nedoPC.org

Community of electronics hobbyists established in 2002

...
Atom Feed | View unanswered posts | View active topics It is currently 16 Jan 2019 21:35



Reply to topic  [ 256 posts ]  Go to page Previous  1 ... 14, 15, 16, 17, 18  Next
4-bit Processor 
Author Message
Supreme God
User avatar

Joined: 21 Oct 2009 09:08
Posts: 7777
Location: Россия
Reply with quote
Shaos wrote:
Lavr wrote:
Мне стало казаться, что косвенный JMP полезнее CALL ADDR с одним возвратом...
Угу - похоже на то...

Да - CALL ADDR в 4-битнике делать не буду: присмотрелся внимательно - это требует
больше микросхем, чем 3 регистра с z-состоянием выхода. И самое неприятное в плане
нищебродства - нужны еще минимум как 2 шинных формирователя. Это портит всё нищебродство...

На том "железе", которое уже есть реализовал немного кривоватый косвенный JMP:
JMI SEG,ADR,REG - сегмент и старший ниббл РС указываются напрямую, а
младший ниббл РС берется из указанного регистра общего назначения.
Это дает возможность косвенно передать управление на 16 ячеек подряд.
Немного, но без аппаратного усложнения - хоть так... :-?

Ввел некий аналог рестарта по типу RST N: только он у меня передает управление на начало
одного из 16 сегментов по 256 байт.
Т.е. RST SEG = JMP SEG,00h,00h.

Думаю, надо ввести еще RST REGB - идея та же самая, но номер сегмента берется не
из команды, а из регистра В. Немного гибкости должно придать...


P.S. Вот еще задумался - нужна ли процессору инструкция HLT с выходом только по RESET ?

_________________
iLavr


03 Dec 2015 11:21
Profile
Supreme God
User avatar

Joined: 21 Oct 2009 09:08
Posts: 7777
Location: Россия
Reply with quote
Вот такая система команд у меня утряслась в итоге на имеющемся "железе":
Attachment:
4BITinstr96.gif
4BITinstr96.gif [ 28.71 KiB | Viewed 6784 times ]

Я отказался от CALL ADDR с одноранговым стеком - усложняет схему ~ на 5 корпусов.
Отказался от CMP - тоже зело усложняет схему.
Для нищебродского 4-битника стыдно быть сложным! :egeek:

Все команды работают, проверены на простеньких примерах. Теперь надо бы что-то спрограммировать
посерьезнее... :wink: Теннис ? :ebiggrin:

Аппаратно хочу пока заменить этот странный 155ИР26, которого у меня так и нет, на К155РУ2,
аналог которой - (К589РУ01 - 16 слов по 4 разряда) я таки сподобился приобрести...
Неприятно, что у них инверсный выход с открытым коллектором. :osad:

Ну и, по возможности, постараюсь максимально привести всю схему к базису: 155ЛА3, 155ЛН1.


P.S. Ну и сама схема на данный момент:

Image
Увеличить

_________________
iLavr


03 Dec 2015 16:52
Profile
Admin
User avatar

Joined: 09 Jan 2003 00:22
Posts: 17307
Location: Colorado
Reply with quote
А куда столько диодов по низу?

_________________
:eugeek: https://twitter.com/Shaos1973


03 Dec 2015 22:09
Profile WWW
Supreme God
User avatar

Joined: 21 Oct 2009 09:08
Posts: 7777
Location: Россия
Reply with quote
А это же диодный ДЕШИФРАТОР КОДОВ ОПЕРАЦИЙ АЛУ! :lol:
Придуманный и проверенный мной уже давно - вот сейчас он
быстро и вписался в схему ЦПУ... :wink:

_________________
iLavr


04 Dec 2015 08:55
Profile
Admin
User avatar

Joined: 09 Jan 2003 00:22
Posts: 17307
Location: Colorado
Reply with quote
Lavr wrote:
А это же диодный ДЕШИФРАТОР КОДОВ ОПЕРАЦИЙ АЛУ! :lol:
Придуманный и проверенный мной уже давно - вот сейчас он
быстро и вписался в схему ЦПУ... :wink:


понял

P.S. а есть схемка побольше, а то номеров не видать :roll:

_________________
:eugeek: https://twitter.com/Shaos1973


04 Dec 2015 09:25
Profile WWW
Supreme God
User avatar

Joined: 21 Oct 2009 09:08
Posts: 7777
Location: Россия
Reply with quote
Shaos wrote:
...а есть схемка побольше, а то номеров не видать :roll:

Пока нету... я сейчас выполняю окончательную проверку и вношу изменения в схеме,
о которых написал выше. Как закончу - выложу большую схему и весь проект
"Протезуса", ну как я обычно и делаю...


P.S. Ну и прикольно же я имплементировал инструкцию HLT, аж самому смешно! :ebiggrin:
Без единого дополнительного вентиля!!! :o
Как в популярной в былые времена песенке:"Сделано всё без единого
выстрела!...
"


Я уже выше написал, что HLT приостанавливает микропрограммный счетчик,
ну или тактовый генератор приостанавливают, а для этого нужен
хотя бы RS-триггер, чтобы потом по RESET запустить всё заново
и "отпустить" счетчик или тактовый генератор...
А мне просто жуть как не хотелось ничего добавлять, но от
нереализованной инструкции CALL остались свободными 2 вывода
ПЗУ микрокоманд. И поскольку программный счетчик команд РС сделан
на реверсивных счетчиках К155ИЕ7, то я и завёл один из выводов
ПЗУ микрокоманд на вход счета на уменьшение...

Инструкция HLT теперь откатывает программный счетчик команд - РС
на 1 инструкцию назад, т.е. указывает снова на саму себя, а после
нее FETCH увеличивает на 1 РС, но снова выполняется HLT, который
откатывает РС назад... Так всё и топчется на адресе инструкции HLT!

Кстати, чисто на будущее, это куда лучше остановок микропрограммного
счетчика или тактового генератора, поскольку процессор не остановлен,
а работает, можно легко обслужить прерывание, если будет нужно, а
не только выходить из состояния HLT по RESET...

Но выглядит это реально смешно, когда смотришь на индикатор РС...

_________________
iLavr


04 Dec 2015 11:35
Profile
Supreme God
User avatar

Joined: 21 Oct 2009 09:08
Posts: 7777
Location: Россия
Reply with quote
Lavr wrote:
Аппаратно хочу пока заменить этот странный 155ИР26, которого у меня так и нет, на К155РУ2,
аналог которой - (К589РУ01 - 16 слов по 4 разряда) я таки сподобился приобрести...

Приобрести оказалось хоть и не совсем просто, но проще, чем заменить... :econfused:
Аналог этих двухпортовых ОЗУ - 74LS189 - в моей версии "Протезуса" не поддерживается,
а модели, найденные в сети, изругали мой "Протезус", как непотребно старый... :-?

Пришлось делать модель для ОЗУ на 16 нибблов самому, и самый кратчайший путь оказался -
смоделировать на 4-х моих же собственных моделях 155ИР26, сделанных ранее. :ebiggrin:
Attachment:
74LS189_sch.gif
74LS189_sch.gif [ 14.77 KiB | Viewed 6743 times ]

Получилось не совсем точно К155РУ2 = К589РУ01 ~ 74LS189, но довольно
близко к оригиналу. Ну и главное - заработало нормально...

16 4-битных регистров общего назначения - всё же получше, чем 4.. хотя несколько изменилось
управление ими, но, надеюсь, это не ухудшит проект.

_________________
iLavr


05 Dec 2015 18:58
Profile
Supreme God
User avatar

Joined: 21 Oct 2009 09:08
Posts: 7777
Location: Россия
Reply with quote
Ну вот, в преддверии Нового Года более-менее безглючная Beta-версия 4-битного нищебродского
процессора из ТТЛ-хлама
и заработала довольно-таки устойчиво...
Вычистил все глюки и ошибки, которые нашел (но, наверняка, насовал новых на этом пути). 8)

Image
Увеличить

Схема электрическая принципиальная (большая).

Итоговая система команд выглядит следующим образом:

Image

Соглашусь, что она не бесспорна, но я в ней сегодня программировал.. без компиляторов...
в кодах... через WinHEX. И вот что у меня получилось:

Image

В общем-то вручную я написал примерно байт 200 кода и это меня подутомило... :-?
Поэтому в архиве проекта 4_Bit_CPU_ALU есть утилита от PIC - Bmp2asm.exe - транслирующая
BMP-картинку нужного размера LCD в массив кодов, ну и я дописал утилитку ASM2HEX.EXE,
превращающую этот массив кодов в бинарный код 4-bit CPU.

Под LCD от Nokia 3310 расположена игровая клавиатурка, дублирующая кнопки, подключенные
к порту ввода, но кнопки этой клавиатурки управляются кроме мыши еще и нажатием клавиш
на клавиатуре компьютера "1", "2", "3", "4". И это можно легко поменять, если надо...
Кнопки "2" и "3" сейчас не выполняют в программе определенных функций, хотя и опрашиваются.
То есть, я прицеливался написать какую-либо игрушку, но оценив скорость эмуляции LCD,
я отказался от этой бесперспективной затеи - медленно слишком... :osad:

Да и программировать в кодах - это, конечно, спорт своеобразный... но особого экстаза не вызывает... :wink:

_________________
iLavr


10 Dec 2015 11:55
Profile
Junior

Joined: 08 Jan 2014 03:08
Posts: 5
Location: Ленинградская обл
Reply with quote
По моему в системе команд перепутаны команды SKIP NC и SKIP C. Другие условные переходы не проверял.
Делаем так.
Code:
000  11    MVA  0x01   ;  A=1.
001  B7    DCR         ;  A=0.  Тут СF не должен установиться. Но  _CF_  pin2U13='1'
002  A9    SKIP NC     ; пропуск 2-х байт, если нет паритета. Реально тут его нет.
003  F0    JMP         ; безусловный переход на 007h.  Мы попали сюда. Хотя должны были эти 2 байта пропустить.
004  07                ;
005  00   
006  00
007  B7    DCR         ;  A=0Fh,  тут СF должен установиться. Но  _CF_  pin2U13='0'
008  A1    SKIP C      ; пропуск 2-х байт, если паритет. Реально он тут есть.
009  F0    JMP         ; безусловный переход на 000h.   Мы сюда попали, хотя не должны были.
00A  00                ;
00B  70    HLT         ;

Кстати, команда HLT повела себя совсем не так, как Lavr рассказал (Dec PC и Inc PC). Останова не произошло. К программе выше это не относится.


29 Dec 2018 15:12
Profile
Supreme God
User avatar

Joined: 21 Oct 2009 09:08
Posts: 7777
Location: Россия
Reply with quote
Вроде не замечал такой особнности...
Тем более, что в силу ряда причин не раз пришлось мне именно эту копию проекта скачать здесь.

Хотя с 10 дек 2015 года я находил некоторые ошибки и неточности (в частности неверно аппаратно
работает инструкция SFA), но на SKIP XX и HALT у меня нареканий не было.

Возможно, у Вас версия Proteus несколько иная. Я тестирую на 6.7 и 7.7.

Но если Вам кажется, что это действительно так, то я выкладывал редактор микрокода, можете
сами себе микрокод подправить.


P.S. Проверил Ваш пример: SKIP C(NC) работают верно, DCR работает верно, а вот с установкой
флага C, действительно, есть неувязка, и мы её вот здесь обсуждали.
Команду DCR АЛУ выполняет как A - 1 или как A + (/1 + 1) = A + Fh.
Отсюда и получается: 1 - 1 = 1 + Fh = 10h - возникает перенос C.
Возможно, следует инвертировать флаг переноса в последнем такте операции
DCR.
А может быть - просто учесть эту особенность, чтобы не усложнять CPU аппаратно...

_________________
iLavr


29 Dec 2018 16:41
Profile
Supreme God
User avatar

Joined: 21 Oct 2009 09:08
Posts: 7777
Location: Россия
Reply with quote
Я думаю, надо подвести некоторые итоги этому проекту, поскольку проект получился, и основной
своей цели он достиг. А цель была - сделать довольно функциональный процессор на логике,
причем логика должна быть легко доступной, как для журнала "ЮТ" в 80-х годах. :wink:

Вторая цель этого проекта оказалась несколько эфемерной: сделать простой процессор на логике,
но так, чтобы он смог эмулировать КР580ВМ80 на приемлемой скорости
- этого достичь трудно.

С 10 дек 2015 года я к этому проекту не раз возвращался, и довольно добротно его всё же
протестировал, нашел аппаратную ошибку в реализации инструкции SFA (перед ней не сбрасывался
флаг переноса C).

Я далее выложу последний исправленый вариант проекта и более вносить аппаратных изменений
в этот проект не буду. На мой взгляд, в нём достигнут приемлемый баланс функциональности
и "нищебродскости". Расширять функциональность при желании нетрудно, для этого я оставил
в системе команд инструкции IN и OUT. В PDP-8 посредством их делаются многие расширения,
и здесь это тоже сработает: можно расширить память, коммутируя банки памяти и т.п.
Но этот вариант будет простейшим и базовым.

Немного об особенностях, обусловленных "нищебродскостью" проекта:
1. Нет полноценных CALL и RET.
Их реализация в любом варианте приводит к усложнению схемы, которое я счел неприемлемым
для данной простой конструкции.
Есть компромиссное решение - возврат на фиксированный адрес, кратный 256. Это требовало
специфического ассемблера, я такой ассемблер написал и далее выложу его.
Второй компромиссный вариант - использовать некое подобие программного стека, как это
сделано в 4-битном компьютере Nibbler. Суть этой затеи в том, что мы входим в подпрограмму
инструкцией JMP без условия, но в один из регистров записываем признак возврата = 1, 2, ...
на выходе из подпрограммы, анализируем этот регистр, и по записанному в нём числу выполняем
безусловный JMP туда, куда следует вернуться. Криво, несколько длинно, но работает!
Я считаю, двух этих вариантов достаточно, чтобы обойтись без полноценных CALL и RET.

2. В операциях вычитания флаг переноса C получается инверсным, поскольку вычитание выполнено
как сложение с инверсией вычитаемого + 1. Возможные варианты - инвертировать флаг переноса C
ПОСЛЕ каждой операции вычитания, а их в наборе команд три!
Поэтому я решил для упрощения делать инверсию флага переноса C один раз ПЕРЕД вычитанием с
заёмом - там это наиболее критично для арифметики. В остальных случаях это совершенно незатратно
учитывается программно. Да, это создаёт впечатление, что SKIP C(NC) работают с точностью до
наоборот, но это только впечатление, программу не удлинняет ни на один байт.
В нищебродских конструкциях принцип такой: что можно просто решить программно - решаем программно.

Теперь немного о том, почему этот проект, как он есть, нет возможности развести под готовую
плату
: в нём в четырёх местах введены формирователи короткого импульса на цифровой задержке.
Вот, как на рисунке ниже:
Attachment:
4_Bit_CPU_Buf.gif
4_Bit_CPU_Buf.gif [ 21.27 KiB | Viewed 365 times ]

Естественно, предполагалось, что это будут RC-цепочки в железе. Их надо подобрать будет.
И только после этого делать разводку.

В проекте Proteus аналоговые цепи сильно замедляют рассчет, поэтому я их и сделал цифровыми.
Если кого интересует именно быстродействие эмуляции, надо выкинуть и все цифровые индикаторы.
Они оказались также аналоговыми моделями, как ни странно, и нужны они в проекте только для
пошаговой отладки.
Как мешают цифровому проекту аналоговые цепи подробно разбирали вот здесь.

Но сам я предполагаю воплотить этот проект в ПЛИС, поэтому проверил формирователи короткого импульса
без RC-цепей по следующей схеме:
Attachment:
4_Bit_CPU_DEL.gif
4_Bit_CPU_DEL.gif [ 4.61 KiB | Viewed 365 times ]

Гуру по ПЛИС будут ругаться, :wink: но решение найдено на форумах по ПЛИС, и в ПЛИС оно работает! :kruto:

В приложении - последний вариант проекта "так как есть" со всеми актуальными исправлениями.
Поскольку дальше я начал изменять схемотехнику в расчете на реализацию в ПЛИС.
Attachment:
4_Bit_CPU2016.zip [67.11 KiB]
Downloaded 6 times

_________________
iLavr


30 Dec 2018 08:50
Profile
Supreme God
User avatar

Joined: 21 Oct 2009 09:08
Posts: 7777
Location: Россия
Reply with quote
Ну и поскольку мне совершенно неизвестно было, поместится этот проект в ПЛИС, или не поместится,
я решил проверять его в ПЛИС по отдельным блокам, чтобы удостовериться в итоге, что полезет в ПЛИС,
а что придётся оставить снаружи.

И начал я с самого критичного узла - АЛУ - поскольку в нём присутствует диодный дешифратор, для
схемотехники ПЛИС совершенно неприемлемый, но весьма компактный для "нищебродской рассыпухи", а
также есть элементы формирования коротких импульсов, схемотехника которых на ПЛИС проверена.

В общем вынес я АЛУ в отдельный узел, совершенно ничего более принципиально не изменяя.
Attachment:
4_Bit_CPU2017_3.gif
4_Bit_CPU2017_3.gif [ 30.28 KiB | Viewed 360 times ]

И пришел я к выводу, что этот вариант удачен с точки зрения смоделировать на этом процессоре
какую-либо полезную конструкцию: появилось место на листе проекта и стал отчетливо виден
узел интерфейса SPI к контроллеру LCD Nokia-3310, который не входит в схему CPU, а реализован
как порты ввода-вывода, адресуемые инструкциями IN, OUT.
В силу особенностей растактовки этого процессора, интерфейс SPI оказался весьма прост, к тому
же он некритичен к частоте передачи, поэтому будет работать при любой тактовой частоте CPU.

Я решил этот вариант проекта тоже здесь выложить, поскольку он компактен и очень удобен для
экспериментов с этим 4-битным CPU в Proteus.
Attachment:
4_Bit_CPU2017.zip [67.02 KiB]
Downloaded 6 times


P.S. Файлы проекта защищены от записи, и всякие строгие надписи там имеются, потому как у меня -
это последний эталонный вариант оригинального проекта, который заведомо рабочий, и к которому
можно откатить в случае неудачных изменений.

_________________
iLavr


30 Dec 2018 09:42
Profile
Junior

Joined: 08 Jan 2014 03:08
Posts: 5
Location: Ленинградская обл
Reply with quote
Интересный проект. С удовольствием в пошаге смотрел работу. Обучать школьников как работает CPU было бы самое то. В железе бы собрал, но не повесишь же светодиоды на всё. В протеусе видно все сигналы.


30 Dec 2018 10:43
Profile
Supreme God
User avatar

Joined: 21 Oct 2009 09:08
Posts: 7777
Location: Россия
Reply with quote
Ну и последнее на сегодня - предновогодний бонус: 4-Bit-CPU-Assembler! :lol:

Я его начал было писать сразу как заработал первый удачный вариант проекта 4-Bit-CPU, благо был
у меня собственный довольно удачный шаблон исходного кода от другого проекта.

По пути захотелось внести в код разные изменения с целью улучшения.

Но параллельно я работал и над схемой 4-Bit-CPU в ПЛИС и больше всего мне хотелось реализовать-
таки полноценные CALL и RET, поскольку в ПЛИС "нищебродскость" уже менее важна.
В итоге полноценные CALL и RET у меня получились, но это повлияло как на схемотехнику, так и
на систему команд.

В итоге CALL занял код инструкции HLT (70H).
HLT предполагается теперь исполнять как в 6502:
Code:
METKA:
     JMP METKA

В силу внесенных в схему изменений код FETCH (00H), используемый ранее как NOP, исполнять NOP
без усложнения схемы более не смог, поэтому код 00H из системы команд исключен, а в качестве
NOP используется инструкция SKIP 0000b (A0H), которая и так ничего не делала, работая как NOP. :wink:

Для обратной совместимости инструкция возврата по фиксированному адресу RST N поддерживается.
Хотя на её месте сейчас безусловный RET, но совместимости это не мешает.

Старые инструкции NOP и HLT можно ввести в код через оператор DB:
Code:
   DB  00H; NOP
   DB  70H; HLT


Ассемблер облегчает привязку к фиксированным точкам возврата, если такая привязка важна:
Делается это посредством многократного объявления ORG ADDR (как в 6502) и инструкции DF,
указывающей байт заполнения до следующего ORG ADDR.
DF byte (Define Fill byte – определить байт заполнения, по умолчанию 0FFH)
Code:
Пример:
   ORG 0
   DF  00H;  определим байт заполнения
   MVA 00H;  заносим в А - 0;
   JSR SUB1; вызов подпрограммы: SUB1
   ...

   ORG 100H
   OUT $1 ;  сюда вернемся, и выведем А в порт 1
   LDA R15;  считали счетчик-указатель в А
...

SUB1:
   IN 1  ;   читаем порт 1 в А;
   OUT 0 ;   выведем А на индикатор 0.
   RST 1 ;   возврат из подпрограммы на адрес 100H.

пустое пространство между JSR SUB1 и адресом 100H будет заполнено кодом 00H.

Ассемблер также снабжен полноценной системой помощи, где все основные моменты программирования
4-Bit-CPU подробно рассмотрены.
В комплекте с 4-Bit-CPU-ассемблером прилагается файл помощи, утилита редактирования ПЗУ микро-
команд, ассемблерный код примера, используемого в демонстрации проекта, ну и я добавил код,
который привел тут выше коллега tihsasha1967 :
Code:
   ORG 000H
MET0:
   MVA  01   ;  A=1.
   DCR       ;  A=0.  Тут СF не должен установиться. Но  _CF_  pin2U13='1'
   SKIP NC   ; пропуск 2-х байт, если нет паритета. Реально тут его нет.
   JMP  MET7 ; безусловный переход на 007h.
   DB 00H ;NOP ; Мы попали сюда. Хотя должны были эти 2 байта пропустить.
   DB 00H ;NOP
MET7:
   DCR       ;  A=0Fh,  тут СF должен установиться. Но  _CF_  pin2U13='0'
   SKIP C    ; пропуск 2-х байт, если паритет. Реально он тут есть.
   JMP  MET0 ; безусловный переход на 000h.   Мы сюда попали, хотя не должны были.
   DB   70H; HLT;
   END

Attachment:
4_Bit_CPU_ASM.gif
4_Bit_CPU_ASM.gif [ 12.39 KiB | Viewed 347 times ]

Ассемблер и сопутствующие файлы тестировались под Windows 98, Windows XP, 7, 10.
Старшие версии могут быть недовольны, что в коде нет подписей и сертификатов, ну нет у меня их! :lol:
Attachment:
4-BIT-ASSM.zip [518.35 KiB]
Downloaded 7 times


С наступающим Новым 2019 Годом всех!
Желаю удачи в Новом Году!!!

_________________
iLavr


30 Dec 2018 11:25
Profile
Supreme God
User avatar

Joined: 21 Oct 2009 09:08
Posts: 7777
Location: Россия
Reply with quote
Lavr wrote:
Команду DCR АЛУ выполняет как A - 1 или как A + (/1 + 1) = A + Fh.
Отсюда и получается: 1 - 1 = 1 + Fh = 10h - возникает перенос C.
Возможно, следует инвертировать флаг переноса в последнем такте операции
DCR.

Нашел документацию свою за 2015 год, когда я АЛУ конструировал:
Attachment:
ALU_Serial.gif
ALU_Serial.gif [ 11.53 KiB | Viewed 261 times ]

В принципе, ввести инверсию флага переноса после операций вычитания не так уж и накладно
аппаратно получается. У меня как раз остался незадействованным один элемент управляемого
инвертора XOR - DD1.4.
Подумаю над этим вопросом...

_________________
iLavr


02 Jan 2019 16:42
Profile
Display posts from previous:  Sort by  
Reply to topic   [ 256 posts ]  Go to page Previous  1 ... 14, 15, 16, 17, 18  Next

Who is online

Users browsing this forum: No registered users and 1 guest


You cannot post new topics in this forum
You cannot reply to topics in this forum
You cannot edit your posts in this forum
You cannot delete your posts in this forum
You cannot post attachments in this forum

Search for:
Jump to:  
cron
Powered by phpBB® Forum Software © phpBB Group
Designed by ST Software.