Download - EDA 451 - Digital och Datorteknik Dagens föreläsning: Centralenheten och dess byggblock ,
EDA451 - Digital och Datorteknik – 2009/2010
1
EDA 451 - Digital och Datorteknik
Dagens föreläsning:Centralenheten och dess byggblock,
läroboken kapitel 7arbetsbokens kapitel 10-14
Ur innehållet: Laddbara register och bussar Överföring mellan register, ”Dataväg” Dataväg med Aritmetik/Logik- enhet (ALU) En manuell styrenhet
EDA451 - Digital och Datorteknik – 2009/2010
2
Dataväg med ALU
”Dataväg och minne”
”Styrenhet med fast kopplad logik”
”Mikroprogrammerad styrenhet”
EDA451 - Digital och Datorteknik – 2009/2010
3
Illustration, Digiflex
Arkiv -> Kombinatorik/Sekvensnät ->Klockat Register
R
LDR
CP
OER
1
EDA451 - Digital och Datorteknik – 2009/2010
4
OEz
z 1z
OEx
x 1x
OEy
y 1y
Grind
Grind
Grind Högst en OE-signal får vara aktiv åt gången...
x
e
e
f
DC
e
x f
x e f
0 0 Z1 0 Z0 1 01 1 1
EDA451 - Digital och Datorteknik – 2009/2010
OEB
1OEA
1
B
LDB
CPA
LDA
CP T
LDT
CP R
LDR
CP
OER1
OET1
Register och bussar, Dataväg
5
EDA451 - Digital och Datorteknik – 2009/2010
6
Arkiv -> Datavägen ->Dataöverföring mellan register
OES OEA OEB OET OER LDA LDB LDT LDR RTN-beskrivning
0 0 0 0 1 1 0 0 0 R A
Styrsignaler för enkel datavägFyll i styrsignalvärdena, för överföringen R A i följande tabell.
Illustration, Digiflex exempel: (R)→A
OER 1
LDA 2
CP 3
buss
regA 4
regR
EDA451 - Digital och Datorteknik – 2009/2010
7
Hur många klockpulser krävs för att placera värdet 7116 i register A,B,T och R?
Lösning;Fyll i styrsignalvärdena, för överföringen 7116 A,B,T,R i följande tabell.Värdet placeras på bussen från ”Source”
OES OEA OEB OET OER LDA LDB LDT LDR RTN-beskrivning
1 0 0 0 1 1 0 0 0 R A
EDA451 - Digital och Datorteknik – 2009/2010
8
För in styrsignalerna....
...ge klockpuls....
EDA451 - Digital och Datorteknik – 2009/2010
Aritmetisk/Logisk Enhet (ALU)
9
0123456789101112131415
0123456789101112131415
D(d7,d6,d5,d4,
d3,d2,d1,d0)
E(e7,e6,e5,e4,
e3,e2,e1,e0)
U(u7,u6,u5,u4,
u3,u2,u1,u0)
F (f3,f2,f1,f0)Cin
kombinatorik NVZC
Cin
F (f3,f2,f1,f0)
ALU N,Z,V,C
D (d7-d0) E (e7-e0)
U (u7-u0)
EDA451 - Digital och Datorteknik – 2009/2010
ALU’ns funktioner
10
Cin
F (f3,f2,f1,f0)
ALU N,Z,V,C
D (d7-d0) E (e7-e0)
U (u7-u0)
EDA451 - Digital och Datorteknik – 2009/2010
Illustration, Digiflex
11
Arkiv -> Kombinatorik/Sekvensnät ->Aritmetik/Logik enhet
EDA451 - Digital och Datorteknik – 2009/2010
Anslutning av ALU till datavägen
12
Hur kopplar vi in en ALU till datavägen?OEB
1OEA
1
ALU
B
LDB
CPA
LDA
CP
f0f1f2f3
Cin
C
V
Z
N
EDA451 - Digital och Datorteknik – 2009/2010
Temporärregister (T) för lagring av indata
13
ALU
T
LDT
CP
f0f1f2f3
Cin
C
V
Z
N
Bussen kan bara innehålla en av ALU’ns operander åt gången
EDA451 - Digital och Datorteknik – 2009/2010
ALU
T
LDT
CP
R
LDR
CP
OER1
f0f1f2f3
Cin
C
V
Z
N
Resultatregister (R) för lagring av utdata
14
Eftersom resultatet i ALU’ns U-register ändras direkt om någon av ingångarna ändras måste det vara möjligt att spara värdet i ett register.
EDA451 - Digital och Datorteknik – 2009/2010
Dataväg med Aritmetisk/Logisk Enhet (ALU)
15
OEB
1OEA
1
ALU
B
LDB
CPA
LDA
CP T
LDT
CP
R
LDR
CP
OER1
f0f1f2f3
Cin
C
V
Z
N
LDR
LDA
LDB
LDT
OE
A
OE
R
OE
B
f 0 f 1 f 3f 2 c in C
P
”1"”0"
Manöverpanel – strömställare för styrsignaler.
EDA451 - Digital och Datorteknik – 2009/2010
16
Arkiv -> Datavägen ->Enkel Dataväg
Illustration, Digiflex
EDA451 - Digital och Datorteknik – 2009/2010
Exempel: B+1→B (INCrement B)
17
f3 f2 f1 f0U = f(D,E,F,Cin)
Operation Resultat0 0 0 0 Bitvis nollställning 00 0 0 1 D0 0 1 0 E0 0 1 1 Bitvis invertering D1k
0 1 0 0 Bitvis invertering E1k 0 1 0 1 Bitvis OR D OR E0 1 1 0 Bitvis AND D AND E0 1 1 1 Bitvis XOR D XOR E1 0 0 0 D + 0 + Cin D + Cin 1 0 0 1 D + FF16 + Cin D 1 + Cin 1 0 1 0 D + E + Cin 1 0 1 1 D + D + Cin 2D + Cin 1 1 0 0 D +E1k + Cin D E 1 + Cin 1 1 0 1 Bitvis nollställning 01 1 1 0 Bitvis nollställning 01 1 1 1 Bitvis ettställning FF16
Observera att en given operation som regel kan utföras på flera olika sätt. Vi eftersträvar vanligtvis det effektivaste (minst klockcykler).
EDA451 - Digital och Datorteknik – 2009/2010
18
RTN-beskrivning: CP1: ______________ ______________ CP2: ______________ ______________ CP3: ______________ ______________ CP4: ______________ ______________
CP5: ______________ ______________
B→DCin = 1
F=1,0,0,0
U→R
Steg 1:
Resultatet B+1 finns nu i register R.
Eftersom bussen är upptagen krävs ytterligare steg för att återföra resultatet till B
Steg 2:R→B
B+1 → R
I RTN-beskrivningen anger vi, klockpuls för klockpuls, hur datavägen används.
R→B(D + Cin)
EDA451 - Digital och Datorteknik – 2009/2010
19
RTN-beskrivning: CP1: ______________ ______________ CP2: ______________ ______________ CP3: ______________ ______________ CP4: ______________ ______________
CP5: ______________ ______________
B+1 → R
R→B
CPOE LD ALU Funk
SrcS A B R A B T R 3 2 1 0 Cin
1 0 0 1 0 0 0 0 1 1000 1 00
2 0 0 0 1 0 1 0 0 0000 0 00
Utifrån RTN-beskrivningen, fyll i tabellen med styrsignalernas värden
I DigiFlex får tabellen följande utseende:
EDA451 - Digital och Datorteknik – 2009/2010
Nollställning av register A, CLRA
20
Cykel Operation (RTN) Aktivastyrsignaler
Beskrivning
1 0→RLDR
ALU’ns U-register nollställs ty F(0), dvs f3=f2=f1=f0=0. Vid klockpulsen överförs U till R.
2 R→A OER, LDA Innehållet i register R överförs till register A
OEB
1OEA
1
ALU
B
LDB
CPA
LDA
CP T
LDT
CP
R
LDR
CP
OER1
f0f1f2f3
Cin
C
V
Z
N
LDR
LDA
LDB
LDT
OE
A
OE
R
OE
B
f 0 f 1 f 3f 2 c in C
P
”1"”0"1
2
LDR
LDA
LDB
LDT
OE
A
OE
R
OE
B
f 0 f 1 f 3f 2 c in C
P
”1"”0"
I DigiFlex:
EDA451 - Digital och Datorteknik – 2009/2010
Bitvis komplementbildning av registerinnehåll A, COMA
21
OEB
1OEA
1
ALU
B
LDB
CPA
LDA
CP T
LDT
CP
R
LDR
CP
OER1
f0f1f2f3
Cin
C
V
Z
N
Cykel Operation (RTN) Styrsignaler Beskrivning1 A’→R OEA,
f1, f0
LDR
A kopplas till ALU’nF(3), dvs f3=f2=0,f1=f0=1. Vid klockpulsen överförs U till R.
2 R→A OER, LDA Innehållet i register R överförs till register A
LDR
LDA
LDB
LDT
OE
A
OE
R
OE
B
f 0 f 1 f 3f 2 c in C
P
”1"”0"1
2
LDR
LDA
LDB
LDT
OE
A
OE
R
OE
B
f 0 f 1 f 3f 2 c in C
P
”1"”0"I DigiFlex:
EDA451 - Digital och Datorteknik – 2009/2010
Sammanfattning
22
”Dataväg och minne”
”Styrenhet med fast kopplad logik”
”Mikroprogrammerad styrenhet”