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Versione B: indice della memoria

Nella seconda versione della CPU dimostrativa, viene aggiunto soltanto un registro speciale, denominato I, il cui scopo è quello di contenere un indice della memoria. Nello specifico, serve a poter leggere o scrivere nella memoria RAM, attraverso un indice che possa essere gestito. Il registro I è realizzato nello stesso modo di MDR, MAR e IR.

Figura u135.1. Il bus della CPU nella sua seconda fase realizzativa.

Nel codice che descrive i campi del bus di controllo, si aggiungono quelli seguenti, i quali servono specificatamente a gestire il registro I:

field i_br[29];         // I <-- bus
field i_bw[30];         // I --> bus

Nell'elenco dei codici operativi si aggiungono istruzioni nuove e lo stesso poi nella descrizione del microcodice:

op load_imm
{
  map load_imm : 1;                 // load from address #nn
  +0[7:0]=1;
  operands op_1;
};
op load_reg
{
  map load_reg : 2;                 // load from address %I
  +0[7:0]=2;
  operands op_0;
};
op store_imm {
  map store_imm : 3;                // store to address #nn
  +0[7:0]=3;
  operands op_1;
};
op store_reg {
  map store_reg : 4;                // store to address I
  +0[7:0]=4;
  operands op_0;
};
op move_mdr_i {
  map move_mdr_i : 11;              // move MDR to I
  +0[7:0]=11;
  operands op_0;
};
op move_i_mdr {
  map move_i_mdr : 12;              // move I to MDR
  +0[7:0]=12;
  operands op_0;
};

begin microcode @ 0
...
load_imm:
    mar_br pc_bw;               // MAR <-- PC
    pc_Inc;                     // PC++
    // La memoria non ha un clock,
    // quindi, non si può passare
    // direttamente a MAR.
    i_br ram_bw;                // I <-- RAM[MAR]
    mar_br i_bw;                // MAR <-- I
    mdr_br ram_bw;              // MDR <-- RAM[MAR]
    ctrl_start ctrl_load;       // CNT <-- 0
//
load_reg:
    mar_br i_bw;                // MAR <-- I
    mdr_br ram_bw;              // MDR <-- RAM[MAR]
    ctrl_start ctrl_load;       // CNT <-- 0
//
store_imm:
    mar_br pc_bw;               // MAR <-- PC
    pc_Inc;                     // PC++
    i_br ram_bw;                // I <-- RAM[MAR]
    mar_br i_bw;                // MAR <-- I
    ram_br mdr_bw;              // RAM[MAR] <-- MDR
    ctrl_start ctrl_load;       // CNT <-- 0
//
store_reg:
    mar_br i_bw;                // MAR <-- I
    ram_br mdr_bw;              // RAM[MAR] <-- MDR
    ctrl_start ctrl_load;       // CNT <-- 0
//
move_mdr_i:
    i_br mdr_bw;                // I <-- MDR
    ctrl_start ctrl_load;       // CNT <-- 0
//
move_i_mdr:
    mdr_br i_bw;                // MDR <-- I
    ctrl_start ctrl_load;       // CNT <-- 0
...
end

Figura u135.5. Corrispondenza con il contenuto della memoria che rappresenta il microcodice (la coppia m1 e m2 dell'unità di controllo).

Tabella u135.6. Elenco delle macroistruzioni aggiunte in questa versione della CPU dimostrativa.

Sintassi	Descrizione
load_imm `indirizzo`	load immediate: carica nel registro `MDR` il contenuto della cella di memoria che corrisponde all'indirizzo indicato dall'argomento. Contestualmente, il registro `I` viene modificato e alla fine contiene l'indirizzo di memoria in questione.
load_reg	load register: carica nel registro `MDR` il contenuto della cella di memoria che corrisponde all'indirizzo indicato dal valore contenuto nel registro `I`.
store_imm `indirizzo`	store immediate: salva in memoria, all'indirizzo specificato come argomento, il valore contenuto nel registro `MDR`. Contestualmente, il registro `I` viene modificato e alla fine contiene l'indirizzo di memoria in questione.
store_reg	store register: salva in memoria, all'indirizzo specificato dal registro `I`, il valore contenuto nel registro `MDR`.
move_mdr_i	Copia il contenuto del registro `MDR` nel registro `I`.
move_i_mdr	Copia il contenuto del registro `I` nel registro `MDR`.

Istruzioni «load»

Come primo esempio viene proposto il macrocodice seguente:

begin macrocode @ 0
start:
        load_imm #data_1
        move_mdr_i
        load_reg
stop:
        stop
data_1:
       .byte 3
end

In pratica, viene caricato nel registro MDR il valore corrispondente all'indirizzo in cui si trova l'etichetta data_1: (facendo i conti si tratta dell'indirizzo 5); successivamente, il valore di MDR viene copiato nel registro I e quindi viene caricato nel registro MDR quanto contenuto nell'indirizzo di memoria corrispondente al valore di I: dal momento che a quel indirizzo si trova il valore 2, corrispondente al codice operativo dell'istruzione load_reg, al termine, il registro MDR contiene tale valore. Il file completo che descrive le memorie per Tkgate dovrebbe essere disponibile all'indirizzo allegati/circuiti-logici/scpu-sub-b.gm

Figura u135.8. Contenuto della memoria RAM. Le celle indicate con «xx» hanno un valore indifferente.

Figura u135.9. Situazione conclusiva del bus dati, dopo l'esecuzione delle istruzioni di caricamento. Video: ogv http://www.youtube.com/watch?v=AXUSrH49cFw

Istruzioni «store»

Viene proposto un altro esempio di macrocodice, nel quale si sperimentano le istruzioni store_imm e store_reg:

begin macrocode @ 0
start:
        load_imm #data_1
        store_imm #data_2
        move_mdr_i
        store_reg
stop:
        stop
data_1:
       .byte 15
data_2:
       .byte 0
end

In questo caso, si carica nel registro MDR il valore contenuto in memoria in corrispondenza dell'etichetta data_1:; quindi si memorizza, in corrispondenza della posizione di memoria corrispondente all'etichetta data_2:, il valore contenuto in MDR (in pratica, in quella destinazione che prima conteneva il valore zero, viene copiato il valore 15, ovvero 0F₁₆); quindi il contenuto del registro MDR viene copiato nel registro I e poi viene memorizzato il contenuto di MDR (che è rimasto sempre 15) nella posizione di memoria corrispondente al valore del registro I. In pratica, alla fine si va a scrivere anche nella posizione 15 (0F₁₆) della memoria, e ci si mette il valore 15.

Figura u135.11. Contenuto della memoria RAM all'inizio dell'esecuzione.

Figura u135.12. Contenuto della memoria RAM dopo l'esecuzione dell'istruzione store_imm.

Figura u135.13. Contenuto della memoria RAM al termine dell'esecuzione.

Figura u135.14. Situazione conclusiva del bus dati, dopo l'esecuzione delle istruzioni di memorizzazione. Video: ogv http://www.youtube.com/watch?v=lHxx3SR56hE

video