Реферат: Проектирование микро-ЭВМ

Министерство образования Российской Федерации

Восточно-Сибирский ГосударственныйТехнологический Университет

Кафедра ЭВС

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине:

«Теория проектирования ЭВМ»

на тему:

«Проектирование микро-ЭВМ»

Выполнили:

ст.гр.627-1 Пугасеев М.В. и

ст.гр.627-2 Иванова В.А.

Руководитель:

к.т.н., доц. Базарова С.Б.-М.

г. Улан-Удэ,

2001 г.

Министерствообразования Российской Федерации

Восточно-Сибирскийгосударственный технологический университет

Электротехническийфакультет

Кафедра ЭВС

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект

покурсу:

Теория проектирования ЭВМ.

выполнили:

ст. гр. 627-1 Пугасеев М.В. и ст. гр.627-2 Иванова В.А.

руководительпроекта:

Базарова С.Б.-М.

срок выполненияпроекта:

20% к нед., 40% к нед., 60% к нед., 80% к __ нед., 100% к нед.

Защита проекта 2001 г.

1.

Тема проекта: Разработка микро-ЭВМ, выполняющей программу вычисленияфункции F = (a2·b) / (c+d). .

2.

Техническоезадание: Разработатьмикро-ЭВМ, выполняющую программу вычисления функции, где F,a,b,c,d – массивы из 10 элементов 24-разрядных знаковых чисел сплавающей запятой. Система команд не содержит команду вычитания. Шины адресов иданных разделены. Программа и данные размещаются в ОЗУ. .

3.

Перечень листов графической части:

лист1:

Структурная схема;

лист2:

Принципиальная схема;

лист3:

Временные диаграммы.

Руководитель проекта .

Дата выдачи 2001 г.

Содержание

1. Введение

…

2.

Команды микро-ЭВМ…

2.1.

Формат команд…

2.2.

Кодировка команд…

2.3.

Кодировка регистров…

2.4.

Кодировка способовадресации…

3.

Программа реализации функции…

4.

Центральное устройство управления…

4.1.

Микропрограммноеустройство управления…

4.2.

Список микроопераций…

4.3.

Разбиениемикроопераций на группы (микрокоманды)…

4.4.

Формат микрокоманд…

5.

Граф-схемы выполнения операций…

5.1.

Граф-схемаподготовительных операций – выборки команд из ОЗУ…

5.2.

Граф-схема алгоритмакоманды MOV…

5.3.

Граф-схема алгоритмакоманды MUL…

5.4.

Граф-схема алгоритмакоманды ADD…

5.5.

Граф-схема алгоритмакоманды DIV…

5.6.

Граф-схема алгоритмакоманды INC…

5.7.

Граф-схема алгоритмакоманды LOOP…

6.

Прошивка ПЗУ микрокоманд…

7.

…

Заключение

…

Списоклитературы

…

Приложения

…

Приложение А…

1. ВВЕДЕНИЕ

Вычислительные машины (ВМ)представляют собой комплекс технических средств, имеющих общее управление,предназначенный для автоматической обработки информации по заданной программе.Цифровые ЭВМ оперируют с информацией, представленной в дискретной форме в видеобщепринятой для записи и чтения символике набором цифр, букв и знаковкакого-то заранее установленного алфавита, имеющего конечное число символов.

В конце 60-х годов начался серийный выпуск сравнительно небольших идешевых мини-ЭВМ. Их предназначали для предприятий и организаций, где установкавысокопроизводительных ЭВМ была экономически невыгодной. В их задачупервоначально входила автоматизация профессиональной работы в различных организациях,работа на предприятиях в качестве проблемно ориентированных ЭВМ. В 1977-78 годубыл начат выпуск семейства малых ЭВМ (СМ ЭВМ). Их часто называли управляющимивычислительными комплексами, так как они чаще всего использовались в системахуправления различного рода. Однако, СМ третьей очереди, разработанные впоследние годы относятся уже к ЭВМ четвертого поколения и имеют большую производительность,поэтому круг их применения резко расширился, и их активно используют в качествеавтоматизированных рабочих мест, объединяют в вычислительные системы, ипоручают им расчет экономических и статистических задач. С появлением большихинтегральных схем связано развитие другого класса машин – микро-ЭВМ, и, какдостижение этого направления — появление мощных профессиональных ПЭВМ, которыеиспользуются на рабочих местах для автоматизации труда, несложных расчетови различного рода проектирования.

Проектирование микро-ЭВМ включает в себя разработку устройствауправления и операционного устройства. Устройство управления содержит два блока(центральное и местное устройства управления).

Устройства управления являются микропрограммными устройствами.Центральное устройство управления предназначено для выборки команд, их декодированияи подготовки операндов, а также поддержания работы местного устройствауправления. Местное устройство управления управляет работой АЛУ, формируетсигналы управления передачей данных между отдельными элементами проектируемоймикро-ЭВМ. Последовательность формирования управляющих сигналов определяетсямикропрограммами, хранящимися в ПЗУ микрокоманд обоих устройств.

Операционная часть микро-ЭВМ включает в себя регистры общего назначения(для хранения операндов) и АЛУ. Функционирование микро-ЭВМ осуществляетсяпрограммой, которая хранится в оперативной памяти.

Для написания программиспользуют языки низкого и высокого уровней. Языки низкого уровня —машинно-зависимые языки, так как при программировании любого класса задач наэтих языках непосредственно учитываются особенности построения ифункционирования ЭВМ, на которой будет решаться данная задача. В отличие отмашинного языка языки низкого уровня называют машинно-ориентированными языками.Преимуществом использования этих языков является то, что по сравнению спрограммами на машинном языке программы на машинно-ориентированном языкеполучаются более короткие. Примером широко используемогомашинно-ориентированного языка является язык Ассемблер.

Языки высокого уровня —машинно-независимые языки, так как при программировании задач на этих языкахотпадает необходимость знать, на какой ЭВМ будет решаться данная задача.Средства этих языков ориентированы на дальнейшее сокращение трудоемкостипрограммирования. К языкам высокого уровня относят процедурно-ориентированные ипроблемно-ориентированные языки.

2. КОМАНДЫ микро-ЭВМ

2. Команды микро-ЭВМ.

В проектируемой микро-ЭВМ реализована следующая система команд:

·

MOV– команда пересылки данных;

·

MUL– команда умножения;

·

ADD– команда сложения;

·

DIV– команда деления;

·

INC– команда инкремента;

·

LOOP– команда перехода на метку при организации циклов;

·

END– команда окончания программы.

2.1. Формат команд.

Последовательность команд программы и массивы данных хранятся вОЗУ. Для разработки системы команд необходимо определить формат команды.

С учётом количества реализуемых в нашей микро-ЭВМ команд, количестваспособов адресации, разрядности шины адреса ОЗУ (для непосредственнойадресации) и количества регистров общего назначения примем, что команда будетсостоять из 24 разрядов. Такая разрядность ещё эффективна тем, что команда можетцеликом за 1 такт пересылаться из ОЗУ в регистр команд, поскольку шина данныхимеет 24-битную разрядность для работы с операндами.

Таким образом, в курсовом проекте для реализации команд микро-ЭВМбыл использован следующий формат:

КОП

СА

RES

0 {3 бита} 2

3 {2 бита} 4

5 {7 бит} 11

12 {7 бит} 18

19 {5 бит} 23

·

DD– (Destination)приёмник (РОН или приращение при индексной адресации);

·

SS– (Source) источник(РОН, число или приращение при индексной адресации);

·

RES– (Reserved)зарезервировано: биты 19 – 23 не используются.

2.2. Кодировка команд.

Все команды кодируются тремя битами в поле «КОП». Применяются следующиекоды:

Код

Команда

000

MOV

001

MUL

010

ADD

011

DIV

100

INC

101

LOOP

111

END

2.3. Кодировка регистров.

Регистры общего назначения кодируются тремя младшими битами в поляхDD и SS. Применяются следующие коды:

Код

Регистр

000

001

010

011

100

2.4. Кодировка способов адресации.

Для выбора систем адресации необходимо определиться в том, какиеоперации по пересылке будет необходимо выполнять в микро-ЭВМ. В разрабатываемоймикро-ЭВМ команды должны выполнять пересылку данных:

·

SS в регистр общего назначения(РОН) CC или SI;

·

А также в командах должна быть реализована возможность прямо в самойкоманде указывать адрес следующей команды (или адрес ячейки памяти в ОЗУ) припереходе по условию.

Отсюда выбираем следующие способы адресации, которые кодируютсядвумя битами в поле «СА»:

Код

Способ адресации

Регистр – непосредственный операнд

Регистр – регистр

Регистр – ОЗУ (приращение индекса)

ОЗУ (приращение индекса) – регистр

3. Программа реализациифункции

Ниже приведён текст программы для реализации заданной функции, еёинтерпретация в кодах и размещение в ОЗУ.

Операция

Операнды

КОП

Адрес

MOV

000’00’0000011’0001010’00000

0000000

MOV

000’00’0000100’0001111’00000

0000001

@: MOV

0 [SI]

000’10’0000000’0000000’00000

0000010

MOV

000’01’0000001’0000000’00000

0000011

MUL

001’01’0000000’0000001’00000

0000100

MOV

10 [SI]

000’10’0000001’0001010’00000

0000101

MUL

001’01’0000000’0000001’00000

0000110

MOV

20 [SI]

000’10’0000001’0010100’00000

0000111

MOV

30 [SI]

000’10’0000010’0011110’00000

0001000

ADD

010’01’0000001’0000010’00000

0001001

DIV

011’01’0000000’0000001’00000

0001010

MOV

40 [SI]

000’11’0101000’0000000’00000

0001011

INC

100’01’0000000’0000100’00000

0001100

LOOP

101’00’0000000’0000010’00000

0001101

END

111’00’0000000’0000000’00000

0001110

Поскольку все операции производятся над 24-разрядными числами, то ив ОЗУ они хранятся в 24-разрядных ячейках. Размещение данных в ОЗУ:

Переменная

Адрес

(десятичный)

Адрес

(двоичный)

0001111

…

a10

0011000

0011001

…

b10

0100010

0100011

…

c10

0101100

0101101

…

d10

0110110

0110111

…

F10

1000000

4. Центральное устройствоуправления

Центральное устройство управления в проектируемой микро-ЭВМ реализуетсяна микропрограммном управлении, за исключением подготовительных и некоторыхпромежуточных операций, которые реализуются на жёсткой логике.

4.1. Микропрограммное устройство управления (МПУУ).

Блок микрокоманд подготавливает операнды, управляет работой АЛУ,формирует сигналы управления передачей данных между отдельными элементамипроектируемой микро-ЭВМ. Последовательность формирования управляющих сигналов определяетсямикропрограммами, хранящимися в ПЗУ микрокоманд.

4.2. Список микроопераций.

Обозн.

Микрооперация

Управляющие сигналы

MUL_АОП := ШД/ША_8

MUL_АОП := СчКом

MUL_АОП: С=«1»; M=«0»

MUL_АОП: С=«1»; M=«1»

Синхронизация MUL_АОП

MUL_АОП: С=«1»

Rg_АОП:= MUL_АОП

Rg_АОП: С=«1»

ШД_24 := ОЗУ (чтение)

ОЗУ: Read=«1»

RgКом := ШД_24

RgКОП, RgDD, RgSS: С=«1»

MUL_КОП := RgКОП_СА

RgКОП: Z=«1»; MUL_КОП: С=«1»

ОЗУ := ШД_24 (запись)

ОЗУ: Write=«1»

Предустановка Сч_МО

Сч_МО: ПУ=«1»

Выдача данных из RgDD

RgDD: Z=«1»

Выдача данных из RgSS

RgSS: Z=«1»

Дешифрация ДшЗапРОН

ДшЗапРОН: С=«1»

Дешифрация ДшЧтРОН

ДшЧтРОН: С=«1»

MUL_S/D := «S»

MUL_S/D := «D»

MUL_S/D := «1»

MUL_S/D := «-1»

MUL_S/D: С=«1», М=«00»

MUL_S/D: С=«1», М=«01»

MUL_S/D: С=«1», М=«10»

MUL_S/D: С=«1», М=«11»

Синхронизация MUL_S/D

MUL_S/D: С=«1»

Rg1_СМ := ШД/ША_8

Rg1_СМ: С=«1»

Rg2_СМ := ШД/ША_8

Rg2_СМ: С=«1»

Синхронизация СМ – сумма

СМ: С=«1»

ШД/ША_8 := BF_СМ

BF_СМ: С=«1»

RgCC := ШД/ША_8

RgCC: С=«1»

ШД/ША_8 := RgCC

RgCC: Z=«1»

ШД/ША_8 := RgSi

RgSi: Z=«1»

Rg1_АЛУ := ШД_24

Rg1_АЛУ: С=«1»

Rg2_АЛУ := ШД_24

Rg2_АЛУ: С=«1»

АЛУ := Rg1_АЛУ + Rg2_АЛУ

АЛУ := Rg1_АЛУ * Rg2_АЛУ

АЛУ := Rg1_АЛУ / Rg2_АЛУ

АЛУ: С=«1», М=«01»

АЛУ: С=«1», М=«10»

АЛУ: С=«1», М=«11»

Синхронизация АЛУ

АЛУ: С=«1»

ШД_24 := BF_АЛУ

BF_АЛУ: С=«1»

Предустановка СчКом

СчКом: ПУ=«1»

СчКом := СчКом + 1

СчКом: «+1»=«1»

4.3. Разбиение микроопераций на группы (микрокоманды).

Все выше перечисленные микрооперации можно разбить на группы, называемыемикрокоманда

еще рефераты

Еще работы по компьютерам и переферийным устройствам

Реферат по компьютерам и переферийным устройствам

Проектирование машины потоков данных

29 Августа 2013

Реферат по компьютерам и переферийным устройствам

Конструкторско-технологическое проектирование ЭВМ

29 Августа 2013

Реферат по компьютерам и переферийным устройствам

Проектирование КЭШ-памяти

29 Августа 2013

Реферат по компьютерам и переферийным устройствам

Использование самодиагностики жестких дисков при их тестировании. технология - S.M.A.R.T.

29 Августа 2013