Operação do microprocessador SAP-1

Toda operação do microprocessador SAP-1 é coordenada pelo módulo controlador/sequencializador. Basicamente, essa unidade de controle gera as palavras de controle necessárias para buscar uma instrução na memória e executá-la. Todas as operações realizadas pela unidade de controle são representadas pela palavra de controle CON. Essa palavra representa, em cada bit, a ação da unidade de controle em um determinado elemento do sistema.

Para que esse ciclo seja executado, a unidade de controle realiza uma série de operações coordenadas a fim de manipular os elementos dos sistema. Esse processo é denominado ciclo máquina e no SAP-1 é dividido em 6 estágios. O modo como esses estados são gerados será apresentado na construção do projeto. No entanto, cabe ressaltar que a transição entre os estados é dado pelo sinal de clock do processador. Isso é mostrado na Figura 2.

De modo geral, todas as instruções do SAP-1 levam 1 ciclo de máquina para serem buscadas e executadas. Portanto, conforme a Figura 3 o ciclo de instrução é equivalente a 1 ciclo de máquina.

No ciclo de máquina, os três estados atuais realizam a leitura da instrução na memória, enquanto os últimos 3 determinam sua execução.

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Ciclo de Instrução

Basicamente, para cada estado da unidade de controle uma palavra de controle é determinada. Parte da execução das instruções apresenta a mesma palavra de controle. Isso ocorre durante o processo de busca da instrução na memória. No entanto, a etapa de execução é dependente do tipo de operação. Diante disso, cada instrução apresentará uma palavra de controle específica para cada estágio de operação. O formato da palavra de controle é mostrado na Figura 4.

O Ciclo de Busca

• O estado T1, mostrador na Figura 5, é chamado de estado de endereço pois o conteúdo do contador de programa é transferido para o registrador de endereços de memória.

Durante esse estado somente os sinais Ep e !LM são ativados.

• O estado T2 é, mostrado na figura 7, chamado de estado de incremento pois o contador de programa é alterado para apontar para o próximo endereço de memória. 

Somente o sinal Cp é ativado.

• O ultimo estágio de busca é representado pelo estado T3, denominado estado de memória. Nesse estado, o conteúdo da RAM endereço por REM é transferido para o registrador de instruções.

Para isso, os únicos sinais ativados são !CE e !LI.

O Ciclo de Execução

Do mesmo modo mostra nas figuras acima, o ciclo de execução fará com que apenas os elementos necessários sejam acionados. Esse é o papel fundamental da unidade de controle, isto é, coordenar as ações!

Instrução LDA:

• T4: A instrução é decodificada e o operando é carregado no REM. Os sinais ativados são !Ei e !Lm;
• T5: O conteúdo da RAM é transferido para o acumulador. Os sinais ativados são !CE e !La;
• T6: Sem operações.

Instrução ADD:

• T4: A instrução é decodificada e o operando é carregado no REM. Os sinais ativados são !Ei !Lm;
• T5: O conteúdo da RAM é transferido para o registrador B. Os sinais ativados são !CE e !Lb;
• T6: A operação de adição (Su = 0) é realizada e o resultado é armazenado no registrador acumulador. Os sinais Eu e !La são ativados.

Instrução SUB:

• T4: A instrução é decodificada e o operando é carregado no REM. Os sinais ativados são !Ei e !Lm;
• T5: O conteúdo da RAM é transferido para o registrador B. Os sinais ativados são !CE e !Lb;
• T6: A operação de subtração (Su = 1) é realizada e o resultado é armazenado no registrador acumulador. Os sinais !La, Eu e Su são ativados.

Instrução OUT:

• T4: A instrução é decodificada e o valor do acumulador é transferido para o registrador de saída. Os sinais Ea e !Lo são ativados;
• T5: Sem operações;
• T6: Sem operações.

Instrução HLT:

• T4: A instrução é decodificada e não requer sinais de controle, pois o processamento é encerrado;

Na Figura 11, as palavras de controle (em hexadecimal) para cada estado das instruções são apresentadas, indicando os sinais ativos.

Referências

• [1] MALVINO, A.P. Microcomputadores e Microprocessadores. McGRAW-HILL do Brasil, 1985.
• Crédito da imagem destacada.