2. Разработка архитектуры цп

2.1. Уточнение структуры системы

Разрабатываемый процессор предназначен для использования в качестве встроенного процессора.

Обобщенная структура процессора, соответствующая гарвардской архитектуре, приведена на рис. 1. Она представляет собой одноплатную ЭВМ, предназначенную для встроенных применений. На плате размещаются: ЦП, память данных, счетчик-таймер, адаптер интерфейса. Кроме того, на плате могут размещаться вспомогательные схемы и интерфейсные схемы для подключения внешних устройств (на рис. 1 эти схемы не показаны).

Разрабатываемая плата не имеет собственной дисковой памяти, дисплея и клавиатур. Предполагается, что разработка и отладка программного обеспепечения осуществляются на инструментальной машине с использованием кросс-систем программирования. В качестве инструментальной машины может использоваться, например рабочая станция, имеющая в своем составе дисплей, клавиатуру, дисковую память и т. п.

Рис. 1. Обобщённая структура процессора.

2.2. Архитектура внешних выводов

Архитектура представлена на рис. 1.

Рис. 1. Внешние выводы процессора и сопроцессора.

AD– совмещенная 32-разрядная шина адрес/данные;

ALE– сигнал, означающий, что находится в данный момент на шине А/Д: адрес или данные;

HLD– сигнал запроса на захват шины;

HLDA– сигнал подтверждения запроса на захват шины;

INT– сигнал запроса на прерывание;

INTA– сигнал подтверждения запроса на прерывание;

READ– сигнал чтения данных, выставленных на шину;

WRITE– сигнал записи (выставления) данных на шину;

BHE– разрешение записи старшего байта, задают выполняемую на шине операцию;

IN– сигнал чтения из порта;

OUT– сигнал записи в порт;

FRAME– сигнал режима пакетного обмена данными между ОП и кэшем, появление данного сигнала на шине означает начало транзакции, а снятие – указывает на то, что следующий цикл передачи данных на шине является последним.

RESET– сброс;

WAIT– ожидание данных от сопроцессора;

CLC– синхронизация;

FPBUSY– сопроцессор занят;

FPINT– ошибочная ситуация.

2.3. Выбор форматов данных

Рис. 2. основные используемые типы данных

Целые числа могут занимать слово или двойное слово. Они могут быть знаковыми и беззнаковыми. В знаковых целых самый старший бит отводится для индикации знака числа. Нуль соответствует плюсу, единица — минусу. Таким образом, возможный диапазон представляемых значений для знаковых целых составляет: от –2¹⁵ до 2¹⁵ для слов, от –2³¹ до 2³¹ для двойных слов. Беззнаковые целые могут принимать значения: от 0 до 2¹⁶-1 для слов, от 0 до 2³²-1 для двойных слов.

2.4. Выбор формата команд

В соответствии с техническим заданием, команды должны быть трёхадресными. Код операции (КОП) всегда занимает 6 бит, максимальное число команд равняется 64 (2⁶ = 64).

В соответствии с техническим заданием, команды должны быть трёхадресными. Код операции (КОП) всегда занимает 6 бит, максимальное число команд равняется 64 (2⁶= 64).

Поддерживаются 3 вида адресации: непосредственная(Н),прямая(П) иотносительная(О).

В зависимости от типа адресации варьируется формат команды, однако последние 16 бит команды всегда имеют одинаковый формат.

Важно отметить что команды считываются по 16 бит начиная с последних16 бит.

Рис. 3. Форматы команды

Последние 6 бит – всегда содержат КОП. В каждом двухразрядном полеП_iхранится способ адресации для соответствующего адресного поляА_i:

0x1– Непосредственная адресация (О_iсодержит непосредственно данные);

0x2– Прямая адресация (A_iсодержит адрес ячейки с данными);

0x3– Относительная адресация (Р_iсодержит адрес, прибавляемый к значению, хранящемся в регистре, указанном в полеИ);

0x0– Поле не используется (означает, что А_iне используется).

Адресные поля А1,А2иА3используются для хранения 1-го, 2-го и 3-го операндов. Фактически, полеA3, является результатом действия над и/или с использованием операндовA1иA2. ПолеХiслужит для указания формата данных (32, если 1, иначе - 16 бит).

Поле И задаёт регистр со смещением, используемый при относительной адресации. В случае команд «А-1» и «О-2» поля И нет, поэтому смещение хранится в жёстко заданном регистре.

Непосредственно можно передать лишь один операнд, а именно – О2. Такое ограничение продиктовано самим смыслом использования операций. Вне зависимости от размера данных, при непосредственной адресации операндО2всегда занимает 32 бита.

Случай с двумя операндами-регистрами (условно А-2) рассматривается как частный случай формата А-3, в котором поле А3 не используется.

Случай без операндов (условно А-0) аналогично рассматривается как частный случай формата А-1, без полей Х1 и А1.