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Versione G: pila
Nella settima versione della CPU dimostrativa, viene aggiunto il registro SP (stack pointer), utilizzato come indice per la pila dei dati. La pila serve principalmente a consentire le chiamate di procedure, tramite istruzioni call e return, oltre che a poter salvare e recuperare lo stato dei altri registri.
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Figura u140.1. Il bus della CPU con l'aggiunta del registro SP per la gestione della pila.
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Il registro SP ha due ingressi supplementari, Inc e Dec, con lo scopo, rispettivamente, di incrementare o diminuire il valore memorizzato nel registro stesso, di una unità.
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Figura u140.2. La struttura interna del registro SP.
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Nel codice che descrive i campi del bus di controllo, si aggiungono quelli seguenti, i quali servono specificatamente a gestire il registro SP:
field sp_br[31]; // SP <-- bus
field sp_bw[32]; // SP --> bus
field sp_Inc[33]; // SP++
field sp_Dec[34]; // SP--
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Nell'elenco dei codici operativi si aggiungono istruzioni nuove e lo stesso poi nella descrizione del microcodice:
op call_imm {
map call_imm : 24; // call #nn
+0[7:0]=24;
operands op_1;
};
op call_reg {
map call_reg : 25; // call I
+0[7:0]=25;
operands op_0;
};
op return {
map return : 26; // return
+0[7:0]=26;
operands op_0;
};
op push_mdr {
map push_mdr : 27; // push MDR
+0[7:0]=27;
operands op_0;
};
op push_a {
map push_a : 28; // push A
+0[7:0]=28;
operands op_0;
};
op push_b {
map push_b : 29; // push B
+0[7:0]=29;
operands op_0;
};
op push_fl {
map push_fl : 30; // push FL
+0[7:0]=30;
operands op_0;
};
op push_i {
map push_i : 31; // push I
+0[7:0]=31;
operands op_0;
};
op pop_mdr {
map pop_mdr : 48; // pop MDR
+0[7:0]=48;
operands op_0;
};
op pop_a {
map pop_a : 49; // pop A
+0[7:0]=49;
operands op_0;
};
op pop_b {
map pop_b : 50; // pop B
+0[7:0]=50;
operands op_0;
};
op pop_fl {
map pop_fl : 51; // pop FL
+0[7:0]=51;
operands op_0;
};
op pop_i {
map pop_i : 52; // pop I
+0[7:0]=52;
operands op_0;
};
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begin microcode @ 0
...
call_imm:
mar_br pc_bw; // MAR <-- PC
pc_Inc; // PC++
mdr_br ram_bw; // MDR <-- RAM[mar]
sp_Dec; // SC--
mar_br sp_bw; // MAR <-- SP
ram_br pc_bw; // RAM[mar] <-- PC
pc_br mdr_bw; // PC <-- MDR
ctrl_start ctrl_load; // CNT <-- 0
//
call_reg:
sp_Dec; // SP--
mar_br sp_bw; // MAR <-- SP
ram_br pc_bw; // RAM[mar] <-- PC
pc_br i_bw; // PC <-- I
ctrl_start ctrl_load; // CNT <-- 0
//
return:
mar_br sp_bw; // MAR <-- SP
sp_Inc; // SP++;
pc_br ram_bw; // PC <-- RAM[mar]
ctrl_start ctrl_load; // CNT <-- 0
//
push_mdr:
sp_Dec; // SP--
mar_br sp_bw; // MAR <-- SP
ram_br mdr_bw; // RAM[mar] <-- MDR
ctrl_start ctrl_load; // CNT <-- 0
//
push_a:
sp_Dec; // SP--
mar_br sp_bw; // MAR <-- SP
ram_br a_bw; // RAM[mar] <-- A
ctrl_start ctrl_load; // CNT <-- 0
//
push_b:
sp_Dec; // SP--
mar_br sp_bw; // MAR <-- SP
ram_br b_bw; // RAM[mar] <-- B
ctrl_start ctrl_load; // CNT <-- 0
//
push_fl:
sp_Dec; // SP--
mar_br sp_bw; // MAR <-- SP
ram_br fl_bw; // RAM[mar] <-- FL
ctrl_start ctrl_load; // CNT <-- 0
//
push_i:
sp_Dec; // SP--
mar_br sp_bw; // MAR <-- SP
ram_br i_bw; // RAM[mar] <-- I
ctrl_start ctrl_load; // CNT <-- 0
//
pop_mdr:
mar_br sp_bw; // MAR <-- SP
sp_Inc; // SP++
mdr_br ram_bw; // MDR <-- RAM[mar]
ctrl_start ctrl_load; // CNT <-- 0
//
pop_a:
mar_br sp_bw; // MAR <-- SP
sp_Inc; // SP++
a_br ram_bw; // A <-- RAM[mar]
ctrl_start ctrl_load; // CNT <-- 0
//
pop_b:
mar_br sp_bw; // MAR <-- SP
sp_Inc; // SP++
b_br ram_bw; // B <-- RAM[mar]
ctrl_start ctrl_load; // CNT <-- 0
//
pop_fl:
mar_br sp_bw; // MAR <-- SP
sp_Inc; // SP++
fl_br ram_bw; // FL <-- RAM[mar]
ctrl_start ctrl_load; // CNT <-- 0
//
pop_i:
mar_br sp_bw; // MAR <-- SP
sp_Inc; // SP++
i_br ram_bw; // I <-- RAM[mar]
ctrl_start ctrl_load; // CNT <-- 0
...
end
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Figura u140.6. Corrispondenza con il contenuto della memoria che rappresenta il microcodice (la coppia m1 e m2 dell'unità di controllo).
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Tabella u140.7. Elenco delle macroistruzioni aggiunte in questa versione della CPU dimostrativa.
| Sintassi | Descrizione |
call_imm indirizzo
| Decrementa il registro SP e annota nella posizione di memoria a cui questo punta l'indirizzo dell'istruzione successiva, quindi aggiorna il registro PC con l'indirizzo indicato come argomento. In pratica esegue la chiamata di una procedura, annotando nella pila dei dati l'indirizzo di ritorno. |
call_reg
| Decrementa il registro SP e annota nella posizione di memoria a cui questo punta l'indirizzo dell'istruzione successiva, quindi aggiorna il registro PC con l'indirizzo contenuto nel registro I. In pratica esegue la chiamata di una procedura, annotando nella pila dei dati l'indirizzo di ritorno. |
return
| Incrementa il registro SP e preleva l'indirizzo annotato in memoria, corrispondente all'indice della pila, quindi aggiorna il registro PC con tale valore. In pratica, consente di concludere una chiamata precedente. |
push_mdr
| Inserisce nella pila il valore del registro MDR. |
push_a
| Inserisce nella pila il valore del registro A. |
push_b
| Inserisce nella pila il valore del registro B. |
push_fl
| Inserisce nella pila il valore del registro FL. |
push_i
| Inserisce nella pila il valore del registro I. |
pop_mdr
| Recupera dalla pila il valore del registro MDR. |
pop_a
| Recupera dalla pila il valore del registro A. |
pop_b
| Recupera dalla pila il valore del registro B. |
pop_fl
| Recupera dalla pila il valore del registro FL. |
pop_i
| Recupera dalla pila il valore del registro I. |
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Istruzioni «push» e «pop»
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Listato u140.8. Macrocodice per sperimentare l'uso delle istruzioni di inserimento ed estrazione di valori dalla pila dei dati: in questo caso, viene inserito nella pila il valore contenuto nel registro A e poi ripescato, ma nel registro B. Il file completo che descrive le memorie per Tkgate dovrebbe essere disponibile presso allegati/circuiti-logici/scpu-sub-g-push-pop.gm.
begin macrocode @ 0
start:
load_imm #sp_bottom
move_mdr_sp
load_imm #data_0
move_mdr_a
push_a
pop_b
stop:
stop
sp_bottom:
.byte 0x10
data_0:
.byte 0xCC
end
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Figura u140.9. Contenuto della memoria RAM: la cella nella posizione 0F16 viene scritta dall'istruzione push_a. Le celle indicate con «xx» hanno un valore indifferente.
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Istruzioni «call» e «return»
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Listato u140.11. Macrocodice per sperimentare l'uso delle istruzioni di chiamata e ritorno dalle procedure. Il file completo che descrive le memorie per Tkgate dovrebbe essere disponibile presso allegati/circuiti-logici/scpu-sub-g-call-return.gm.
begin macrocode @ 0
start:
load_imm #sp_bottom
move_mdr_sp
call_imm #elabora
move_a_mdr
move_mdr_b
jump #stop
elabora:
load_imm #data_0
move_mdr_a
load_imm #data_1
move_mdr_b
add
return
stop:
stop
sp_bottom:
.byte 0x20
data_0:
.byte 0x0A
data_1:
.byte 0x0B
end
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Figura u140.12. Contenuto della memoria RAM: la cella nella posizione 1F16 viene scritta dall'istruzione call_imm. Le celle indicate con «xx» hanno un valore indifferente.
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«a2» 2013.11.11 --- Copyright © Daniele Giacomini -- appunti2@gmail.com http://informaticalibera.net
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