TU Wien:Technische Grundlagen der Informatik VU (Kastner)/Kapitel Micro16

• 01 Zahlendarstellung
• 02 Numerik
• 03 Codierung
• 04 Informationstheorie
• 05 Boolesche Algebra
• 06 KV-Diagramme und BDD
• 07 Moore- & Mealy-AutomatenTGI+GDS

  ---

• 08 Digitalschaltungen, KominatorikTGI
• 09 Sequentielle Logik
• 10 Speicher
• 14 Micro16
• 15 Befehlssatz
• 16 Pipelining
• 17 Speichermanagement
• 18 Chipsatz
• 19 Multi-Core
• 20 Netzwerke

Seite um Informationen über und Code für den Micro16-Simulator zu sammeln. Der Simulator wurde vom TGI-Team entwickelt, ist in Java geschrieben und auf TUWEL verfügbar.

Komponenten

Arithmetic Logic Unit

ALU	Beschreibung	Syntax
00	A-Bus unverändert durchschalten	A
01	Addition	A + B
10	Und-Verknüpfung	A & B
11	negiert A-Bus	~A

Rechnet im Zweierkomplement mit 16 Bit breiten Datenwörtern aus Registern. Das Ergebnis geht durch den #Shifter.

Ausgänge für #Micro Sequencing Logic:

• N: Ergebnis ist negativ (MSB=1)
• Z: Ergebnis ist zero

Shifter

SH	Beschreibung	Syntax
00	keine Veränderung	X
01	left shift	lsh(X)
10	right shift	rsh(X)
11	ungültig

Micro Sequencing Logic

COND	Beschreibung	Syntax
00	kein Sprung
01	Sprung, wenn N=1	if N goto addr
10	Sprung, wenn Z=1	if Z goto addr
11	unbedingter Sprung	goto addr

Register File

0

1

-1

PC

R0-R10

AC

16 Register, die je 16 Bit breit sind. Die ersten drei sind nicht schreibbar.

Micro Instruction Register

Ein Codewort ist 32 bit groß.

Feld	Beschreibung	Syntax
AMUX	Ob das Memory Buffer Register als A-Eingang der ALU verwendet wird.	… <- MBR
COND	Sprungbedingung für die #Micro Sequencing Logic (2 bit)	[if N/Z] goto addr
ALU	Operation für die #Arithmetic Logic Unit (2 bit)	A, A+B, A&B, ~A
SH	Operation für den #Shifter (2 bit)	X, lsh(X), rsh(X)
MBR	Ob der S-Bus in das Memory Buffer Register geschrieben wird.	MBR <- …
MAR	Ob der B-Bus in das Memory Address Register geschrieben wird.	MAR <- R
RD/WR	Wenn MS (memory select) gesetzt ist, wird bei RD/WR=0 geschrieben und bei RD/WR=1 gelesen. Läuft über 2 Takte.	rd, wr
MS
ENS	Wenn ENS gesetzt ist, wird der S-Bus in das durch S-Bus gegebene Register geschrieben. (4 bit)	R <- …
S-Bus
B-Bus	Welches Register für den B-Bus ausgewählt wird. (4 bit)		A+B, A&B
A-Bus	Welches Register für den A-Bus ausgewählt wird. (4 bit)	A, ~A
ADDR	Sprungziel für Micro Instruction Counter, wenn COND erfüllt ist. (8 bit)	goto addr

Code Grundlagen

Vorzeichenumkehr

R1 <- ~R1
R1 <- R1 + 1

Weil die ALU im Zweierkomplement rechnet.

Zweimal links shiften

Benötigt nur eine Instruktion:

R1 <- lsh(R1 + R1)

XOR

# R0 = R1 XOR R2 = (R1 & ~R2) + (~R1 & R2)
R3 <- ~R2
R3 <- R1 & R3
R4 <- ~R1
R4 <- R4 & R2
R0 <- R3 + R4

Code Beispiele

Gerades Paritätsbit

R0 <- 0 # even parity of R1
(R1); if Z goto .end :loop
    R3 <- R1 & 1
    R3 <- R3 + R0
    R0 <- R3 & 1
    R1 <- rsh(R1)
    goto .loop
:end

Für ungerade Parität setzt man R0 anfänglich auf 1.

Multiplikation

# Multiplikation zweier positiver Zahlen kleiner 2^8 - 1
# R0 = R1 * R2
(R1); if Z goto .end :loop
    R0 <- R0 + R2
    R1 <- R1 + (-1); goto .loop
:end

Division

# R0 = R1 / R2
# R1 = R1 % R2
R0 <- 0
R2 <- ~R2
R2 <- R2 + 1
:loop
    (R1 + R2); if N goto .end
    R0 <- R0 + 1
    R1 <- R1 + R2
    goto .loop
:end

Arithmetischer right shift

# R0 = R0 >>> 1
R1 <- rsh(-1)
R1 <- ~R1
R1 <- R0 & R1
R0 <- rsh(R0)
R0 <- R0 + R1