0 - Ilbeygi Bros
Download
Report
Transcript 0 - Ilbeygi Bros
مهدی ایل بیگی
دانشگاه پیام نور دماوند
• ساختار داخلی سخت افزار می تواند با تعیین موار زیر ،مشخص گردد:
– مجموعه ای از ثبات ها و عملکرد آن ها.
– ترتیبی از ریز عمل ها که روی داده های ثبات ها عمل می کنند.
• م ییی ت ییوان از لم ییات بی یرای بی ییان ترتیب ییی از ری ییز عم ییل ه ییا اس ییت اده نم ییود .ام ییا
است اده از سمبل هایی به این منظور مناسب تر می باشد.
• زبییان انتلییاا ثبییات هییا ) ،(RTLزبییا ی سییاده و سییمبلین بییه منظییور بیییان رییز
عمل ها بین ثبات ها است.
2
• ثبییات هییا معمییور بییا گییروگ بییزري نامدی ار می شییوند .گییا ا اوتییات زییس از اسی آن هییا
اعداد ترار م گیرد( .مانند)A, R13, IR :
• اغلب نام ها شان دهنده ار است که ثبات انجام م شود مثال:
MAR = Memory Address Register
PC = Program Counter
IR = Instruction Register
DR = Data Register
3
4
نمایش بیت های ثبات
ثبات R1
تلسی ثبات به دو بخش
شماره گ اری بیت ها
• اعمییاا یایییه کییه روی داده هییای هخیییره شییده در ثبییات هییا اعمییاا مییی شییوند را
ریزعمل می گویند.
• نتیجییه ریزعملییی کییه روی ییین ثبییات اعمییاا مییی شییود ،در همییان ثبییات و یییا یین
ثبات دیدر ترار می گیرد.
• چند ریزعمل shift, count, clear :و load
• ش ییمارنده ای ب ییا امش ییان ب ییار ش ییدن م ییوازی ،م ییی توان یید اعم ییاا
loadرا انجام دهد.
countو
• ین ثبات با تابلیت شی ت دو طرفه ،می تواند اعماا شی ت به راست و یا
چپ را انجام دهد.
5
.1ريزعمل ها انتلاا ثبات :انتلاا داده از ین ثبات به ثبات دیدر.
.2ريزعمل ها گساب :انجام اعماا محاسباتی روی داده هیای عیددی کیه در
ثبات ها هخیره شده اند.
.3ريزعمل ها منطل :دستشاری بیت های داده ای غیر عددی ثبات ها.
.4ريزعمییل هییا ش ی ت :شییی ت دادن بیییت هییای داده ی هخیییره شییده در ثبییات
ها.
6
• کپي شدن اطالعات ين ثبات به ثبات ديدر انتلاا ثبات نام دارد.
• عملدر جایدزینی :
– R2 R1
– در ضربان (یالس) بعدی ساعت محتویات R1به R2منتلل می شود.
– محتویات R1تغییری نمی کند.
• مییداری جا ییت ایجییاد ارتب ییاه بییین خروا ییی هییای ثب ییات مبییدا و ورودی ه ییای ثبییات مل یید
وجود دارد.
• ثبات مل د را می توان ب ورت موازی بار نمود.
7
• اغل ییب اوت ییات عمل ییات ه ییا فل ییص زم ییا ک ییه ي یین ش ییره خ ییا
شوند.
برت یرار باش یید باي یید اج یرا
• اين مساله شب ه ifدر زبان ها برنامه نويس ي است.
• در سيس ییت ه ییا ديج ت ییاا ش ییره ب ییا ي یین سی ی دناا کن ر ییا
،)signalيا تابع کن ر ا ( )control functionانجام م شود.
(
control
• تابع کن ر ا به ششل زير شان داده م شود:
P: R2 R1
بدين معني که اگر Pبرابر 1بود انتلاا از R1به R2انجام شود .يا:
)if (P == 1) then (R2 R1
8
t
دياگرام زمان بندي
t+1
Clock
Load
Transfer occurs here
9
• اگییر تعییداد دو يییا بيش ی ر عمل ییات همزمییان انجییام شییود آن هییا را بییا امییا ( )،از
ه جدا م کن .
P: R3 R5, MAR IR
• در اينجا اگر P=1باشد ،به طور همزمان R5به R3و IRبه MAR
منتلل م شود.
10
T : R2 R1, R1 R2
• ب ییدلیل اینک ییه محتوی ییات ثب ییات R2ب ییر روی مس یییر انتل ییاا داده ه ییا ب ییه ثب ییات
R1ت یرار دارد ،در ی یین ی ییالس زم ییا ی ای یین اطالع ییات ب ییه R1منتل ییل ش ییده و
همزمان محتویات R1درون R2کپی خواهد شد.
• عمییل فییوه ،کییه جابجییایی ملییادیر دو ثبییات را شییان مییی دهیید ،بییا اسییت اده از
(Edge Triggered
فلیپ فالپ های گساس به لبه
) Flip-flopsتابل انجام می باشد.
11
12
سمبل
شرح
مثال
حروف بزرگ
نشان دهنده نام يک ثبات
MAR, R2
پرانتز ()
نشان دهنده قسمتي از يک ثبات
)R2(0-7), R2(L
پيکان
نشان دهنده انتقال اطالعات
R2 R1
دو نقطه :
نشان دهنده پايان تابع کنترلي
P:
کاما ،
جدا کننده دو ريز عمل همزمان
A B, B A
• در يین سيسییت ديج تییاا بییا ثبییات هییا فیراوان ،ات ییاا مسییتل هییر ثبییات بییا
ثبات ديدر امشان ی ير نيست.
• برا ات اا nثبات به يکديدر ،به ) n(n-1خص ارتباط ن از است.
• برا سيست ها با تعداد ثبات زياد عملا نيست.
• ب ییه جییا ايیین ییار از ي یین مجموع ییه م ییدار متمرکییز ب ییه ن ییام گ ی رگاه busب یرا
انتلاا اطالعات است اده م شود.
• همچنییین مییدارها کن ر ییا بیرا اينکییه تع ییین کنی کییدام ثبییات ،ثبیات منبییع و
کدام ثبات مل د است.
13
• در ین گ رگاه ) (Busاجزائ زیر را خواهی داشت:
– به ازای هر بیت ثبات ،ین خص داده داری .
– خ ییص ه ییایی بی یرای س یییدناا ه ییای کن ر ییی ک ییه جا ییت انتخ ییا ثب ییات م ییورد
است اده ترار می گیرند.
– جات انتخا ثبات مبدا (که باید داده هیا را روی گی رگاه تیرار دهید) ،از
تسای کننده ) (Multiplexerاست اده می شود.
– جاییت انتخییا ثبییات مل یید ،باییید خییص کن ییرا بییار شییدن ) (Loadآن
ثبات را فعاا کنی ،تا داده ها به آن ثبات منتلل شود.
14
15
16
• برای ساخت ین Busبرای ارتباه بین kثبات nبیتی به موارد زیر نیازمندی :
• به nتسای کننده ) (Multiplexerنیاز داری .
• هر تسای کننده دارای kخص ورودی می باشد.
• زس به ازای هر ثبات ،ین ورودی برای تسای کننده ها داری .
• در واتع تعداد بیت هیای یین رجیسی ر ،تعیداد تسیای کننیده هیا را مشیخص میی نمایید و
تعی ییداد رجیس ی ی ر هی ییا نی ییو تسی ییای کننی ییده هی ییا را تعی ییین می ییی نمایی یید (می ییثال گ ی ی رگاه ب ی یرای 4
رجسی ر ،تسای کننده های 4به ین نیاز دارد).
• R1 BUS , BUS R2می تواند ب ورت روبرو ه نوشته شیودR1 :
R2
17
بافر سه حالته
Output Y=A if C=1
High-impedance if C=0
Normal input A
Control input C
Bus line for bit 0
A0
B0
C0
D0
0
S0
Select
S1
Enable
1
2
3
18
•
گافظه ) (RAMمدار است ترک بي که شامل تعداد ثبات است.
•
هر ثبات ين لمه ( )wordرا تشک ل م دهد.
•
هر ثبات با ين آدرس مشخص م شود.
•
آدرس ها برا rثبات از 0تا r-1م باشد.
•
هر ثبات ( لمه) م تواند nبيت را هخیره کند.
•
ين RAMبا r = 2kلمه nبیتی را در نظر بدیريد .اين RAMبه موارد زير ن از دارد:
– nخص داده ورود
– nخص داده خرواا
– kخص آدرس
19
data input lines
n
address lines
– ين خص کن را خواندن
RAM
unit
– ين خص کن را نوش ن
n
k
Read
Write
data output lines
• :Readانتلاا از گافظه به خارج
• :Writeانتلاا از خارج گافظه به گافظه
• ین لمه از گافظه Mنامیده می شود.
• ثبات آدرس AR ،نامیده می شود.
• ثبات داده DR ،نامیده می شود.
]Read: DR M[AR
Write: M[AR] DR
20
• ريزعمل ها گساب یايه عبارت اند:
– جمع
– ت ریق
– افزایش ()increment
– اهش ()decrement
21
نماد
توضیح
R3R1+R2
مجمو R1و R2در R3ترار می گیرد
R3R1-R2
ت اضل R1و R2در R3ترار می گیرد
R2R2
محتوای R2مکمل ین می شود.
R2R2+1
مکمل دوی R2در خودش ترار می گیرد
R3R1+R2+1
22
مجمو R1و مکمل دوی ،)R1 – R2( R2در R3
R1R1+1
ین واگد به R1افزوده می شود
R1R1-1
ین واگد از R1ک می شود
• تمیام جمیع کننیده )) ،(Full Adder (FAیین میدار دیجیتیاا اسیت کیه
گاصل جمع دو بیت و رت نللی تبلی را محاسبه می نماید.
• جم ییع کننی ییده دودویی ییی ،می ییداری اسی ییت کی ییه مجمی ییو دو عی ییدد بی ییای ری بی ییا طی ییوا
دلخواه را محاسبه می کند.
• جمع کننده دودویی از مدارهای تمام جمع کننده ساخته می شود.
• خروای رت نللی هر ،FAبه ورودی رت نللی بعدی وصل می شود.
• جمع کننده بای ری nبیتی نیاز به nتمام جمع کننده دارد.
23
24
• اعم ییاا جم ییع و ت ری ییق توس ییص ی یین م ییدار مشی ی ر و ب ییا اف ییزودن دروازه ه ییای
XORبه هر تمام جمع کننده انجام می گیرد.
• ورودی ،Mعمل تابل انجام را کن را می کند.
• جمع کننده M = 0 :
• ت ریق کننده M = 1 :
• در واتیع وتتیی M = 1باشید بیا اسیت اده از XORهیا ،بییت هیای عملونید
دوم مکم ییل ی یین م ییی ش ییوند و ب ییدلیل اینک ییه Mب ییه عن ییوان ورودی رت ی نلل ییی
اولین FAنیز می باشد در واتع مکمل دو عملونید دوم بیا عملونید اوا جمیع
می شود ،که این عمل معادا با ت ریق می باشد.
25
26
27
• تمییامی ریییز عمییل هییای محاسییباتی یایییه ،را مییی تییوان در ییین مییدار مجتمییع یییاده
سازی نمود.
• مول ه اصلی این مدار ،ین جمع کننده موازی است.
• وابس ییته ب ییه ورودی ه ییای مت ییاوتی ک ییه ب ییه ای یین جم ییع کنن ییده داده م ییی ش ییود،
اعماا مت اوتی می تواند انجام گردد.
28
• این مدار دارای:
– دو ورودی 4بیتی Aو B
– ین خروای 4بیتی D
• 4ورودی Aرا مستلیما به ورودی تمام جمع کننده ها وصل می کنی .
• ورودی های تسای کننده 4بیتی برای تامین ورودی دیدر مدار:
– B, B, 0, 1
– S0و S1
• خروای تسای کننده به ورودی دوم تمام جمع کننده مت ل می شود.
29
ریز عمل
D=A+Y+Cin
Y
Cin
S0
S1
D=A+B
B
0
0
0
D=A+B+1
B
1
0
0
D=A+B
B
0
1
0
D=A+B+1
B
1
1
0
انتلاا A
D=A
0
0
0
1
افزایش A
D=A+1
0
1
0
1
اهش A
D=A-1
1
0
1
1
انتلاا A
D=A
1
1
1
1
جمع
جمع با رت نللی
ت ریق با رت ترض ی
ت ریق
30
Output
In
Select
31
• ريییز عمییل هییا منطل ی ،ريییز عمییل هییاي هسییتند کییه عمل ییات دودوي ی را رو
رشته ا از بيت ها ثبات انجام م دهند.
• هر بیت ب ورت جداگانه بررس ی می شود.
• مثاا برای :XOR
• محتوای :R1
P:R1 R1 R2
0011
• محتوای :R2
• محتوای R1در صورت :P==1
32
0101
0110
• نمادهای ریز عمل های منطلی:
– یا منطلی )(OR
– و منطلی )(AND
– مکمل
خص تیره روی نماد ثبات
• تشخیص دادن ریز عمل های منطلی و بو ی از ه :
P+Q: R1 R2+R3, R4 R5 R6
• عالمت +بین دو تابع کن ر ی ،نمایاندر ”یا“ منطلی می باشد.
• عالمت +بین دو ثبات بیاندر ریزعمل جمع می باشد.
• 33عالمت بیاندر یا ) (ORمنطلی دو ثبات می باشد.
• ییییاده سییازی سییخت افیزاری ریزعمییل هییای منطلییی بییا اسییت اده از دروازه هیای
منطلی صورت می ی یرد.
• در اغلییب ییامریوتر هییا فلییص ریییز عمییل هییای زیییر ییییاده سییازی مییی شییود و سیایر
ریز عمل ها منطلی دیدر ،از این مجموعه استنتاج می شود.
)• AND, OR, XOR, Complement(NOT
• بییه ازای هییر ییین از بیییت هییای ثبییات هییا از ییین دروازه منطلییی جداگانییه ،جاییت
انجام عمل مورد نظر است اده می شود.
34
S1
0
0
1
1
S0
0
1
0
1
خروای
ریز عمل
F=A B
F=AB
F=AB
(AND) و
(OR) یا
(XOR) یای انح اری
F = A'
(NOT) مکمل
35
•
•
•
•
•
•
•
•
Selective-set
Selective-complement
Selective-clear
Mask (Delete)
Clear
insert
Compare
...
AA+B
AAB
AA.B‘
AA.B
AAB
A(A.B)+C
AAB
36
• در ریزعمل شی ت اولین فلیپ فالپ ملدار خود را از ورودی سریاا می گیرد و بلییه آن
ها ملدار خود را از فلیپ فالپ تبلی خود می گیرند.
• در شی ت به چپ ،اولین فلیپ فالپ ،سمت راست ترین است و هر فلیپ فالپ ملیدار
خود را از فلیپ فالپ سمت راست خود می گیرد.
• در شی ت به راست ،اولیین فلییپ فیالپ ،چیپ تیرین اسیت و هیر فلییپ فیالپ ملیدار خیود
را از فلیپ فالپ سمت چپ خود می گیرد.
• .
37
• ملدار ورودی سریاا با توجه به نو شی ت مشخص می شود.
– در شی ت منطلی ص ر است.
– در شی ت گللوی ملدار بیت سمت دیدر ثبات می باشد.
– در شییی ت گسییابی بییه چییپ ،ص ی ر و در شییی ت گسییابی بییه ،راسییت بی یت
عالمت می باشد.
• در شییی ت گسییابی بییه چییپ زمییا ی کییه بیییت عالمییت تغییییر کنیید ،سیرریز
رخ داده است.
38
• در ش ت منطل بيت ورود ص ر است.
• ش ت منطل به راست:
• ش ت منطل به چپ:
• در زبان انتلاا ثبات از عالئ زير است اده م شود:
R2 shr R2
R3 shl R3
39
• در ش ی ت چرخ ی ي بيییت ورود سییرياا ،بيییت خرواییا از سییمت ديدییر ثب یات
است.
• ش ت چرخ ي به راست:
• ش ت چرخ ي به چپ:
• در زبان انتلاا ثبات از عالئ زير است اده م شود:
R2 cir R2
R3 cil R3
40
• ش ت گساب برا اعداد عالمت دار معني دار است.
• ش ت گساب به چپ عدد درون ثبات را در 2ضر م کند.
• ش ت گساب به راست عدد درون ثبات را بر 2تلس م کند.
• مام رين ويژگ ش ت گساب آن است کیه بیه هنمیام شی ت (ضیر و تلسی ) عالمیت
ثبات را گ ظ م کند.
• ش ت گساب به راست:
sign
bit
• ش ت گساب به چپ:
sign
bit
41
• در ش ت گسابی به چپ بايد مساله سرريز ( )Overflowچن شود.
• اگر تبل از ش ت ملدار دو بيت آخر مت اوت باشد ،سرريز رخ داده است ،زیرا عالمت
عدد تغییر خواهد کرد.
0
sign
bit
V
• در زبان انتلاا ثبات از عالئ زير است اده م شود:
R2 ashr R2
R3 ashl R3
42
• شیفت منطقی
– ملدار اولیه:
11010011
– ملدار زس از شی ت به راست:
01101001
– ملدار زس از شی ت به چپ:
10100110
• شیفت حلقوی
– ملدار اولیه:
43
11010011
– ملدار زس از شی ت به راست:
11101001
– ملدار زس از شی ت به چپ:
10100111
• مثال اول
– ملدار اولیه:
11010011
– ملدار زس از شی ت به راست11101001 :
– ملدار اولیه زس از شی ت به چپ:
10100110
• مثال دوم
– ملدار اولیه:
10011010
– ملدار زس از شی ت به راست11001101 :
– ملدار زس از شی ت به چپ:
44
( 00110100سرریز)
.1محتوای ثبات روی گ رگاه ترار می گیرد ،که این عمل به ین یالس نیاز دارد.
.2گ رگاه به مدار ترکیبی شی ت دهنده مت ل است که ملدار گ رگاه را شی ت می
دهد.
.3ملدار شی ت داده شده در همان ثبات بار می شود.
.4دو عمل فوه در ین ضربان ساعت انجام می گیرد!
45
46
•
نکته H0 :با ارزش ترین بیت است.
• در ،ALUین یا چند ثبات ،ورودی ها را فراه می کنند.
• ALUعمل رزم را انجام می دهد.
• خروای به ثبات مل د منتلل می شود.
• تمام اعماا فوه در ین ضربان زما ی انجام می شود.
• مییدارهای محاسییباتی ،منطلییی و شییی ت مییی توانیید در ییین واگیید سییازماند ی شییود .البتییه
تعدادی خص کن را باید عمل مورد نظر را انتخا نماید.
47
48
49
50