STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST

Transkript

1 STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST EXPERIMENTÁLNÍ PROCESOROVÁ ARCHITEKTURA ATTOWPU 0.9 Tmáš Mariančík Kpřivnice 2011

2 STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST Obr SOČ: 18 infrmatika Experimentální prcesrvá archiketura attwpu 0.9 Experimental prcessr architecture attwpu 0.9 Autři: Škla: Tmáš Mariančík SPŠ elektrtechniky, infrmatiky a řemesel ve Frenštátě pd Radhštěm Kpřivnice 2011

3 Prhlášení Prhlašuji, že jsem svu práci vypracval samstatně, pužil jsem puze pdklady (literaturu, SW atd.) uvedené v přilženém seznamu a pstup při zpracvání a dalším nakládání s prací je v suladu se záknem č. 121/2000 Sb., právu autrském, právech suvisejících s právem autrským a změně některých záknů (autrský zákn) v platném znění. V dne pdpis:

4 ANOTACE attwpu je první z připravvané řady experimentálních prcesrvých architektur (tzv. WPU), které se pkušejí netradiční, nvé, riginální a zábavné náhledy na t, jak je strjvý kód zpracváván a také tvřen prgramátrem pmcí prgramvacích jazyků. attwpu zahrnuje specifikaci funkce tht prcesru, speciálníh prgramvacíh jazyka attasm, dále překladač pr jazyk attasm a simulátr, na kterém je mžné prgramy napsané pr attwpu testvat. AttWPU a pr něj určený jazyk attasm dává prgramátrům mžnst vyzkušet si méně tradiční způsb prgramvání, lépe pchpit způsby, důvdy a výhdy ptimalizace prgramu, umžňuje také pmcí attasm kódu nadefinvat funkci prcesru pr běh prgramu v libvlném frmátu v paměti prgramu a simulvat tak tereticky libvlný prcesr. Klíčvá slva: prgramvací jazyk, architektura prcesru, experiment, assembler, netradiční prgramvání, strjvý kód ANNOTATION attwpu is the first member f frthcming series f experimental prcessr architectures called WPUs, which tries t find untraditinal, new, riginal and entertaining ways f hw is machine cde prcessed and als created by prgrammer using prgramming languages. attwpu includes prcessr functin specificatin, defines special prgramming language attasm, furthermre it prvides cmpiler fr the attasm language and simulatr fr testing prgrams written fr the attwpu. AttWPU and assciated prgramming language attasm gives prgrammers pssibility t try less traditinal ways f prgramming and t better understand ways, reasns and benefits f prgram ptimizatin, it is als pssible t define prcessr's functin using the attasm cde, t run cde in arbitrary frmat in the prgram memry and thus simulate theretically any prcessr. Keywrds: prgramming language, prcessr architecture, experiment, assembler, untraditinal prgramming, and machine cde.

5 OBSAH Přehled... 8 Attinstrukce... 9 Sběrnice Adresvá sběrnice 8bitvá (bity 0 až 7) Řídící sběrnice 8 bitvá (bity 8 až 15) Datvá sběrnice 32bitvá (bity 16 až 47) Quick ajump sběrnice 16bitvá (bity 48 až 63) Jedntky prcesru Clck - Hdinvý generátr (---) Attcre - Jádr (---) apc write (přímý přístup pmcí Quick ajump sběrnice) apc (0x00) Vnitřní registry Řídicí kódy (2 platné bity) AttKód memry - Paměť attkódu (0x01) Interní registry Řídící kódy (4 platné bity) TEMP register - TEMP registr (0x02) Vnitřní registry Řídící kódy (4 platné bity) Register memry - Paměť registrů (0x03) Vnitřní registry Řídící kódy (5 platných bitů) ALU (0x04) Interní registry Řídící kódy (6 platných bitů)

6 OUT register - Výstupní registr (0x05) Vnitřní registry Řídící kódy (1 platný bit) FPU (0x06) Interní registry Řídící kódy (5 platných bitů) Memry cntrller A - Paměťvý řadič A (0x07) Vnitřní registry Řídící kódy (5 platných bitů) Paměťvý řadič B (0x08) SmallQueue - MaláFrnta (0x09) Interní registry Řídící kódy (5 platných bitů) LED cntrl - Výstup LED (0x0A) Interní registry Řídící kódy (2 platné bity) Text display cntrller - řadič textvéh displeje (0x0B) Vnitřní registry Řídící kódy (4 platné bity) LCD Display Cntrller - Řadič LCD (0x0C) Vnitřní registry Řídící kódy (5 platných bitů) Input cntrller - Řadič vstupu (0x0D) Rzlžení numerické klávesnice Čtení něklika skenvacích kódů Interní registry Řídící kódy (4 platné bity) Timer Cntrller - Řadič časvačů (0x0E)

7 Vnitřní registry Řídící kódy (5 platných bitů) Prgramvání Attassembler (attasm) Celá čísla Čísla s plvucí řádvu čárku ASCII znaky Attinstrukce Seskupvání attinstrukcí Syntaxe attinstrukcí Kmentáře Převd celých čísel na attinstrukce Návěští Specifikace libvlných dat - datvé blky ASCII řetězec Definice symblů Redefinice symblu Lkální symbly a návěští Organizace attkódu Custmizable Assembler (custasm) Datvá jedntka Jednduché výrazy Definice instrukcí a jejich pužití Kmentáře Symbly Návěští Přepis hdnty argumentu Vlžení subrů

8 Nastavení překladu Závěr Pužitá literatura a sftware Seznam přílh

9 PŘEHLED AttWPU je experimentální prcesrvá architektura ze série WPU (Weird Prcessing Unit - Pdivná prcesrvá jedntka) zahrnující příslušené prgramvací jazyky. Série WPU se snaží netradiční přístup k prgramvání v assembleru i prgramvání a způsbu zpracvání prgramu becně pr rzličné účely: výuka, zvědavst, zábava a dknce v jisté míře i umělecký záměr. Tat experimentální big-endian prcesrvá jedntka umžňuje prgramátrvi definvat funkci prcesru pmcí speciálníh jazyku - attassembleru. Samtný prcesr nemá přím žádnu funkci či mžnst řízení jeh jedntek pužitím knvenčních instrukcí, nebť v něm nejsu přím nadefinvány pkódy pr různé perace. Prcesr však rzumí třem pkódům speciálních attinstrukcí, pmcí kterých lze vytvřit attkód. Tyt instrukce umžňují měnit stavy vždy jednh z 64 bitů na sběrnici prcesru, tedy nastavit bit d lgické nuly, jedničky, či jej invertvat. Tat 64bitvá sběrnice je přím řízena jádrem prcesru a je rzdělena na čtyři lgické sběrnice: adresní sběrnici, řídicí sběrnici, datvu sběrnici a Quick ajump sběrnici. Tyt sběrnice umžňují výměnu dat mezi různými jedntkami prcesru a řídit jejich funkci patřičnu změnu bitů pmcí tří attinstrukcí. Základem prcesru je attjádr (attcre), během každéh cyklu je načtena attinstrukce z paměti attkódu, dekódvána na čísl bitu a peraci, načež je příslušný bit patřičně změněn. Následně je att prgram cunter (att prgramvý čítač, zkráceně apc) inkrementván, čímž djde k přesunu na další attinstrukci. Tent jednduchý prces se pakuje v neustálém cyklu. Prgramátr může definvat funkci prcesru vytvřením attkódu a ulžením d paměti attkódu: specificku sekvencí změny bitů na sběrnici může vládat jedntlivé jedntky prcesru dle svých ptřeb, bvykle takt vytvří attkód, který bude zpracvávat běžný prgram vytvřený v knvenčním jazyku symblických adres, ulženým v paměti prgramu a dat. Attkód vždy dekóduje kód instrukce (navržený prgramátrem) z paměti prgramu a dat a pté prvede patřičné perace s jedntkami prcesru. Tat speficikace se zabývá puze definicí architektury z phledu prgramátra, neuvádí příklad mžné realizace pmcí lgických hradel a dalších bvdů, dále definuje dva prgramvací jazyky určené pr attwpu. 8

10 ATTOINSTRUKCE Attinstrukce služí k vládání stavů individuálních bitů na sběrnici a umžňují tedy nastavit libvlné hdnty na těcht sběrnicích. K dispzici jsu tři attinstrukce, ppřípadě čtvrtá vlitelná, která ale není pr samtné prgramvání důležitá: Nastavit - změní bit d stavu lgické 1 nezávisle na aktuálním stavu Resetvat - změní bit d stavu lgické 0 nezávisle na aktuálním stavu Invertvat - invertuje aktuální stav příslušenéh bitu Zastavit - zastaví prcesr, vlitelná Attinstrukce musí být zkmbinvána s číslem (adresu) bitu, který mění: každý z bitů má unikátní adresu. Pr adresaci 64 bitů je ptřeba 6 bitů, dva bity jsu pak ptřeba pr zvlení patřičné perace. Každá attinstrukce má tedy velikst jednh bajtu - smi bitů, které jsu uspřádány v následujícím frmátu: IH IL BN5 BN4 BN3 BN2 BN1 BN Kód perace je zakódván pmcí bitů IH (Instructin High bit) a IL (Instructin Lw bit) dle následující tabulky: IH IL Instrukce 0 0 Resetvat 0 1 Nastavit 1 0 Invertvat 1 1 Zastavit/nedefinván Bity BN0 až BN5 (Bit Number - Čísl Bitu) pak určují čísl bitu: d 0 až p 63 v dekadické sustavě. Speciální attinstrukce Zastavit zastaví běh prcesru až d jeh resetvání uživatelem, význam má zejména v simulátru prcesru, nebť umžňuje kupříkladu indikvat dknčení prgramu, cž lze využít při měření ptimalizace, dle ptřeby je však mžné tut attinstrukci ignrvat u implementací kde nemá velký význam. 9

11 SBĚRNICE Sběrnice jsu nejdůležitější sučástí tht prcesru, nebť veškeré statní sučásti jsu k tét sběrnici paralelně připjeny a mhu být pmcí nich řízeny a vyměňvat si navzájem data. Prcesr v pdstatě bsahuje jednu 64bitvu sběrnici, která je ale lgicky rzdělena na čtyři sběrnice s různým účelem. ADRESOVÁ SBĚRNICE 8BITOVÁ (BITY 0 AŽ 7) Nebť prcesr bsahuje různé jedntky, které může prgramátr využít k realizaci svých prgramů, je ptřeba vždy vybrat puze jedinu jedntku předtím, než bude řízena řídicími kódy. Všechny vladatelné jedntky jsu připjeny k adresvé sběrnici, prt výběr prbíhá právě pmcí tét sběrnice. Je-li adresa na sběrnici shdná s adresu jedntky, začne daná jedntka přijímat řídící kódy d řídící sběrnice (viz níže), statní jedntky budu tyt řídící kódy ignrvat. Nebť je sběrnice 8bitvá, je teretické maximum 256 jedntek, cž pskytuje dstatečnu rezervu pr buducí verze, nebť sučasná nevyužívá ani čtvrtinu z dstupných adres. Rzlžení bitů na sběrnici: A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A A0 - A7 jsu adresní bity, reprezentují 8 bitvu adresu. Hdnta p resetu je 0. ŘÍDÍCÍ SBĚRNICE 8 BITOVÁ (BITY 8 AŽ 15) Jakmile je jedntka naadresvaná, může přijímat příkazy d řídící sběrnice, které ji řeknu, c má prvést. Kupříkladu příkaz může jedntce přikázat, aby načetla hdntu z datvé sběrnice a ulžila ve vnitřním registru, či napak tut hdntu vypustit na datvu sběrnici, prvést s hdntu nějaku peraci a pdbně. Ačkli je sběrnice 8bitvá, maximální pčet přímých příkazů je 128. Tt je z th důvdu, že nejméně významný bit sběrnice (bit 15) je pužit k indikaci, kdy má djít ke spuštění příkazu, tent bit se nazývá spuštěcí bit. Prgramátr nejprve připraví 7bitvý kód na řídící sběrnici a pté změní hdntu 15 bitu na lgicku 1 a zpět na lgicku 0. Jedntka ignruje příkazy, dkud neregistruje změnu z lgické 0 na lgicku 1 u spuštěcíh bitu. Teprve p zaregistrvání změny je příkaz vyknán. Tt je ptřeba, nebť jádr prcesru mění vždy puze jeden bit, takže ke změně všech sedmi bitů je ptřeba sedm cyklů. Kdyby 10

12 jedntka nečekala na změnu spuštěcíh bitu, tak by během každéh cyklu, kdy je nastavván řídící kód, aktuální nevyžádaný řídící kód spustila. Jak již byl řečen, každá jedntka zcela ignruje řídící sběrnici, když se její adresa neshduje s adresu datvé sběrnice. Tht je dsažen binárním násbením (perace AND) všech bitů řídicí sběrnice vstupujících d dané jedntky s lgicku 1 v případě, že se adresa shduje, neb s lgicku 0 v případě, že se adresa neshduje. Jestliže prgramátr pnechá spuštěcí bit nastavený na lgicku 1 a změní hdntu na adresvé sběrnici, nvě naadresvaná jedntka spustí řídící kód kamžitě, nebť se vstupující hdnty řídící sběrnice vynásbí s lgicku 1 namíst lgické 0, čímž jedntka zaregistruje změnu u spuštěcíh bitu z lgické 0 na lgicku 1, i když na řídící sběrnici bit změněn nebyl. Tht faktu lze využít při extrémní ptimalizaci. Každá z jedntek má vlastní sadu řídících kódů, které jsu uvedeny v kapitle Jedntky. Navíc některé jedntky mhu ignrvat některé bity řídící sběrnice, pkud nevyžadují všech sedm, nebť je pčet řídících kódů malý. Pčet platných bitů je u každé jedntky uveden, neplatné bity jsu jedntku ignrvány a pvažvány, jak by byly v lgické 0. Tent fakt pět pmůže při ptimalizaci attkódu. Rzvržení řídící sběrnice je následující: CC6 CC5 CC4 CC3 CC2 CC1 CC0 EB CC0 až CC6 - řídící kód EB - spuštěcí bit (executin bit) DATOVÁ SBĚRNICE 32BITOVÁ (BITY 16 AŽ 47) Tat lgická sběrnice je největší a umžňuje výměnu dat v libvlné frmě (dle typu jedntky), až p 32 bitech najednu. Díky 32bitvé šířce je mžné snadn přenášet standardní typy jak 32bitvý integer, reálné čísl s plvucí řádvu čárku s jednduchu přesnstí (flat), či 32 bitvé adresy, které umžňují tereticky adresvat až 4 GB dat p jedntlivých bajtech, ačkli takvé mnžství se v praxi u attwpu zřejmě nevyužije a nebude ani implementván. Jedntky mhu některé bity datvé sběrnice ignrvat pdle th, klik jich pr výměnu dat ptřebují, někdy se dknce u jedntky pčet ignrvaných bitů mění. Pdbně jak u 11

13 řídící sběrnice lze tht faktu využít při ptimalizacích, nebť není třeba nastavvat všech 32 bitů. Na rzdíl d adresvé a řídící sběrnice mhu jedntky na tut sběrnici data i vypuštět, nejenm číst a předat tak hdntu jiné jedntce. Tímt je umžněna výměna dat mezi dvěma, někdy i více jedntkami připjenými k tét sběrnici. Některé jedntky data ze sběrnice puze čtu, neb zapisují pdle jejich účelu. Většina jedntek však data čte i zapisuje. Jestliže některá jedntka bude vypuštět data na sběrnici, musí attkód nastavit všechny platné bity d lgické 1, nebť se lgické 0 chvají stejně jak zem v elektrických bvdech: uzemní jakékli napětí, pdbně by jiná jedntka přečetla lgicku 0, i kdyby jiná jedntka vypuštěla na sběrnici lgicku 1. Pdbně i statní, mmentálně nekmunikující jedntky musí vypuštět lgické 1, či se d sběrnice dpjit (režim vyské impedance), aby nenarušvaly datvé přensy. Rzvržení datvé sběrnice: D32 D30 D29 D28 D03 D02 D01 D D00 až D32 služí k přensu až 32 bitvých libvlných hdnt, bit D32 je v některých případech bvykle vnímán jak znaménkvý bit. QUICK AJUMP SBĚRNICE 16BITOVÁ (BITY 48 AŽ 63) Tat speciální sběrnice je pužita puze jedinu jedntku prcesru: apc Write. V kmbinaci s tut jedntku umžňuje rychlý nepdmíněný skk v attkódu bez nutnsti měnit statní sběrnice. Ačkli je sběrnice 16bitvá, adresa je puze 15bitvá, nebť je nejméně významný bit pužit pdbně jak u řídící sběrnice a nazývá se skkvý bit. Jestliže jedntka apc write detekuje změnu skkvéh bitu z lgické 0 na lgicku 1, zapíše najednu 15 bitvu adresu d spdních 15 bitů apc, čímž vytvří prgramvý skk. Tímt lze prvádět rychlé skky uvnitř 32 kb blku attkódu, avšak prtže je paměť attkódu bvykle větší jak 32 kb, kupříkladu 1 MB, není mžné pmcí tét sběrnice skčit kamkliv v paměti. U 1 MB paměti je celkem 32 blků p 32 kb, skk pmcí Quick ajump sběrnice lze tedy prvést vždy puze v daném blku. 12

14 Rzvržení sběrnice je následující: AAE AAD AAC AAB AAA AA9 AA8 AA7 AA6 AA5 AA4 AA3 AA2 AA1 AA0 JB AA0 až AAE - 15 bitvá adresa JB - skkvý bit (jump bit) JEDNOTKY PROCESORU Na lgické sběrnice prcesru je paralelně připjen něklik jedntek, které jsu prgramátrvi k dispzici pr vyknání různých činnstí. Jedntka, která bude přijímat řídící kódy je vybrána pmcí adresvé sběrnice, prt má každá jedntka svu unikátní adresu. Každá jedntka má také svu vlastní sadu řídících kódů, přičemž maximum je 127 kódů (viz Řídící sběrnice), jedntky však mhu ignrvat některé bity řídící sběrnice, pkud je nevyžadují: nemají tlik řídících kódů, čímž se eliminuje nutnst nastavvat tyt neplatné bity, nebť jsu danu jedntku vždy ignrvány a nijak nemění její činnst. Veškeré jedntky využívají spuštěcí bit (nejméně významný bit řídící sběrnice) stejným způsbem: řídící kód je spuštěn při detekci změny spuštěcíh bitu z lgické 0 na lgicku 1. Maximální pčet jedntek je 256, avšak tlik jich prcesr zdaleka nebsahuje a pnechává tak dstatečnu rezervu pr další verze. Je-li adresvána neexistující jedntka, žádná z jedntek nebude přijímat řídící kódy a nedjde tedy k žádné akci. Každá jedntka má v závrce uvedenu svu adresu. Většina jedntek má své vlastní interní registry, které služí k řízení jejich perace. K těmt registrům nelze přím přistupvat, avšak pmhu pchpit, jak daná jedntka pracuje a naprgramvat tak adekvátně řídící attkód. Pr specifikaci změněných registrů a bitů je pužita syntaxe ve stylu jazyka C. CLOCK - HODINOVÝ GENERÁTOR (---) Hdinvý generátr generuje hdinvý signál libvlné frekvenci (závisí na pužitých bvdech, či výknu pčítače, na kterém běží simulátr), který určuje, kdy má jádr prcesru zpracvat jednu attinstrukci. Hdinvý generátr nemůže být vládán přím prcesrem, prt tat jedntka nemá svu adresu ani řídící kódy. Zpmalením hdin v simulátru lze krkvat prgram. Pulz je nejprve pslán d apc, který inkrementuje svu hdntu a teprve pté je předán jádru, který zpracuje attinstrukci dkazvanu apc 13

15 jedntku. Technicky dchází k inkrementaci apc před prvedením attinstrukce při každém pulzu, nebť p prvedení instrukce dkazuje apc na právě prvedenu instrukci, v některých případech (p skku a na startu) je však inkrementvání přeskčen, takže z praktickéh hlediska funguje prgramvý čítač stejně, jak by byl inkrementván p prvedení instrukce. ATTOCORE - JÁDRO (---) Jádr prcesru zpracvává při každém pulzu jednu attinstrukci: nejprve načte instrukci z paměti attkódu, která je k tmut jádru přím připjena, následně instrukci dekóduje a změní jeden z bitů na sběrnici dle instrukce. Mim tét činnsti nemá žádnu jinu funkci, prt nemůže být tat jedntka adresvána ani řízena pmcí sběrnic. Jak jediná může tat jedntka zapisvat d všech lgických sběrnic. APC WRITE (PŘÍMÝ PŘÍSTUP POMOCÍ QUICK AJUMP SBĚRNICE) Tat speciální jedntka umžňuje rychlé lkání skky v attkódu bez nutnsti měnit statní sběrnice. Prgramátr musí nejprve nastavit 15 bitů Quick ajump sběrnice na cílvu adresu lkálníh skku a následně změnit šestnáctý bit Quick ajump sběrnice z lgické 0 na lgicku 1. Jakmile tat jedntka detekuje tut změnu, zapíše 15 bitů d spdních 15 bitů adresy apc, čímž způsbí kamžitý nepdmíněný skk uvnitř 32 kb blku attkódu. Ke skku dchází puze při změně z lgické 0 na lgicku 1, trvale nastavená jednička neustálý skk způsbvat nebude. APC (0X00) Attkódvý prgramvý čítač ukládá adresu attinstrukce v paměti attkódu, která bude spuštěna jádrem. Adresa instrukce je přím předána paměti attkódu, která pté předá attinstrukci na příslušné adrese jádru ke zpracvání. Pkaždé, když apc bdrží impulz d hdinvéh generátru, zvýší svu hdntu jedničku a předá pulz jádru, které zpracuje attinstrukci. Je mžné zapsat libvlnu hdntu jak nvu adresu pmcí adresvé, řídící a datvé sběrnice pr vyknání dluhéh skku, či přikázat tét jedntce, aby vypustila aktuální adresu na datvu sběrnici. Při zápisu nvé hdnty je jeden impulz z hdinvéh generátru ignrván, jinak by dšl k kamžitému inkrementvání nvé hdnty. VNITŘNÍ REGISTRY IA (instructin address - adresa instrukce) 24bitvý, hdnta p resetu: 0x Obsahuje adresu aktuální attisntrukce CR (Cntrl register - řídící registr) 14

16 8bitvý, hdnta p resetu: 0x02 Bity: AO (address utput), je-li v lgické 1, hdnta registru IA bude vypuštěna na datvu sběrnici (24 bitů, zbylé bity sběrnice budu nezměněny) SP (skip pulse), je-li v lgické 1, hdnta IA nebude inkrementvána p přijetí hdinvéh pulzu, namíst th bude hdnta tht bitu změněna na lgicku 0, takže při příštích pulzech djde i inkrementvání Rzvržení registru CR: SP AO ŘÍDICÍ KÓDY (2 PLATNÉ BITY) Kód Symbl Akce Změna registrů a bitů 0x00 STOP Zastavit výstup dat AO = 0 0x01 APC_W Zapsat nvu adresu IA = (24b)DATA; SP = 1 0x02 APC_O Vypustit hdntu IA na datvu sběrnici AO = 1; (24b)DATA &= IA 0x03 APC_R Resetvat IA = 0x00000; SP = 1; ATTOKÓD MEMORY - PAMĚŤ ATTOKÓDU (0X01) Jedná se RWM RAM paměť s maximální velikstí 16 MB, která ukládá attkód prcesru, který je zpracváván jádrem. Maximální mžná kapacita 16 MB při 8bitvých paměťvých buňkách umžňuje ulžit přesně attinstrukcí, cž by měl být více než dstatečné pr většinu účelů. Paměť attkódu čte adresu instrukce z apc a vypuští přím d jádra příslušnu attinstrukci. Dále je mžné číst i zapisvat data v tét paměti pmcí datvé sběrnice, cž umžňuje měnit attkód za běhu a dsáhnut tak sebemdifikujícíh se prcesru, ačkli takvá technika bude zřejmě zřídka využívána, důležitější je mžnst při tvrbě attkódu ulžit d tét paměti ptřebné knstanty a další data a během běhu prgramu je číst. INTERNÍ REGISTRY AD (address - adresa) 24bitvý, hdnta p resetu: 0x bsahuje adresu právě adresvané paměťvé buňky pr čtení či zápis, tat adresa je nezávislá na buňce adresvané pmcí apc 15

17 CR (cntrl register - řídící registr) 8bitvý, hdnta p resetu: 0x00 Bity: AO (address utput), je-li v lgické 1, hdnta AD registru bude vypuštěna na datvu sběrnici (24 bitů) DO (data utput), je-li v lgické 1, hdnta buňky adresvané AD registrem bude vypuštěna na datvu sběrnici (8 bitů) Rzvržení registru CR: DO AO ŘÍDÍCÍ KÓDY (4 PLATNÉ BITY) Kód Symbl Akce Změněné registry a bity 0x00 STOP Zastavit výstup dat AO = 0; DO = 0 0x01 AM_AD Zapsat nvu adresu AD = (24b)DATA 0x02 AM_OA Vypustit aktuální adresu AO = 1; DO = 0; (24b)DATA &= AD 0x03 AM_OD Vypustit naadresvaná data DO = 1; AO = 0; (8b)DATA &= *AD 0x04 AM_WR Zapsat data z datvé sběrnice *AD = (8b)DATA 0x05 AM_WN Zapsat data z datvé sběrnice a přesunut se *AD = (8b)DATA; AD++ na další buňku 0x06 AM_WP Zapsat data z datvé sběrnice a přesunut se *AD = (8b)DATA; AD-- na předchzí buňku 0x07 AM_NX Přesunut se na následující buňku AD++ 0x08 AM_PR Přesunut se na předchzí buňku AD-- 0x09 0x0F Bez akce TEMP REGISTER - TEMP REGISTR (0X02) Jedná se samstatný nezávislý registr, který umžňuje ulžit 32 bitvu hdntu (tedy celu hdntu datvé sběrnice). Je také přím připjen k jedntkám ALU a FPU, nebť služí k ulžení jednh perandu. Čast bude pužíván pr dčasné ulžení různých typů dat, včetně adres. Registr nebsahuje puze data, ale také 32bitvu masku, která určuje, které bity budu ignrvány při čtení či zápisu dat. VNITŘNÍ REGISTRY DT (data) 32bitvý, hdnta p resetu: 0x

18 bsahuje samtná ulžená data MK (mask - maska) 32bitvý, hdnta p resetu: 0xFFFFFFFF Vstupně výstupní maska. Bity v lgické 0 určují bity, které budu při zápisu či čtení z registru ignrvány, tedy nedjde k jejich změně u DT registru v případě zápisu a datvé sběrnice v případě čtení. CR (cntrl register - řídící registr) 8bitvý, hdnta p resetu: 0x00 Bity: MO (mask utput), je-li v lgické 1, bude hdnta registru MK vypuštěna na datvu sběrnici DO (data utput), je-li v lgické 1, bude hdnta registru DT vypuštěna na datvu sběrnici (ppřípadě jen bity udržené MK registrem, viz ME bit) ME (mask enable), je-li v lgické 1, při vypuštění dat z registru DT na sběrnici jsu vypuštěny puze ty bity, u kterých je u dpvídajícíh bitu v registru MK nastavena lgická 1, statní bity jsu v režimu vyské impedance, či vždy 1 (nestahují hdntu na sběrnici dlů) Rzvržení registru CR: ME DO MO ŘÍDÍCÍ KÓDY (4 PLATNÉ BITY) Kód Symbl Akce Změněné registry a bity 0x00 STOP Zastavit výstup dat MO = 0; DO = 0 0x01 TMP_WRM Zapsat hdntu (s pužitím masky) DT = (DATA&MK) (DT&~MK) 0x02 TMP_ODM Vypustit hdntu (s pužitím masky) DO = 1; ME = 1; MO = 0; DATA = (DT&MK) (DATA&~MK) 0x03 TMP_WR Zapsat hdntu (bez masky) DT = DATA 0x04 TMP_OD Vypustit hdntu (bez masky) ME = 0; DO = 1; MO = 0; DATA = DT 0x05 TMP_WM Zapsat masku MK = DATA 0x06 TMP_OM Vypustit masku na datvu sběrnici MO = 1; DO = 0; 0x07 TMP_ME Aktivvat masku ME = 1 0x08 TMP_MD Deaktivvat masku ME = 0 0x09 TMP_CLR Vynulvat DT = 0x

19 0x0A TMP_FLL Vyplnit DT = 0xFFFFFFFF 0x0B 0x0F Bez akce REGISTER MEMORY - PAMĚŤ REGISTRŮ (0X03) Speciální nezávislá malá paměť, umžňující ulžit až bitvých hdnt (tedy 1 kb dat), které mhu být pužity jak přídavné registry. Tat paměť je nezávislá na paměti prgramu a dat, a prt pskytuje prstr pr různé registry, které bude využívat attkód bez th, aby byla vlivněna paměť prgramu a dat. Pužití tét paměti je však zcela na prgramátrvi, může ji pužít pr libvlné účely, či ji zcela ignrvat a další registry vytvřit kupříkladu ve zmíněné paměti prgramu a dat. VNITŘNÍ REGISTRY AD (address - adresa) 8bitvý, hdnta p resetu: 0x00 bsahuje adresu právě naadresvané paměťvé buňky PA (previus address - předchzí adresa) 8bitvý, hdnta p resetu: 0x00 bsahuje předchzí hdntu AD registru MK (mask - maska) 32bitvý, hdnta p resetu: 0xFFFFFFFF Vstupně výstupní maska. Bity v lgické 0 určují bity, které budu při zápisu či čtení z paměti ignrvány, tedy nedjde k jejich změně u naadresvané buňky paměti v případě zápisu a datvé sběrnice v případě čtení. CR (cntrl register - řídící registr) 8bitvý, hdnta p resetu: 0x00 Bity: MO (mask utput), je-li v lgické 1, je bsah registru MK vypuštěn na datvu sběrnici DO (data utput), je-li v lgické 1, je bsah paměťvé buňky naadresvaný pmcí AD registru vypuštěn na datvu sběrnici ME (mask enable), je-li v lgické 1, při vypuštění dat z naadresvané buňky na sběrnici jsu vypuštěny puze ty bity, u kterých je u dpvídajícíh bitu v registru MK nastavena lgická 1, statní bity jsu v režimu vyské impedance, či vždy 1 (nestahují hdntu na sběrnici dlů) 18

20 AO (address utput), je-li v lgické 1, je bsah registru AD vypuštěn na datvu sběrnici ŘÍDÍCÍ KÓDY (5 PLATNÝCH BITŮ) Kód Symbl Akce Změněné registry a bity 0x00 STOP Zastavit výstup dat MO = 0; DO = 0; AO = 0 0x01 RG_AD Zapsat nvu adresu PA = AD; AD = (8b)DATA 0x02 RG_AO Vypustit aktuální adresu na datvu AO = 1; DO = 0; MO = 0; sběrnici 0x03 RG_ODM Vypustit bsah naadresvané buňky (s pužitím masky) 0x04 RG_WRM Zapsat data z datvé sběrnice (s pužitím masky) 0x05 RG_WNM Zapsat data z datvé sběrnice a přejít na další buňku (s pužitím masky) 0x06 RG_WPM Zapsat data z datvé sběrnice a přejít na předchzí buňku (s pužitím masky) (8b)DATA &= AD DO = 1; AO = 0; MO = 0; ME = 1; DATA &= (*AD&MK) (DATA&~MK) *AD = (DATA&MK) (*AD&~MK) *AD = (DATA&MK) (*AD&~MK); AD++; *AD = (DATA&MK) (*AD&~MK); AD--; 0x07 RG_NX Přejít na další buňku AD++ 0x08 RG_PR Přejít na předchzí buňku AD-- 0x09 RG_WM Zapsat nvu masku MK = DATA; 0x0A RG_OM Vypustit masku na datvu sběrnici MO = 1; DO = 0; AO = 0; DATA &= MK; 0x0B RG_ME Aktivvat masku ME = 1; 0x0C RG_MD Deaktivvat masku ME = 0; 0x0D RG_OD Vypustit bsah naadresvané buňky (bez masky) DO = 1; AO = 0; MO = 0; ME = 0; DATA &= *AD; 0x0E RG_WR Zapsat data z datvé sběrnice (bez *AD = DATA; masky) 0x0F RG_WN Zapsat data z datvé sběrnice a přejít na další buňku (bez masky) *AD = DATA; AD++; 0x10 RG_WP Zapsat data z datvé sběrnice a přejít na předchzí buňku (bez masky) *AD = DATA; AD--; 0x11 RG_RES Navrátit předchzí adresu AD = PA 0x12 0x1F Bez akce ALU (0X04) Tat jedntka umžňuje prvádění aritmetických a lgických perací na 32bitvých datech, jak je sčítání dečítání, násbení, dělení, perace AND, OR, XOR, NOT a pdbně. Nebť je ptřeba dvu 32bitvých perandů, ALU pužívá hdntu na datvé sběrnici a hdntu ulženu v TEMP registru. Hdnta z TEMP registru je přím předána jedntce 19

21 ALU nezávisle na tm, v jakém módu TEMP registr je a není na ni aplikvána maska. Výsledek perace je zapsán d registru OUT. Najednu může být prvedena puze jediná perace a výsledek je vždy ulžen puze v OUT registru, nejsu zde žádné speciální bity pr indikaci přensu, či další registr pr ulžení 64bitvých výsledků. Namíst th musí být každá z těcht perací prvedena v jedntlivých ddělených krcích s pužitím různých řídících kódů. Je tedy zcela na prgramátrvi, jestli kupříkladu využije přensvý bit, jestli h bude ignrvat, ppřípadě jak s ním bude zacházet. ALU také bsahuje speciální funkce pr rzhdvací lgiku. INTERNÍ REGISTRY Nebsahuje. ŘÍDÍCÍ KÓDY (6 PLATNÝCH BITŮ) Kód Symbl Akce Změněné registry a bity 0x00 ZERO Nula OUT = 0 0x01 ADD ADD (sčítání) OUT = (uint)data + TEMP 0x02 SUB SUB (dčítání) OUT = (uint)data - TEMP 0x03 MULL MUL_LOW (násbení nižších 32 bitů) OUT = (lwer 32b) (uint)data*temp 0x04 MULH MUL_HIGH (násbení vyšších 32 bits) OUT = (higher 32b) (uint)data*temp 0x05 DIV DIV (celčíselné dělení) OUT = (uint)data/temp 0x06 REM REM (zbytek p dělení - mdul) OUT = (uint)data % TEMP 0x07 CR Indikace přensu při sčítání OUT = (bl)carry(data+temp) 0x08 BO Indikace přensu při dečítání OUT = (bl)borrow(data- TEMP) 0x09 SADD SADD (sčítání se znaménkvým OUT = (int)data + TEMP bitem) 0x0A SSUB SSUB (dečítání se znaménkvým OUT = (int)data - TEMP bitem) 0x0B SMULL SMUL_LOW (násbení se znaménkvým bitem nižších 32 bitů) OUT = (lwer 32b) (int) DATA*TEMP 0x0C SMULH SMUL_HIGH (násbení se znaménkvým bitem - vyšších 32 bitů) OUT = (higher 32b) (int) DATA*TEMP 0x0D SDIV SDIV (dělení se znaménkvým bitem) OUT = (int)data/temp 0x0E SREM SREM (zbytek p dělení se OUT = (int)data%temp znaménkvým bitem) 0x0F SCR Indikace přensu při sčítání se znaménkvým bitem OUT = (bl)scarry(data+temp) 0x10 SBO Indikace přensu při dečítání se znaménkvým bitem OUT = (bl)sborrow(data- TEMP) 0x11 ANDB Binární AND OUT = DATA & TEMP 0x12 ORB Binární OR OUT = DATA TEMP 20

22 0x13 NOTB Binární NOT OUT = ~DATA 0x14 XORB Binární XOR OUT = DATA ^ TEMP 0x15 RL Rtace vlev (s přensem) OUT = (DATA << TEMP) (DATA >> (32-TEMP)) 0x16 RR Rtace vprav (s přensem) OUT = (DATA >> TEMP) (DATA << (32-TEMP)) 0x17 ANDL Lgická AND OUT = DATA && TEMP 0x18 ORL Lgická OR OUT = DATA TEMP 0x19 NOTL Lgická NOT OUT =!DATA 0x1A XORL Lgická XOR OUT = (bl)data ^ (bl)temp 0x1B SL Psun vlev (bez přensu) OUT = DATA << TEMP 0x1C SR Psun vprav (bez přensu) OUT = DATA >> TEMP 0x1D NAND Binární NAND OUT = ~(DATA & TEMP) 0x1E NOR Binární NOR OUT = ~(DATA TEMP) 0x1F BOOL Převést na blean hdntu (0 neb OUT = (bl)data 1) 0x20 MAX Zvlit větší čísl OUT = MAX(DATA, TEMP) 0x21 MAXN Indikvat, které z čísel je větší OUT = TEMP > DATA DATA => 0, TEMP =>1 0x22 MIN Zvlit menší čísl OUT = MIN(DATA, TEMP) 0x23 MINN Indikvat, které z čísel je menší OUT = TEMP < DATA DATA => 0, TEMP =>1 0x24 SMAX Zvlit větší čísl (se znaménkvým OUT = MAX((signed)DATA, bitem) 0x25 SMAXN Indikvat, které z čísel je větší (se znaménkvým bitem) DATA => 0, TEMP =>1 0x26 SMIN Zvlit menší čísl (se znaménkvým bitem) 0x27 SMINN Indikvat, které z čísel je menší (se znaménkvým bitem) DATA => 0, TEMP =>1 (signed)temp) OUT = (signed)temp > (signed)data OUT = MIN((signed)DATA, (signed)temp) OUT = (signed)temp < (signed)data 0x28 EQL Indikvat, zdali se čísla rvnají OUT = DATA == TEMP 0x29 ZSET Zkpírvat hdntu z DATA d OUT If(!TEMP) OUT = DATA puze pkud je TEMP nula 0x2A NZSET Zkpírvat hdntu z DATA d OUT If(TEMP) OUT = DATA puze pkud je TEMP nenulvý 0x27 0x3F Bez akce OUT REGISTER - VÝSTUPNÍ REGISTR (0X05) Tent samstatný 32bitvý nezávislý registr je přístupný puze pr čtení z datvé sběrnice, je využíván jedntkami ALU a FPU pr ukládání výsledků perací. Výsledek ulžený v tmt registru může být vypuštěn na datvu sběrnici kdykliv je ptřeba. VNITŘNÍ REGISTRY DT (data) 21