Station - Steuerwerk

Mikroprogramm

Die Aktivierung von Steuersignalen soll jetzt automatisiert erfolgen. Zu diesem Zweck wird das bisher entwickelte System um ein Steuerwerk erweitert.

Steuerwerk

Die Aktivierung der Steuersignale wird von einem sog. Mikroprogramm übernommen. Das Mikroprogramm besteht aus Mikrobefehlen, die jeweils eine Kombination aus Steuersignalen bilden.

MPC	Mikrobefehl
				# Befehl holen
00:	10
01:	10, 3, 11
02:	0, 2			# Befehl decodieren: MPC = [op]0 
				# INC ausführen
10:	12
11:	12, 3, 7
12:	12, 5
13:	12, 4, 8, 13
14:	0, 1			# Rücksprung: MPC = 00
				# DEC ausführen
20:	12
21:	12, 3, 7
22:	12, 6
23:	12, 4, 8, 13
24:	0, 1			# Rücksprung: MPC = 00
				# JMP ausführen 
30:	12, 9
31:	0, 1			# Rücksprung: MPC = 00
				# TST ausführen
40:	12
41:	12, 3
42:	12, 3, 14
43:	13
44:	0, 1			# Rücksprung: MPC = 00
				# HLT ausführen
50:	0, 1			# Rücksprung: MPC = 00

Zur schrittweisen Abarbeitung der Mikrobefehle wird ein sog. Mikroprogrammzähler benutzt. Dieser Zähler verwaltet die Adresse des jeweils auszuführenden Mikrobefels.

Aufgabe 1: Mikroprogramm

Schau dir auch das Mikroprogramm genau an. Kannst du die Zusammenhänge erklären?

Realisierung des Rechnermodells mit Hades

Das erweiterte Rechnermodell lässt sich wie folgt mit Hades realisieren:

Steuerwerk
bonsai.zip

Aufgabe 2 - Hades-Realisierung

Teste die Realisierung, indem du zunächst mit dem Reset-Eingang den Rechner in den Ausgangszustand versetzt. Anschließend kannst du mit dem Takteingang schrittweise das im Speicher abgelegte Programm abarbeiten. Achte dabei auch auf die automatisierte Aktivierung der Steuersignale.

Du kannst auch einen Blick in den Mikroprogrammspeicher werfen. Beachte, dass Mikrobefehle binär codiert sind und dass die Bitmuster hexadezimal dargestellt werden.

Der Mikrobefehl 12, 3, 7 wird hier mit der Bitfolge 0001 0000 1000 1000 bzw. der zugehörigen Hexadezimalzal 1088_H dargestellt. Die folgende Zuordnung liegt dieser Darstellung zu Grunde legt:

 0  0  0  1    0  0  0  0    1  0  0  0    1  0  0  0

15 14 13 12   11 10  9  8    7  6  5  4    3  2  1  0

Man erkennt, dass 2 Byte ausreichen, um die in unserem System benutzten 15 Steuersignale binär darzustellen.

Simulation des Rechnermodells

Zur Simulation des Rechnermodells kannst du auch das Simulationsprogramm benutzen:

Bonsai

Aufgabe 3 - Simulation

(a) Aktiviere die Schaltflächen [CPU initialisiere] [Dauertakt]. Beobachte, wie sich der MPC (Mikroprogrammzähler) und der aktuell angezeigte Mikrobefehl verändern.

(b) Schau dir auch das Mikroprogramm an [Mikroprogrammeditor öffnen] [Mikroprogramm anzeigen]. Das angezeigte Mikroprogramm hat die folgende Struktur. Kannst du die Zusammenhänge erklären?

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