CpuKulisCalismaRaporu_v1.3
Transkript
CpuKulisCalismaRaporu_v1.3
CPU TURKEY CPU-KULIS MİKROİŞLEMCİSİ ÇALIŞMA RAPORU Proje Danışmanı: Prof. Dr. Sarp ERTÜRK, Kocaeli Üniversitesi, Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü Proje Yetkilisi: Arş. Gör. Anıl ÇELEBİ, Kocaeli Üniversitesi, Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü Proje Ekibi: Çağrı GÜVENEL Ahmet TEKYILDIZ, Kocaeli Üniversitesi Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü, 3. sınıf öğrencileri Akademik Destek: Yrd. Doç. Dr. Oğuzhan Urhan, Kocaeli Üniversitesi Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü Yrd. Doç. Dr. Mehmet Kemal GÜLLÜ, Kocaeli Üniversitesi Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü İçindekiler İçindekiler.................................................................................................................................... i Şekiller Dizini ............................................................................................................................ ii Tablolar Dizini ........................................................................................................................... ii Önsöz.......................................................................................................................................... 1 1. CPU-KULIS MİKROİŞLEMCİSİNİN GENEL YAPISI ...................................................... 2 1.1. Cpu-Kulis Mikroişlemcisi Genel Şematik Gösterimi ..................................................... 3 1.2. Cpu-Kulis Mikroişlemcisinin Ana Öbekleri ................................................................... 3 1.2.1. Komut çekme ........................................................................................................... 3 1.2.2. Kod çözme................................................................................................................ 4 1.2.3. Yürütme.................................................................................................................... 5 1.2.4 Geri yazma ................................................................................................................ 6 1.3. Ardışık Düzen Hata Denetimi: ........................................................................................ 8 2. CPU-KULIS DERLEYİCİSİ ............................................................................................... 10 2.1. Giriş............................................................................................................................... 10 2.2. Derleyici Kullanımı....................................................................................................... 10 2.2.1 Komut kümesinin kullanımı:................................................................................... 11 2.2.2 Sembolik sabit tanımlama: ...................................................................................... 13 2.2.3- Etiket tanımlama: ................................................................................................... 13 2.2.4- Başlama noktası tanımlama: .................................................................................. 13 3. KOMUTLARIN İŞLEM BASAMAKLARI........................................................................ 14 i Şekiller Dizini Şekil 1.1. Cpu-kulis mikroişlemcisinin en üst seviye şematik görünümü ................................. 3 Şekil 1.2. Komut çekme ana öbek şeması................................................................................... 4 Şekil 1.3. Kod çözme öbeği şematik görünümü ......................................................................... 5 Şekil 1.4. Yürütme öbeği altında bulunan ALU biriminin RTL şemasının bir bölümü............. 6 Şekil 1.5. Geri yazma öbeği RTL şeması................................................................................... 7 Şekil 1.6. Ardışık düzen hata denetimi öbeğinin RTL şeması................................................... 9 Tablolar Dizini Tablo 1.1. decode_wire[14:0] sinyalinin kontrol ettiği birimler ve makine kodu karşılıkları.. 5 Tablo 1.2. Hedef ve kaynak bilgilerinin makine kodu karşılıkları ............................................ 7 Tablo 1.3. wb_signals[10:0] sinyalinin kontrol ettiği birimler ve makine kodu karşılıkları .... 7 Tablo 2.1. 32 bitlik işlem kodunun bölümleri ......................................................................... 11 Tablo 2.2. İşlem kodu-işlenen karşılık tablosu........................................................................ 11 Tablo 2.3. Cpu-Kulis işlemcisinin komut kümesi ve aldığı işlenenleri................................... 11 ii Önsöz CPU-KULIS mikroişlemcisi çalışma raporunda mikroişlemcinin genel yapısı, saat darbelerinde komutların işlendiği ana öbekler, bu öbeklerin şematik gösterimleri üzerinde durulmuştur. Komutların makine diline çevrilmesi için tasarlanan derleyicinin tanıtımı yapılmıştır. İşlemcide kullanılan komutların kaynak ve hedef birimleri gösterilmiştir. Tasarımda bulunan bazı önemli bağlantıların etkilediği birimler tablo halinde gösterilmiştir. Komutlar, kullanım alanlarına göre bölümlere ayrılmış ve işlem basamakları ayrıntılı bir biçimde anlatılmıştır. Mikroişlemci ana kısımları, şematik kullanılarak oluşturulmuştur. Şemaların gösteriminde asıl amaç; ana öbeklerin teorik anlatımına uygulamalı gösterim ile destek olmaktır. Bu nedenle; şemalar oluşturulurken şeklin sade ve anlaşılır olması birinci hedeftir. Sıra düzensel olarak bir seviyeden daha aşağı inilmemeye özen gösterilmiştir. (Şemaların ayrıntılı hali eklenen dosyalardan “RTL_Semalar” içerisinde bulunmaktadır. Komutların işleyişi hakkında ayrıntılı uygulama eklenen dosyalar arasında benzetim anlatımı videosu olarak bulunmaktadır.) 1 1. CPU-KULIS MİKROİŞLEMCİSİNİN GENEL YAPISI Cpu-Kulis, standart mikroişlemci yapıları temel alınarak tasarlanmış “özgün” bir çalışmadır. Cpu-Kulis mikroişlemcisi , Komut çekme, Kod çözme, yürütme ve geri yazma isimlerinin verildiği dört ana bloktan oluşmaktadır. Ana bloklardan kısaca bahsetmek gerekirse; Komut çekme, ROM’da bulunan komutlara ait işlem kodlarının ROM’dan okunmasını sağlayan yapıdır. Komut çekme ROM’dan aldığı bu bilgiyi Kod çözme öbeğine iletir. Kod çözme, Komut çekme öbeğinden aldığı kod bilgisini istenilen işlemin yapılabilmesi için uygun sinyaller olarak yürütme kısmına iletir. Aynı zamanda herhangi bir geri yazım işlemi için uygun sinyalleri hedef ve kaynak bilgisi olarak Geri yazma öbeğine iletir. Yürütme, uygun sinyaller uygulanarak istenilen işlemin yürütülmesini sağlayan işlemcinin en karmaşık kısmıdır, veri yolu olarak da adlandırılabilir. Geri yazma, Kod çözme öbeğinden aldığı hedef ve kaynak bilgisine göre; verinin istenilen birime yazılması için gerekli sinyalleri yürütme bloğu için üretir. Cpu-Kulis, dört iş hatlı Ardışık Düzen Hata Denetimi (Pipeline Hazard Detect) yapısına sahip bir işlemcidir. İstisna durumlar hariç her işlem bir saat çevrimi süresinde yapılmaktadır. (Bu istisnalar bölüm 1.3’ de anlatılmıştır.) Cpu-Kulis, 30 temel komutun yanı sıra sonradan eklenen PUSH, POP ve RET komutlarını da yürütme özelliğine sahiptir. Mikroişlemci performansına bir etkisi bulunmayacağı için CACHE bellek bu aşamada kullanılmamıştır. Cpu-Kulis mikroişlemcisinde dört adet yazmaç, ROM, RAM, yığın ve alu ana blokları mevcuttur. İşlemci tasarımı Xilinx ISE tasrım ortamı kullanılarak verilog donanım tanımlama dili ile yazılmıştır. Şematik gösterimler için ISE şematik düzenleyicisinden faydalanılmıştır. Benzetim için MentorGraphics’ in ModelSim yazılımı kullanılmıştır. 2 1.1. Cpu-Kulis Mikroişlemcisi Genel Şematik Gösterimi Şekil 1.1. Cpu-kulis mikroişlemcisinin en üst seviye şematik görünümü Şekil 1.1’ de Cpu-kulis mikroişlemcisinin en üst seviye modelinin şematik gösterimi ‘kabaca eklenmiştir. Yapıdan da anlaşılacağı üzere; birbirine gerekli bağlantılar ile bağlanan dört ana öbek ve bu öbekler arası eş zamanlamayı sağlayan ardışık düzen yapısı genel hatlarıyla görülmektedir. Şekilde en sağda görülen büyük öbek veri-yolu öbeğidir ve sistemin en karmaşık yapısıdır. İlerleyen bölümlerde veri-yolu öbeği ve diğer alt öbeklere kısaca değinilecektir. 1.2. Cpu-Kulis Mikroişlemcisinin Ana Öbekleri 1.2.1. Komut çekme Komut çekme, ROM’dan komutlara ait makine kodlarını alır ve değerlendirmesi için kod çözme öbeğine gönderir. Komut çekme öbeği dört ana alt öbekten oluşmaktadır. Program sayıcı yürütülen komutun kaçıncı adreste olduğunu belirtir. Program sayıcı çıkışı ROM’ a bağlıdır ve belirtilen adresin içerisindeki makine kodu ROM’ dan veri çıkışı olarak kod çözme öbeğine bağlanır. 3 ROM’ da her biri 16 bit adres verisiyle erişilen bilginin uzunluğu 32 bittir. (ROM, 256 satır uzunluğunda alınmıştır, 256 satırı adresleyebilmek için 16 bitlik adres girişinin en az anlamlı 8 biti kullanılmaktadır. Şekil 1.2. Komut çekme ana öbek şeması Toplam ROM uzunluğu 32bit * 256satır / (8bit/byte) = 1024 byte’ dır ). Aynı zamanda program sayıcının göstermiş olduğu adres de bir saat çevrimi ile kod çözme öbeğine iletilir. Bir komutun yürütülmesi işlemi komut çekme öbeğinden başlar. Komut yürütümünde bir saat çevrimi komut çekme öbeğinde harcanmaktadır. 1.2.2. Kod çözme Komut çekme çıkışından aldığı adres bilgisi ile ROM’ dan aldığı makine kodu bilgisini değerlendiren ve hangi komutun yürütüleceğini, hangi birimlerde işlem yapılacağını belirleyen öbektir. Kod çözme öbeğinin şematik gösterimi Şekil 1.3’ de görülmektedir. Şekil 1.3’ de kod çözme öbeğinin iki ana kısımdan oluştuğu görülmektedir. Bu iki ana öbek yanında, komut çekme öbeğinde da bulunan flush yazmacı görülmektedir. Flush yazmacının işlevi, öbek çıkışındaki verinin geçerli olup olmadığını anlatmaktadır. Eğer komut çekme öbeği çıkışındaki flush yazmacının değeri mantıksal “1” ise, kod çözme öbeği, komut çekme çıkışındaki verinin çöp değer olduğunu anlamaktadır. Komut çekme birimi çıkışında 15 bitlik durum sinyali verisi ile 16 bitlik sabit verisi üretilir. Bu değer komut çekme öbeğinden gelen ROM verisinin anlamlı iki parçaya bölünmesi ile elde edilir. Durum sinyali verisinin son 6 biti komut bilgisini , daha sonra gelen 4 bit yazmaç bilgisini ardından gelen 4 bit yine yazmaç 4 bilgisini ve ilk bit ise; elde bilgisini verir. Bu bilgiler doğrultusunda yürütme öbeğine, komutun yürütülebilmesi için uygun sinyaller gönderilir. Şekil 1.3. Kod çözme öbeği şematik görünümü Kod çözme işlemini için oluşturulan makine kodu tablosu Tablo 1.1’ de verilmiştir. Tablo 1.1. decode_wire[14:0] sinyalinin kontrol ettiği birimler ve makine kodu karşılıkları Decode_statck_ctrl Halt Mux1_selector Mux2_selector Mux3_selector Alu_opselect Alu_en Decode_Ram_ctrl decode_wire[1:0] decode_wire[2] decode_wire[4:3] decode_wire[6:5] decode_wire[7] decode_wire[11:8] decode_wire[12] decode_wire[14:13] 1.2.3. Yürütme Yürütme öbeği komutların yürütülmesi işleminin gerçekleştirildiği öbek yapı olduğu için CpuKulis işlemcisinin veri-yolu olarak adlandırılabilir. İçerisinde toplam 16 adet komutun yürütülebildiği ALU bulunur. Bunu yanı sıra; dört adet yazmaç,11 adet çoğullayıcı, bayrak sonuçları, içerisinde bulunan diğer önemli birimlerdir. 5 Yürütme öbeği, mikroişlemcide aritmetik ve mantıksal işlemleri gerçekleştiren öbektir. Bu nedenle; yapı diğer öbeklere oranla hayli karmaşıktır. Yapının içerisinde bulunan ALU biriminin sentez işlemi sonrasında oluşan birkaç sayfalık RTL şemasından sadece bir sayfasının görünümü Şekil 1.4’ de görülmektedir. Yapının diğer alt öbeklerinin RTL şemaları yarışma sayfasına yüklenen dosyalar arasında daha ayrıntılı olarak bulunmaktadır. Şekil 1.4. Yürütme öbeği altında bulunan ALU biriminin RTL şemasının bir bölümü. 1.2.4 Geri yazma Geri yazma öbeği bir komutun son saat çevriminin yürütüldüğü yapıdır. Kod çözme öbeğinden aldığı kaynak ve hedef sinyallerini, geri yazma işleminin yapılabilmesi için yürütme öbeğine uygun sinyalleri üreten öbektir. 6 Şekil 1.5. Geri yazma öbeği RTL şeması Şekil 1.5’ e göre; gerekli koşullar sağlandığı taktirde, dörder bitlik hedef ve kaynak verileri doğrultusunda çıkışa wb_signals adını verdiğimiz kontrol sinyalleri vektörünü bu öbek içerisinde üretilir. Tablo 1.2. Hedef ve kaynak bilgilerinin makine kodu karşılıkları HEDEF 000:AREG 001:BREG 010:CREG 011:DREG 100:ALU 101:STACK 110:RAM KAYNAK 000:AREG 001:BREG 010:CREG 011:DREG 100:ALU 101:STACK 110:RAM Tablo 1.3. wb_signals[10:0] sinyalinin kontrol ettiği birimler ve makine kodu karşılıkları Mux7_ctrl Mux6_ctrl Reg_select Wb_RAM Wb_EN Wb_RW Wb_stack Wb_stack_ctrl(en-rw) wb_signals[0] wb_signals[1] wb_signals[4:2] wb_signals[5] wb_signals[6] wb_signals[7] wb_signals[8] wb_signals[10:9] 7 1.3. Ardışık Düzen Hata Denetimi: Normal koşullar altında bir komut, komut çekme, kod çözme, yürütme, geri yazma olmak üzere dört saat çevrimi sonucunda işlenmektedir. Bir komut yürütümü bitmeden diğer komut öbekler arasında ilerleyememektedir. Ardışık düzen yapısı mikroişlemciye her saat çevriminde bir komutun yürütülmesi olanağını sağlar. Bu sayede; komut yürütme performansı artar ve mikroişlemcinin performansı büyük oranda iyileştirilmiş olur. Bu nedenle; tasarlanan mikroişlemcinin “ardışık düzen” yapısı bulundurması kaçınılmazdır. İdealde her saat çevriminde bir komutun yürütülmesi gerekirken uygulamada bazı komutların ard arda gelmesi komutun yürütülme süresini artırabilmektedir. Yapılan benzetim uygulamasında da gözleneceği üzere; bu problem ile ilgili birkaç örnek verilebilir: Movi ar, 0x5 Add ar, br Yukarıdaki örnekte, movi geri yazma işlemine gireceği sırada ardışık düzen özelliği dolayısıyla, add işleminin de yürütme işlemine girmesi gerekir. Movi komutu ar yazmacının değerini daha güncelleyememişken, add komutu, işlemini güncellenmemiş değeri kullanarak yapacaktır ve yanlış sonuç elde edilecektir. Bu problemin çözümü için, movi komutunun geri yazma işlemini yapması beklenmeli ve add işlemi bundan sonra yürütme öbeğinde işlem görmelidir. Başka bir problem aşağıdaki gibi bir kodda meydana gelir. Push ar Pop br Push ve pop komutları yığına veri yazmak ve yığından veri almak için kullanılır. Bu iki komut ard arda geldiği zaman şöyle bir durum oluşur. Push komutu geri yazma öbeğinde yığına yazmak için erişir. Pop işlemi bu esnada yürütme öbeğinde işlem görecek ve yığındaki veriyi çekmeye çalışacaktır. Yığına yazma ve okuma işlemi aynı anda yapılmak istenmektedir. Bu problem de ilk komutun geri yazma işlemine öncelik verilerek çözülür. Ardışık düzen hata denetimi öbeği bu şekildeki durumları anlayarak, öbekler için eş 8 zamanlama bilgisi üretip, gerekli durumlarda beklemelerini sağlamaktadır. Şekil 1.6’ da bu yapının RTL şeması görülmektedir. Şekil 1.6. Ardışık düzen hata denetimi öbeğinin RTL şeması 9 2. CPU-KULIS DERLEYİCİSİ 2.1. Giriş Cpu-kulis mikroişlemcisi için tasarlanan ROM’ a benzetim için ilk değerler $readmemb komutu ile kaydedilmektedir. Bu komutu kullanarak herhangi bir bellek birimini –ROM veya RAM olabilir- gerek benzetim gerekse sentez aşaması için ilklendirmek mümkündür. Program belleğine gidecek makine kodlarını elde etmek için ise bu proje kapsamında Cpu-Kulis derleyicisi tasarlanmıştır. Derleyici çıktı olarak program belleğini ilklendirmek için kullanılacak olan ikili kodları içeren output.txt isimli basit bir metin dosyası üretmektedir. İşlemcinin program belleği 256 satır ve genişliği 4 byte/satır dır. Her yığın verisi 16 bittir. RAM uzunluğu ise 1024 satırdır, genişliği de 2 byte/satır dır. Dolayısıyla 2KB RAM mevcuttur. Kullanılan komutların mikroişlemcinin anlayacağı makine komutlarına dönüştürülmesi işlemini tasarlanan derleyici halleder. 2.2. Derleyici Kullanımı Bir metin düzenleyici kullanılarak, asm program yazılır. Bu dosya kaydedilir. Örneğin; kaydedilen dosya “d:\cpu\code.txt” olsun. Derleyicinin, kaynak kodlarını derledikten sonra oluşan çalıştırılabilir dosya (compiler.exe), herhangi bir dizine kopyalanır, örneğin c:\compiler.exe. Komut satırından, bu dizine gidilir compiler [asm kodun bulunduğu dizin adresi] yazılarak derleme işlemi yapılır. C:\>compiler d:\cpu\code.txt Aktif dizin compiler.exe dosyasının bulunduğu dizin olmalıdır ve derleme işlemi sonucunda output.txt dosyası aktif dizinde oluşturulmaktadır. Bu dosya işlemci proje dosyasına kopyalanarak ROM un ilk değerlerini buradan alması sağlanır. 10 Derleyici bir komut için 32 bitlik işlem kodunun bölümleri Tablo 2.1’ de görülmektedir. Tablo 2.2 de ise işlenenleri nasıl belirlendiğini gösteren karşılık tablosu bulunmaktadır. Tablo 2.1. 32 bitlik işlem kodunun bölümleri [31:26] [25:22] [21:18] [17] [15:0] Operatör kodu 1. İşlenen 2. İşlenen 3. İşlenen Sabit Tablo 2.2. İşlem kodu-işlenen karşılık tablosu 0000 0001 0010 0011 0100 -> 0111 1111 1. İşlenen A yazmacı B yazmacı C yazmacı D yazmacı Kullanılmaz Sabit 2. İşlenen A yazmacı B yazmacı C yazmacı D yazmacı Kullanılmaz Sabit 2.2.1 Komut kümesinin kullanımı: Tablo 2.3. Cpu-Kulis işlemcisinin komut kümesi ve aldığı işlenenleri 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Komut 1. işlenen 2. işlenen 3.işlenen İşlevi Y Y Elde bayrağı İki işlenen toplanır, sonuç 1. Add işlenene yazılır Y S Elde bayrağı İki işlenen toplanır, sonuç 1. Addi işlenene yazılır Y Y Elde bayrağı İki işlenen çıkartılır, sonuç 1. Sub işlenene yazılır Y S Elde bayrağı İki işlenen çıkartılır , sonuç 1. Subi işlenene yazılır Y YS ----İki işlenen çarpılır, sonuç 1. Mul işlenene yazılır Y YS ----İki işlenen çarpılır, sonuç 1. Muli işlenene yazılır Y YS ----İki işlenen çarpılır, sonuç 1. Mulu işlenene yazılır Y YS ----İki işlenen çıkartılır, sadece Cmp bayraklar etkilenir Y YS ----İki işlenen VE lenir, sonuç 1. And işlenene yazılır 11 10 Andi Y S ----- 11 Or Y Y ----- 12 Ori Y YS ----- 13 14 Not Xor Y Y ----Y --------- 15 Xori Y S ----- 16 Sll Y YS ----- 17 Srl Y YS ----- 18 Sla Y YS ----- 19 Sra Y YS ----- 20 Lw Y YS ----- 21 Sw Y YS ----- 22 23 24 Mov Movi Beq Y Y YS Y S ----- ------------- 25 Bne YS ----- ----- 26 Ba YS ----- ----- 27 Bl YS ----- ----- 28 Nop 29 Hlt 30 Syscall --------YS ------------- ------------- 31 32 33 Y Y ----- ------------- ------------- Push Pop Ret 12 İki işlenen VE lenir, sonuç 1. işlenene yazılır İki işlenen VEYA lanır, sonuç 1.işlenene yazılır İki işlenen VEYA lanır, sonuç 1.işlenene yazılır İşlenenin DEĞİL lenir, geri yazılır İki işlenen XOR lanır. Sonuç 1. işlenene yazılır İki işlenen XOR lanır. Sonuç 1. işlenene yazılır 1. işlenen, 2.işlenen değeri kadar sola kaydırılır. Besleme sıfır ile yapılır. 1. işlenen, 2.işlenen değeri kadar sağa kaydırılır. Besleme sıfır ile yapılır. 1. işlenen, 2.işlenen değeri kadar sola kaydırılır. Besleme sıfır ile yapılır. 1. işlenen, 2.işlenen değeri kadar sağa kaydırılır. Besleme işaret biti ile yapılır. 2.işlenen ile gösterilen adresteki veri, 1. işlenene yazılır. 2. işlenendeki veri, 1.işlenen ile gösterilen adrese yazılır. 2. işlenen değeri, 1. işlenene yazılır 2. işlenen değeri, 1. işlenene yazılır En son yapılan aritmetik işlem sonucu sıfırsa (sıfır bayrağı = ‘1’) 1. işlenenin gösterdiği adrese dallan En son yapılan aritmetik işlem sonucu sıfır değilse (sıfır bayrağı = ‘0’) 1. işlenenin gösterdiği adrese dallan 1. İşlenenin gösterdiği adrese koşulsuz dallan 1. işlenenin gösterdiği adrese koşulsuz dallan, geri dönüş adresini yığına at. İşlem yapma Dur İşlenen değeriyle RAM’ i adresle, RAM’ deki veriye dallan. İşlenen değerini yığına yaz. yığından veri al ve işlenene yaz. Yığından geri dönüş adresini al ve dallan Tablo 2.3’ de Y ile yazmaç, S ile sabit, YS ile de yazmaç ve sabit kullanan işlemler gösterilmiştir. Dört adet yazmaç kullanılabilmektedir: ar, br, cr, dr. 2.2.2 Sembolik sabit tanımlama: #define <YAZI1> [YAZI2] Kod içerisinde kullanılan YAZI1 atomu YAZI2 ile değişecektir. Örnek; #define CPU_KULIS 1 Addi ar, CPU_KULIS ifadesi Addi ar, 1 ifadesi ile aynı anlama gelir. 2.2.3- Etiket tanımlama: Cpu-Kulis mikroişlemci derleyicisi etiket alabilme özelliğine de sahiptir. <ETİKET İSMİ> <:> İşlenenler sırasıyla girildiğinde işlemci sol tarafta girilen ismi “etiket” olarak algılayacaktır. 2.2.4- Başlama noktası tanımlama: org Bu <sabit> ifadeden sonra yazılacak kodlar ‘sabit’ adres değerinden itibaren ROM’a yerleştirilecektir.Kod yazımına başlanırken, org komutu ile aksi belirtilmedikçe, ROM a sıfır adresinden itibaren kodlar yerleştirilmeye başlanacaktır. NOT: Açısal parantezler (< >) içerisine yazılan ifadeler kullanımı zorunlu olan ifadelerdir. Köşeli parantezler ([ ]) içerisine yazılan ifadelerde böyle bir zorunluluk yoktur. 13 3. KOMUTLARIN İŞLEM BASAMAKLARI Bu bölümde komutların işlem basamakları üzerinde durulacaktır. Bir komut “komut çekme” öbeğinden “geri yazma” öbeğine kadar hangi birimlerden geçmektedir, hangi komut için hangi birimler kullanılmaktadır sorularına yanıt verilecektir. Komutlar aritmetik, mantık ve dallanma komutları olarak 3 bölüme ayrılabilir. 1. Aritmetik Komutlar: add, addi, sub, subi, mul, muli, mulu 2. Mantık Komutları: cmp, and, andi, or, ori, not, xor, xori , sll, srl, sla, sra 3. Dallanma Komutları: beq, bne, ba , bl Aynı zamanda RAM’ den veri okuma ve RAM’ ye veri yazma komutlarının (sw, lw) ; sistem durdurma komutunun (hlt), yığından veri çekme, yığına veri yazma komutlarının (push, pop) ve kesme komutu olan (syscall) komutunun işlem basamakları da anlatılacaktır. Tüm komutlar için, komut çekme ve kod çözme bölümlerinde yapılan işlemler ortaktır. Komut çekme öbeğinde işlem kodu ROM dan okunur, Kod çözme bölümünde ise Yürütme öbeği için uygun sinyallere dönüşüm gerçekleşir. Aritmetik ve mantıksal işlemler için yürütme öbeğinde gerçekleşen işlemler şunlardır: Kod çözme bölümünden gelen sinyaller sayesinde, ALU için uygun işlemin seçimi yapılır. Bir saat darbesi süresinde işlem sonucu ALU’ nun çıkışında görülür. Elde bayrağı elde bitinin işleme dahil edilip edilmeyeceğini belirtir. Elde biti kullanılmak isteniyorsa elde bayrağı ‘1’ olmalıdır, istenmiyorsa ‘0’ olmalıdır. Eğer elde bayrağı değeri kullanılmazsa bu değer ‘0’olarak kabul edilmektedir. Dallanma komutları için yürütme öbeğinde gerçekleşen işlemler şunlardır: Eğer ;dallanma işlemi gerçekleştirilecekse, geri dönüş adresi yığına atılır ve yürütme öbeği çıkışında, dallanılacak adres verisi ve dallanma işleminin yapılmasını belirten bir bayrak verisi görülür. 14 Bellek komutları için yürütme öbeğinde gerçekleşen işlemler şunlardır: LW komutu için, 2. işlenen değeri ile RAM adreslenir ve o adresteki bilgi RAM çıkışında elde edilir. SW komutu için gerekli 2. işlenenin çoğullayıcılarla ALU girişine getirilmesi sağlanır. ALU bu değeri değiştirmeden çıkışına verir. Yığın komutları için yürütme öbeğinde gerçekleşen işlemler şunlardır: Pop komutunda, yığındaki veri çekilir, veri yığın çıkışında görülür. Push komutu için, komut işleneninin çoğullayıcılarla ALU girişine getirilmesi sağlanır. ALU bu değeri değiştirmeden çıkışa verir. SYSCALL komutu için Yürütme öbeğinde gerçekleşen işlemler şunlardır: İşlenen değeri ile RAM adreslenir, aynı anda geri dönüş adresi yığına atılır. Tüm komutlar için, kod çözme öbeği çıkışında, geri yazma öbeği için Tablo 1.2 de görülen hedef ve kaynak verileri üretilir. Bu verilere göre geri yazma öbeği yürütme bölümünde hesaplanan sonucun istenilen hedefe yazılması için gerekli sinyalleri üretir. HALT Komutu: Halt komutu geldiği zaman kod çözme öbeğinin çıkışında bu bildirilir. Bu bilgiye göre; işlemlerin yürütülmesine devam edilir. Eğer; halt komutu gelmiş ise; en son işlenen komutun geri yazma işlemine izin verildikten sonra başka işlem yapılmaz. Reset işlemi ile işlemci yeniden başlatılabilir. 15