EDA451 - Digital och Datorteknik 2010/2011. EDA Digital och Datorteknik

Transkript

1 EDA 45 - Digital och Datorteknik Dagens föreläsning: Centralenheten och dess byggblock, läroboken kapitel 7 arbetsbokens kapitel 0-4 Ur innehållet: Laddbara register och bussar Överföring mellan register, Dataväg Dataväg med Aritmetik/Logik- enhet (ALU) En manuell styrenhet Centralenheten Dataväg med ALU Dataväg och minne Styrenhet med fast kopplad logik Mikroprogrammerad styrenhet Centralenheten 2

2 Illustration, ti Digiflex ifl Arkiv -> Kombinatorik/Sekvensnät ->Klockat Register R LD R OE R Centralenheten 3 x e f 0 0 Z 0 Z x Gi Grind x 0 0 OEx Grind y OEy y Grind OEz z z Högst en OE- signal får vara aktiv åt gången... Centralenheten 4

3 Register och bussar, Dataväg Centralenheten 5 Illustration, ti Digiflex ifl exempel: (R) A Arkiv -> Datavägen ->Dataöverföring mellan register OE R LD A 2 3 buss rega 4 regr Styrsignaler för enkel dataväg Fyll i styrsignalvärdena, för överföringen R A i följande tabell. OE S OE A OE B OE T OE R LD A LD B LD T LD R RTNbeskrivning R A Centralenheten 6

4 Hur många klockpulser krävs för att placera värdet 7 6 i register A,B,T och R? Lösning; Fyll i styrsignalvärdena, för överföringen 7 6 ABTRifölj A,B,T,R i följande tabell. tbll Värdet placeras på bussen från Source OE S OE A OE B OE T OE R LD A LD B LD T LD R RTNbeskrivning R A,B,T,R Centralenheten 7 För in styrsignalerna......ge klockpuls... Centralenheten 8

5 Aritmetisk/Logisk ti i k Enhet (ALU) F (f 3,f 2,f,f 0 ) D kombinatorik D (d 7 -d 0 ) E (e 7 -e 0 ) (d 7,d 6,d 5,d 4, 0 d 3,d 2,d,d 0 ) C in ALU N,Z,V,C E (e 7,e 6,e 5,e 4, e 3,e 2,e,e 0 ) N V Z C U (u 7,u 6,u 5,u 4, u 3,u 2,u,u 0 ) U (u 7 -u 0 ) C in F (f 3,f 2,f,f 0 ) Centralenheten 9 ALU ns funktioner D (d7-d0) E (e7-e0) F (f3,f2,f,f0) Cin ALU N,Z,V,C U (u7-u0) Centralenheten 0

6 Illustration, ti Digiflex ifl Arkiv -> Kombinatorik/Sekvensnät ->Aritmetik/Logik enhet Centralenheten Anslutning av ALU till datavägen Hur kopplar vi in en ALU till datavägen? Centralenheten 2

7 Temporärregister (T) för lagring av indata Bussen kan bara innehålla en av ALU ns operander åt gången Centralenheten 3 Resultatregister t t (R) för lagring av utdata t Eftersom resultatet i ALU ns U-register ändras direkt om någon av ingångarna ändras måste det vara möjligt att spara värdet i ett register. Centralenheten 4

8 Dataväg med Aritmetisk/Logisk ti i k Enhet (ALU) Manöverpanel strömställare för styrsignaler. Centralenheten 5 Illustration, ti Digiflex ifl Arkiv -> Datavägen ->Enkel Dataväg Centralenheten 6

9 Exempel: B+ B B (INCrement B) f3 f2 f f0 U = f(d,e,f,cin) Operation Resultat Bitvis nollställning D E 0 0 Bitvis invertering D k Bitvis invertering E k 0 0 Bitvis OR D OR E 0 0 Bitvis AND D AND E 0 Bitvis XOR D XOR E D Cin D + Cin 0 0 D + FF 6 +Cin D +Cin 0 0 D + E + Cin 0 D+D+Cin 2D+Cin 0 0 D +E k +Cin D E +Cin 0 Bitvis nollställning 0 0 Bitvis nollställning 0 Bitvis ettställning FF 6 Observera att en given operation som regel kan utföras på flera olika sätt. Vi eftersträvar vanligtvis det effektivaste (minst klockcykler). Centralenheten 7 IRTN-beskrivningen anger vi, klockpuls för klockpuls, hur datavägen används. Steg : B D Cin = F=,0,0,0 U R (D + Cin) Resultatet B+ finns nu i register R. RTN-beskrivning: B+ R : 2: 3: R B Eftersom bussen är upptagen krävs ytterligare steg för att återföra resultatet till B 4: Steg 2: R B 5: Centralenheten 8

10 RTN-beskrivning: B+ R : R B 2: 3: Utifrån RTN-beskrivningen, fyll i tabellen med styrsignalernas värden OE LD ALU Funk Src S A B R A B T R Cin : 5: I DigiFlex får tabellen följande utseende: Centralenheten 9 Nollställning av register A, CLRA Cykel Operation (RTN) Aktiva Beskrivning styrsignaler 0 R ALU ns U-register nollställs ty LD R F(0), dvs f 3 =f 2 =f =f 0 =0. Vid klockpulsen överförs U till R. 2 R A OE R,LD A Innehållet i register R överförs till register A LDA A LDB B f0 f f2 f3 Cin LDT ALU T C V Z N LDR R I DigiFlex: OEA OER OEB 2 Centralenheten 20

11 Bitvis komplementbildning av registerinnehåll A, COMA Cykel Operation (RTN) Styrsignaler Beskrivning A R OE A, A kopplas tillalu n f,f 0 LD R F(3), dvs f 3 =f 2 =0,f =f 0 =. Vid klockpulsen överförs U till R. 2 R A OE R,LD A Innehållet i register R överförs till register A A B T LDA LDB LDT f0 f f2 f3 Cin LDR OER OEA OEB ALU R C V Z N 2 I DigiFlex: Centralenheten 2 Sammanfattning Dataväg och minne Styrenhet med fast kopplad logik Mikroprogrammerad styrenhet Centralenheten 22