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Rechnerorganisation im Sommersemester 2011
3. Übungsblatt
Abgabetermin: 12. Mai 2011, 13:15 Uhr
Institut für Technische Informatik (ITEC)
Institut für Anthropomatik (IFA)
Prof. Dr. J. Henkel
Dr.-Ing. T. Asfour
Dipl.-Inform. Ö. Terlemez
Dipl.-Inform. M. Kröhnert
Adenauerring 2, Geb. 50.20
Email: ti@ira.uka.de
Web: http://ti.ira.uka.de
Aufgabe 1 (6 Punkte)
Die MIMA sei eine mikroprogrammierte Minimalmaschine, die nach dem von-Neumann-
Prinzipaufgebautist,d.h.Maschinenbefehle werdensequentiell abgearbeitet(sieheBeiblatt:
Architektur der MIMA). In der Lese-Phase (fetch phase) wird ein über IAR adressierter Befehl
aus dem Speicher gelesen und im IR abgelegt. In der anschließenden Ausführungsphase
(execute phase) wird der Befehl dekodiert und ausgeführt. Dann folgt ein Zugriff auf den
nächsten Befehl.
DieBefehlsbearbeitung wirdvom Steuerwerk SW gesteuert, welches über 10Meldesignale als
Eingänge und 18 Steuersignale als Ausgänge verfügt. Außerdem enthält SW zumindest einen
Mikroprogrammspeicher fürmaximal256MikrobefehleundeinRegisterfürdenausgelesenen
Mikrobefehl. Nehmen Sie an, dass ein Hauptspeicherzugriff (Lesen und Schreiben) drei Takte
dauert und währenddessen R = 1 (bzw. W = 1) sein muss. Eine ALU-Operation sei nach
einem Takt abgeschlossen.
Das Mikroprogramm für die Lese-Phase (fetch phase) besteht aud fünf Mikrobefehlen:
1. Takt: IAR → SAR; IAR → X; R = 1
2. Takt: Eins → Y; R = 1
3. Takt: ALU auf Addieren; R = 1
4. Takt: Z → IAR
5. Takt: SDR → IR
⎫
⎪⎬
⎪⎭
Fetch-Phase

3. Übungsblatt zur Vorlesung ” Rechnerorganisation“ im Sommersemester 2011 2
Kodieren Sie das oben angegebene Mikroprogramm für die Lese-Phase (fetch phase). Das
Mikroprogramm soll bei der 8-Bit-Adresse 0x00 beginnen. Verwenden Sie das folgende 28-
Bit-Mikrobefehlformat:
A r A w X Y Z E P r P w I r I w D r D w S C 2 C 1 C 0 R W 0 0 Folgeadresse F
27
Beispiel:
24
0x77:
0x78:
0x79:
20
7 0 0 0 0 7 9
16
12
9
8
reserviert
A w = X = Y = 1 (Akku -> X; Akku -> Y)
Adresse des nächsten Befehls ist 0x79
Aufgabe 2 (1 Punkte)
Das bisher reservierte 8. Bit im Mikrobefehl sei mit D bezeichnet und wird als Kennzeichen
dafür verwendet, dass die Adresse des nächsten Mikrobefehls aus dem Befehlsteil B23-B16
ermittelt werden muss. Wie sieht dann der Mikrobefehl für die Dekodierung (6. Takt) aus?
Aufgabe 3 (8 Punkte)
Geben Sie die Mikroprogramme für die Ausführungsphasen der folgenden Maschinenbefehle
an (jeweils ab dem 7. Takt, also nach der Fetch-Phase und der Dekodier-Phase):
LDC, LDV, STV, AND, EQL, JMP, JMN, HALT
Verwenden Sie 9. Bit (Bez.: B) entsprechend Aufgabe 2 für den bedingten Sprung (JMN).
Aufgabe 4 (5 Punkte)
Schreiben Sie ein MIMA-Programm, das die in der Speicherzelle 0x00001 liegende Zahl
von der in der Speicherzelle 0x00000 liegenden Zahl subtrahiert und die Differenz in der
Speicherzelle 0x00002 ablegt. Die Zahlen sind in 24-Bit-Zweierkomplementformat. Das
Programm soll bei Adresse 0x00100 beginnen.
Schreiben Sie zu jeder Ihrer Programmzeilen einen Kommentar in Pseudo-Code, der beschreibt,
was Ihr Programm an dieser Stelle tut. Ohne Kommentar keine Punkte!
Beispiel: 0x00100: 087654 entspricht LDC 0x87654,
lädt die Konstante 0x87654 in den Akku
0

3. Übungsblatt zur Vorlesung ” Rechnerorganisation“ im Sommersemester 2011 3
N
A r A w
Akku
E
Eins
S
SAR
20
A 19 -A 0
24
24
interner
Datenbus
Architektur der MIMA
20
24
24
20
24
24
X
P r P w
IAR
Z
ALU
24
X
D r D w
SDR
24
D 23 -D 0
C 2 C 1 C 0 ALU Operation
000 tue nichts ( d.h. Z -> Z )
001 X + Y -> Z
010 rotiere X nach rechts -> Z
011 X AND Y -> Z
100 X OR Y -> Z
101 X XOR Y -> Z
110 Eins-Komplement von X -> Z
111 falls X = Y, -1 -> Z, sonst 0 -> Z
OpCode
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
F0
F1
F2
Mnemonik
LDC c
LDV a
STV a
ADD a
AND a
OR a
XOR a
EQL a
JMP a
JMN a
HALT
NOT
RAR
24
I r I w
IR
8B 23 -B 16
Y
Z
R W
Takt
T
Steuerwerk
SW
C2-C0 Beschreibung
c -> Akku
-> Akku
Akku ->
Akku + -> Akku
Akku AND -> Akku
Akku OR -> Akku
Akku XOR -> Akku
falls Akku = :-1 -> Akku
sonst : 0 -> Akku
a -> IAR
falls Akku < 0 : a -> IAR
stoppt die MIMA
3
Y
Register
bilde Eins-Komplement von Akku -> Akku
rotiere Akku eins nach rechts -> Akku
Akku: Akkumulator
X: 1. ALU Operand
Y: 2. ALU Operand
Z: ALU Ergebnis
Eins: Konstante 1
IAR: Instruktionsadreßregister
IR: Instruktionsregister
SAR: Speicheradreßregister
SDR: Speicherdatenregister
Steuersignale vom SW
– für den internen Datenbus
A r : Akku liest
A w : Akku schreibt
X: X-Register liest
Y: Y-Register liest
Z: Z-Register schreibt
E: Eins-Register schreibt
P r : IAR liest
P w : IAR schreibt
I r : IR liest
I w : IR schreibt
D r : SDR liest
D w : SDR schreibt
S: SAR liest
– für die ALU
C 2 -C 0 : Operation auswählen
– für den Speicher
R: Leseanforderung
W: Schreibanforderung
Meldesignale zum SW
T: Takteingang
N: Vorzeichen des Akku
B 23 -B 16 : OpCode-Feld im IR
Befehlsformate
Op
Code Adresse oder Konstante
23 20 0
OpCode
F
0 0 0 0
23 20 16
0
Abgabeort: Briefkasten im Untergeschoß im Informatikgebäude am Fasanengarten (Geb. 50.34)

Vorlesung Rechnerorganisation Sommersemester 2011
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