Реферат: Микро ЭВМ на основе МПК - 1804

Проектирование микроЭВМ на основемикропроцессорного комплекта серии 1804

Введение.

Современный этап научно технического прогрессахарактеризуется широким применением электроники и микроэлектроники во всехсферах жизни и деятельности человека. Важную роль при этом сыграло появление ибыстрое совершенствование элементной базы для разработки и проектированияразличных периферийных устройств и устройств вычислительной техники.

 Вычислительные машины и комплексы применяются в настоящеевремя практически во всех отраслях жизнедеятельности человека – связи ипередачи данных, медицине и в быту, измерительных и контролирующих системах, всистемах автоматического управления и многих других, где играют немаловажнуюроль и поэтому должны отвечать высоким требованиям, как точности, так инадежности.

Особую роль, с недавнего времени, стали играть и такназываемые специализированные или бортовые компьютеры. Эффективность различныхсовременных подвижных и стационарных систем зависит во многом и от их качества.Основное назначение этого класса вычислительных устройств – сбор самойразличной информации, как о состоянии окружающей среды, так и возможно, осостоянии самого объекта, её обработка и передача более высокому звенууправления объектом.

Процесс проектирования данного класса вычислительныхустройств определяется целым рядом факторов, которые необходимо учитывать припостроении такого устройства. Этими факторами могут служить:

степень подвижности объекта, несущего бортовой компьютер;

степень сложности алгоритмов вычислений, производимых им иих объем;

точность получаемых, обрабатываемых и выходных данных.

Обычно функционирование таких вычислительных устройствпроисходит не автономно (хотя не исключён и такой вариант), а под управлениемразличных более мощных и стационарных объектов или комплексов. В связи с этисложность разработки структуры и программного обеспечения к таким устройствамтребует существенных временных и материальных затрат.

Область применения подобного класса вычислительныхустройств можно сказать всеобъемлющая. Практически на любом подвижном объектевозможно (или даже просто необходимо) применение бортового компьютера, которыйможет предоставлять оператору или управляющему устройству – человеку илимашине, данные об объекте управления или даже самостоятельно приниматькакие-либо решения. Необходимо также сказать, что применение такихвычислительных устройств уже достаточно широкое, что доказывает перспективностьих дальнейших разработок и применения в жизни.

1. Разработка архитектуры микрокомпьютера.

1.1 Проектирование алгоритмов, выбор состава макроопераций,проектирование задач.

При реализации данного курсового проекта проектируемаямикро ЭВМ должна была решать следующие задачи:

·    выполнение арифметической операции />,где /> (/> — содержимое портов);

·    тест ОЗУ методом “Обращение по прямому и дополняющему адресам”;

На основании этих самых алгоритмов была выбрана системакоманд проектируемой микро ЭВМ (система микроопераций).

Изложенные выше алгоритмы представлены далее в видеблок-схем.

/>Рис. 1. Арифметическаяоперация />

/>

Рис. 2. Тест ОЗУ.

На основании данных алгоритмов для микро-ЭВМ была выбранаследующая система команд (микроопераций):

mov Reg, операнд

mov Reg, Reg

mov Reg, Mem

mov Mem, Reg

add операнд (к аккумулятору)

add Reg (к аккумулятору)

inc Reg

dec Reg

inc Mem

dec Mem

cmp операнд

jz адрес

jmp адрес

neg Reg

mut Reg (аккумулятор на Reg)

div Reg (аккумулятор на Reg)

in Reg (в Reg номер порта)

out Reg (в Reg номер порта)

shr Reg (сдвиг регистра вправо)

shl Reg (сдвиг регистра влево)

and Reg, операнд

and Reg (Reg с аккумулятором)

or Reg (аккумулятор с Reg)

xor Reg (аккумулятор с Reg)

1.2 Разработка обобщённой структуры микро ЭВМ на основеалгоритмов решения задач.

С учётом вышеизложенных алгоритмов обобщённую структурумикро ЭВМ можно представить следующим образом (рис. 3.).

/>

Рис. 3. Обобщённая структура микро ЭВМ.

1.3 Синтез операционных автоматов для процессорныхэлементов микро ЭВМ.

В качестве операционного автомата для процессорныхэлементов микро ЭВМ выберем операционный автомат М-типа.

Автоматы данного типа меньшую аппаратную сложность, однако,производительность вычислений уменьшается до одной операции за такт. Логическиеусловия в автомате М-типа могут формироваться как в АЛУ, так и в самихрегистрах – путём соответствующих выводов к управляющему автомату.

Далее синтезирован операционный автомат М-типа, реализующийарифметическую операцию, заданную в условии (/>).

Блок-схема микроопераций, реализующая данную математическуюоперацию представлена ниже. (Рис. 4.)

/>

Рис. 4.1 Блок схема микроопераций.

/>

Рис. 4.2 Блок схема микроопераций.

/>

Рис. 4.3 Блок схема микроопераций.

В структуре М-автомата использованы две шины данных ШД1 иШД2. Они соединены с входами АЛУ А1 и А2 соответственно. Разделим множествооперандов АЛУ на два подмножества исходя из условий.

Если регистры Ri и Rj операнды одной микрооперации, то они включаются вразличные подмножества.

Каждое слово R должно принадлежатьхотя бы одному из подмножеств.

Подмножества формируются таким образом, чтобы затраты накоммутацию были минимальные.

Для определения каждого из подмножеств построим таблицувыполняющихся микроопераций, и распределим регистры по шинам.

Результат произведенных действий поместим в таблицу.

/>

Содержание микроопераций

ШД1

ШД2

/>

Рг. I[3.0] := 1 - 1

/>

Рг. Т[23.0] := 0 - -

/>

Рг. LN[23.0]:=0 - -

/>

Рг. К[3.0] := 10 - 10

/>

Рг. Х[23.0] := Х - Х

/>

Рг. Х[23.0] := Рг. X[23.0] – 1 - Рг. Х

/>

Рг. Р[23.0] := Рг. Х[23.0] - Рг.Х

/>

Рг. Чт.[23.0] := 0 - -

/>

Рг. Дт.:=Рг.I. - Рг.I

/>

Рг.Дм.[23.0]:=Рг.Х[23.0] - Рг.Х

/>

Рг.Сч.[23.0] := 23 - 23

/>

Рг.Дм.[23.0] := Рг.Дм.[23.0] + Рг.Дт + 1 Рг.Дм. Рг.Дт.

/>

Т3 := 1 - -

/>

Т3 := 0 - -

/>

Рг.Дм. := Рг.Дм.[23.0] + Рг. Дт. [23.0] Рг.Дм. Рг.Дт.

/>

Рг.Дм. := L1(Рг.Дм.[23.0].0) Рг.Дм. -

/>

Рг.Чт. := L1(Рг.Чт.[23.0].0) - Рг.Чт.

/>

Рг.Чт.[23.0] := Рг.Чт.[23.0] + 1 - Рг.Чт.

/>

Рг.Сч.[23.0] := Рг.Сч.[23.0] – 1 - Рг.Сч.

/>

Рг.Т. := Рг.Чт.[23.0] - Рг.Чт.

/>

Рг.LN[23.0] := Рг.LN[23.0] + Рг.Т.[23.0] Рг.LN Рг.Т

/>

Рг.I[23.0] := Рг.I[23.0] + 1 - Рг.I

/>

Рг.См.[23.0] := 0 - -

/>

Рг.Мн.[23.0] := Рг.Х[23.0] - Рг.Х

/>

Рг.Мт.[23.0] := Рг.Р[23.0] - Рг.Р

/>

Рг.Сч.[23.0] := 13 - 13

/>

Tд. := 0 - -

/>

Рг.См.[23.0] := Рг.См.[23.0] + Рг.Мн.[23.0] Рг.См. Рг.Мн.

/>

Рг.См.[23.0] := Рг.См. + L1(Рг.Мн.[23.0].0) Рг.См. Рг.Мн.

/>

Рг.См.[23.0] := Рг.См. + />Рг.Мн.[23.0] + 1

Рг.См. Рг.Мн.

/>

Tд. := 1 - -

/>

Рг.Мт.[23.0] := R2(00.Рг.Мт.[23.0]) - Рг.Мт.

/>

Рг.Мн.[23.0] := L2(Рг.Мн.[23.0].00) - Рг.Мн.

/>

Рг.Х[23.0] := Рг.См.[23.0] Рг.См. -

/>

Рг.Х[23.0] := />Рг.Х.[23.0] + 1

- Рг.Х

/>

Рг.К. := Рг.К.[23.0] – 1 - Рг.К.

Таким образом в первое подмножество попадают регистры:

Рг.Дм;

Рг.См;

Рг.LN.

Во второе подмножество попадают регистры:

Рг.Х;

Рг.I;

Рг.Дт;

Рг.Чт;

Рг.Т;

Рг.Сч;

Рг.Р;

Рг.Мн.;

Рг.Мт;

Рг.К.

Поставим в соответствие каждой микрооперации выполняемойфункции оператор присваивания АЛУ. Эти операторы характеризуют действия,выполняемые непосредственно в АЛУ.

Составимтаблицу соответствующих микроопераций:

/>

Содержание оператора D

Приемник результата

/>

/>

D := 000…01 D->Рг.I

/>

/>

D := 000…0 D->Рг.Т.

/>

/>

D := 000…0 D->Рг.LN

/>

/>

D := 000…01010 D->Рг.К

/>

/>

D := A2[23.0] D->Рг.Х

/>

/>

D := A2[23.0] + 111…1 D->Рг.Х

/>

/>

D := A2[23.0] D->Рг.Р

/>

/>

D := 00..00 D->Рг.Чт

/>

/>

D := A2[23.0] D->Рг.Дт

/>

/>

D := A2[23.0] D->Рг.Дм.

/>

/>

D := 000…010111 D->Рг.Сч.

/>

/>

D := A1[23.0] + />A2[23.0] + 1

D->Рг.Дм.

/>

/>

D := 000…01 D->Т3

/>

/>

D := 000…0 D->Т3

/>

/>

D := A1[23.0] + A2[23.0] D->Рг.Дм.

/>

/>

D := L1(A1[23.0].0) D->Рг.Дм.

/>

/>

D := L1(A2[23.0].0) D->Рг.Чт

/>

/>

D := A2[23.0] + 1 D->Рг.Чт

/>

/>

D := A2[23.0] + 1111…11 D->Рг.Сч.

/>

/>

D := A2[23.0] D->Рг.Т.

/>

/>

D := A1[23.0] + A2[23.0] D->Рг.LN

/>

/>

D := A2[23.0] + 1 D->Рг.I

/>

/>

D := 000…00 D->Рг.См.

/>

/>

D := A2[23.0] D->Рг.Мн.

/>

/>

D := A2[23.0] D->Рг.Мт.

/>

/>

D := 000…01101 D->Рг.Сч.

/>

/>

D := 000…00 D->Тд

/>

/>

D := A1[23.0] + A2[23.0] D->Рг.См.

/>

/>

D := A2[23.0] + L1(A2[23.0].0) D->Рг.См.

/>

/>

D := A1[23.0] + />A2[23.0] + 1

D->Рг.См.

/>

/>

D := 000…01 D->Тд.

/>

/>

D := R2(00.A2[23.0]) D->Рг.Мт

/>

/>

D := L2(A2[23.0].00) D->Рг.Мн.

/>

/>

D := A1[23.0] D->Рг.Х

/>

/>

D := /> A2[23.0] + 1

D->Рг.Х

/>

/>

D := A2[23.0] + 111…11 D->Рг.К.

/>

Построим таблицу выбора источников операндов для АЛУ итаблицу выбора приемников результатов.

Таблицаисточников.

Источники

Сигналы управления

A1 A2 ai bj - I - b1 - T - b2 LN - a3 - - К - b4 - X - b5 - P - b6 - Чт - b7 - Дт a9 b8 Дм - - - Сч - b10 - Мн - b11 - Мт - b12 См - a13 -

Таблицаприемников.

Приемник

Сигнал управления

D->Рг.k

Dк

I d1 T d2 LN d3 K d4 X d5 P d6 Чт d7 Дт d8 Дм d9 Сч d10 Мн d11 Мт d12 См d13 Тд d14 Т3 d15

Выполним кодирование микроопераций наборами управляющихсигналов:

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

- -

/>

/>

/>

- -

/>

/>

/>

- -

/>

/>

/>

- -

/>

/>

/>

- -

/>

/>

/>

/>

-

/>

/>

/>

/>

-

/>

/>

/>

- -

/>

/>

/>

/>

-

/>

/>

/>

/>

-

/>

/>

/>

- -

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

- -

/>

/>

/>

- -

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

-

/>

/>

/>

/>

/>

-

/>

/>

/>

/>

-

/>

/>

/>

/>

-

/>

/>

/>

/>

-

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

-

/>

/>

/>

- -

/>

/>

/>

/>

-

/>

/>

/>

/>

-

/>

/>

/>

- -

/>

/>

/>

- -

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

- -

/>

/>

/>

/>

-

/>

/>

/>

/>

-

/>

/>

/>

-

/>

/>

/>

/>

/>

-

/>

/>

/>

/>

-

На основании полученных данных составим подмножестваэквивалентных операторов:

/>;

/>;

/>

/>

/>

/>

/>

Построим обобщенные операторы.

Класс />

Для установки регистров

2. Класс />

D = B1 + B2 + B3

При этом

/>

/>

/>

Объединим классы k3, k4, k5, k7 вкласс k8. Для этого обобщенный оператор примет вид:

Класс />:

D = B1 + B2

/>

/>

/>

Класс />:

D = B1

/>

Построим структурные схемы узлов, реализующих обобщенныеоператоры:

Класс/>:

/>Класс />:

/>

Класс/>:

/>

На основании полученных выше данных построим обобщеннуюсхему операционного автомата. (Рис. 5).

/>Рис.5. Обобщенная схема операционного автомата.

1.4 Разработка управляющих автоматов для процессорныхэлементов микро ЭВМ.

При синтезе управляющего автомата условимся о следующихдопущениях – комбинаторный сумматор, использованный при синтезе операционногоавтомата формирует следующие признаки:

P – знак числа

Число больше нуля – P = “0”

Число меньше нуля – P = “1”

Z – признак нуля

Число равно нулю – Z = “1”

Число не равно нулю – Z = “0”

Для построения управляющего автомата произведем разметкуГСА (Рис. 6).

/>

Рис. 6.1 Схема разметки ГСА.

/>

Рис. 6.2 Схема разметки ГСА.

/>

Рис. 6.3 Схема разметки ГСА.

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

000000

/>

000001 1 - -

/>

000001

/>

000010 1

/>

D5

/>

000010

/>

000011 1

/>

D5 D6

/>

000011

/>

000100 1

/>

D4

/>

000100

/>

000101 1

/>

D4 D6

/>

000101

/>

000110 1

/>

D4 D5

/>

000110

/>

000111 1

/>

D4 D5 D6

/>

000111

/>

001000 1

/>

D3

/>

001000

/>

001001 1

/>

D3 D6

/>

001001

/>

001010 1

/>

D3 D5

/>

001010

/>

001011 1

/>

D3 D5 D6

/>

001011

/>

001100 1

/>

D3 D4

/>

001100

/>

001101

/>

/>

D3 D4 D6

/>

001110

/>

D3 D4 D5

/>

001101

/>

001111 1

/>

D3 D4 D5 D6

/>

001110

/>

001111 1

/>

D3 D4 D5 D6

/>

001111

/>

010000 1

/>

D2

/>

010000

/>

010001 1

/>

D2 D6

/>

010001

/>

010011

/>

/>

D2 D5 D6

/>

010010

/>

D2 D5

/>

010010

/>

010100 1

/>

D2 D4

/>

010011

/>

010101 1

/>

D2 D4 D6

/>

010100

/>

010110 1

/>

D2 D4 D5

/>

010101

/>

010110 1

/>

D2 D4 D5 D6

/>

010110

/>

010111

/>

/>

D2

/>

010000

/>

/>

010111

/>

011000 1

/>

D2 D3

/>

011000

/>

011001 1

/>

D2 D3 D6

/>

011001

/>

011010 1

/>

D2 D3 D5 D6

/>

011010

/>

011011 1

/>

D2 D3 D4

/>

011011

/>

011100 1

/>

D2 D3 D4 D6

/>

011100

/>

011101 1

/>

D2 D3 D4 D5

/>

011101

/>

011110 1

/>

D2 D3 D4 D5 D6

/>

011110

/>

011111

/>

/>

D1

/>

100000

/>

D1 D6

/>

100001

/>

D1 D5 D6

/>

100011

/>

D1 D5

/>

100010

/>

D1 D5

/>

011111

/>

100010 1

/>

D1 D5

/>

100000

/>

100010 1

/>

D1 D5

/>

100001

/>

100011 1

/>

D1 D5 D6

/>

100010

/>

100110 1

/>

D1 D4 D5

/>

100011

/>

100110 1

/>

D1 D4 D5

/>

100100

/>

011110 1

/>

D2 D3 D4 D5

/>

100101

/>

100100 1

/>

D1 D4

/>

100110

/>

100101

/>

/>

D1 D4 D6

/>

100111

/>

D1 D4 D5 D6

/>

100111

/>

101000 1

/>

D1 D3

/>

101000

/>

101001 1

/>

D1 D3 D6

/>

101001

/>

000000

/>

/>

-

/>

001000

/>

D3

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>/>

/>/>

Обобщая полученные данные можно построить общую схемууправляющего автомата (Рис. 7).

/>Рис. 7. Общая схема управляющегоавтомата.

2. Разработка структурной схемы микро ЭВМ.

2.1 Эмуляция ОА в микропроцессорной среде сразрядно-модульной организацией.

Для достижения требуемой разрядности при использованиимикропроцессорной секции К1804ВС1 необходимо объединить между собой шестьмикропроцессорных секций. Функциональная схема объединения МПС приведена нарис. 8.

При эмуляции ОА в микропроцессорной среде будемиспользовать следующие соглашения:

Номер РОН Регистр в ОА 1 Рг.I 2 Рг.T 3 Рг.К 4 Рг.Х 5 Рг.Р 6 Рг.Чт. 7 Рг.Дт. 8 Рг.Сч. 9 Рг.Мн. 10 Рг.Мт. 11 Рг.LN 12 Рг.DM 13 Рг.СМ.

/>

Рис.8 Функциональная схема объединения МПС.

Сигналы, поступающие на МПС:

А(4 разр.), В(4), I(9), D(24), />(1)

Для реализации микроопераций ОА необходимо подать на МПСследующие наборы сигналов (в соответствии с форматом):

/>:

0000 0001 010 000111 00..00 1

/>:

0000 0010 010 000111 00..00

/>:

0000 1011 010 000111 00..00

/>:

0000 0011 010 000111 00..00

/>:

0000 0100 010 000111 X

/>:

0100 0100 010 001100 00..00

/>:

0100 0101 010 000100 00..00

/>:

0000 0110 010 000111 00..00

/>:

0001 0111 010 000100 00..00

/>:

0100 1100 010 000100 00..00

/>:

0000 1000 010 000111 00..0010111

/>:

0111 1100 010 001001 00..00 1

/>:

0000 1110 010 000111 00..00 1

/>:

0000 1110 010 000111 00..00

/>:

0111 1100 011 000001 00..00

/>:

0000 1100 110 000011 00..00

/>:

0000 0110 110 000011 00..00

/>:

0000 0110 010 000011 00..00 1

/>:

0000 1000 010 001011 00..00

/>:

0110 0010 010 000100 00..00

/>:

0010 1011 010 000001 00..00

/>:

0000 0001 010 000011 00..00 1

/>:

0000 1101 010 000111 00..00

/>:

0100 1001 010 000100 00..00

/>:

0101 1010 010 000100 00..00

/>:

0000 1000 010 000111 00..01101

/>:

0000 1111 010 000111 00..00

/>:

1001 1101 010 000001 00..00

/>:

1001 0000 110 000100 00..00 0000 1101 010 000001 00..00

/>:

1001 1101 010 001001 00..00 1

/>:

0000 1111 010 000111 00..00 1

/>:

0000 1010 100 000011 00..00 0000 1010 100 000011 00..00

/>:

0000 1001 110 000001 00..00

/>:

1101 0100 010 000100 00..00

/>:

0000 0100 010 010011 00..00 1

/>:

0000 0011 010 001011 00..00

2.2 Эмуляция УА в микропроцессорной СУАМ.

Принципом организации корректного функционирования микроЭВМ является факт того, что при выполнении определенных команд, выполняетсянекоторая совокупность микроопераций в тело которым выходит весь наборуправляющих сигналов для выполнения определенных действий.

Таким образом, для каждой команды (микрооперации)существует некоторый набор микроопераций, содержащих в своем теле всенеобходимые управляющие сигналы, последовательное выполнение которых приводит квыполнению команды в целом.

Данная система реализации команд получила название принципамикропрограммной реализации команд и достаточно широко используется приреализации конкретных вычислительных устройств благодаря своей гибкости ипроизводительности.

2.3 Проектирование УУ микро ЭВМ.

2.3.1 Процесс взаимодействия центральной и периферийнойЭВМ.

Очевидно, что разработанная микро ЭВМ являетсяспециализированной и не стоит на вершине цепочки управления, а потомунеобходимо иметь алгоритмы и средства, осуществляющие управление данной микроЭВМ.

С учетом назначения разрабатываемого устройства (сбор иобработка информации), процесс взаимодействия центральной и периферийной ЭВМможно обеспечить следующим образом: при поступлении запроса на прерывание отцентральной ЭВМ, программа-обработчик данного прерывания производит опроспортов ввода-вывода данного прерывания и, в соответствии с алгоритмомвычисления заданной арифметической функции (ln x), производит обработку полученныхданных. После этого периферийная ЭВМ инициирует запрос на прямой доступ кпамяти и по каналу ПДП пересылает полученные в результате расчетов данные в ОЗУцентральной ЭВМ, после чего продолжает выполнение прерванной программы.

2.3.2 Устройство управления микро ЭВМ.

При функционировании микро ЭВМ, в частности при выполненииопределенной программы возникает вопрос о времени выполнения определенныхмикроопераций. Это связано с тем, что некоторые операции выполняются быстрее,другие – медленнее. Поэтому встает вопрос о методах синхронизации некоторыхблоков микро ЭВМ для избежания сбоев и ложных срабатываний. Очевидным инаименее сложным является метод тактирования элементов ЭВМ тактами,длительность которых больше максимального времени выполнения микроопераций.Однако из-за неэффективности данного способа (возможно значительное времяпростоя микро ЭВМ) применение этого метода оказывается неэффективным.

Для построения более эффективных вычислительных устройствможет использован следующий метод: предлагается ввести в состав схемы микро ЭВМсхему управления длительностью такта.

 В этом случае в Рг.Мк. выделяется определенное поле,которое и определяет время выполнения микрокоманды.

Чтобы избежать излишней громоздкости схемы управлениядлительностью такта при большом количестве команд с различным временемисполнения, имеет смысл разбить их на группы и применять к каждой группе первыйалгоритм.

3. Проектирование структуры микро ЭВМ.

3.1 Проектирование памяти микро ЭВМ.

3.1.1 Проектирование локальной памяти процессорногоэлемента.

В локальной памяти процессорного элемента хранитсямикропрограммная интерпретация команд (микрокоманд) компьютера. Очевидно, чтоколичество микросхем модулей памяти определяется двумя факторами:

разрядностью ПЗУ;

разрядностью регистра микрокоманд.

С учетом заданной микросхемы (556РТ14), функциональнуюсхему локальной памяти процессорного элемента можно представить, как показанона рис. 12.

Адрес с выхода СУАМ поступает на адресные входы блока ПЗУ,и на выходных шинах микросхем появляется микрокоманда, поступающая в Рг.Мк.

/>

Рис. 12. Функциональная схема локальной памяти  процессорногоэлемента

3.1.2 Проектирование системы ПЗУ и ОЗУ.

Очевидно, что прикладные программы и другое служебноепрограммное обеспечение находится в оперативном запоминающем устройстве, причемнеобходимо часть памяти организовать на ПЗУ. В этом случае в нем можноразместить наиболее часто используемые программы, например тест памяти ипрограмму для расчета заданной арифметической операции. С учетом того, чтоданная микро ЭВМ является специализированной, в ПЗУ можно разместить иобработчики прерываний, которые могут произойти от внешних устройств (портов)центральной ЭВМ или устройства управления.

Обобщенную структурную схему ОЗУ можно представить какпоказано на рис. 13. Подробная принципиальная схема приведена в приложении 1.

3.1.3 Разработка системы адресации.

В разрабатываемой микро ЭВМ поддерживаются следующие методыадресации:

прямая;

непосредственная;

автоинкрементная;

относительная.

Для поддержки перечисленных методов адресации в структуремикро ЭВМ предусмотрен ряд аппаратной поддержки (наличие дополнительныхуправляющих регистров).

Рассмотрим данные методы адресации и их аппаратнуюподдержку более подробно.

Прямая адресация.

При считывании команды из памяти в регистр команд вместе скодом операции попадает адрес первого операнда в выполняемом действии, которыйможет быть передан в блок обработки данных через регистр Рг.ADR.(при наличии соответствующих управляющих сигналов в Рг.Мк.), второй адресоперанда необходимо получить считав в регистр входных данных следующее словокоманды из памяти.

2. Непосредственная.

При данном способе адресации в теле команды присутствуетсам операнд. Таким образом в регистр команд попадает только код операции, апараметр считывается на следующем такте в регистр входных данных. Приреализации данного метода адресации дополнительного аппаратного оборудования нетребуется.

3. Автоинкрементная.

При данном способе адресации в качестве номераавтоинкрементного регистра используется одно из полей считанного в регистркоманд слова. Для аппаратной поддержки данного способа адресации используетсярегистр с возможностью переключения его выходных шин в третье состояние(высокого сопротивления), выходы которого коммутируются на адресные входы А и Вблока обработки данных (МПС).

/>

Рис. 13 Структурная схема ОЗУ.

4. Относительная.

При реализации данного метода адресации были учтеныследующие обстоятельства: При считывании слова из оперативной памяти в регистркоманд попадает поле (смещение) адресуемого операнда. Это поле может бытьпередано в блок обработки данных для вычисления исполнительного адреса, вслучае, если выставлены разрешающие сигналы в Рг.Мк. Передача этого поля в БОДосуществляется через регистр ADR, который коммутируетсяна входы данных МПС и имеет возможность переключения своих входных шин всостояние высокого сопротивления.

Обобщая все выше сказанное, можем представить регистркоманд в виде, показанном на рис. 14.

Поле кода операции Адрес операнда Номер автоинкрементного регистра Смещение операнда.

Рис. 14. Регистр команд.

3.2 Разработка системы ввода-вывода и системы прерываний.

3.2.1 Разработка системы ввода-вывода.

Для адресации портов ввода-вывода будем использоватьмладшую адресную часть шины адреса и введем идентификатор обращения к портам(памяти). Для передачи (считывания) в порт данных будем использовать младшуючасть шины данных.

В этом случае укрупненная функциональная схема портовввода-вывода может быть представлена в виде, как показано на рис. 15.

/>Рис. 15. Функциональная схемапортов ввода-вывода.

3.2.2 Разработка системы прерываний.

При функционировании микро ЭВМ возможно возникновениеситуаций, когда требуется немедленное вмешательство процессора. Такимиситуациями для проектируемого устройства могут быть:

запрос данных от центральной ЭВМ;

запись новой информации в порт ввода-вывода;

другие запросы от устройства управления.

При появлении запроса на прерывание, контроллер прерыванийчерез приоритетный шифратор выдает на ПНА номер вектора прерывания и ведет счетвложенных прерываний. При достижении двух уровней вложенности прерыванийконтроллер игнорирует все запросы вплоть до окончания обработки последнего произошедшегопрерывания.

Структурная схема такого контроллера представлена на рис.16.

/>

Рис. 16. Структурная схема контроллера прерываний.

3.3 Проектирование системы ПДП.

В некоторых случаях возникает необходимость в передачеданных без помощи процессора. В этом случае является необходимым использованиесистемы прямого доступа к памяти. Применительно к разрабатываемой микро ЭВМиспользование системы ПДП необходимо при запросе от центральной ЭВМ на передачуей данных. В этом случае процессор отключается от шины и все функции поформированию управляющих сигналов берет на себя контроллер прямого доступа кпамяти (ПДП). С учетом этого и структуры памяти центральной ЭВМ (памятьдинамическая на основе микросхем 565РУ6), структурная схема контроллера ПДПможет быть представлена, как показано на рис. 17.

/>

Рис. 17. Структурная схема контроллера ПДП.

3.4 Разработка внутреннего интерфейса микрокомпьютера.

Совокупность аппаратных средств, предназначенных для связиотдельных частей микрокомпьютера называют внутренним интерфейсом ЭВМ.

Во внутреннем интерфейсе можно выделить следующие основныечасти:

шина адреса (для управления адресными элементами микроЭВМ);

шина данных (для обмена операндами);

шина управления (совокупность управляющих сигналов длязаданного режима работы).

В разрабатываемой микро ЭВМ все вышеперечисленныекомпоненты используются, что позволяет упростить протоколы обмена и максимальноувеличить производительность.

4. Разработка микропрограммного обеспечения.

4.1 Микропрограммная интерпретация команд языка компьютера.

Всякая команда из системы команд микро ЭВМ представляетсобой некоторый набор микроопераций прошитых в ПЗУ микрокоманд, которыевыполняются в случае считывания данной команды в регистр команд. При этомотдельные микрооперации попадают в регистр микрокоманд, который по сути дела твыставляет управляющие сигналы ко всем управляемым элементам микро ЭВМ,обеспечивая тем самым корректное выполнение заданной отдельной микрооперации икоманды в целом.

Для демонстрации порядка выполнения команд в виде некоторойпоследовательности микрокоманд рассмотрим формат регистра микрокоманд:

№

 п/п

Название Назначение 0-3

UI0-UI3

Инструкция для УСА 4-15

D0 — D11

Адрес для перехода в СУАМ 16-24

I0 – I8

Инструкция для МПС 25 — 32

A, B

Адресные входы БОД 33 – 45

SI0 – SI12

Операция СУСС 46

C0

Входной перенос в МПС 47

/>

Разрешение выдачи с DI 48

/>

Разрешение выдачи с ADR 49

/>

Разрешение выдачи с RON 50

/>

Разрешение выдачи с A, B с Рг.Мк. 51

/>

Разрешение на запись в DO 52

/>

Разрешение выдачи с DO 53

/>

Разрешение на запись в Рг.А 54

/>

Разрешение на выдачу А 55

/>

Обращение к портам ОЗУ 56

/>

Чтение – запись 57

/>

Запрос на PDP 58

/>

Запрет сдвигов

Таким образом, разрядность регистра микрокоманд – 58разрядов. Следовательно, для реализации ПЗУ микрокоманд потребуется 15микросхем 556РТ14.

Рассмотрим микропрограммную реализацию некоторых командмикро ЭВМ (макрокоманд):

MOV REG, операнд

1) 1110 XXXXXXXXXXXX 011000011 XXXX 0000 XXXXXXXXXXXXX 1111 011 001 101 2) 1110 XXXXXXXXXXXX 011000111 XXXX XXXX XXXXXXXXXXXXX 0010 111 111 101

Аналогичным образом строятся все микрокоманды.

4.2 Разработка программы арифметической операции.

Программа вычисления ln x в командах данной микро ЭВМ будетвыглядеть следующим образом:

MOV R1, 1 MOV R2, MOV R11, MOV R3, MOV R4, X DEC R4 M6: MOV R5, R4 M1: MOV R6, MOV R7, R1 MOV R12, R4 MOV A0, R7 SUB R7 CMP JA MZ MOV R14, 1 JMP M3 MZ: MOV R14, M3: SHL R12 MOV R0, R12 SUB R7 CMP JA M4 SHL R6 ADD R7 MOV R12, R0 JMP M5 M4: SHL R6 INC R6 MOV R12 R2 M5: DEC R8 MOV R0, R8 CMP JZ M6 MOV R2, R6 MOV R0, R11 INC R1 MOV R13, MOV R9, R4 MOV R10, R5 MOV R0, R9 MUL R10 MOV R4, R0 NEG R4 DEC R3 MOV R0, R3 CMP JZ M7 JMP M0 M7 END

4.3 Разработка служебного программного обеспечения.

Текст программы теста ОЗУ:

M0: MOV R0, 7FFF MOV R1, MOV [R0], R1 DEC R0 CMP JZ M1 JMP M0 M1: MOV R1, M2: MOV R0, [R1] CMP JNZ ERROR MOV [R1], 111..11 DEC R5 MOV R0, R5 SUB R1 MOV R6, R0 MOV R0, [R6] CMP JNZ ERROR MOV [R6], 11..11 MOV R0, R1 CMP 3FFF JNZ MZ MOV R1, M3: MOV R0, [R1] CMP JNZ ERROR MOV [R1], MOV R0, R5 DEC R0 SUB R1 MOV R6, R0 MOV R0, [R6] CMP JNZ ERROR MOV [R6], MOV R0, R1 CMP 3FFF JNZ M3 JMP OK ERROR: HALT OK: END

Заключение.

Таким образом в процессе выполнения курсового проекта быласоздана микро ЭВМ на комплекте серии 1804, позволяющая производить сбор иобработку информации, имеющая свою универсальную систему команд, с возможностьювыполнения сложной арифметической функции.

Данная микро ЭВМ может быть использована в качествепериферийной вычислительной машины или как автономный бортовой компьютер в техобластях, где применение таких устройств является необходимым.