Descripción general del proyecto

En el libro de texto del curso, “Computer Systems Design and Architecture” se describe la arquitectura de un procesador RISC sencillo (SRC por sus siglas en inglés). Este procesador se utiliza como ejemplo a través de todo el texto para describir características, funciones y aplicaciones de los procesadores.

Para comprender mejor el comportamiento de este procesador y varias de las consideraciones en su proceso de implementación, se requiere el diseño e implementación de un simulador para una versión simplificada del mismo. Los/as estudiantes del curso formarán grupos de trabajo, para desarrollar, cada grupo, su versión del simulador. La descripción del simulador se muestra a continuación:

Memoria y Registros

La memoria a la que puede acceder el procesador tiene un máximo de 1 KB organizado en 1024 localizaciones de 1 byte cada una.

Internamente el procesador tiene 8 registros de propósito general de 8 bits cada uno. Los nombres de los registros van de r0 a r7.

En adición a estos registros el procesador posee un PC (program counter) de 10 bits y un IR (instruction register) de 24 bits. El formato del IR se muestra en la siguiente figura:

Op : Código de 5 bits que representa la acción (instrucción) que se ejecutará

ra: Tres bits que indican cuáles de los ocho registros se utilizará como registro a

rb: Tres bits que indican cuáles de los ocho registros se utilizará como registro b

rc: Tres bits que indican cuáles de los ocho registros se utilizará como registro c

c: 10 bits que realizan la misma función que los campos c1, c2 y c3 del procesador

SRC mostrado en el texto

Descripción del set de instrucciones

La descripción del set de instrucciones del procesador se muestra en las secciones 2.3 a 2.5 del texto y en el apéndice B del libro. Un resumen del set de instrucciones del procesador se muestra en la siguiente tabla.

En adición tenemos dos instrucciones adicionales: mult y xor. Ambas instrucciones siguen el formato de la instrucción add.

op	nombre	operandos	operaciones	Comentarios
0	NOP		Does nothing
1	LD	RA,RB,C	If rb = 0 R[ra] = M[c] Else R[ra] = M[c+R[rb]]
2	LDR	RA,C	R[ra] = M[pc + c]
3	ST	RA,RB,C	If rb = 0 M[c2] = R[ra] Else M[c2+R[rb]] = R[ra]
4	STR	RA,C	M[pc+c] = R[ra]
5	LA	RA,RB,C	If rb = 0 R[ra] = c Else R[ra] = c + R[rb]
6	LAR	RA,C	R[ra] = PC + c
8	BR	RB,RC,cond	If cond is true PC = R[rb]	Conditions 000 don’t jump 001 jump always 010 R[rc] = 0 011 R[rc] <> 0 100 R[rc] >= 0 101 R[rc] < 0
9	BRL	RA,RB,RC,cond	R[ra] = pc If cond is true PC = R[rb]	Conditions are the same as above
12	ADD	RA,RB,RC	R[ra] = R[rb] + R[rc]
13	ADDI	RA,RB,C	R[ra] = R[rb] + c
14	SUB	RA,RB,RC	R[ra] = R[rb] – R[rc]
15	NEG	RA,RC	R[ra] = -R[rc]
16	MULT	RA,RB,RC	R[ra] = R[rb] * R[rc]
17	XOR	RA,RB,RC	R[ra] = R[rb] (xor) R[rc]
20	AND	RA,RB,RC	R[ra] = R[rb] ^ R[rc]
21	ANDI	RA,RB,C	R[ra] = R[rb] ^ c
22	OR	RA,RB,RC	R[ra] = R[rb] v R[rc]
23	ORI	RA,RB,C	R[ra] = R[rb] v c
24	NOT	RA,RC	R[ra] =
26	SHR	RA,RB,RC,count	If count = 0 R[ra] = R[rb] shr R[rc] Else R[ra] = R[rb] shr count	Only 5 lsb of RC are considered
27	SHRA	RA,RB,RC,count	If count = 0 R[ra] = R[rb] shra R[rc] Else R[ra] = R[rb] shra count	Only 5 lsb of RC are considered
28	SHL	RA,RB,RC,count	If count = 0 R[ra] = R[rb] shl R[rc] Else R[ra] = R[rb] shl count	Only 5 lsb of RC are considered
29	SHC	RA,RB,RC,count	If count = 0 R[ra] = R[rb] shc R[rc] Else R[ra] = R[rb] shc count	Only 5 lsb of RC are considered
31	STOP		Stop flag is set

Las operaciones aritméticas que realiza el procesador utilizan el formato de complemento de dos para representar números con signos. El formato se utiliza además para calcular las localizaciones de memorias cuando se hace acceso a la misma.

Configuración del Sistema que contendrá al Procesador

El procesador operará en un sistema con 512 localizaciones de memoria RAM que ocupará las localizaciones 0 a la 511. Cuando el sistema arranca el procesador comienza a ejecutar la instrucción que se encuentre en los primeros tres bytes de memoria.

El sistema también contará con varios dispositivos de I/O conectados al procesador utilizando las siguientes localizaciones de memoria:

512-513: 16 bits, teclado

514-515: 16 bits, entrada paralela

516-517: 16 bits, salida paralela

520 – 523: despliegue hexadecimal, cada byte se utiliza para representar un dígito.

La información proveniente del teclado se entrará por el teclado de la computadora en donde se corra la simulación. La entrada y la salida paralela se simulará utilizando archivos secuenciales y el despliegue hexadecimal se presentará en la pantalla de la computadora. La siguiente figura muestra un ejemplo de una posible configuración para la interfaz del programa.

Requisitos del trabajo

Composición de los Grupos

Los grupos de trabajo deberán tener de dos a cuatro integrantes quienes re repartirán las tareas de la forma más equitativa posible, tomando en consideración las preferencias, destrezas y habilidades particulares de cada integrante.

El grupo debe presentar, como parte de su reporte, un documento en donde describa las responsabilidades y contribuciones de cada una las personas que integraron el grupo de trabajo.

Características del Simulador

El simulador debe implementar todas las instrucciones (en lenguaje de máquina) del procesador con sus respectivos modos de direccionamiento. El simulador correrá los programas que se encuentran en la memoria comenzando por la que se encuentre en la localización cero (PC = 0). El contenido de la memoria se podrá cargar de archivos almacenados en el disco duro o disquetes. El formato de los archivos será de una línea por cada instrucción/dato representada por seis dígitos hexadecimales.

Se muestra un ejemplo a continuación:

2B001E

2C0004

1B8204

627000

El simulador debe permitir que los programas se puedan ejecutar completos de principio a fin (run) o una instrucción a la vez (step). En adición, en todo momento se podrá ver el contenido de los registros (incluyendo el PC y el IR) y el estado de los dispositivos de I/O. El programa debe permitir que se pueda ver el contenido de cualquier sección de memoria. La dirección de memoria se debe indicar en hexadecimal.

Los programas pueden utilizar una interfaz gráfica o de tipo texto y se pueden implementar en cualquier lenguaje de programación.

Reporte del trabajo

Esta información se proveerá más adelante.

Evaluación

Esta información se proveerá más adelante.

Bonos

Se ofrece un bono de 10puntos para aquellos grupos que implementen un desensamblador para el simulador. Esto es, que el programa, indique en lenguaje del ensamblador (no en lenguaje de máquina) o en formato de contenido de registros y memoria, el significado de la instrucción que se encuentra en el registro IR.

Fecha de entrega

La fecha límite para entregar el trabajo con todas sus partes es el 12 de marzo de 2004 al comienzo de la clase.