΟ OPCODE TOY ΚΑΤΑΧΩΡΗΤΗ IR.

STATE REGISTER = Ο ΚΑΤΑΧΩΡΗΤΗΣ Η ΤΙΜΗ ΤΟΥ ΟΠΟΙΟΥ ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΙ ΤΗΝ ΤΡΕΧΟΥΣΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ (ΜΙΑ ΑΠΟ 8).

ΝΕΧΤ STATE = Η ΕΠΟΜΕΝΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ, Η ΟΠΟΙΑ ΟΠΩΣ ΦΑΙΝΕΤΑΙ ΣΤΟ ΣΧΗΜΑ ΥΠΟΛΟΓΙΖΕΤΑΙ ΩΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΤΟΥ OPCODE KAI THΣ ΤΡΕΧΟΥΣΑΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΤΗΣ.

DATAPATH CONTROL OUTPUTS = ΤΑ ΔΙΑΦΟΡΑ ΣΗΜΑΤΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΤΟΥ DATAPATH, TA ΟΠΟΙΑ ΕΙΝΑΙ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΤΗΣ ΤΡΕΧΟΥΣΑΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ.

ΓΙΑ ΤΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΤΗΣ ΣΥΝΔΙΑΣΤΙΚΗΣ ΛΟΓΙΚΗΣ ΘΑ ΣΧΗΜΑΤΙΣΟΥΜΕ ΑΡΧΙΚΑ ΤΟΝ ΠΙΝΑΚΑ ΜΕΤΑΒΑΣΕΩΝ ΠΟΥ ΕΧΕΙ ΤΗΝ ΠΑΡΑΚΑΤΩ ΜΟΡΦΗ:

ΤΡΕΧΟΥΣΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ	ΕΙΣΟΔΟΙ	ΕΠΟΜΕΝΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ
0	Χ	1
1	LOAD	2
1	STORE	2
1	R-TYPE	6
1	BEQ	8
2	LOAD	3
2	STORE	5
3	X	4
4	X	0
5	X	0
6	X	7
7	X	0
8	X	0

ΒΑΣΕΙ ΑΥΤΟΥ ΤΟΥ ΠΙΝΑΚΑ ΜΠΟΡΟΥΜΕ ΝΑ ΣΧΕΔΙΑΣΟΥΜΕ ΤΗ ΣΥΝΔΙΑΣΤΙΚΗ ΛΟΓΙΚΗ ΠΟΥ ΠΑΡΑΓΕΙ ΤΑ ΣΗΜΑΤΑ «ΕΠΟΜΕΝΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ» ΚΑΙ ΟΥΣΙΑΣΤΙΚΑ ΥΛΟΠΟΙΕΙ ΤΙΣ ΜΕΤΑΒΑΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ.

ΟΠΩΣ ΣΧΕΔΙΑΣΑΜΕ ΤΟ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΤΑ ΣΗΜΑΤΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΕΙΝΑΙ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΜΟΝΟ ΤΗΣ ΤΡΕΧΟΥΣΑΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΟΠΟΤΕ ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΑ ΘΑ ΕΧΟΥΜΕ ΕΝΑΝ ΠΙΝΑΚΑ ΑΛΗΘΕΙΑΣ ΜΕ ΕΙΣΟΔΟΥΣ ΤΗΝ ΤΡΕΧΟΥΣΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΑΙ ΕΞΟΔΟΥΣ ΤΑ ΔΙΑΦΟΡΑ ΣΗΜΑΤΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΤΟΥ DATAPATH.

ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΕΛΕΓΧΟΥ ΜΕ ΜΙΚΡΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟ

Η ΠΑΡΑΠΑΝΩ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΟΝΟΜΑΖΕΤΑΙ ΚΑΙ ΚΑΛΩΔΙΩΜΕΝΗ (HARDWIRED) ΜΙΑ ΚΑΙ ΔΕΝ ΠΑΡΕΧΕΙ ΚΑΜΙΑ ΕΥΧΕΡΕΙΑ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΤΗΣ. ΥΠΑΡΧΕΙ ΜΙΑ ΠΙΟ ΓΕΝΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΠΟΥ ΒΑΣΙΖΕΤΑΙ ΣΤΗΝ ΕΝΝΟΙΑ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ. Η ΤΕΧΝΙΚΗ ΑΥΤΗ ΗΤΑΝ ΕΞΑΙΡΕΤΙΚΑ ΔΗΜΟΦΙΛΗΣ ΜΕΧΡΙ ΚΑΙ ΤΗ ΔΕΚΑΤΙΑ ΤΟΥ 80 ΓΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟΥΣ ΛΟΓΟΥΣ. ΣΗΜΕΡΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΕΙΤΑΙ ΚΥΡΙΩΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΠΟΛΥΠΛΟΚΩΝ ΕΝΤΟΛΩΝ.

Ο ΕΛΕΓΧΟΣ ΛΟΙΠΟΝ ΥΛΟΠΟΙΕΙΤΑΙ ΩΣ ΕΝΑΣ ΠΟΛΥ ΑΠΛΟΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΗΣ ΜΕ ΑΠΛΕΣ ΕΝΤΟΛΕΣ. Ο ΕΠΕΞΕΞΕΡΓΑΣΤΗΣ ΑΥΤΟΣ ΔΕΝ ΕΧΕΙ ΚΑΤΑΧΩΡΗΤΕΣ Η ΜΝΗΜΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ, ΜΟΝΟ ΜΙΑ ΜΝΗΜΗ MIΚΡΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ. ΥΠΑΡΧΟΥΝ ΛΟΙΠΟΝ ΔΙΕΥΘΥΝΣΕΙΣ ΤΩΝ ΕΝΤΟΛΩΝ ΣΕ ΑΥΤΗΝ ΤΗ ΜΝΗΜΗ ΠΟΥ ΕΙΝΙΑ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΕΣ ΑΠΟ ΤΙΣ ΔΙΕΥΘΥΝΣΕΙΣ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΠΟΥ ΕΚΤΕΛΕΙΤΑΙ ΣΤΟΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΗ. Η ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΓΙΝΕΤΑΙ ΜΕ ΤΗ ΒΟΗΘΕΙΑ ΕΝΟΣ ΞΕΧΩΡΙΣΤΟΥ PC, ΠΟΥ ΟΝΟΜΑΖΕΤΑΙ ΜΙΚΡΟ-PC.

ΣΤΗΝ ΠΙΟ ΕΥΚΟΛΗ ΠΡΟΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗ ΜΟΡΦΗ ΤΟΥ ΚΑΘΕ ΕΝΤΟΛΗ ΑΠΟΤΕΛΕΙΤΑΙ ΑΠΟ ΔΥΟ ΜΕΓΑΛΑ ΤΜΗΜΑΤΑ: (1) TO ΤΜΗΜΑ ΠΟΥ ΔΙΝΕΙ ΤΙΜΕΣ ΣΤΑ ΣΗΜΑΤΑ ΕΛΕΓΧΟΥ, ΚΑΙ (2) ΤΟ ΤΜΗΜΑ ΠΟΥ ΑΠΟΦΑΣΙΖΕΙ ΠΟΙΑ ΜΙΚΡΟΕΝΤΟΛΗ ΘΑ ΕΚΤΕΛΕΣΤΕΙ ΣΤΗ ΣΥΝΕΧΕΙΑ. ΚΑΘΕ ΜΙΚΡΟΕΝΤΟΛΗ ΥΛΟΠΟΙΕΙ ΕΝΑΝ ΚΥΚΛΟ ΤΟΥ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ,

Π.Χ. ΤΟ ΤΜΗΜΑ ΠΟΥ ΔΙΝΕΙ ΤΙΣ ΤΙΜΕΣ ΣΤΑ ΣΗΜΑΤΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΤΟΥ DATAPATH ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΠΕΡΙΕΧΕΙ ΑΠΟ ΕΝΑ BIT ΑΝΑ ΣΗΜΑ ΕΛΕΓΧΟΥ:

PCWrite	REGWrite	ΑLUSrcB	...	MemToReg
1	0	1	...	1

ΜΠΟΡΟΥΜΕ ΛΟΙΠΟΝ ΘΕΤΩΝΤΑΣ ΤΙΣ ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΕΣ ΤΙΜΕΣ ΣΤΗΝ ΜΙΚΡΟΕΝΤΟΛΗ ΝΑ ΘΕΣΟΥΜΕ ΑΜΕΣΑ ΚΑΙ ΤΑ ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΑ ΣΗΜΑΤΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΤΟΥ DATAPATH.

Π.Χ ΤΟ ΜΙΚΡΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΝΤΟΛΗ LOAD ΘΑ ΑΠΟΤΕΛΕΙΤΑΙ ΑΠΟ 5 ΜΙΚΡΟΕΝΤΟΛΕΣ ΠΟΥ Η ΚΑΘΕΜΙΑ ΤΟΥΣ ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΕΙ ΣΤΑ 5 ΒΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΚΑΛΩΔΙΩΜΕΝΗΣ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗΣ.

ΤΟ ΔΕΥΤΕΡΟ ΤΜΗΜΑ ΤΗΣ ΚΑΘΕ ΜΙΚΡΟΕΝΤΟΛΗΣ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΕΙΤΑΙ ΓΙΑ ΝΑ ΑΠΟΦΑΣΙΖΟΥΜΕ ΠΟΙΑ ΜΙΚΡΟΕΝΤΟΛΗ ΘΑ ΑΚΟΛΟΥΘΗΣΕΙ. ΥΠΑΡΧΟΥΝ ΠΟΛΛΕΣ ΕΠΙΛΟΓΕΣ. ΜΙΑ ΠΟΥ ΔΟΥΛΕΥΕΙ ΣΤΗ ΔΙΚΗ ΜΑΣ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΕΙΝΑΙ ΝΑ ΕΠΙΤΡΕΨΟΥΜΑ ΝΑ ΔΗΛΩΘΕΙ ΜΙΑ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΜΙΚΡΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΕΙΤΕ ΑΠΕΥΘΕΙΑΣ, EITE ΩΣ ΒΑΣΗ + 8 * OPCODE. H ΤΙΜΗ «ΒΑΣΗ» ΔΙΝΕΤΑΙ ΜΕΣΑ ΣΤΗΝ ΜΙΚΡΟΕΝΤΟΛΗ. ΜΕ ΑΥΤΟΝ ΤΟ ΤΡΟΠΟ ΤΟ ΜΙΚΡΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΚΑΘΕ ΕΝΤΟΛΗΣ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΕΧΕΙ ΜΕΧΡΙ ΚΑΙ 8 ΜΙΚΡΟΕΝΤΟΛΕΣ. ΠΙΟ ΓΕΝΙΚΟΙ ΤΡΟΠΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΔΙΕΘΥΝΣΗΣ ΤΗΣ ΕΠΟΜΕΝΗΣ ΜΙΚΡΟΕΝΤΟΛΗΣ ΕΙΝΑΙ ΔΥΝΑΤΟΙ. (ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΤΗΝ ΕΝΟΤΗΤΑ 3 ΤΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ 3 ΑΠΟ ΤΟ ΣΥΝΟΔΕΥΤΙΚΟ ΣΥΓΓΡΑΜΑ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ 1 ΓΙΑ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ.)

ΕΤΣΙ ΟΙ ΠΡΩΤΕΣ ΔΥΟ ΜΙΚΡΟΕΝΤΟΛΕΣ ΘΑ ΕΙΝΑΙ ΟΙ ΠΑΡΑΚΑΤΩ:

ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΜΙΚΡΟΕΝΤΟΛΗΣ	ΣΗΜΑΤΑ ΕΛΕΓΧΟΥ	ΕΠΟΜΕΝΗ ΜΙΚΡΟΕΝΤΟΛΗ	+ 8 * OPCODE;
0	PC = PC + 4 KAI IR=MEM[PC]	1	ΟΧΙ
1	Α=...,Β=..., ALUOUT=PC+…	3	NAI
3	R-TYPE BHMA 3
...	...
10	R-TYPE BHMA 10
...	...
35	BHMA 3 ΓΙΑ OPCODE=0X04

Η ΠΡΩΤΗ (ΠΟΥ ΒΡΙΣΚΕΤΑΙ ΣΤΗ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΜΙΚΡΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ) ΔΙΑΒΑΖΕΙ ΑΠΟ ΤΗ ΜΝΗΜΗ ΤΗΝ ΕΝΤΟΛΗ ΚΑΙ ΑΥΞΑΝΕΙ ΤΟΝ PC KATA 4. ΔΗΛΩΝΕΙ ΠΩΣ Η ΕΠΟΜΕΝΗ ΜΙΚΡΟΕΝΤΟΛΗ ΕΙΝΑΙ Η 1. Η ΔΕΥΤΕΡΗ ΕΚΤΕΛΕΙ ΣΤΟ DATAPATH TIΣ ΕΝΕΡΓΕΙΕΣ ΠΟΥ ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΟΥΝ ΣΤΟ ΒΗΜΑ 2 ΚΑΙ ΔΗΛΩΝΕΙ ΠΩΣ Η ΕΠΟΜΕΝΗ ΜΙΚΡΟΕΝΤΟΛΗ ΒΡΙΣΚΕΤΑΙ ΣΤΗ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ 3 + ΟPCODE * 8.