Κεφάλαιο 3 | Ενότητα 1 | Επόμενο | Προηγούμενο | Λεξικό όρων

Δίοδος δεδομένων του υπολογιστή DLX

Η δίοδος δεδομένων του DLX αποτελείται από κυκλώματα κατάλληλα για την εκτέλεση εντολών, όπως η αριθμητική και λογική μονάδα, οι ολισθητές, οι καταχωρητές γενικής και ειδικής χρήσης και οι εσωτερικές αρτηρίες μεταξύ αυτών. Από την πλευρά του προγραμματιστή, η δίοδος δεδομένων περιέχει τις περισσότερες πληροφορίες που πρέπει να αποθηκευτούν για ένα πρόγραμμα έτσι ώστε όταν αυτό διακοπεί να μπορεί να επανέλθει στο σημείο που είχε διακοπεί και να συνεχιστεί η εκτέλεσή του. Εκτός των καταχωρητών γενικής χρήσης που είναι ορατοί στο χρήστη, η δίοδος δεδομένων επιπλέον περιλαμβάνει τους παρακάτω καταχωρητές ειδικής χρήσης :

τον απαριθμητή προγράμματος (PC), στον οποίο αποθηκεύεται η διεύθυνση της εντολής που πρόκειται να εκτελεσθεί και διευθυνσιοδοτεί τη μνήμη εντολών.

τον καταχωρητή διευθύνσεων διακοπών (IAR). Ο καταχωρητής αυτός αποθηκεύει την εντολή που πρόκειται να εκτελεσθεί, που διαβάζεται από τη μνήμη εντολών και είναι απαραίτητος όταν έχουμε εκτέλεση πολλών κύκλων ρολογιού. Όταν συμβεί μια διακοπή φορτώνεται στον IAR η τιμή του PC έτσι ώστε μετά την εξυπηρέτηση της διακοπής το πρόγραμμα να επανέλθει στο σημείο που διακόπηκε.

τον καταχωρητή διευθύνσεων μνήμης (ΜAR). Ο καταχωρητής αυτός χρησιμοποιείται για την αποθήκευση της διεύθυνσης μνήμης στην οποία θα αποθηκευτεί ή θα διαβαστεί ένα δεδομένο. Επίσης συνδέεται με την κύρια μνήμη μέσω της αρτηρίας διευθύνσεων, η οποία είναι εξωτερική.

τον καταχωρητή δεδομένων (MDR). Ο καταχωρητής αυτός χρησιμοποιείται για την αποθήκευση των δεδομένων που θα αποθηκευτούν στη μνήμη ή που έχουν διαβαστεί από τη μνήμη. Ο καταχωρητής δεδομένων συνδέεται με την κύρια μνήμη μέσω της αρτηρίας δεδομένων, η οποία είναι εξωτερική.

τον καταχωρητή κατάστασης του προγράμματος.Ο καταχωρητής κατάστασης αποτελείται από ψηφία (bits) όπως τα (Z)ero, o(V)erflow, (N)egative, (C)arry. Για παράδειγμα συγκεκριμένα ψηφία τού καταχωρητή κατάστασης εξετάζονται όταν υπάρχει αίτηση για διακοπή του προγράμματος (έτσι ώστε να δοθεί εξουσιοδότηση για διακοπή), σε εντολές ελέγχου ροής προγράμματος κ.α.

προσωρινούς καταχωρητές.Οι καταχωρητές αυτοί αποθηκεύουν προσωρινά την πληροφορία που παράγεται κατά την εκτέλεση των μικρο-λειτουργιών, ώστε να είναι δυνατή η εκτέλεση μιας εντολής σε πολλούς κύκλους ρολογιού.

Στο παρακάτω σχήμα φαίνονται τα τμήματα της διόδου δεδομένων, πως επικοινωνούν μεταξύ τους και πως επικοινωνούν με τη μονάδα ελέγχου και τη μνήμη.

wpe9.jpg (56388 bytes)

Σχήμα 3.1.1 Ο επεξεργαστής του DLX με τη μονάδα ελέγχου και τη δίοδο δεδομένων καθώς και η επικοινωνία του με τη μνήμη: Οι γραμμές από τη μονάδα ελέγχου που μεταφέρουν σήματα ελέγχου εμφανίζονται με διακεκομμένες γραμμές και οι αρτηρίες για μεταφορά δεδομένων (εσωτερικές αρτηρίες) εμφανίζονται με κανονικές γραμμές. Ο επεξεργαστής χρησιμοποιεί 3 εσωτερικές αρτηρίες: S1, S2 και Dest. Η λειτουργία της διόδου δεδομένων είναι να διαβάζει τελεστέους από το αρχείο καταχωρητών (Register File) και από τη μνήμη, να εκτελεί λειτουργίες σ' αυτούς, χρησιμοποιώντας την ALU, και να αποθηκεύει το αποτέλεσμα στο αρχείο καταχωρητών ή στη μνήμη. Παρατηρούμε ότι ο μόνος τρόπος για να επικοινωνήσουν οι αρτηρίες S1 και S2 με την αρτηρία Dest είναι μέσω της ALU.

ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 1

Να αναφέρεται τα κυκλώματα από τα οποία αποτελείται η δίοδος δεδομένων του σχήματος 3.1.1 και να περιγράψετε τον τρόπο με τον οποίο αυτά συνδέονται.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ 1


ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 2

Μπορείτε να εξηγήσετε το λόγο για τον οποίο είναι απαραίτητοι οι “μανταλωτές” στις εισόδους και στην έξοδο του αρχείου καταχωρητών; Για περισσότερες λεπτομέρειες για τους μανταλωτές, θα ήταν καλό να ανατρέξετε στο βιβλίο του M. Morris Mano: "Ψηφιακή σχεδίαση".

ΑΠΑΝΤΗΣΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ 2


ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 3

Μπορείτε να εξηγήσετε τους λόγους για τους οποίους η δίοδος δεδομένων καθορίζει τη διάρκεια του κύκλου ρολογιού και το κόστος του επεξεργαστή; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ 3