Implementação do processador de 8bits (com modificações) apresentado em Step-by-step design and simulation of a simple CPU architecture [1]

Trabalho desenvolvido para a disciplina de Arquitetura e Organização de Computadores sob orientação do Profº M.Sc. Bruno Farias.

Equipe: @allexlima, @pauloigormoraes, @renanbarroncas

Especificações

1. Endereçamento de 5bits;
2. Registradores de 8bits;
3. Memória de 32x24-bits para armazenamento de instruções;
4. Operações disponíveis (na ULA):
   a) A,
   b) B,
   c) A+1,
   d) B + 1,
   e) A+B,
   f) A-B,
   g) A AND B, e
   h) A OR B
   
5. [Extra] Instruções de 24bits (No projeto original, o autor utiliza 16bits);
6. [Extra] Tradutor em Python: possibilita a escrita de instruções em Assembly em um formato inspirado no MIPS-Assembly para que possam ser convertidas para sequencias em hexadecimal (formato que Logisim exige para armazenar as instruções na memória ROM/RAM que o mesmo disponibiliza); e
7. [Extra] Introdução de novas instruções.

Organização dos componentes

1. ALU (Unidade Lógica e Aritmética)
   a) Arquitetura
   
   b) Chip
   
   

2. Datapath (Caminho de dados)
   a) Arquitetura
   
   b) Chip
   
   

3. Unidade de Controle
   a) Arquitetura
   
   b) Chip
   
   

4. Visão principal/final
   

Requisitos para a simulação

1. Logisim
2. Python 2.7.x

Inicialização

1. Clone este repositório

$ git clone https://github.com/allexlima/SimpleProcessor8Bits
$ cd SimpleProcessor8Bits/

1. Abra o arquivo Processor.circ com o Logisim.

Criando programinhas em "Assembly"

Como informado, nós desenvolvemos uma espécie de tradudor que converte as instruções do nosso processador (que são escritas em um formato inspirado no MIPS-Assembly) para o formato hexadecimal, para poder ser lido pelo Logisim.

Quais instruções estão disponíveis?

Todos os arquivos em assembly (.asm) devem ficar na pasta ./Assembly/, enquanto que os no formato hexadecimal (.hex), os que são gerados pelo tradutor, são criados diretamente na pasta ./Test/

Utilizando o tradutor (exemplos)

Na pasta ./Assembly/ já existem dois exemplos soma.asm e fibonacci.asm.

1. Abra o arquivo soma.asm, que deve estar como código abaixo:

input .a, 6
inc .a
print .a
inc .a
print .a
input .b, 4
add .a, .b
print .a

2. Observe que as parcelas da soma encontram-se nas linhas 1 e 6. Altere como queira.
3. Feche o arquivo e abra o terminal.
4. Informe o nome do arquivo a ser "traduzido" para hexadecimal, nesse caso soma.asm, para o programa translator.py:

$ python translator.py soma.asm

5. O programa irá converter e salvar a saída com o mesmo nome (porém extensão diferente) na pasta ./Test/
6. Com o projeto Processor.circ aberto no Logisim, carregue o arquivo .hexde saída do tradutor na memória RAM e em seguida inicie o clock.
7. O resultado será exibido nos displays do processador.

Mais detalhes

Na pasta ./Docs/ desse repositório, você pode encontrar os slides que utilizamos nas apresentações do projeto (Apresentação 01 - Resumo do projeto.pdf é um resumo geral do trabalho original enquanto que Apresentação 02 - Trabalho final.pdf são itens referentes ao nosso projeto). Além dos slides, há também a tabela ISA.ods que contém alguns detalhes técnicos importantes.

Você também pode encontrar mais conteúdos legais sobre o tema nas referências [2] e [3].

Dúvidas? Sugestões? Bugs? Entre em contato conosco :)

Referências

1. Schuurman, D. C. (2013, March). Step-by-step design and simulation of a simple CPU architecture. In Proceeding of the 44th ACM technical symposium on Computer science education (pp. 335-340). ACM. Available in http://dl.acm.org/citation.cfm?id=2445296&dl=ACM&coll=DL&CFID=795199471&CFTOKEN=65361630
2. TANENBAUM, A. S.Organização e estruturada de computadores. São Paulo: PearsonPrentice Hall, 2013. ISBN 9788581435398.
3. MONTEIRO, M. A.Introdução à Organização de Computadores. 5. ed. Rio de Janeiro:LTC, 2007. ISBN 9788521615439.