आपका स्वागत है! इस लेख में मैं आपको बताऊंगा कि इसके लिए एक सरल प्रोसेसर और वातावरण बनाने के लिए आपको किन चरणों से गुजरने की आवश्यकता है।

कमांड सेट आर्किटेक्चर (ISA)

पहले आपको यह तय करने की आवश्यकता है कि प्रोसेसर क्या होगा। निम्नलिखित पैरामीटर महत्वपूर्ण हैं:

• मशीन शब्द का आकार और रजिस्टर (प्रोसेसर का बिट / "बिट")
• मशीन निर्देश (निर्देश) और उनके आकार

प्रोसेसर आर्किटेक्चर को निर्देशों के आकार के अनुसार 2 प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है (वास्तव में, उनमें से अधिक हैं, लेकिन अन्य विकल्प बहुत लोकप्रिय हैं):

• RISC
• CISC

उनका मुख्य अंतर यह है कि आरआईएससी प्रोसेसर का एक ही अनुदेश आकार है। उनके निर्देश सरल हैं और अपेक्षाकृत जल्दी से चलते हैं, जबकि CISC प्रोसेसर में विभिन्न प्रकार के निर्देश हो सकते हैं, जिनमें से कुछ में काफी समय लग सकता है।

मैंने MIS की तरह RISC प्रोसेसर बनाने का फैसला किया।

मैंने कई कारणों से ऐसा किया:

• इस तरह के प्रोसेसर का प्रोटोटाइप बनाना काफी सरल है।
• इस प्रकार के प्रोसेसर की सभी जटिलता ऐसे कार्यक्रमों में कोडांतरण और / या संकलक के रूप में स्थानांतरित की जाती है।

यहाँ मेरे प्रोसेसर की मुख्य विशेषताएं हैं:

• मशीन शब्द और रजिस्टर आकार - 32 बिट्स
• 64 रजिस्टर ( कमांड काउंटर सहित)
• 2 प्रकार के निर्देश

रजिस्टर प्रकार (बाद में रजिस्टर प्रकार) इस तरह दिखता है:

ऐसे निर्देशों की ख़ासियत यह है कि वे तीन रजिस्टरों के साथ काम करते हैं।

तत्काल प्रकार :

इस प्रकार के निर्देश दो रजिस्टरों और एक संख्या के साथ काम करते हैं।

ओपी निष्पादित किए जाने वाले अनुदेशों की संख्या है (या इंगित करने के लिए कि यह रजिस्टर प्रकार का निर्देश)।

R0 , R1 , R2 रजिस्टर नंबर हैं जो निर्देश के लिए ऑपरेंड के रूप में काम करते हैं।

फंक एक अतिरिक्त फ़ील्ड है जिसका उपयोग रजिस्टर प्रकार के निर्देशों के प्रकार को इंगित करने के लिए किया जाता है।

Imm वह फ़ील्ड है जहाँ मान लिखा जाता है, जिसे हम स्पष्ट रूप से निर्देश के रूप में प्रदान करना चाहते हैं।

• केवल 28 निर्देश

निर्देशों की एक पूरी सूची गितुब भंडार में पाई जा सकती है ।

यहाँ उनमें से कुछ हैं:

nor r0, r1, r2 

NOR एक रजिस्टर प्रकार का निर्देश है जो रजिस्टरों r1 और r2 पर एक तार्किक या NOT करता है, जिसके बाद वह रजिस्टर 00 पर परिणाम लिखता है।

इस निर्देश का उपयोग करने के लिए, आपको ओपी क्षेत्र को 0000 में बदलना होगा और फन फील्ड को बाइनरी नंबर सिस्टम में 0000000111 पर बदलना होगा।

 lw r0, n(r1) 

LW एक तत्काल प्रकार का निर्देश है जो r1 रजिस्टर में r1 + n पर मेमोरी वैल्यू लोड करता है।

इस निर्देश का उपयोग करने के लिए, बदले में, आपको ओपी फ़ील्ड को 0111 में बदलने की आवश्यकता है, और IMM फ़ील्ड में नंबर n लिखें।

प्रोसेसर कोड लिखना

ISA बनाने के बाद , आप प्रोसेसर लिखना शुरू कर सकते हैं।

इसके लिए हमें कुछ प्रकार के उपकरण विवरण भाषा का ज्ञान चाहिए। यहाँ उनमें से कुछ हैं:

• Verilog
• VHDL (पिछले एक के साथ भ्रमित नहीं होना है!)

मैंने वेरिलोग को चुना, क्योंकि इस पर प्रोग्रामिंग मेरे विश्वविद्यालय के पाठ्यक्रम का हिस्सा था।

प्रोसेसर लिखने के लिए, आपको इसके संचालन के तर्क को समझना होगा:

1. कमांड काउंटर (पीसी) पर निर्देश प्राप्त करना
2. डिकोडिंग निर्देश
3. निर्देश निष्पादन
4. काउंटर को निष्पादित निर्देश का कमांड आकार जोड़ना

और इसलिए विज्ञापन infinitum पर।

यह पता चला है कि आपको कई मॉड्यूल बनाने की आवश्यकता है:

• फ़ाइल रजिस्टर करें
• विकोडक
• ALU

हम प्रत्येक मॉड्यूल का व्यक्तिगत रूप से विश्लेषण करेंगे।

फ़ाइल रजिस्टर करें

एक रजिस्टर फ़ाइल रजिस्टरों तक पहुंच प्रदान करती है। इसके साथ, आपको कुछ रजिस्टरों के मूल्यों को प्राप्त करने या उन्हें बदलने की आवश्यकता है।

मेरे मामले में, मेरे पास 64 रजिस्टर हैं। एक रजिस्टर में अन्य दो पर ऑपरेशन का परिणाम लिखा है, इसलिए मुझे केवल एक को बदलने का अवसर प्रदान करने की आवश्यकता है, और अन्य दो से मान प्राप्त करने की आवश्यकता है।

विकोडक

एक डिकोडर वह इकाई होती है जो डिकोडिंग निर्देशों के लिए जिम्मेदार होती है। यह इंगित करता है कि ALU और अन्य इकाइयों द्वारा क्या संचालन किए जाने की आवश्यकता है।

उदाहरण के लिए, Addi स्टेटमेंट को रजिस्टर $ शून्य का मान जोड़ना चाहिए (यह हमेशा 0 स्टोर करता है) और 20 डॉलर रजिस्टर में परिणाम डालते हैं।

 addi $t0, $zero, 20 

इस बिंदु पर, डिकोडर निर्धारित करता है कि यह निर्देश:

• तत्काल प्रकार
• परिणाम को रजिस्टर में लिखना होगा

और इस जानकारी को निम्नलिखित ब्लॉकों में स्थानांतरित करता है।

ALU

नियंत्रण के बाद ALU को पास करता है। यह आमतौर पर सभी गणितीय, तार्किक संचालन, साथ ही संख्याओं की तुलना के संचालन करता है।

यही है, अगर हम एक ही addi निर्देश पर विचार करते हैं, तो इस स्तर पर 0 और 20 का जोड़ होता है।

अन्य

उपरोक्त ब्लॉकों के अलावा, प्रोसेसर को निम्नलिखित में सक्षम होना चाहिए:

• स्मृति में मान प्राप्त करें और बदलें
• सशर्त कूदता है

यहां और वहां आप देख सकते हैं कि यह कोड में कैसा दिखता है।

कोडांतरक

प्रोसेसर लिखने के बाद, हमें एक प्रोग्राम की आवश्यकता होती है जो टेक्स्ट कमांड को मशीन कोड में परिवर्तित करता है ताकि इसे मैन्युअल रूप से न करें। इसलिए, आपको कोडांतरक लिखने की आवश्यकता है।

मैंने सी प्रोग्रामिंग भाषा में इसे लागू करने का फैसला किया।

चूँकि मेरे प्रोसेसर में RISC आर्किटेक्चर है, मेरे जीवन को सरल बनाने के लिए, मैंने असेंबलर को डिज़ाइन करने का निर्णय लिया ताकि मैं आसानी से अपने स्वयं के छद्म निर्देशों (कई प्राथमिक निर्देशों या अन्य छद्म निर्देशों के संयोजन) को आसानी से जोड़ सकूँ।

आप इसे एक डेटा संरचना का उपयोग करके कार्यान्वित कर सकते हैं जो निर्देश के प्रकार, उसके प्रारूप, एक फ़ंक्शन के लिए एक संकेतक जो मशीन अनुदेश कोड, और उसके नाम को लौटाता है।

एक नियमित कार्यक्रम एक खंड घोषणा के साथ शुरू होता है।

दो खंड .text हमारे लिए पर्याप्त हैं - जिसमें हमारे कार्यक्रमों का स्रोत कोड संग्रहीत किया जाएगा - और .data - जिसमें हमारा डेटा और स्थिरांक संग्रहीत किया जाएगा।

एक निर्देश इस तरह दिख सकता है:

 .text jie $zero, $zero, $zero #  addi $t1, $zero, 2 # $t1 = $zero + 2 lw $t1, 5($t2) # $t1 = *($t2 + 5) syscall 0, $zero, $zero # syscall(0, 0, 0) la $t1, label# $t1 = label 

पहले, निर्देश का नाम इंगित किया जाता है, फिर ऑपरेंड।

.Data में , डेटा घोषणाएँ इंगित की जाती हैं।

 .data .byte 23 #   1  .half 1337 #   2  .word 69000, 25000 #   4  .asciiz "Hello World!" #     ( ) .ascii "12312009" #   ( ) .space 45 #  45  

एक विज्ञापन की अवधि और डेटा प्रकार नाम के साथ शुरू होना चाहिए, उसके बाद स्थिरांक या तर्क।

निम्नानुसार कोडांतरक फ़ाइल को पार्स (स्कैन) करना सुविधाजनक है:

1. सबसे पहले, खंड को स्कैन करें
2. यदि यह एक .data खंड है, तो हम विभिन्न डेटा प्रकारों या एक .text खंड को पार्स करते हैं
3. यदि यह एक .text खंड है, तो हम कमांड या एक .data खंड को पार्स करते हैं

काम करने के लिए, कोडांतरक को स्रोत फ़ाइल के माध्यम से 2 बार जाने की आवश्यकता है। पहली बार जब वह समझता है कि लिंक क्या हैं (वे किसके लिए काम करते हैं), वे आमतौर पर इस तरह दिखते हैं:

  la $s4, loop #   loop  s4 loop: # ! mul $s2, $s2, $s1 # s2 = s2 * s1 addi $s1, $s1, -1 # s1 = s1 - 1 jil $s3, $s1, $s4 #  s3 < s1     

और दूसरे पास में, आप पहले से ही एक फ़ाइल उत्पन्न कर सकते हैं।

परिणाम

भविष्य में, आप हमारे प्रोसेसर पर असेंबलर से आउटपुट फ़ाइल चला सकते हैं और परिणाम का मूल्यांकन कर सकते हैं।

साथ ही, रेडीमेड असेंबलर का इस्तेमाल सी कंपाइलर में किया जा सकता है। लेकिन यह बाद में है।

संदर्भ:

• Verilog के साथ डिजिटल कंप्यूटर सिस्टम डिजाइन करना। डेविड जे। लीलाजा और सचिन एस
• स्रोत कोड
• दूसरे प्रोसेसर का सोर्स कोड