Структура и режимы работы микротренажера МТ2 1804

Микротренажер МТ2 1804 (модель 2), реализован на базе стенда DiLAB со встроенной моделью ядра микропроцессорной системы с секционным микропроцессором. Внутренняя организация микротренажера соответствует типовой структуре микропроцессорной системы, выполненной на СБИС микропроцессорного комплекта К1804. Моделируемое ядро микропроцессорной системы объединяет модель блока центрального процессора, состоящего из одной 4-разрядной секции ЦПЭ К1804ВС1, регистра состояния с флагами результатов, мультиплексора сдвига и регистра выходных данных К1804ИР1, и модель блока микропрограммного управления в составе двух 4-разрядных секций схемы управления адресом микрокоманд (СУАМ) К1804ВУ1, ЗУ микрокоманд емкостью 256 36-разрядных слова, 36-разрядного регистра микрокоманд и схемы управляющих сигналов СУАМ, реализованной в виде ПЗУ емкостью 32 восьмиразрядных слова. Для обеспечения возможности оперативного программирования микропрограммная память выполнена в виде ОЗУ. Эмуляция модели ядра микропроцессорной системы реализована с помощью СБИС программируемой логики (ПЛИС EP2C8F256-8). Функциональная схема микротренажера (рис. 4.10) кроме перечисленных блоков содержит устройство ввода информации, реализованное в виде клавишных переключателей адреса, данных и других элементов управления, обеспечивающих загрузку информации в ЗУМК и синхронизацию работы различных устройств тренажера, и устройство вывода информации, представленное в виде набора светодиодных индикаторов и табло жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ), отражающих состояние выходных шин различных элементов процессорного блока, содержимое ячеек микропрограммной памяти и регистра микрокоманд.

Для управления работой микротренажера в различных режимах на его панели управления размещены следующие элементы управления и индикации:

- 4 кнопки-клавиши PUSH BUTTENS (PUSH, DOWN, LEFT, RIGHT);

- 8 переключателей SWITCHES (SW1 – SW8);

- 16-кнопочная клавиатура (KEYPAD);

- 8 светодиодных индикаторов LED INDICATORS (LED1 – LED7);

- 4 семисегментных индикатора LED MONITOR (Digit1 – Digit4);

- 2-строчный ЖКИ-монитор LCD MONITOR.

Назначение элементов управления и индикации поясняется ниже при описании режимов работы микротренажера.

Основными режимами работы микротренажера являются:

· режим ВЫПОЛНЕНИЕ ПРОГРАММЫ (режим РАБОТА) и

· режим ПРОГРАММИРОВАНИЕ (режим ЗАГРУЗКА).

В режиме ЗАГРУЗКА выполняется ввод микрокоманд в память микрокоманд (микропрограммную память). В режиме РАБОТА осуществляется выполнение микропрограммы, хранящейся в микропрограммной памяти.

Режим работы микротренажера задается при нажатии кнопки UP (режим ЗАГРУЗКА) или кнопки DOWN (режим РАБОТА). Режим, в котором работает стенд, отображается в старшем семисегментном индикаторе Digit4 LED MONITORа. Символом Р отображается режим РАБОТА, а символом З - режим ЗАГРУЗКА.

В режиме РАБОТА центральный процессор в составе микротренажера обеспечивает выполнение микрокоманд, предварительно записанных в микропрограммную память. Исполняемые микрокоманды имеют 36-битный формат, функционально разбиваемый на 9 тетрад (рис. 4.11).

8

7

6

5

R7

R6

R5

R4

R3

R2

R1

R0

P3

P2

P1

P0

MS2

I8

I7

I6

Адрес перехода

Тип перехода

Приемник результата

MS1

I2

I1

I0

C0

I5

I4

I3

A3

A2

A1

A0

B3

B2

B1

B0

D3

D2

D1

D0

Источник операндов

Функция АЛУ

А

В

D

Рис.4.11. Формат микрокоманды, используемый в микротренажере МТ2 1804

Запись микрокоманды в микропрограммную память осуществляется потетрадно в режиме ЗАГРУЗКА.

Для записи микрокоманды необходимо задать адрес редактируемой микрокоманды в микропрограммной памяти и выполнить определенную последовательность действий:

- адрес редактируемой микрокоманды задается с помощью 16-кнопочной клавиатуры KEYPAD. Для задания адреса микрокоманды необходимо последовательно нажать кнопку (*) и три клавиши десятичного кода адркса, начиная со старшего разряда. Десятичный код адреса микрокоманды отображается на 3-х младших индикаторах LED MONITOR Digit3 – Digit1. Адрес микрокоманды запоминается в специальном регистре адреса перехода Р_адр. В режиме РАБОТА содержимое Р_адр используется как адрес перехода при выполнении микрокоманд перехода, которые называются переходом по вектору. В этом режиме на индикаторе адреса микрокоманды высвечивается адрес, который был помещен в Р_адр последним.

- потетрадная запись микрокоманды по выбранному адресу осуществляется с использованием переключателей SW1 – SW4, SW5 – SW8 и кнопки RIGHT. Номер тетрады микрокоманды, содержимое которой контролируется или модифицируется, задается переключателями SW1 – SW4. Двоичный код номера тетрады индицируется на светодиодных индикаторах LED1 – LED4. Записываемые в выбранную тетраду данные задаются с помощью переключателей SW5 – SW8. Код записываемых данных отображается на светодиодных индикаторах LED5 – LED8 (горящий светодиод соответствует сигналу логической «1», погашенный светодиод - сигналу логического «0». Адрес перехода, записываемый в две старшие тетрады микрокоманды, программно преобразуется в десятичный формат и в виде 3-разрядного десятичного кода отображается на дисплее ЖКИ (см. рис. 4.12).

- непосредственная запись данных в выбранную тетраду реализуется при нажатии кнопки RIGHT, которую можно назвать кнопкой ЗАПИСЬ.

Выборка микрокоманд из микропрограммной памяти и их выполнение ЦПЭ осуществляется под управлением блока микропрограммного управления в режиме РАБОТА. В этом режиме при нажатии кнопки LEFT формируются тактовые импульсы, синхронно с которыми очередная микрокоманда из микропрограммной памяти переписывается в регистр микрокоманд и выполняется. Микротренажер поддерживает два режима выполнения микрокоманд: пошаговое исполнение, реализуемое при кратковременном (однократном) нажатии кнопки LEFT, и непрерывное (автоматическое) выполнение микрокоманд, реализуемое при нажатии и удерживании кнопки LEFT. В соответствии с выполняемой функцией кнопку LEFT можно назвать кнопкой пошагового исполнения ПУСК. Завершение программы происходит при исполнении микрокоманды ОСТАНОВА (см. подразд. 4.2.2, микропрограмма 1).

Важнейшим информационным индикатором микротренажера является ЖКИ-индикатор (LCD MONITOR). С его помощью контролируется результат операции загрузки микрокоманды в микропрограммную память (в режиме ЗАГРУЗКА) и отображается результат выполнения очередной (текущей) микрокоманды при пошаговом исполнении микропрограммы (в режиме РАБОТА).

В режиме ЗАГРУЗКА при нажатии кнопки LEFT (ПУСК) на табло LCD MONITOR выводится содержимое 36-разрядной микрокоманды, записываемой в микропрограммную память по адресу, указанному на LED MONITOR.

Формат исполняемых микрокоманд микротренажера (рис. 4.11) содержит коды управления ЦПЭ К1804ВС1 (операционное поле) и коды управления блоком микропрограммного управления, с помощью которого определяется адрес следующей микрокоманды (адресное поле). Содержимое операционного и адресного полей отображается на экране ЖКИ (рис. 4.12). Операционное поле микрокоманды содержит 6 тетрад (тетрады 0 - 5). Нулевая тетрада используется для задания входных данных. Двоичный код входных данных D3-D0 отображается во 2‑й строке дисплея ЖКИ двичными символами на позициях с номерами 29-32. В первой и второй тетрадах микрокоманды указываются адреса регистров регистрового ЗУ, задаваемые на одноименных входах В и А ЦПЭ соответственно. Двоичные коды адресов А и В отображаются во 2‑й строке дисплея ЖКИ на позициях 21-24 и 25-28. Содержимое 3-й тетрады микрокоманды отображается на позициях 17-20 2‑й строки дисплея ЖКИ. Три младших разряда 3-й тетрады микрокоманды определяют код управления функцией АЛУ. Эти разряды управляют входами I5-I3 ЦПЭ (табл.3.1). Старший разряд 3-й тетрады задает входной перенос С0, управляя одноименным входом ЦПЭ. Содержимое 4-й тетрады микрокоманды отображается в 1‑й строке дисплея ЖКИ на позициях 13-16. Три младших разряда 4-й тетрады микрокоманды кодируют выбор источников операндов. Выходы этих разрядов управляют входами I2-I0 ЦПЭ (табл.3.2). Три младших разряда 5-й тетрады содержат код управления приемником результата (табл.3.3). Выходы этих разрядов управляют входами I8-I6 ЦПЭ и отображаются в 1‑й строке дисплея ЖКИ на позициях 10-12. В микротренажере в зависимости от кода микрокоманды могут быть реализованы сдвиговые операции с данными как 4‑разрядной, так и 8-разрядной длины. Тип сдвиговой операции и направление сдвига на входе регистрового ЗУ и регистра Q (рис. 3.1) задается старшими разрядами 4-й и 5-й тетрад микрокоманды, обозначенными как MS1 и MS2 (табл. 4.3). Сигналы MS2 и MS1 управляют внешним мультиплексором сдвига. На табло ЖКИ сигналы MS2 и MS1 отображается в 1‑й строке дисплея ЖКИ на позициях 9 и 13.

Позиция символа в 1-й строке дисплея

Мнемоника отобра-жаемой информации

С

Д

Е

Р3

Р2

Р1

Р0

MS2

I8

I7

I6

MS1

I2

I1

I0

Отображаемая информация

Адрес перехода (десятичный код)

Двоичный код типа перехода

Двоичный код приемника результата

Двоичный код источника операндов

Позиция символа во 2-й строке дисплея

Мнемоника отобра-жаемой информации

С0

I5

I4

I3

A3

A2

A1

A0

B3

B2

B1

B0

D3

D2

D1

D0

Отображаемая информация

Функция АЛУ (двоичный код)

Двоичный код поля адреса А

Двоичный код поля адреса В

Входные данные (двоичный код)

Рис. 4.12. Отображаемая информация о записываемой команде в режиме ЗАГРУЗКА

Адресная часть микрокоманды, размещенная в ее трех последних тетрадах, определяет способ формирования адреса следующей микрокоманды при условных и безусловных переходах – код инструкции (тип) перехода (6-я тетрада) и собственно адрес перехода (7-я и 8-я тетрады). Адрес перехода (содержимое 7-ой и 8-ой тетрад) отображается 3-разрядным десятичным кодом в диапазоне от 0 до 255.

В зависимости от комбинации входных управляющих сигналов блок управления адресом микрокоманды К1804ВУ1 обеспечивает реализацию двух основных режимов адресации ЗУМК: принудительного, когда адрес следующей ячейки задается в текущей микрокоманде, и естественного, при котором адрес следующей микрокоманды получается сложением единицы с текущим адресом.

Таблица.4.3

Код	Сдвиг вправо	Сдвиг влево
MS2	MS1
		Сдвиг 4-разрядного слова с вводом лог.0 в старшие разряды РОН и регистр Q R3 РОН R0 0 Q3 Q Q0 0	Сдвиг 4-разрядного слова с вводом лог.0 в младшие разряды РОН и регистр Q R3 РОН R0 0 Q3 Q Q0 0
		Циклический сдвиг 4-разрядного слова	Циклический сдвиг 4-разрядного слова
		Циклический сдвиг 8-разрядного слова	Циклический сдвиг 8-разрядного слова
		Арифметический сдвиг 8-разрядного слова влево с вводом знакового разряда в старший разряд РОН	Арифметический сдвиг 8-разрядного слова с вводом лог.0 в младший разряд регистра Q 0

Код инструкции (тип) перехода (разряды P0-P3 микрокоманды) и признак результата (C4,OVR,F3 или Z), формируемый на выходе мультиплексора регистра состояния (рис.4. 10), являются входными (адресными) сигналами ПЗУ емкостью 32 восьмиразрядных слова. Каждое слово ПЗУ хранит набор управляющих сигналов для схемы управления адресом микрокоманд К1804ВУ1.

На табло ЖКИ двоичный код типа перехода Р3-Р0 отображается в 1‑й строке дисплея ЖКИ на позициях 5-8. Адрес перехода, содержащийся в 7-й и 8‑й тетрадах микрокоманды отображается в 1‑й строке дисплея ЖКИ 3‑разрядным десятичным кодом десятичными символами в позиции 1-3. Типы возможных переходов в зависимости от кода инструкции микрокоманды (типа перехода Р3-Р0) представлены в табл. 4.4.

Таблица 4.4

Код инструкции перехода	Тип перехода
Р3	Р2	Р1	Р0
				Переход на адрес из регистра микрокоманд, если Z=0
				Переход на адрес из регистра микрокоманд
				Продолжить (переход на следующий адрес)
				Переход на адрес, формируемый клавишным регистром адреса (переход на адрес вектора)
				Переход к подпрограмме, если Z=0
				Переход к подпрограмме
				Возврат из подпрограммы
				Переход по стеку
				Окончить цикл и вытолкнуть из стека, если Z=1
				Загрузить стек и продолжить
				Вытолкнуть из стека и продолжить
				Окончить цикл и вытолкнуть из стека, если C4=1
				Переход на адрес из регистра микрокоманд, если Z=1
				Переход на адрес из регистра микрокоманд, если F3=1
				Переход на адрес из регистра микрокоманд, если OVR=1
				Переход на адрес из регистра микрокоманд, если C4=1

Позиция символа в 1-й строке дисплея

Мнемоника отобра-жаемой информации

С

Д

Е

С

Д

Е

d3

d2

d1

d0

C4

OV

F3

Отображаемая информация

Десятичный ад-рес текущей МК

АДРЕС Десятичный адрес следующей МК

ДАННЫЕ Двоичный код резуль-тата на выходе ЦПЭ

Флаги результата на выходе ЦПЭ

Позиция символа во 2-й строке дисплея

Мнемоника отобра-жаемой информации

Z

PQ3

PQ0

PR3

PR0

d3

d2

d1

d0

С

OV

F3

Z

Отображаемая информация

Флаг нуля

Входы/Выходы сдвига ЦПЭ

Двоичный код результата на выходе регистра данных

Флаги результата предыдущей МК на выходе регистра состояния

В режиме РАБОТА на табло ЖКИ-монитора отображается информация о состоянии выходов различных блоков микротренажера при исполнении очередной микрокоманды (рис. 4.13).

Рис. 4.13. Отображаемая информация о состоянии блоков микротренажера при исполнении микрокоманды в режиме РАБОТА

Проиллюстрируем работу микротренажера на примере выполнения микропрограммы, размещенной в микропрограммной памяти, начиная с адреса 000.

Исполнению микропрограммы предшествует запись микропрограммы в память - этап программирования микротренажера. Последовательность действий при записи или модификации микрокоманд в памяти следующая:

- микротренажер переводится в режим ЗАГРУЗКА (реализуется однократным нажатием кнопки UP). Установленный режим работы контролируется по индикатору Digit4 LED- MONITORа (на семисегментном LED-индикаторе должен высветиться символ З;

- с помощью 16-кнопочной клавиатуры KEYPAD устанавливается адрес микрокоманды (записываемой или редактируемой). Для задания адреса микрокоманды на клавиатуре необходимо последовательно нажать кнопку * и три цифры-клавиши номера в десятичном формате (от старшего разряда десятичного кода номера к младшему- в данном случае 000). Адрес микрокоманды в десятичном формате высвечивается на 3-х младших индикаторах LED MONITORа Digit3 – Digit1 (при несоответствии задание адреса выполняется повторно);

- при нажатии клавиши LEFT (ПУСК) содержимое микрокоманды, размещенной в памяти по установленному адресу, переписывается в регистр микрокоманд и высвечивается на экране ЖКИ-монитора (в формате, показанном на рис. 4.12). При необходимости выполняется редактирование микрокоманды.

Содержимое микрокоманды модифицируется (редактируется) потетрадно. Потетрадная запись осуществляется с использованием переключателей SW1 – SW4, SW5 – SW8 и клавиши RIGHT (ЗАПИСЬ). Для модификации содержимого тетрады необходимо

- установить номер тетрады (двоичный номер тетрады задается переключателями SW1 – SW4 и индицируется на светодиодных индикаторах LED1 – LED4),

- набрать на переключателях SW5 – SW8 двоичный код записываемых данных (код записываемых данных отображается на светодиодных индикаторах LED5 – LED8);

- нажать клавишу RIGHT (ЗАПИСЬ). При нажатии клавиши RIGHT содержимое тетрады (набранные данные) переписывается в память. Значение данных в памяти контролируется в соответствующем поле экрана ЖКИ-монитора.

Внимание! Запись кода адреса микрокоманды (в 7-ю и 8-ю тетрады) осуществляется в двоичном коде, а отображение адреса происходит в десятичном коде, соответствующем восьми двоичным разрядам. Преобразование кода реализуется внутренними схемами микротренажера.

После окончания редактирования микрокоманды по искомому адресу аналогичным образом осуществляется редактирование других микрокоманд микропрограммы.

Выполнение микропрограммы реализуется в режиме РАБОТА. Перед выполнением необходимо задать стартовый адрес микропрограммы и загрузить содержимое 1-й микрокоманды в регистр микрокоманд. Указанные операции реализуются в режиме ЗАГРУЗКА описанным выше способом. После их выполнения микротренажер переводится в режим РАБОТА (кратковременным нажатием клавиши DOWN). Установленный режим работы контролируется по индикатору Digit4 LED- MONITORа, на котором должен высветиться символ Р. При переключении в режим РАБОТА происходит перекоммутирование сигналов на входе ЖКИ-индикатора. В этом режиме на выходе ЖКИ-индикатора отображается информация о состоянии выходов различных блоков микротренажера при исполнении очередной микрокоманды (рис. 4.13). Собственно выполнение микрокоманды происходит при нажатии клавиши ПУСК. При последовательных кратковременных нажатиях клавиши ПУСК осуществляется последовательное выполнение микрокоманд и пользователь по содержимому табло ЖКИ-индикатора может контролировать результаты выполнения отдельных микрокоманд. При нажатии и удерживании клавиши ПУСК происходит автоматическое выполнение микропрограммы до команды останова. Результат выполнения микропрограммы отображается на табло ЖКИ-индикатора. Обратите внимание, что на первом шаге выполнения программы (при первом нажатии клавиши LEFT-ПУСК) на табло ЖКИ не отображается содержимое младших тетрад состояния блоков микротренажера. Как Вы думаете с чем это связано? При последующих нажатиях клавиши происходит полное отображение состояния работы микротренажера.