Концепция системных регистров для МЭСМ-6

[vak]

Перед тем, как начать делать теневые регистры и вход-выход в прерывания для МЭСМ-6, изложу здесь концепцию.

В обычном режиме (пользователя) программе доступны 15 индекс-регистров М[i], как в БЭСМ-6. При входе в прерывание процессор переключается на дополнительный "теневой" набор индекс-регистров K[i]. Это устраняет необходимость сохранять пользовательские регистры в память.

Вводится концепция системных регистров, которые хранят значения, нужные для обработки прерываний.

Вводятся две дополнительные команды 032 ATZ и 033 ZTA, через которые можно обращаться к системным регистрам, а также к пользовательским индекс-регистрам из режима прерываний. Команды работают аналогично ATI и ITA, но нет стекового режима.

Адреса регистров для команд ATZ и ZTA:

• 0...017 - пользовательские индекс-регистры M[i]
• 020...037 - теневые индекс-регистры K[i]
• 040 - счётчик команд PC
• 041 - сохранённый счётчик команд EPC
• 042 - регистр статуса и режимов SR (расширенный регистр R)
• 043 - сохранённый регистр статуса ESR
• 044 - регистр изменения следующей команды CN (фактически регистр С)
• 045 - сохранённый регистр ECN

При прерывании или выполнении экстракода происходит следующее:
(1) Текущее значение PC сохраняется в EPC;
(2) Статус и режимы SR сохраняются в ESR;
(3) Текущее значение C сохраняется в ECN;
(4) Сбрасывается глобальный флаг разрешения прерываний, бит SR.GIE=0;
(5) Устанавливается режим прерываний, бит SR.K=1;
(6) Регистр PC получает значение, соответствующее типу прерывания или номеру экстракода.

Команда 32 IJ выполняет выход из прерывания:
(1) Значение EPC передаётся в PC;
(2) Значение ECN передаётся в C;
(3) Значение ESR передаётся в SR, при этом изменяются режим прерываний (бит SR.K) и разрешение прерываний (бит SR.GIE).

Comments

[spamsink]

Что происходит при попытке выполнить команду ATZ или ZTA, когда SR.E==0?

[vak]

Выполняется как обычно.
В этом смысле у нас нет защиты.
Считаем, что программа всегда работает в режиме супервизора.

[spamsink]

Понятно. Я имел в виду, что может быть полезно по-разному нумеровать регистры в разных режимах, типа 1-017 - регистры текущего режима, 021-037 - регистры "другого" режима, или наоборот.

Не забудь про регистр С, который тоже нужно упрятывать-восстанавливать.

Ну и открывать/закрывать прерывания было бы удобно одной командой, наподобие VTM с нулевым индексом (но это уродство, поэтому лучше что-нибудь другое).

[vak]

Регистры текущего режима и так доступны командами ITA, ATI. Для "другого" режима не могу придумать, в каких случаях это могло бы быть нужно. Обычно обработчик прерывания может хотеть прочитать или изменить регистры пользователя. Или программа может закрыть прерывания и переустановить регистр стека для обработчика.

Регистр C, да. Добавлю регистры 044 и 045.

Открывать/закрывать прерывания можно приспособить NTR со старшими битами в адресном поле.

instruction vs. mapping

[mrupor]

Как-бы, ввсплыло правило Окама, то есть Коп-ов "не жалко, но тратит их не хочеться". Если уже отхватили отдельные адреса для внешних портов, то почему бы ни сделать доступ к перечисленным регистрам через память?

Re: instruction vs. mapping

[vak]

Тут проблема в микроархитектуре. Доступ к регистрам через адреса памяти получается неэффективным. Выходит естественное разделение: что находится снаружи процессора - работает через память. Что внутри процессора - через ATZ/ZTA.

Это коды операций использовались в СВС для специальных 64-битных обращений к памяти. Мы их задействуем для системных регистров, вместо прежних команд РЕГ и УВВ. Повторять функциональность РЕГ не хочется, когда одна и та же команда работала как чтение (ставила логическую группу) и как запись (не меняла группу).

Re: instruction vs. mapping

[mrupor]

Про ATZ понятно, я СВС никогда не интересовался.

Идея связана с тем, что адрес приходиться декодировать для IO в любом случае, а так как кашей нет, то казалось бы, что мультиплекситровать доступ к регистровому файлу (который подрозумевается т.к разделяем контексты для user-a , прерываний и экстракодов) сам бог велел.

p.s. наверняка, реализация становится более сложной, и я тут не могу помочь в VERILOG, так что это на всякий случай, рассмотреть идею если это разумно.

Re: instruction vs. mapping

[vak]

Дело в том, что обращение к внешней памяти происходит как минимум на такт дольше, из-за необходимости дожидаться сигнала "DONE" (аналог /WAIT). Для команд ATZ/ZTA ждать не нужно.