بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
سازمان و طراحي
کامپيوتر پايه
اسلاید 2 :
سازمان و طراحي کامپيوتر پايه
• کدهاي دستورالعمل
• ثبات هاي کامپيوتر
• دستورات کامپيوتر
• زمان بندي و کنترل
• چرخه دستورالعمل
• دستورات مراجعه به حافظه
• وقفه و ورودي-خروجي
• تشريح کامل کامپيوتر
• طراحي کامپيوتر پايه
• طراحي واحد انباره
اسلاید 3 :
مقدمه
هر پردازنده طراحي خاص خود(ثباتها، گذرگاهها، ريزعملها، دستورالعملهاي ماشين و . ) را دارد.
کامپيوترهاي مدرن ساختار پيچيدهاي دارند.
آنها شامل موارد زير هستند:
ثبات هاي فراوان
چندين واحدهاي محاسباتي هم براي اعداد صحيح هم براي اعداد مميزدار
استفاده از چندين واحد خط لوله تا به اين ترتيب سرعت اجرا افزايش يابد.
و موارد ديگر
در ادامه براي فهم اينکه کامپيوتر چگونه کار مي کند از يک مدل ساده شده استفاده شده است. اين مدل را آقاي مانو(Mano) معرفي کرده و نام آنرا کامپيوتر پايه گذارده است. اين مدل شبيه کامپيوترهايي است که 40 سال پيش کار ميکردهاند.
ما از اين مدل براي معرفي سازمان پردازنده و ارتباط RTL با سطح بالاتر پردازنده استفاده ميکنيم.
اسلاید 4 :
کامپيوتر پايه
کامپيوتر پايه دو جزء (component) اصلي دارد، پردازنده و حافظه.
حافظه 4096 کلمه دارد.
4096 = 212، يعني به 12 خط آدرس نياز داريم.
هر کلمه 16 بيت طول دارد.
CPU
RAM
4095
اسلاید 5 :
دستورالعملها
برنامه
يک دنباله از دستورالعملها
دستورالعمل
يک گروه از بيت ها که به کامپيوتر اعلام مي کنند تا يک عمل خاص را انجام دهد.
(يک دنباله از ريزعمل ها)
دستورالعملهاي يک کامپيوتر به همراه همه دادههاي لازم در حافظه ذخيره شدهاند.
دستورالعمل به دنباله اي از ريزعمل ها تبديل مي شود تا با انجام ريزعملها دستورالعمل مورد نظر اجرا شود.
اسلاید 6 :
سازمان مبتنی بر برنامه ذخیره شده
در کامپیوترهایی که فقط یک ثبات پردازش دارند نام انباره را به آن اختصاص میدهند.
اسلاید 7 :
فرمت دستور العملها
يک دستورالعمل اغلب از دو بخش تشکيل شده است.
کد عمليات(opcode ): عملي را که دستورالعمل بايد انجام دهد مشخص ميکند.
آدرس(address ): ثبات يا جايي از حافظه را که دستورالعمل بايد عمل کند مشخص ميکند.
همانطور که گفتيم در کامپيوتر پايه 12 بيت براي آدرسدهي حافظه داريم.
در کامپيوتر پايه بيت 15 دستورالعمل، نحوهي آدرسدهي(addressing mode) را مشخص ميکند.
صفر: آدرسدهي مستقيم (direct addressing)
يک: آدرسدهي غير مستقيم(indirect addressing).
از آنجا که کلمههاي حافظه و بنابراين دستورالعملها 16 بيتي هستند، 3 بيت باقي مانده براي کد دستورالعمل مورد استفاده قرار ميگيرد.
اسلاید 8 :
روشهاي آدرسدهي Addressing Mode))
ناحيه آدرس يک دستورالعمل ميتواند به يکي از دو شکل زير تفسير شود:
آدرسدهي مستقيم: آدرس داده مورد نظر در حافظه (عملوند)
آدرس دهيغير مستقيم: آدرس آدرس داده مورد نظر در حافظه (عملوند)
آدرس دهي موثر Effective Address (EA)
آدرس عملوند، مثلا در شکل بالا سمت راست آدرس موثر 1350و در شکل بالا سمت چپ آدرس موثر 457 است.
اسلاید 9 :
ثباتهاي پردازنده
يک پردازنده تعداد زيادي ثبات براي نگهداري دستورالعملها، آدرسها و دادهها و . دارد.
پردازنده يک ثبات به نام شمارنده برنامه Program Counter (PC) دارد که آدرس دستوري را که پس از اجرای دستور فعلی بايد اجرا شود، نگه ميدارد.
چون حافظه در کامپيوتر پايه 4096 کلمه دارد پس PC 12 بيتي است.
در آدرس دهي مستقيم يا غير مستقيم، پردازنده براي آنکه آدرس عملوند را نگه دارد از يک ثبات به نام ثبات آدرس Address register (AR) استفاده ميکند.
چون حافظه در کامپيوتر پايه 4096 کلمه دارد پس AR 12 بيتي است.
پس از آنکه عملوند در حافظه پيدا شد، در آدرسدهي مستقيم يا غير مستقيم، عملوند به يک ثبات به نام ثبات داده Data Register (DR) منتقل ميشود. 16 بیت دارد.
دستور خوانده شده از حافظه در ثباتی به نام ثبات دستورالعمل (IR) قرار میگیرد و 16 بیت دارد.
کامپيوتر پايه يک ثبات همه منظوره به نام انباره Accumulator (AC) نيز دارد. 16 بیت دارد.
اسلاید 10 :
ثباتهاي پردازنده
در کامپيوتر پايه از يک ثبات براي نگهداري موقت دادهها در حین پردازش استفاده شده است به اين ثبات، ثبات موقتي Temporary Register (TR) ميگويند.
کامپيوتر پايه يک مدل بسيار ساده ورودي/خروجي دارد.
دستگاه هاي ورودي کاراکترهاي 8 بيتي را به پردازنده ميفرستند.
پردازنده کاراکترهاي 8 بيتي را به دستگاههاي خروجي ميفرستد.
ثبات ورودي Input Register (INPR) داده 8 بيتي را که از دستگاه ورودي رسيده است نگه ميدارد.
ثبات خروجيOutput Register (OUTR) داده 8 بيتي را که به دستگاه خروجي فرستاده ميشود نگه ميدارد.
اسلاید 11 :
ثباتهاي کامپيوتر پايه
List of BC Registers
DR 16 Data Register مقدار عملوند را نگه مي دارد
AR 12 Address Register آدرس عملوند را نگه مي دارد
AC 16 Accumulator ثبات همه منظوره
IR 16 Instruction Register را نگه مي دارد کد عمليات
PC 12 Program Counter را نگه مي دارد آدرس دستورالعمل
TR 16 Temporary Register داده هاي موقتي را نگه مي دارد
INPR 8 Input Register کاراکتر ورودي را نگه مي دارد
OUTR 8 Output Register کاراکتر خروجي را نگه مي دارد
ثبات ها در کامپيوتر پايه
OUTR
INPR
Memory
4096 x 16
CPU
اسلاید 12 :
سيستم گذرگاه عمومي
ثبات ها در کامپيوتر پايه با استفاده از گذرگاه به هم متصل شدهاند
استفاده از گذرگاه نسبت به اتصال مستقيم ثباتها، باعث صرفهجويي در سيمبندي ميشود.
اسلاید 13 :
سيستم گذرگاه عمومي
کامپیوتر مورد نظر 8 ثبات، 1 واحد حافظه و 1 واحد کنترل دارد.
خروجی شش ثبات و یک حافظه به گذرگاه مشترک وصل شده است و با خطوط انتخاب، انتخاب میشوند.
اسلاید 14 :
سيستم گذرگاه عمومي
اسلاید 15 :
سيستم گذرگاه عمومي
هر ثباتی که ورودی LD آن فعال باشد دادهها را با پالس بعدی از گذرگاه دریافت میکند.
اسلاید 16 :
انتقال موازي اطلاعات از يک رجيستر به رجيستر ديگر
P : R2 R1 = if (p=1) then (R2 R1)
P: تابع کنترل است. يعني زماني که p فعال ميشود، اطلاعات R1 وارد رجيستر R2 ميگردد.
فرض بر اين است که مدار کنترل همگام با پالس ساعت است.
اسلاید 17 :
سيستم گذرگاه عمومي
ثباتهایی که کمتر از 16 بیت دارند، 4 بیت بالای آنها در هنگام انتقال به گذرگاه صفر است.
ثباتهای INPR و OUTR با 8 بیت پایین گذرگاه ارتباط برقرار میکنند.
INPR اطلاعات را از وسیله خارجی دریافت و به AC انتقال میدهد.
OUTR اطلاعات را از AC دریافت و به وسیله خارجی منتقل میکند.
اسلاید 18 :
سيستم گذرگاه عمومي
اسلاید 19 :
سيستم گذرگاه عمومي
ورودی آدرس حافظه به AR متصل است. بنابراین از AR همواره برای معین کردن آدرس حافظه استفاده میشود.
نیاز به گذرگاه آدرس نداریم.
هنگام عمل نوشتن داده هر ثبات میتواند وارد حافظه شود.
هر ثباتی به جز AC میتواند دادههای حافظه را پس از خواندن دریافت کند.
در واحد ALU ، متممسازی و شیفت برای AC و عملیات حسابی و منطقی بر روی DR و AC انجام میشود.
اسلاید 20 :
عملیات همزمان :
این ساختار باعث شده که در یک کلاک بتوان هم محتوی هر رجیستری را روی باس قرار داده و همزمان یک عمل منطقی توسط ALU انجام داد . در انتهای کلاک محتوی باس به رجیستر مقصد منتقل و خروجی ALU وارد AC خواهد شد . همچنین عملیاتی نظیر هم به طور همزمان قابل اجرا هستند .
