Publicações do PESC Modelo para Elaboração de Testes de Unidades Computacionais

M O D m PARA ELABORAÇÃO DE TESTES DE UNIDADES COMPUTACIONAIS

Maria Alice Silveira de Brito Mochel

TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE Pós-GRADUA ÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESS~IOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS

(M.SC.) EM ENGENHARIA DE SIS- E COMPUTAÇÃO.

Aprovada por:

/'

Prof. ~ s t e v q Gilberto de Simone

Profa. Sueli Mendes dos Santos

u V

Stephan Kovach

Manoel Lage Pinheiro da Silva

RIO DE JANEIRO, RJ

-

BRASIL DEZEMBRO DE 1979

MOCHEL, MARIA ALICE S I L V E I R A DE BRITO

Modelo P a r a

labora ação

de T e s t e s d e U n i d a d e s C o m p u t a c i o - n a i s

-

~ p l i c a ç ã o ao P r o c e s s a d o r de 1 n s t r u ç Õ e s do M i n i c o m p u t a - d o r G 1 1 ( R i o de J a n e i r o ) 1 9 7 9 . V I , 1 7 1 p . 2 9 , 7 cm (COPPE-UFRJ, M.Sc., E n g e n h a r i a de S i s - temas e ~ o m p u t a ç ã o , 1 9 7 9 ) T e s e

-

U n i v , F e d . R i o de J a n e i r o , F a c . E n g e n h a r i a i. T e s t e s I . COPPE/UFRJ 11. ~ í t u l o

AGRADECIMENTOS

Ao P r o f e s s o r Estevam G i l b e r t o De Simone p o r s u a orientação e i n c e n t i v o ; a .Sérgio L e i t e T e r z e l l a e Álvaro Abi

-

lia Neves p e l o a p o i o t e ó r i c o e i n e s t i m á v e l , a o s i n t e g r a n t e s do p r o j e t o de desenvolvimento do mini-computador G 1 1 g r a ç a s a o s q u a i s f o i p o s s í v e l r e a l i z a r e s t e t r a b a l h o , à COBRA Computadores e S i s t e m a s B r a s i l e i r o s S.A. p e l o a c e s s o ao p r o j e t o G 1 1 , r e f e r ê n

-

tia i n d i s p e n s á v e l na p r e s e n t e t e s e .

iii E s t e t r a b a l h o e n f a t i z a o comportamento d e t e s _- t e s d e u n i d a d e s c o m p u t a c i o n a i s s u j e i t a s a f a l h a s a t r a v é s do de- s e n v o l v i m e n t o d e um s i s t e m a d e d e t e c ç ã o e d i a g n ó s t i c o p a r a O p r o c e s s a d o r d e i n s t r u ç õ e s do mini-computador G 1 1 , d i s t r i b u i d o e m t r ê s e t a p a s a s a b e r : l e v a n t a m e n t o d e p o n t o s , s e l e ç ã o dos t e s t e s n e c e s s á r i o s e a v a l i a ç ã o d e s u a c o n f i a b i l i d a d e . A n a l i s a a d i f i c u l _- dade d e s e l e c i o n a r o s p o n t o s e o s testes bem como d e t e r m i n a a o r _- dem d e a p l i c a ç ã o d o s t e s t e s , s u g e r i n d o um método q u e c o n t r i b u a p a r a a r e s o l u ç ã o d e s t a s q u e s t õ e s , b a s e a d o no modelo d e s c r i t o p o r K i m e e R u s s e l em 1975.

ABSTRACT

T h i s p a p e r s t u d i e s t h e b e h a v i o r o f a s y s t e m , a s a p p l i e d t o computing d e v i c e s , which i s i n t e n d e d f a u l t d e t e c t i o n and d i a g n o s i s . The s y s t e m h a s been a p p l i e d

t e s t f o r t o t h e G 1 1 C . P . U . , t h r e e main s t e p s have t h e n been c o n s i d e r e d , na- mely; problem i d e n t i f i c a t i o n , t e s t s e l e c t i o n , and r e a l i a b i l i t y e v a l u a t i o n .

The model d e s c r i b e d by Kime and R u s s e l (1975) h a s b e e n a p p l i e d a s a mean t o h e l p s o l v e a 1 1 t h e proposed pro- blems

.

I1

.

LEVANTAMENTO DOS PONTOS DE FALHA

...

7

2 . 1

.

C a r a c t e r i s t i c a s G e r a i s do Mini-Computador G 1 1

....

7 2.2

.

A r q u i t e t u r a d a Unidade C e n t r a l d e Processamento

..

1 0 2.3 . Unidade de C o n t r o l e Microprogramado

...

11 2.4

.

Unidade d e Movimento de Dados

...

26 2 . 5

.

Micro I n s t r u ç ã o

...

36 2.6 . ~ i c r o - ~ r o ~ r a m a ç ã o d a s 1 n s t r u ç Õ e s

...

4 0 2.7

-

~ e l a ç ã o d o s P o n t o s d e F a l h a

...

4 9 I11

.

TESTES DOS PONTOS DE FALHAS DO PROCESSADOR DE INS-

TRUÇÕES DO MINI-COMPUTADOR G 1 1

...

53

3 . 1

.

Relação d o s Testes P a r a Cada Ponto S u j e i t o a Fa-

l h a

...

54 3.2

.

A n á l i s e d o s Testes R e l a c i o n a d o s Q u a n t o a Capacida-

d e d e ~ o c a l i z a ç ã o d e F a l h a s

...

70

.

Segunda R e l a ç ã o d e P o n t o s Baseada n a s C a r a c t e - r í s t i c a s Apontadas P e l a

vali ação

I V . AVALIAÇÃO DO SISTEMA DE TESTES PROPOSTO

...

1 1 4 4 . 1

-

A p r e s e n t a ç ã o do Modelo de ~ e t e r m i n a ç ã o d e D e t e t a - b i l i d a d e e D i a g n o s t i c a b i l i d a d e com Reparo de um S i s t e m a D i g i t a l com t Componentes S u j e i t o a F a l h a , c o n c l u í d o p o r K i m e e R u s s e l 131

...

1 1 4 4 . 2

-

A v a l i a ç ã o do S i s t e m a d e Testes do P r o c e s s a d o r d e 1 n s t r u ç Õ e s do Mini-Computador G 1 1 d e Acordo com

O Modelo P r o p o s t o p o r K i m e e R u s s e l

]

31

...

135

.

~ e l a ç ã o d e F a l h a s S e l e c i o n a d a s n a Ultima D e s c r i - ç ã o d e Testes A p r e s e n t a d o s no c a p í t u l o 3

.

M a t r i z e s P r e e n c h i d a s d e Acordo com o T e s t e D e f i n i d o P a r a o P r o c e s s a d o r d e çÕes do Mini-Computador G 1 1

.

~ n á l i s e do Comportamento do S i s t e m a n a s M a t r i z e s T e G S i s t e m a d e I n s t r u - R e f l e t i d o

APENDICE

1

-

Conjunto d e 1 n s t r u ç Õ e s do P r o c e s s a d o r do Mini-Computador G 1 1

...

1 5 8 BIBLIOGRAFIA

...

169

Com o aumento da complexidade d o s s i s t e m a s d i

-

g i t a i s a t u a i s , a c o n f i a b i l i d a d e t o r n o u - s e um a s p e c t o i m p o r t a n t e . O s sistemas d i g i t a i s como d i s p o s i t i v o s f í s i c o s e s t ã o s u j e i t o s a f a l h a s . A t e c n o l o g i a empregada a t u a l m e n t e t o r n a o s s i s t e m a s d i g i

-

t a i s m a i s c o n f i á v e i s q u e a t e c n o l o g i a empregada i n i c i a l m e n t e , a n í v e l de c a d a componente, d e v i d o a o c r e s c i m e n t o da i n t e g r a ç ã o d o s c i r c u i t o s . Uma f a l h a pode ser d e f i n i d a como q u a l q u e r mudança não d e s e j a d a no comportamento de um s i s t e m a . O i d e a l e m termos d e manutenção d e um sistema d i g i t a l é q u e a d e t e c ç ã o , o d i a g n ó s t i c o e o r e p a r o de uma f a l h a s e j a m e f e t u a d o s no kempo m a i s b r e v e pos- s í v e l .

Nos sistemas d i g i t a i s envolvendo processamen- t o d e tempo r e a l como r e d e s d e d i s t r i b u i ç ã o t e l e f ô n i c a ou c o n t r o - l e d e v60 a é r e o chega a ser n e c e s s á r i o o u s o d e m o n i t o r e s , q u e e x e r c i t a m e t e s t a m o s i s t e m a p e r i o d i c a m e n t e , v e r i f i c a n d o s e u f u n

-

cionamento, e podendo c a p a c i t a r a c o n t i n u a ç ã o da o p e r a ç ã o s o b c e r t a s f a l h a s e a t é r e p a r á - l a s . Em a l g u n s s i s t e m a s ê s t e esquema deve e s t a r i n c o r p o r a d o p a r a g a r a n t i r a a l t a c o n f i a b i l i d a d e . s ã o o s c a s o s e x t r e m o s d e p r o c e s s a m e n t o e m tempo r e a l , onde a n e c e s s i

-

dade o b r i g a o s i s t e m a a p o s s u i r " a u t o - r e p a r o " . A q u e s t ã o do tempo de d e s a t i v a ç ã o de uma má- q u i n a e s t á d i r e t a m e n t e l i g a d a a o s e u esquema d e manutenção, q u e v a i d e s d e a i n f r a - e s t r u t u r a q u e a f á b r i c a p o s s u i e m t e r m o s d e re

-

c u r s o s humanos e s i s t e m a s d e m a n u t e n ~ ã o a t é s u a p o l í t i c a d e manu

-

t e n ç ã o q u e pode s e r p o r r e l o c a ç ã o d e módulos ou componentes.

Um f a t o r i m p o r t a n t e n a manutenção é o s i s t e m a d e t e s t e , Sua e f i c i ê n c i a é medida p e l a c a p a c i d a d e d e l o c a l i z a ç ã o da f a l h a , p e r m i t i n d o o r e p a r o q u e pode ser f e i t o a t r a v é s d e r e - c o n f i g u r a ç ã o , s u b s t i t u i ç ã o ou c o r r e ç ã o da p a r t e d e f e i t u o s a .

Quando se p r e t e n d e v e r i f i c a r o funcionamento d e uma máquina p a r a r e p a r a r algum d e f e i t o q u e e s t e j a o c o r r e n d o , n a r e a l i d a d e e s t á s e t e n t a n d o v e r i f i c a r é o e s t a d o d a s p e ç a s e s u a s conexões. E s t a o b s e r v a ç ã o l e v a a c o n s i d e r a r q u e o t e s t e d e uma máquina é um c o n j u n t o de t e s t e s d e p e ç a s . Cada p e ç a merecen- do a t e n ç ã o e s e n d o t e s t a d a e m t o d a s as s i t u a ç õ e s p o s s í v e i s . A s s i t u a ç õ e s examinadas p a r a c a d a p e ç a , s ã o a s s i t u a ç õ e s e x t e r n a s a p e ç a . P o r exemplo, se a p e ç a e m q u e s t ã o é um componente e l e t r Ô n i c o , s ó i n t e r e s s a a n a l i s a r a s s a í d a s c o r - r e s p o n d e n t e s a s e n t r a d a s s u b m e t i d a s . ~ ã o h á i n t e r e s s e em v e r i f i

-

c a r o funcionamento i n t e r n o do componente. I n t e r e s s a - n o s a p e n a s t e r conhecimento se o s r e s u l t a d o s e s p e r a d o s s ã o o b t i d o s . I s t o é,

s e o componente f u n c i o n a adequadamente ou não. No e n t a n t o , se a p o l í t i c a d e r e p a r o , d e t e r m i n a r o c o n s e r t o da p e ç a , e m v e z d e s u a s u b s t i t u i ç ã o , a p ó s o exame e x t e r n o quando houver a c o n s t a t a ç ã o d e q u e a p e ç a a p r e s e n t a d e f e i t o , s e r á a p e ç a examinada i n t e r n a - mente. O q u e l i m i t a e n t ã o o d e t a l h a m e n t o do exame d e uma máquina

No c a s o do p r a c e s s a d o r d e i n s t r u ç õ e s , onde a s i n s t r u ç õ e s podem s e r c o n s i d e r a d a s como s e u r e v e s t i m e n t o , confun- d i n d o , o o b j e t o do t e s t e , no " p r o c e s s a d o r " ou " c o n j u n t o d e i n s - t r u ç õ e s " , o d e t a l h a m e n t o é um i t e m i m p o r t a n t e a s e r determinado, d e v i d o a q u a n t i d a d e d e e l e m e n t o s e n v o l v i d o s e m s e u i n t e r i o r . Um d o s p r o c e s s a d o r e s mais p o p u l a r e s o "8080" d a INTEL, a p r e s e n t a uma c o l e ç ã o d e 2 4 0 ( d u z e n t o s e q u a r e n t a ) i n s t r u ç õ e s

.

P o s s i b i l i t a r e s t a v a r i e d a d e d e f u n ç õ e s em uma u n i d a d e c o m p u t a c i o n a l e g a r a n t i r o s e u desempenho, l e v a a s u p o r que s e u p r o j e t o não s e j a d e s i m p l e s concepção. P a r a o u s u á r i o a s i n s t r u

-

ç õ e s se traduzem como f u n ç õ e s q u e r e c e b e n d o d e t e r m i n a d o s v a l o r e s como s e u s p a r â m e t r o s , geram r e s u l t a d o s e s p e r a d o s , E s t a imagem c o n t r a s t a com o comportamento complicado no i n t e r i o r do p r o c e s s a - d o r , q u e s u g e r e uma r e d e de componentes, onde c a d a i n s t r u ç ã o a o s e r e x e c u t a d a , p r o v o c a a a t i v a ç ã o d e um caminho p r ó p r i o , i . e . , p a r a c a d a i n s t r u ç ã o e x i s t e uma s e q u ê n c i a programada de a t i v a ç ã o d e componentes. P a r a c o n h e c e r o comportamento d e um p r o c e s s a - d o r , o i n t e r i o r d e c a d a i n s t r u ç ã o , é n e c e s s á r i o e s t u d a r e m d e t a - l h e s , a a r q u i t e t u r a do p r o c e s s a d o r , s u a u n i d a d e d e c o n t r o l e , s u a u n i d a d e de comunicação d e dados. A o mesmo tempo, s e m p e r d e r d e v i s t a o o b j e t i v o do t e s t e , l e v a n t a n d o a p e n a s o s e l e m e n t o s n e c e s

-

s ã r i o s a o t e s t e , o s e l e m e n t o s que podem ser r e p a r a d o s quando a p r e s e n t a r e m d e f e i t o .

Desde 1950 que e s t u d o s vem sendo r e a l i z a d o s n a á r e a de t e s t e s de s i s t e m a s d i g i t a i s . A b i b l i o g r a f i a d e s t e assun- t o -já é e x t e n s a e Breuer e t a 1 111 procuraram r e u n i - l a no l i v r o "DIAGNOSE & RELIABLE D E S I G N O F D I G I T A L SYSTEMS"

.

O peso dado a cada c a p í t u l o , bem como a s p r ó p r i a s r e f e r ê n c i a s b i b l i o g r á f i c a s a

_-

pontam que a m a i o r i a d a s t e o r i a s s e v o l t a r a m p a r a a v e r i f i c a ç ã o de funcionamento d o s c i r c u i t o s d i g i t a i s . Hoje em d i a , quando o s componentes apresentam uma a l t a i n t e g r a ç ã o , chegando a p o s s u i r s o f t w a r e armazenado, como a m i ~ r o ~ r o g r a m a ç ã o , a t e n t a t i v a razoá- v e l s e r i a a p r o v e i t a r o s r e s u l t a d o s d e s t e s e s t u d o s extrapolando-os p a r a um n í v e l s u p e r i o r , t r a t a n d o o s elementos microprogramados como p o n t o s , assim como o s c i r c u i t o s tem s e u s pontos a n a l i s a d o s .

i3

aproximadamente d e n t r o d e s t a p e r s p e c t i v a que s e d e s e n v o l v e r á o p r e s e n t e t r a b a l h o .

A t e o r i a que e n s a i a o s t e s t e s dos componentes com a l t o í n d i c e de i n t e g r a ç ã o é d e s c r i t a por Lippmam e t a 1 _121, e i n d i c a que o s esquemas t r a d i c i o n a i s de t e s t e s de unidades com- p u t a c i o n a i s s ã o p r o j e t a d o s p a r a encontrarem f a l h a s f i x a s na m a i o r i a d o s s i s t e m a s c o r n b i n a t o r i a i s , onde p i r â m i d e s de c i r c u i t o s

s ã o usados p a r a e f e t u a r uma t a r e f a e s p e c í f i c a e assim o p e r a r em caminhos que podem s e r t r a ç a d o s seguindo o c i r c u i t o e s p e c í f i c o . Deste modo e s t e s métodos não podem s a t i s f a z e r a o s t e s t e s d a s b a r

_-

r a s b i d i r e c i o n a i s e a s f a l h a s de s o f t w a r e que c a r a c t e r i z a m o s s i s t e m a s baseados em microprocessadores. Uma p o s s í v e l s o l u ç ã o s e

-

r i a e n t ã o , o uso de novos a l g o r í t m o s de d i a g n ó s t i c o s d e s e n v o l v i - dos p a r a serem t e s t a d o s n o s microcomputadores.

Devido a o a l t o n í v e l de i n t e g r a ç ã o dos micro- p r o c e s s a d o r e s , s e u s t e s t e s são complicados, p o i s o s novos c i r c u i

_-

t o s de a l t a i n t e g r a ç ã o t a n t o oferecem s o l u ç ã o como ocasionam no- v o s problemas. O a r t i f í c i o a u t i l i z a r é o aproveitamento da p r c p r i a i n t e l i g ê n c i a d o s microcomputadores, notadamente s u a h a b i l i

_-

dade de f a z e r a u t o - t e s t e . O s " a u t o - t e s t e s " podem r e d u z i r o s cus- t o s de t e s t e s de microcomputadores e pode t e r o mesmo e f e i t o que o s " t e s t e s de p l a c a s de m i c r o p r o c e s s a d o r e s " .

E s c r i t o s n a s p r ó p r i a s l i n g u a g e n s de micropro- c e s s a d o r e s em vez da linguagem do equipamento de t e s t e automáti- c o , um programa de t e s t e r e s i d e n t e p r o v i d e n c i a r á grandes volumes de dados e s t i m u l a d o s e v e r i f i c a ç õ e s a p u r a d a s do funcionamento do s i s t e m a . ~ l é m d e s t a s v a n t a g e n s , podem s e r usados em t e s t e s d a s f a s e s de desenvolvimento, produção, implantação e manutenção.

P a r a que o s i s t e m a de t e s t e p r o p o r c i o n e repa- r o a n í v e l de desenvolvimento, v e r i f i c a n d o t o d o s o s pontos de p r o j e t o , s e u d i a g n ó s t i c o deve s e r minucioso, fornecendo a s l o c a -

l i z a ç õ e s das f a l h a s . Um exame e x t e n s o da a r q u i t e t u r a do p r o c e s s a

_-

d o r de i n s t r u ç õ e s do mini-computador G 1 1 deve ser f e i t o com o o b j e t i v o de l e v a n t a r t o d o s o s p o n t o s de f a l h a s possivelmente r e - p a r á v e i s p o r r e c o n f i g u r a ç ã o , s u b s t i t u i ç ã o ou r e p a r o l o c a l . Ao mesmo tempo a implementação do t e s t e deve l e v a r em c o n s i d e r a ç ã o que s u a f e r r a m e n t a b á s i c a e s t á em t e s t e e que pode não e s t a r li- v r e de e r r o s e x i g i n d o que o s t e s t e s mais s i m p l e s sejam f e i t o s an

_-

t e s , que sejam r e p e t i d a s s i t u a ç õ e s que u t i l i z e m o mesmo r e c u r s o p a r a que s e chegue a conclusão de onde o c o r r e uma f a l h a , c a s o

uma s i t u a ç ã o t e n h a a p r e s e n t a d o d e f e i t o . Outro a s p e c t o c o n s i d e r a

_-

do s ã o o s pontos que s ã o a t i v a d o s sempre p a r a q u a l q u e r s i t u a ç ã o e que não tem p o s s i b i l i d a d e de serem i d e n t i f i c a d o s i s o l a d a m e n t e , sendo e n t ã o p o r n e c e s s i d a d e r e u n i d o s em um p o n t o . É i m p o r t a n t e que no momento de d e s c r i ç ã o dos t e s t e s o s pontos e s t e j a m t o t a l - mente d e l i n e a d o s p a r a que não h a j a nem redundância nem f a l t a de t e s t e s .

pós o levantamento dos pontos e d e s c r i ç ã o d o s t e s t e s deve s e r f e i t a uma a v a l i a ç ã o dos t e s t e s no que d i z r e s p e i

-

t o a d i a g n ó s t i c o com r e p a r o . v á r i o s a u t o r e s 13

1

a 116

1

e s t u d a - ram a q u e s t ã o da a v a l i a ç ã o dos t e s t e s , e a l g u n s c r i t é r i o s foram e s t a b e l e c i d o s p a r a que um s i s t e m a de t e s t e t e n h a capacidade de ser d i a g n o s t i c á v e l com r e p a r o . O e s t u d o d e s s e s a u t o r e s não e v i - denciou apenas a a v a l i a ç ã o , f o i a c r e s c e n t a d a a t e o r i a de t e s t e s alguma f o r m a l i z a ç ã o .

LEVANTAMENTO DOS PONTOS DE FALHA

A a r q u i t e t u r a do p r o c e s s a d o r d e i n s t r u ç õ e s do minicomputador G 1 1 v a i ser a n a l i s a d a n e s t e c a p i t u l o com o o b j e t i - vo de serem l e v a n t a d o s t o d o s o s pontos de f a l h a que deverão per- m i t i r r e p a r o . C a r a c t e r z s t i c a s G e r a i s do Mini-Computador G 1 1 a ) P a l a v r a s de 1 6 b i t s de comprimento, ou 2 " b y t e s " de 8 b i t s c a

-

da um. b) Endereçamento d i r e t o de 6 4 K p a l a v r a s de memória p r i n c i p a l (K = 1024)

.

c ) Processamento de p a l a v r a s ou " b y t e s " ( f a c i l i d a d e s p a r a a mani

-

p u l a ç ã o de b i t s i n d i v i d u a i s ) .

d ) E s t r u t u r a modular: a s funções b á s i c a s do s i s t e m a s ã o desempe

-

nhadas p o r módulos de f á c i l r e p o s i ç ã o , que interagem a s s i n c r o namente p o r i n t e r m é d i o de uma v i a comum de a l t a v e l o c i d a d e .

e ) P o s s u i um s i s t e m a de p o n t e i r o s dinâmicos que p e r m i t e a manipu - l a ç ã o e f i c i e n t e de e s t r u t u r a s de dados t a i s como p i l h a s , v e t o - res, f i l a s , ou t a b e l a s .

d e s s e s r e g i s t r a d o r e s é usado como c o n t a d o r d e i n s t r u ç õ e s .

g) Dois modos de processamento: s u p e r v i s o r e u s u á r i o .

h ) Sistema de i n t e r r u p ç õ e s com 9 n í v e i s de p r i o r i d a d e .

i ) ~ n t e r r u p ç õ e s de v á r i o s n í v e i s a t r a v é s de um c o n j u n t o de p o s i - ç õ e s r e s e r v a d a s de memória.

j ) ~ e m ó r i a de semicondutor de a c e s s o r á p i d o .

k ) Endereçamento r e l a t i v o a uma b a s e , p e r m i t i n d o que a s opera- ç õ e s de r e l o c a ç ã o e s t á t i c a e dinâmica sejam f e i t a s em q u a l - q u e r i n s t a n t e do funcionamento do p r o c e s s a d o r .

1) p r o t e ç ã o c o n t r a a c e s s o s de e s c r i t a na memória f e i t o s f o r a de uma á r e a a s s o c i a d a a um programa.

m) Poderoso c o n j u n t o de 1 1 7 i n s t r u ç õ e s de máquina micro-programa

-

d a s . Uma i n s t r u ç ã o pode t e r 16 ou 32 b i t s de comprimento.

n ) v á r i o s modos de endereçamento s ã o d i s p o n í v e i s p a r a o s operan- dos de uma i n s t r u ç ã o . E n t r e e s s e s podemos c i t a r :

-

Operando c o n t i d o na p r ó p r i a i n s t r u ç ã o ( i m e d i a t o ) ;

-

Operando em r e g i s t r a d o r de p r o p ó s i t o g e r a l ;

-

Endereço de operando em r e g i s t r a d o r de p r o p ó s i t o g e r a l , po- dendo e s s e s e r pré-incrementado, ou pós-decrementado, duran

-

t e o endereçamento;

-

Endereço do operando e s p e c i f i c a d o n a p r ó p r i a i n s t r u ç ã o , com ou sem uso de um r e g i s t r a d o r de í n d i c e , e com ou sem p r é - i n

_-

cremento do í n d i c e ;

-

~ n s t r u ç ã o e s p e c i f i c a endereço do endereço do operando, com ou sem pós-indexação, e com pré-incremento o p c i o n a l do í n d i

-

ce

.

o ) ~ t é 4 c a n a i s de e n t r a d a / s a í d a podendo s e r l i g a d o s a v i a comum do G - 1 1 . Cada c a n a l pode s e r do t i p o s e l e t o r ( t r a n s f e r e blo- c o s de p a l a v r a s com um d i s p o s i t i v o de cada v e z ) , ou do t i p o c o n c e n t r a d o r ( t r a n s f e r e " b y t e s " com v á r i o s d i s p o s i t i v o s ao mesmo tempo)

.

p) A s instr,uçÕes de e n t r a d a / s a í d a do G - 1 1 permitem o endereçamen

-

t o de no máximo 1 6 d i s p o s i t i v o s por c a n a l . U m , d i s p o s i t i v o po- de s e r um p e r i f é r i c o , ou uma unidade de c o n t r o l e a q u a l e s t ã o l i g a d o s um ou mais p e r i f é r i c o s .

q ) ~ o n f i g u r a ç ã o do s i s t e m a : O mini-computador G - 1 1 p o s s u i uma e s - t r u t u r a modular, como pode s e r v i s t o na f i g u r a 2 . 1 . O s módu-

10s s e ligam a uma v i a comum b i d i r e c i o n a l , capaz de transmi- t i u 16 b i t s de dados em p a r a l e l o , chamada de Via Comum de Co- municação (VCC)

.

O s módulos do G - 1 1 são:

-

P r o c e s s a d o r C e n t r a l (UCP)

-

~ e m ó r i a P r i n c i p a l

-

C a n a i s de ~ n t r a d a / ~ a í d a , do t i p o s e l e t o r ou c o n c e n t r a d o r

-

C o n t r o l a d o r da Via Comum de comunicação ( C V C C ) , r e s p o n s á v e l p e l o c o n t r o l e de a c e s s o e monitoramento dos d i á l o g o s _que ocorrem na v i a .

F i g . 2 . 1

-

ESTRUTURA DO G 1 1

2.2

-

A r q u i t e t u r a d a Unidade C e n t r a l d e Processamento

O G 1 1 é um minicomputador d e p r o p ó s i t o s _ge- r a i s , implementado com l ó g i c a TTL, e composto d e v á r i o s módulos i n t e r c o n e c t a d o s p o r uma V i a Comum de comunicação (VCC)

.

A Unidade C e n t r a l de Processamento (UCP) do G 1 1 é o módulo q u e i n t e r p r e t a e e x e c u t a a m a i o r i a d a s i n s t r u ç õ e s do computador. E l a emprega a r i t m é t i c a i n t e i r a d e complemento a

2 , e é c a p a z d e e n d e r e ç a r d i r e t a m e n t e 65.536 ( 6 4 K ) p a l a v r a s d e 16 b i t s d e memória p r i n c i p a l .

A UCP pode ser d i v i d i d a e m d o i s submódulos: A u n i d a d e d e movimento d e d a d o s (UMD) e a u n i d a d e de c o n t r o l e microprogramada ( U C M ) . A f i g u r a 2 , 2 i l u s t r a a composição da UCP.

DO/PARA PAINEL

+

SINAIS DE

I

VIA

c

m

(VCC)

I

Fig. 2.2

-

O PROCESSADOR CENTRAL

A UMD é composta de registradores de le bits

e de uma Unidade Lógica e Aritmética (ULA), interligados de

modo a realizar as operações necessárias a execução de uma

instrução.

A UCM identifica a instrução e controla a se queência de passos necessários para executá-la. Ela utiliza uma memória de semi-condutor de acesso rápido, do tipo "ler- -somenten (ROM), onde estão armazenados os microprogramas que, devidamente decodificados na UCM, geram os sinais para executar a ins- trução.

2.3

-

Unidade de Controle Microprogramada

Para a descrição posterior do funcionamento da unidade de controle, cabe primeiramente definir alguns termos que são usados.

-

~ e m ó r i a de c o n t r o l e : É uma unidade d e armazenamento que contém o s microprogramas. No c a s o do G - 1 1 uma memória do t i p o " l e r - somente" expandzvel a t é 4 K p a l a v r a s de 3 2 b i t s por p a l a v r a .

-

Micro-programa: É um c o n j u n t o de m i c r o - i n s t r u ç õ e s que devem s e r executados numa determinada sequência.

-

~ i c r o - i n s t r u ç ã o : É o conteúdo de uma p a l a v r a de 32 b i t s da me- mória de c o n t r o l e , s u b d i v i d i d a em v á r i o s campos contendo micro- o r d e n s .

-

Campo: É cada s u b d i v i s ã o da m i c r o - i n s t r u ç ã o onde e s t ã o e s p e c i - f i c a d a s a s micro-ordens. A m i c r o - i n s t r u ç ã o do G 1 1 p o s s u i 10 campos.

-

Micro-ordem: É um código p a r t i c u l a r de uma c e r t a função, espe- c i f i c a d o num dos campos da m i c r o - i n s t r u ç ã o .

-

P a l a v r a de c o n t r o l e : É uma p a l a v r a de 3 2 b i t s da memória de c o n t r o l e , contendo uma m i c r o - i n s t r u ç ã o , c u j a s micro-ordens s ã o e x e c u t a d a s no mesmo c i c l o de c o n t r o l e , O c o n c e i t o de p a l a v r a de c o n t r o l e e m i c r o - i n s t r u ç ã o geralmente s e confundem.

-

S i n a i s de c o n t r o l e : s ã o t o d o s o s s i n a i s e l e m e n t a r e s que s e o r i

_-

ginam da d e c o d i f i c a ç ã o de cada micro-ordem. E s t e s s i n a i s d i v e r - gem da unidade de c o n t r o l e p a r a p a r t e s d i f e r e n t e s da máquina

,

p e r m i t i n d o ou i n i b i n d o a passagem de informação p e l o s elemen- t o s armazenadores da unidade de movimento d e dados do P r o c e s s a

_-

d o r C e n t r a l ( U C P ) e demais c i r c u i t o s , além da p r ó p r i a Unidade de c o n t r o l e .

A microprogramação d i s p õ e d a s s e g u i n t e s e n t i - dades p a r a o processamento d a s informações :

-

Rede de 1 6 r e g i s t r a d o r e s : 4 r e g i s t r a d o r e s de rascunho 1 r e g i s t r a d o r de p i l h a de c o n t e x t o 1 r e g i s t r a d o r de l i m i t e de programa 1 r e g i s t r a d o r de b a s e l o c a l 1 r e g i s t r a d o r de programa 8 r e g i s t r a d o r e s de p r o p ó s i t o g e r a l

( R % a R 7 ) , sendo o r e g i s t r a d o r RJJ usado como c o n t a d o r de i n s - t r u ç o e s .

-

R e g i s t r a d o r de dados (D)

-

R e g i s t r a d o r de e n d e r e ç o s ( E )

-

R e g i s t r a d o r de i n s t r u ç õ e s ( I )

-

R e g i s t r a d o r e s d e s l o c a d o r e s (P e Q )

-

R e g i s t r a d o r de Estado ( R E )

-

Unidade l ó g i c a e a r i t m é t i c a

-

P a i n e l

-

~ e m ó r i a p r i n c i p a l

-

Via comum

A unidade d e c o n t r o l e é composta dos seguin- t e s elementos:

-

Mapeador

-

s e l e ç ã o

-

~ e r n ó r i a de c o n t r o l e

-

R e g i s t r a d o r de e n d e r e ç o s da memória de c o n t r o l e (EC)

-

R e g i s t r a d o r de dados da memória de c o n t r o l e (DC)

-

2 r e g i s t r a d o r e s de endereço de r e t o r n o de micro-subrorina (Sg e S 1 )

-

D e c o d i f i c a d o r e s

-

Somador de

"+I"

-

Contador (CNTD)

-

~ ó g i c a de t e s t e s de condições

2.3.1

-

Mapeador

O i n t e r f a c e a m e n t o e n t r e a unidade de movimen- t o de dados do p r o c e s s a d o r e a unidade de c o n t r o l e é f e i t o p e l o mapeador, c u j a função é e n d e r e ç a r (mapear) na memória de c o n t r o

-

l e um determinado microprograma de acordo com o código de opera- ç ã o da i n s t r u ç ã o no r e g i s t r a d o r de i n s t r u ç õ e s I , b o t ã o acionado no p a i n e l , ou alguma i n t e r r u p ç ã o . O mapeador, p o r t a n t o , é c o n s t i - t u í d o de 3 p a r t e s :

-

Mapeador de i n s t r u ç õ e s

-

Mapeador de p a i n e l

-

Mapeador de i n t e r r u p ç õ e s

.

Mapeador de i n s t r u ç õ e s

E s s e mapeador c o n s i s t e basicamente de duas memórias do t i p o " l e r - s o m e n t e " , c u j a s e n t r a d a s s ã o a l i m e n t a d a s p e l o r e g i s t r a d o r I e c u j a s s a í d a s podem s e r r e l a c i o n a d a s por c e r t a s micro-or- dens p a r a o r e g i s t r a d o r de e n d e r e ç o s da memória de c o n t r o - l e ( E C )

,

conforme pode s e r observado na f i g . 2 . 4 .

JI

MAPEADOR 2

s a í d a

F i g . 2 . 4

-

MAPEADOR DE INSTRUÇÕES

Ainda observando a f i g . 2 . 4 , o mapeador 1 en- d e r e ç a uma m i c r o - r o t i n a n a memória de c o n t r o l e c o r r e s p o n d e n t e ao c á l c u l o de endereço e f e t i v o ao modo de operação M ( b i t s 3 : 4 > ) .

E x i s t e uma m i c r o - r o t i n a p a r a cada modo de ope

-

r a ç ã o :

Se não e x i s t i r o campo MO na i n s t r u ç ã o , o ma- peador 1 e n d e r e ç a a m i c r o - r o t i n a de execução da i n s t r u ç ã o s e e s - (0 0) 2 I 0 112 (1 o), (1 1) D i r e t o I n d i r e t o I n d i r e t o pré-incrementado I n d i r e t o pós-decrementado

t a f o r c u r t a , ou p e r m i t e o acionamento do mapeador 2 que e n d e r e -

çará uma m i c r o - r o t i n a d e c á l c u l o d e e n d e r e ç o e f e t i v o c o r r e s p o n - d e n t e a o modo d e endereçamento ME, se a i n s t r u ç ã o f o r l o n g a .

O mapeador 2 t e m s u a s e n t r a d a s a l i m e n t a d a s p e

_-

10 b y t e m a i s s i g n i f i c a t i v o da i n s t r u ç ã o da s e g u i n t e maneira:

-

Se a i n s t r u ç ã o f o r l o n g a , a s e n t r a d a s do mapeador 2 s ã o : O c& d i g o de o p e r a ç ã o ( b i t s < 11:15 > ) , campo S/D ( b i t < 1 0 > ) e campo ME ( b i t s < 8:9 > )

.

-

Se a i n s t r u ç ã o f o r c u r t a , a s e n t r a d a s do mapeador 2 s ã o : O có- d i g o d e o p e r a ç ã o ( b i t s < 11:15 > ) , e sub-código de o p e r a ç ã o ( b i t s < 8:10 >)

.

No c a s o d e i n s t r u ç õ e s l o n g a s , esse mapeador e n d e r e ç a p r i m e i r a m e n t e uma m i c r o - r o t i n a de c á l c u l o d e e n d e r e ç o e f e t i v o c o r r e s p o n d e n t e a o modo de endereçamento ME ( b i t s < 8 : 9 > ) .

I

ME MODO DE ENDEREÇAMENTO ( 0 0 ) 2 ( 0 1 ) pós a execução da m i c r o - r o t i n a d e e n d e r e ç a - mento ME, o mapeamento 2 e n d e r e ç a o micro-programa d e execução d a i n s t r u ç ã o . ~ i r e t o / p r é - i n d e x a d o I n d i r e t o 1 n í v e l / p r é - i n d e x a d o ( 1 0 ) ( l i ) , I n d i r e t o 2 n í v e i s / p r é - i n d e x a d o I n d i r e t o 1 n í ~ e l / ~ Õ s - i n d e x a d o

No c a s o d a s i n s t r u ç õ e s c u r t a s , será e n d e r e ç a - do o micro-programa de e x e c u ç ã o p r o p r i a m e n t e d i t a da i n s t r u ç ã o c o r r e s p o n d e n t e a o c ó d i g o e sub-código d e o p e r a ç ã o .

T a n t o o mapeador 1 como o mapeador 2 t e m s u a s s a í d a s s e l e c i o n a d a s p a r a o r e g i s t r a d o r EC a t r a v é s de m i c r o - i n s - t r u ç õ e s e s p e c i a i s q u e s e r ã o d e s c r i t a s m a i s a d i a n t e .

.

Mapeador do P a i n e l E s s e mapeador t e m s u a s e n t r a d a s a l i m e n t a d a s p o r um c o n j u n t o de b o t õ e s do p a i n e l f r o n t a l do G - 1 1 , e s u a f i n a l i d a d e é a d e e n d e

-

r e ç a r um micro-programa q u e e x e c u t e as f u n ç õ e s c o r r e s p o n d e n t e s a c a d a b o t ã o do p a i n e l . CAR PART MAPEADOR DO P A I N E L F i g . 2 . 5

-

MAPEADOR DO PAINEL

E s s e mapeador tem s u a s a í d a s e l e c i o n a d a p a r a o r e g i s t r a d o r EC p o r meio d e uma m i c r o - i n s t r u ç ã o e s p e c i a l q u e s e

-

r ã

d e s c r i t a m a i s a d i a n t e .

.

Mapeador d e 1 n t e r r u p ç Õ e s E s s e mapeador tem s u a s e n t r a d a s a l i m e n t a d a s p e l o c i r c u i t o d e i n t e r r u p ç ã o e no c o n j u n t o de b o t õ e s do p a i n e l , e s u a f i n a l i d a - d e é a d e e n d e r e ç a r um micro-programa d e t r a t a m e n t o d e cada i n t e r r u p ç ã o q u e p o s s a o c o r r e r .

.

C a n a i s

.

F a l h a d e A l i m .

.

I n s t r . I n v á l i d a

.

E r r o d e P a r i d .

.

R e l . I n t e r n o

.

P r o t . d e Mem. -

.

Testes ( r a s t r e a m e n t o )

.

Botão PARE -

.

~ o t ã o PREP

.

Botão INTER MAPEADOR DE I N T E R R U P Ç ~ E S F i g . 2.6

-

MAPEADOR DE I N T E R R U P Ç ~ E S para EC

Todas a s i n t e r r u p ç õ e s na f i g u r a acima, exce- t o p o r p r o t e ç ã o d e memória e i n s t r u ç õ e s i n v á l i d a s s ã o mapeadas e t r a t a d a s a p ó s o t é r m i n o da e x e c u ç ã o da i n s t r u ç ã o sendo e x e c u t a d a p o r o c a s i ã o d a o c o r r ê n c i a d a i n t e r r u p ç ã o . A s d u a s c i t a d a s , p o r

serem i n t e r n a s , podem o c o r r e r d u r a n t e a execução d e uma i n s t r u - ç ã o .

2 . 3 . 2

-

s e l e ç ã o

A s e l e ç ã o é a t i v a d a p o r micro-ordens e s p e c í f i

-

c a s , p e r m i t i n d o a passagem p a r a o r e g i s t r a d o r de e n d e r e ç o s da me

-

mõria de c o n t r o l e (EC) uma d a s s e g u i n t e s e n t r a d a s :

-

A s duas s a í d a s do mapeador;

-

Endereço de r e t o r n o de uma m i s r o - s u b r o t i n a p a r a o micro-progra

_-

ma p r i n c i p a l ;

-

Endereço c o n t i d o nos b i t s de 1 9 a 3 0 n a s m i c r o - i n s t r u ç õ e s de p u l o ( p u l o s d e n t r o dos micro-programas ou p a r a o u t r a s micro-ro

-

t i n a s ) ;

-

Endereço p r o v e n i e n t e do mapeador de i n t e r r u p ç ã o ;

-

Endereço p r o v e n i e n t e do mapeador do p a i n e l ;

-

Endereço da m i c r o - i n s t r u ç ã o s e g u i n t e p r o v e n i e n t e do somador de +l;

-

s a í d a da Unidade ~ Õ g i c a e ~ r i t m é t i c a . 2 . 3 . 3

-

~ e m ó r i a de C o n t r o l e A memória de o o n t x o l e é c o n s t i t u í d a de uma me

_-

mória 'ller-somente", com e x p a n s i b i l i d a d e de a t é 4 K p a l a v r a s de

3 2 b i t s . Aqui e s t ã o c o n t i d o s t o d o s o s micro-programas da f a s e de

p r o p r i a m e n t e d i t a d a s i n s t r u ç õ e s d e máquina, t r a t a m e n t o d a s i n - t e r r u p ç õ e s , d e b o t õ e s do p a i n e l , e c a r r e g a d o r a b s o l u t o . Micro-programa d e Busca Micro-programas d e c á l c u l o d e e n d e r e - ç o e f e t i v o MO e ME Micro-programas d e execução d a s i n s t r u ç õ e s

(

Micro-programas de t r a t a m e n t o d e

I

i n t e r r u p ç õ e s I ~ i c r o - p r o g r a m a s do p a i n e l

I

- -- C a r r e g a d o r A b s o l u t o F i g . 2 . 6

-

ORGANIZAÇÃO DA M E M ~ R I A DE CONTROLE A s p a l a v r a s de 3 2 b i t s d e cada micro-programa s ã o l i d a s s e q u e n c i a l m e n t e ; e s t a s e q u ê n c i a pode s e r d e s c o n t i n u a _- d a p o r uma micro-ordem g e r a l de d e s v i o , que f a z com que a e x e _- cução do micro-programa s e j a d e s v i a d a p a r a o u t r o p o n t o da me- m ó r i a d e c o n t r o l e , r e t o r n a n d o ou não p a r a o e n d e r e ç o d e r e t o r _-

no, conforme o t i p o d a micro-ordem.

Após a l e i t u r a de uma m i c r o - i n s t r u ç ã o , e s t a é armazenada no r e g i s t r a d o r d e dados da memória de c o n t r o l e ( D C ) . D u r a n t e a s u a e x e c u ç ã o , a memória d e c o n t r o l e 6 novamente a c e s _- s a d a , a u t o m a t i c a m e n t e , p a r a a l e i t u r a da m i c r o - i n s t r u ç ã o s e - g u i n t e , q u e s ó s e r á armazenada no r e g i s t r a d o r DC a p ó s o térmi _-

~xecução da micro-instru- ção corrente

\I

Busca da micro- -instrução

í1

Busca d micro- -instrução se- guinte \ Ciclo F i g . 2 . 7

-

C I C L O DE CONTROLE 2.3.4

-

R e g i s t r a d o r de Endereços de C o n t r o l e (EC) O r e g i s t r a d o r de e n d e r e ç o s da memória de con- t r o l e ( E C ) p o s s u i 1 2 b i t s , tendo assim a capacidade de a c e s s o a t é 4 K p o s i ç õ e s , Pode-se d i v i d i r e s s e espaço e n d e r e ç á v e l em b l o - c o s , sendo que uma v e r s ã o q u a l q u e r do G 1 1 não p r e c i s a c o n t e r t o - dos o s b l o c o s p o s s í v e i s de memória; o tamanho e s c o l h i d o p a r a o s b l o c o s , d e v e r á s e r t a l que contenha o c o n j u n t o b á s i c o de i n s t r u - ç õ e s do G 1 1 . A s micro-ordens de p u l o possuem a capacidade de en- d e r e ç a r 4 K p a l a v r a s , com um endereçamento d i r e t o e a b s o l u t o não havendo p o r t a n t o nenhuma e s p é c i e de paginação n a memória de con- t r o l e .

2.3.5

-

R e g i s t r a d o r de Dados do C o n t r o l e ( D C )

Ao s e e n d e r e ç a r uma p o s i ç ã o n a memória de con - t r o l e a m i c r o - i n s t r u ç ã o é l i d a e t r a n s f e r i d a p a r a o r e g i s t r a d o r

d e dados ( D C ) n a memória de c o n t r o l e , d e s t r u i n d o Q s e u c o n t e ú d o

a n t e r i o r . A s e g u i r é i n i c i a d a a f a s e de e x e c u ç ã o que c o n s i s t e n a d e c o d i f i c a ç ã o g e r a l d e micro-ordens.

2.3.6

-

R e q i s t r a d o r e s de e n d e r e ç o de r e t o r n o de m i c r o - s u b r o t i n a

O s r e g i s t r a d o r e s

S 0

e S1, de 1 2 b i t s , guardam o e n d e r e ç o d e r e t o r n o quando d e uma chamada d e m i c r o - s u b r o t i n a .

Esses d o i s r e g i s t r a d o r e s , f u n c i o n a n d o como uma p i l h a , permitem

a t é d o i s n í v e i s de chamada de m i c r o - s u b r o t i n a s , no f i n a l d a s q u a i s o s e n d e r e ç o s d e r e t o r n o s ã o r e c u p e r a d o s em E C , p r o s s e g u i n - do-se a e x e c u ç ã o do micro-programa p r i n c i p a l . D e c o d i f i c a d o r e s pós a m i c r o - i n s t r u ç ã o t e r s i d o armazenada no r e g i s t r a d o r DC, i n i c i a - s e a d e c o d i f i c a ç ã o d a s micro-ordens d o s campos g e r a n d o à s u a s a í d a s i n a i s de c o n t r o l e , a t i v a n d o o s c i r - c u i t o s n e c e s s á r i o s p a r a a execução da o p e r a ç ã o e s p e c i f i c a d a p o r c a d a micro-ordem. Somador d e " + l u O somador d e + 1 é um c i r c u i t o que i n c r e m e n t a d e uma u n i d a d e o c o n t e ú d o do r e g i s t r a d o r EC f o r n e c e n d o n a s u a s a í d a o e n d e r e ç o s e g u i n t e 5 m i c r o - i n s t r u ç ã o c o r r e n t e . E l e é, p o ~ t a n t o , r e s p o n s á v e l p e l a s e q u e n c i a l i z a ç ã o normal do endereçamento

d a s micro-instruçÕes, sendo i n i b i d o , apenas por uma m i c r o - i n s t r u _- ç ã o g e r a l de p u l o .

2.3.9

-

Contador (CNTD)

O c o n t a d o r de c o n t r o l e CNTD p o s s u i 4 b i t s e é

c a r r e g á v e l p o r uma micro-ordem e s p e c i a l ou p e l o s 4 b i t s menos s i g n i f i c a t i v o s da s a í d a da ULA.

O c o n t a d o r CNTD é usado em t o d a s a s operações que n e c e s s i t e m de uma contagem de a t é 1 6 v e z e s , como a c o n t e c e p o r exemplo com a s o p e r a ç õ e s de deslocamento. E l e é também usado p a r a e n d e r e ç a r sequencialmente o s r e g i s t r a d o r e s da r e d e na Unida - de de Movimento de Dados do Processador.

2.3.10

-

~ ó g i c a de T e s t e s de condições

E s t e b l o c o f o r n e c e uma s é r i e de s i n a i s de e s - t a d o d e c o r r e n t e s da execução de uma i n s t r u ç ã o de máquina. Esses s i n a i s s ã o t e s t á v e i s p o r micro-ordens de t e s t e s ao longo do m i - cro-programa, gerando condições segundo a s q u a i s s ã o executados d e s v i o s p a r a p o n t o s d i f e r e n t e s dos micro-programas que não a s s u b s e q u e n t e s ,

O e s t a d o em que se e n c o n t r a uma i n s t r u ç ã o du- r a n t e o s e u processamento r e p r e s e n t a d o p o r condições g e r a d a s p o r operações e f e t u a d a s n a U L A , d e s l o c a d o r e s , do p r ó p r i o código de operação da i n s t r u ç ã o , modo de endereçamento e de operação,

e t c . E s t a s c o n d i ç õ e s s e r ã o e s p e c i f i c a d a s mais a d i a n t e , quando d a d e s c r i ç ã o da p a l a v r a d e c o n t r o l e do G 1 1 .

2 . 4

-

Unidade d e Movimento d e Dados

E s s a é a u n i d a d e onde vão s e r r e a l i z a d a s a s o p e r a ç õ e s . C o n s i s t e d a i n t e r c o n e x ã o d o s r e g i s t r a d o r e s com a u n i - d a d e l ó g i c a e a r i t m é t i c a Pode ser a l i m e n t a d a p e l o p a i n e l ou me- m ó r i a e é c o n t r o l a d a p e l a u n i d a d e d e c o n t r o l e .

I

REDE DE

/

REGISTRADO-

1-1

2 . 4 . - 1

-

R e g i s t r a d o r de E s t a d o

Fig. 2 . 9

-

REGISTRADOR DE ESTADO

Todas a s informações s o b r e o e s t a d o a t u a l da UCP s ã o r e u n i d a s numa p a l a v r a de 1 6 b i t s ( p a l a v r a de e s t a d o )

,

que é mantida num r e g i s t r a d o r da UMD chamado de R e g i s t r a d o r de E s t a d o (RE)

.

E s s a s informações c o n s i s t e m da máscara de i n t e r r u p - ç ã o , um i n d i c a d o r g l o b a l de o c o r r ê n c i a de i n t e r r u p ç õ e s , um i n d i - c a d o r do modo de execução (supervisar ou u s u á r i o ) , e o s códigos de condição que descrevem o Último r e s u l t a d o computado p e l a UCP.

A UCP reconhece 9 n í v e i s de i n t e r r u p ç õ e s e x t e r n a s , com p r i o r i - dades d i s t i n t a s . Desses, o s 3 mais p r i o r i t á r i o s ( n í v e i s $3, 1 e

2 ) não podem s e r i n i b i d o s . O s 6 n í v e i s r e s t a n t e s s ã o c o n t r o l a

-

dos p o r uma máscara de i n t e r r u p ç ã o , na q u a l cada b i t c o r r e s p o n

-

de a um dos n í v e i s , conforme mostra a f i g . 2 . 1 0 .

F i g . 2 . 1 0

-

N ~ V E I S DE INTERRUPÇÃO I N I B ~ V E I S B I T DE RE 8 9 1% 11 12 1 3 Convencionou-se que se o b i t e s t á l i g a d o ( = I ) as i n t e r r u p ç õ e s c o r r e s p o n d e n t e s e s t ã o i n i b i d a s , e em c a s o c o n t r á - r i o (=@) p e r m i t i d a s .

-

C o n t r o l e g l o b a l d e i n t e r r u p ç õ e s ORIGEM DA INTERRUPÇÃO r a s t r e a m e n t o p a i n e l c a n a l c a n a l 1 c a n a l 2 c a n a l 3 A máscara d e i n t e r r u p ç ã o p o s s i b i l i t a a i n i b i ç ã o s e l e t i v a d e i n - t e r r u p ç õ e s . E n t r e t a n t o , o G 1 1 p o s s u i um mecanismo que p e r m i t e a i n i b i ç ã o d e t o d a s e s s a s i n t e r r u p ç õ e s a o mesmo tempo, i n d e p e n - d e n t e do v a l o r d a máscara. O b i t I do RE é usado p a r a e s s a f i - n a l i d a d e .

Quando e s s e b i t e s t á l i g a d o ( I = l ) o p r o c e s s a d o r não a c e i t a ne- nhuma i n t e r r u p ç ã o d o s n í v e i s 4 a 8 , i n c l u s i v e esses, mesmo que

a m8scara d e i n t e r r u p ç õ e s p e r m i t a a o c o r r ê n c i a d a s m e s m a s

Quando d e s l i g a d o ( I = $ ) , é a máscara d e i n t e r r u p ç ã o que c o n t r o -

l a que i n t e r r u F ç Õ e s podem o c o r r e r . NOME RT P N C% C 1 C2 C3 N ~ V E L 3 4 5 6 7 PRIORIDADE

I

8 CRESCENTE

O b i t I pode s e r a l t e r a d o p o r programa ( a t r a v é s d e i n s t r u ç õ e s p r i v i l e g i a d a s ) , ou a u t o m a t i c a m e n t e p o r " h a r d w a r e " . O "hardware" l i g a esse b i t a p ó s a o c o r r ê n c i a de q u a l q u e r i n t e r r u p ç ã o , ou a p ó s uma chamada d e s u p e r v i s o r ( C S U P ) , p a r a p e r m i t i r que o s u -

e

p e r v i s o r c a r r e g u e uma nova máscara d e i n t e r r u p ç ã o . O b i t e também l i g a d o a o ser a p e r t a d o o b o t ã o PREP ( p r e p a r a ) do p a i n e l .

-

Modo

O b i t d e modo (M) i n d i c a se a UCP e s t á operando no modo s u p e r _- v i s o r ( M = l )

,

ou no modo u s u á r i o

(M=g)

.

O modo u s u á r i o r e s t r i n - g e o a c e s s o a máquina, não p e r m i t i n d o q u e c e r t a s i n s t r u ç õ e s

( d i t a s p r i v i l e g i a d a s ) s e j a m e x e c u t a d a s . Q u a l q u e r t e n t a t i v a de e x e c u t a r uma d e s s a s i n s t r u ç õ e s e m modo u s u á r i o a c a r r e t a r á numa i n t e r r u p ç ã o d e n í v e l 1.

A s i n s t r u ç õ e s p r i v i l e g i a d a s do G 1 1 s ã o a s s e g u i n t e s , e m ordem a l f a b é t i c a de mnemõnico:

O b i t M é a u t o m a t i c a m e n t e l i g a d o p e l o "hardware" i m e d i a t a m e n t e a p ó s uma i n t e r r u p ç ã o , ou a p ó s uma chamada d e s u p e r v i s o r (CSUP). Com i s s o g a r a n t e - s e q u e o programa q u e t r a t a a i n t e r r u p ç ã o , ou a CSUP, tem a c e s s o i r r e s t r i t o à máquina. E l e é também l i g a d o a o s e a p e r t a r o b o t ã o PREP ( p r e p a r e ) do p a i n e l .

-

Códigos de condição:

O s c ó d i g o s de condição contem informações s o b r e o Último r e s u l

_-

t a d o que s a i u da ULA, i s t o é, s o b r e a Última i n s t r u ç ã o e x e c u t a

_-

da que r e a l i z o u operações l ó g i c a s e/ou a r i t m é t i c a s .

O s b i t s do código de condição s ã o l i g a d o s como s e segue: P = 1, s e o r e s u l t a d o f o i ímpar.

Z = 1, s e o r e s u l t a d o f o i zero.

S = 1, s e o r e s u l t a d o f o i n e g a t i v o .

E = 1, s e a operação r e s u l t o u em "vai-um" do b i t mais s i g n i f i - c a t i v o .

T = 1, s e a operação r e s u l t o u em transbordamento.

NOTA: O transbordamento ( "overflow") numa operação i n d i c a r e s u l - t a d o e r r a d o , p o r não s e r o mesmo r e p r e s e n t h e l em 1 6 b i t s .

2 . 4 . 2

-

R e g i s t r a d o r e s de ~ r o p õ s i t o G e r a l

O G 1 1 d i s p õ e de 8 r e g i s t r a d o r e s de 1 6 b i t s que podem s e r usados como acumuladores em o p e r a ç õ e s a r i t m é t i c a s , armazenamento temporZrio, i n d e x a d o r e s ou p o n t e i r o s . E l e s s ã o cha - mados de r e g i s t r a d o r e s de p r o p ó s i t o g e r a l , e nas i n s t r u ç õ e s do G 1 1 s ã o endereçados p o r um número de $ a 7 .

F i g . 2 . 1 1

-

REGISTRADORES DE P R O P ~ S I T O GERAL

O r e g i s t r a d o r R% é usado como o c o n t a d o r de i n s t r u ç õ e s ( C I ) d a máquina e contém o e n d e r e ç o r e l a t i v o a b a s e d e programa d a Última p a l a v r a d a i n s t r u ç ã o sendo e x e c u t a d a . Nor- malmente o programador s ó emprega esse r e g i s t r a d o r p a r a e n d e r e ç a _- mento r e l a t i v o a o c o n t a d o r d e i n s t r u ç õ e s .

O r e g i s t r a d o r R7 p o s s u i t a m b é m um uso e s p e - c i a l . A UCP emprega e s s e r e g i s t r a d o r p a r a p a s s a r i n f o r m a ç ã o ao s u p e r v i s o r s o b r e c e r t a s i n t e r r u p ç õ e s , ou p a r a p a s s a r o número da CSUP numa chamada d e s u p e r v i s o r ; e l e é a i n d a e n d e r e ç a d o i m p l i c i - t a m e n t e e m v á r i a s i n s t r u ç õ e s d e E/S. T a l u s o d e R7 é, e n t r e t a n t o , t o t a l m e n t e t r a n s p a r e n t e a o s programas d e u s u á r i o s .

q u a n t o a o s e u emprego em i n s t r u ç Õ e s , a s a b e r :

.

O r e g i s t r a d o r R% não pode s e r usado como i n d e x a d o r ;

.

~ ã o e x i s t e m i n s t r u ç õ e s c u r t a s nem i m e d i a t a s que usem Rjl e R 1 como operandos;

.

Ambos o s r e g i s t r a d o r e s RjJ e R 1 não s ã o s a l v o s nem r e s t a u r a d o s p e l a s i n s t r u ç õ e s SALV e REST, r e s p e c t i v a m e n t e ;

.

O s r e g i s t r a d o r e s R@ e R 1 não s ã o usados como operandos i m p l í c i

-

t o s de operações m i s t a s (que envolvem operandos de 32 b i t s ) .

2.4.3

-

Base Local

O G 1 1 p o s s u i no s e u repertório algumas i n s t r u

-

ç õ e s que usam um deslocamento não n e g a t i v o de 8 b i t s , chamados de i n s t r u ç õ e s de deslocamento c u r t o . Esse deslocamento é usado e m tempo de execução a o conteúdo do r e g i s t r a d o r de Base Local (BL)

,

obtendo-se assim um deslocamento e f e t i v o de 1 6 b i t s . A f i - n a l i d a d e da b a s e l o c a l é p r i n c i p a l m e n t e p e r m i t i r o endereçamento de uma á r e a de memória de a t é 256 p a l a v r a s de tamanho p o r i n s t r u

-

çÕes c u r t a s de 1 6 b i t s , em vez de s e u s a r i n s t r u ç õ e s l o n g a s de

32 b i t s , p e r m i t i n d o assim a economia d e c o n s i d e r á v e l á r e a de có-

d i g o .

Um programa pode a l t e r a r e l e r o v a l o r de BL unicamente a t r a v é s d a s i n s t r u ç õ e s ( n ã o p r i v i l e g i a d a s ) R e s t a u r a R e g i s t r a d o r e s (REST) e S a l v a R e g i s t r a d o r e s (SALV), respectivamen - t e .

2 . 4 . 4

-

Base de Programa

À exceção d a s i n s t r u ç õ e s Carrega Absoluto (CGA) e Armazena Absoluto (AA)

,

t o d o s o s e n d e r e ç o s gerados p e l a s i n s t r u ç õ e s do G 1 1 s ã o r e l a t i v a s a um v a l o r f i x o , que f i c a armaze - nado no r e g i s t r a d o r de Base de Programa (BP). Usualmente e s s e va _- l o r é i g u a l ao endereço a b s o l u t o da p r i m e i r a p a l a v r a do programa em execução.

A menos d a s exceções j á mencionadas, todos o s e n d e r e ç o s g e r a d o s n a UCP são a d i c i o n a d o s ao conteúdo de BP p a r a a obtenção de um endereço e f e t i v o de 1 6 b i t s , que s e r á usado no a c e s s o a memória.

O r e g i s t r a d o r BP s ó pode s e r a l t e r a d o como p a r t e d a s operações de r e s t a u r a ç ã o de c o n t e x t o , ou p e l a UCP após uma i n t e r r u p ç ã o . N ~ O há i n s t r u ç ã o p a r a l e r o conteúdo d e s s e re-

g i s t r a d o r .

2 . 4 . 5

-

L i m i t e de Proarama

O G 1 1 usa o r e g i s t r a d o r de l i m i t e de programa ( L P ) em c o n j u n t o com BP p a r a implementar um esquema de p r o t e ç ã o de memória. O r e g i s t r a d o r LP contém o endereço r e l a t i v o da Ú l t i -

m a p o s i ç ã o da á r e a de programa (tamanho da á r e a menos um), e a UCP impede q u a l q u e r a c e s s o de e s c r i t a na memória f o r a da á r e a de l i m i t a d a p e l o p a r BP e L P .

E

i m p o r t a n t e o b s e r v a r que não h á p r o t e ç ã o con

-

t r a l e i t u r a de p a l a v r a s d a m e m ó r i a , i s t o é, dados podem s e r li- d o s , ou i n s t r u ç õ e s e x e c u t a d a s , d e q u a l q u e r l u g a r d a memória. En- t r e t a n t o , a c e s s o s d e e s c r i t a s ã o impedidos (uma i n t e r r u p ç ã o do p r o c e s s a d o r é g e r a d a ) c a s o o e n d e r e ç o e f e t i v o d e a c e s s o a memó- r i a s e j a menor q u e B P , ou m a i o r que a soma de BP e LP.

O LP s ó pode ser a l t e r a d o como p a r t e d a s ope- r a ç õ e s de r e s t a u r a ç ã o de c o n t e x t o , ou p e l a UCP após uma i n t e r r u p ç ã o . N ~ Oh á i n s t r u ç ã o q u e p e r m i t a l e r o conteúdo d e s s e r e g i s t r a -

d o r .

R e g i s t r a d o r f n d i c e d a P i l h a de C o n t e x t o

O r e c e b i m e n t o d e uma i n t e r r u p ç ã o p e l a UCP c a u - s a uma mudança d e c o n t e x t o , i s t o é, o s r e g i s t r a d o r e s r e l e v a n t e s ao programa e m execução s ã o s a l v o s n a memória e novos v a l o r e s s ã o c a r r e g a d o s em a l g u n s d e s s e s r e g i s t r a d o r e s .

A á r e a d e memória onde deve ser s a l v o o con

-

t e x t o do programa i n t e r r o m p i d o é d e t e r m i n a d a p e l a UCP a t r a v é s do c o n t e ú d o do r e g i s t r a d o r í n d i c e d a p i l h a d e c o n t e x t o ( R I P C ) , e d e uma p a l a v r a r e s e r v a d a d e memória. A r e s t a u r a ç ã o d e s s e c o n t e x t o n o s r e g i s t r a d o r e s a p r o p r i a d o s também é f e i t a p o r r e f e r ê n c i a a R I P C e a mesma p a l a v r a r e s e r v a d a .

O r e g i s t r a d o r R I P C não pode ser l i d o p o r pro- grama v i a i n s t r u ç ã o ( p r i v i l e g i a d a ) e l e í n d i c e d a p i l h a d e con-

t e x t o ( L I C ) . E l e não pode ser a l t e r a d o p o r programa. A UCP i n i - c i a R I P C com o v a l o r 1 (um) a o ser a p e r t a d o o b o t ã o CAR ( c a r r e _- g a ) do p a i n e l . 2.4.7

-

R e g i s t r a d o r d e Dados D 2.4.8

-

R e a i s t r a d o r e s D e s l o c a d o r e s P e O 2.4.9

-

R e g i s t r a d o r I 2 . 4 . 1 0

-

R e q i s t r a d o r d e Endereços E 2 . 4 . 1 1

-

P a i n e l 2.4.12

-

Unidade ~ ó g i c a e ~ r i t m é t i c a 2.4.13

-

R e q i s t r a d o r e s d e Rascunho 2.5

-

Micro ~ n s t r u ç ã o A m i c r o - i n s t r u ç ã o no G 1 1 é c o n s t i t u í d a de 3 2 b i t s d i v i d i d o s e m 1 0 campos c o n t e n d o as v á r i a s micro-ordens c u j a d e c o d i f i c a ç ã o g e r a s i n a i s de c o n t r o l e q u e a c i o n a r ã o o s c i r c u i t o s c o n v e n i e n t e m e n t e d a Unidade de Movimento de dados e da p r ó p r i a u n i d a d e d e c o n t r o l e , numa s e q u ê n c i a t a l q u e o s a l g o r i t m o s sejam c o r r e t a m e n t e e x e c u t a d o s .

O formato da m i c r o - i n s t r u ç ã o é o s e g u i n t e :

F i g . 2 . 1 2

-

FORMATO DA MICRO-INSTRUÇÃO

Cada campo p o s s u i um grupo de b i t s c o d i f i c a - d o s que determinam a operação a s e r e f e t u a d a p e l o c o n t r o l e . Cada código d e s s e s grupos corresponde a uma micro-ordem.

R

A s o p e r a ç õ e s g e r a i s e s p e c i f i c a d a s em cada cam _- po s ã o a s s e g u i n t e s :

MuxE

Campo R

-

A s micro-ordens d e s s e campo controlam o r e l ó g i o cen- --

t r a l no s e n t i d o de p e r m i t i r a g e r a ç ã o dos c i c l o s de c o n t r o l e ou de i n i b í - 1 0 s . s ã o usados p o r o c a s i ã o de um a c e s s o à memória p r i n

_-

c i p a l ou à v i a comum d e comunicação, a fim de p a r a r o processa- mento de m i c r o - i n s t r u ç õ e s subsequentes a t é que o dado acessado e s t e j a seguramente c o r r e t o no r e g i s t r a d o r de dados da Unidade de Movimento de dados.

D

I

A- ( E m /CONDI E m

Campo A - E s t e campo contém a s micro-ordens que selecionam o r e - g i s t r a d o r de Unidade de Movimento de dados que t e r á a c e s s o à en- t r a d a A da ULA.

FuNc A

E s t a s micro-ordens funcionam em c o n j u n t o com a s d o s campos MUXE e END.

Campo B

-

E s t e campo contém a s micro-ordens que selecionam o r e - g i s t r a d o r de Unidade de Movimento de dados que t e r á a c e s s o à en- t r a d a B da ULA.

Campo FUNC

-

Esse campo contém o s códigos d a s funções l ó g i c a s e a r i t m é t i c a s da ULA, ou das o p e r a ç õ e s de deslocamentos e f e t u a d o s p e l o s r e g i s t r a d o r e s d e s l o c a d o r e s P e Q , com ou sem a t u a l i z a ç ã o d o s b i t s do r e g i s t r a d o r de e s t a d o S do p r o c e s s a d o r .

Campo MUXE

-

A s micro-ordens d e s s e campo controlam a s e l e ç ã o e endereçamento dos r e g i s t r a d o r e s da r e d e .

E l e s funcionam em c o n j u n t o com as micro-or- d e n s dos campos A e END.

Campo D

-

Esse campo contém a s micro-ordens que determinam o s e n - t i d o de deslocamento ou a c a r g a dos r e g i s t r a d o r e s d e s l o c a d o r e s P

E s t a s micro-ordens funcionam em c o n j u n t o com a s do campo FUNC.

Campo ARMA

-

A s micro-ordens d e s s e campo s ã o r e s p o n s á v e i s p e l a s e l e ç ã o do r e g i s t r a d o r onde s e r á armazenado o r e s u l t a d o da o p e r a - ção r e a l i z a d a no c i c l o de c o n t r o l e c o r r e n t e . Esse r e s u l t a d o e provindo da s a í d a F de ULA.

E s s a s micro-ordens eventualmente funcionam em c o n j u n t o com a s dos campos MUXE e E N D , quando f o r s e l e c i o n a d o um dos r e g i s t r a d o r e s da r e d e .

Campo ESP

-

Esse campo contém o s códigos d a s micro-ordens espe-

c i a i s que efetuam p u l o s p a r a m i c r o - r o t i n a s d i f e r e n t e s , a c e s s o s à

memória ou à v i a comum, t e s t e s de c o n d i ç õ e s , c o n t r o l e s o b r e O

c i r c u i t o de s e l e ç ã o p a r a o r e g i s t r a d o r E C , e c a r g a i m e d i a t a do c o n t a d o r CNTD

.

E s t a s micro-ordens eventualmente funcionam em c o n j u n t o com a s do campo COND, e do campo E N D , quando f o r d e t e r - minada a c a r g a do c o n t a d o r CNTD.

Campo COND

-

Esse campo contém a s condições que devem s e r t e s t a - d a s p e l a s micro-ordens c o n d i c i o n a i s do campo ESP. Essas condi- ç õ e s s ó podem s e r t e s t a d a s p o r micro-programas e nunca p o r i n s - t r u ç õ e s de máquina. A condição é d i t a v e r d a d e i r a s e e l a f o r igual a 1.

Campo END

-

Esse campo contém o código dos r e g i s t r a d o r e s da rede, v e t o r de i n t e r r u p ç ã o e r e g i s t r a d o r de chaves do p a i n e l endereçá- v e i s p e l a s micro-ordens dos campos A e MUXE.

2 . 6

-

~ i c r o - ~ r o s r a m a c ã o d a s 1 n s t r u c Õ e s O c o n t r o l e micro-programado p e r m i t e a imple- mentação mais s i m p l e s d a s i n s t r u ç õ e s , v i s t o q u e a s o p e r a ç õ e s e x e - c u t a d a s seguem a mesma f i l o s o f i a e m t o d o s o s c a s o s : o s s i n a i s d e c o n t r o l e do f l u x o s ã o g e r a d o s p e l a d e c o d i f i c a ç ã o o u mesmo d i r e t a

-

mente d a s p a l a v r a s de c o n t r o l e ( m i c r o - i n s t r u ç õ e s ) c o n s t i t u i n t e s do micro-programa. E s s a s o p e r a ç õ e s s ã o p a d r o n i z a d a s p a r a t o d a s as i n s t r u ç õ e s , p e r m i t i n d o a s s i m uma f a c i l i d a d e n a mudança ou am- p l i a ç ã o do c o n j u n t o d e i n s t r u ç õ e s e s t a b e l e c i d o , b a s t a n d o p a r a i s

-

s o , c o n f i g u r a r um micro-programa c o r r e s p o n d e n t e ã execução da i n s t r u ç ã o m o d i f i c a d a ou a c r e s c e n t a d a . Dessa m a n e i r a t o r n a - s e p o s s í v e l implementar i n s t r u ç õ e s e s p e c i a i s ( n o c a s o do computador s e r a d a p t a d o a fun- ~ Õ e s e s p e c í f i c a s ) sem a n e c e s s i d a d e d e m o d i f i c a ç ã o de c i r c u i t o s , d e s d e q u e e s t a s i n s t r u ç õ e s não d i f i r a m dos f o r m a t o s g e r a i s d a s i n s t r u ç õ e s do c o n j u n t o b á s i c o j á e x i s t e n t e . 2 . 6 . 1

-

~ e s c r i ç ã o ~ Ó q i c a d a ~ i c r o - p r o g r a m a ç ã o d a s 1 n s t r u ç Õ e s do G 1 1

-

Toda a i n s t r u ç ã o p a s s a p o r t r ê s f a s e s d u r a n t e a s u a execução: Busca, c á l c u l o d e e n d e r e ç o e f e t i v o e e x e c u ç ã o . O fluxograma s e g u i n t e r e p r e s e n t a a microprogramação d a s i n s t r u ç õ e s .

]

TIPS

I

c4

oco

C

BUSCA I BUSCA Inst. Unica SIM Fim. I n t .

Botão

1

aliment

.

I

Paridade

I

Trace - P a i n e l .

INTER PAIN TRACE PARID Pare 1 ALIM

BUSCA

Lme

I n s t . Mostra I n s t

.

1

W s t r a Rede Car

&

I

CARE

I

carre

I

ABSL

~ e s c r i ç ã o ~ Ó g i c a das M i c r o - S u b r o t i n a s :

BUSCA, ME, B E , P E G , I N I C , I N I C D , MGUA, MO, D E P , P V E S , P R V I

,

CURT, IMED, GUAB.

M i c r o - R o t i n a BUSCA:

~g

+ endereço de próxima i n s t r u ç ã o se i n s t r u ç ã o é c u r t a : D +-

1 0

( @ % F F ) ~ ~ ; v a i para FOR1. se i n s t r u ç ã o é longa: procede l e i t u r a da p r ó x i m a p a l a v r a ; v a i para F O R 1 . M i c r o - R o t i n a ME: P a r a ME = jJ9

1$1119

D segundo operando;

S P 1 +- endereço do segundo operando ( j á indexado se f o r o c a s o ) ;

P f R];

v a i para EEX .FOR2.

M i c r o - R o t i n a BE:

P a r a BE = 0 0 ) 0 1 1 1 0 D c p r i m e i r o operando;

P -+ S P 2 -+ segundo b y t e com s i n a l expandido;

S P 1 +- endereço da p a l a v r a do b y t e ;