Реферат: Цифровые ЭВМ

Міністерствоосвіти України

ДніпропетровськийНаціональний Університет

Радіофізичний факультет

Кафедра ЭОМ

Курсовий проектпо курсу «ЦифровіЭОМ»

Виконав:

ст. гр. РІ-97-1

Орлов С.А.

Перевірив:

Істушкін В. Ф.

Дніпропетровськ

2000

ЗМІСТ

1. Вступ

2. Завдання

3. Структура мікро-ЕОМ

4. Функціональна схема микро-ЕОМ

4.1 Арифметико-логічний пристрій

4.2 Блок мікропрограмного управління

4.3 Блок обробки запитів переривань

4.4 Блок внутрішньої синхронізації

4.5 Оперативна пам'ять

5. Розробкамікропрограми

5.1 Команда HER

5.2 Команда SE

6. Розрахункова частина

7. Висновок

Додатки:

1.

Структурна схема

2.

Таблиці мікрокоманд

3.

Схема БОД

4.

Схема БПП

5.

Схема БМУ

6.

Схема ОЗП

7.

Схема БВСПрийнятіу проєкті скорочення та терміни

Список літератури

1. ВСТУП

У курсовому проекті необхідно розробити ЕОМ, щоскладається з процесора (П), оперативного запам'ятовуючого пристрою (ОЗП),постійного запам'ятовуючого пристрою (ПЗП), зовнішніх пристроїв (ЗП). ОЗП і ПЗПзтворюють основну пам'ять (ОП). У кожен момент часу можливе звертання тільки дооднієї комірки пам'яті. В ОП адресується кожен байт. ЗП можуть бути активні іпасивні. Активні ЗП на відміну від пасивних можуть формувати запит, що вказуєна необхідність обміну інформацією з ОП. Обмін інформацією здійснюється підкеруванням БПП с використанням системи переривань.

Розроблена ЕОМ повинна моделювати систему команд ЕС ЕОМ.

Детальна розробка команд припускає складання алгоритмувиконання команди в точності і відповідності з її реалізацією в ЕС ЕОМ, іскладання по йому мікропрограми виконання команди як у символічної, так і вцифровій формі з вказівкою комірок ПЗП в який розміщені окремі мікрокоманди.При проектуванні мікропрограмного пристрою управління вважати, що всі командипо складності реалізації рівноцінні, а їхня мікропрограма складається з такої жкількості мікрокоманд, як і мікропрограма окремо розробленої команди. З цихданих визначається ємність ЗП мікропрограми і розміщення в йому мікропрограмокремих мікрокоманд.

2. Вибір завдання

Номер залікової книжки971694, що в 16-річному виді представлено як ED3AE. У двійковойформі номер заліковкипредставляється так:

00111010 1110

a b c

Звідсивсі необхідні числа длявибору завдання представлені в таблиці 1.

Таблиця1.

Требуеться розробитимікроЭОМ зі слідуючими характеристиками:

·

серія мікросхем 1804;

·

довжина ячейки пам`яти йразрядность МП — 64 біт;

·

ємність ОП 256 Кбайт;

·

число зовнішніх пристроїв63;

·

мікросхеми ОЗП 541РУ2;

·

мікросхеми ППЗП 556РТ6;

·

реалізація машинних командSE, HER.

3. Cтруктурна схема мікро-ЕОМ

Структурна схема приведена на рисунку в додатку 1. Мікро_ЕОМскладається із слідуючих елементів:

·

операційоний пристрій (ОП);

·

блок микропрограмного управління (БМУ);

·

блок приоритетів переривань (БПП);

·

блок синхронізації (БС);

·

схема обміну інформації (СОІ);

·

оперативний запам`ятовуючийпристрій (ОЗП);

·

зовнішні пристрої (<img src="/cache/referats/4164/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025"><img src="/cache/referats/4164/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026">

Структурна схема мікро-ЕОМ представляєзагальний принцип роботи всієї мікро-ЕОМ.

ОП виповнює обробку данних, поступаючих донього, забезпечує зберігання та видачу признаків результатів, отриманих в ОП,формування слова стану.

БМУ забеспечує прийняття виконуваної командиіз ОЗП, преобразування кода команди для подальшого обчислювання, виробка адресимікрокоманди для пам`яті мікропрограм, формуваннянеобхідного формату мікрокоманди для керування БІСами ЕОМ, а також забеспечуєперехід на мікропрограму-відробник вектору переривання, адреса якого надходитьз блоку БПП.

БПП забеспечуєприйняття запросів від зовнішніх пристроїв, керування приоритетами лінійпереривань, формування вектора переривання та по цьому вектору формуванняадреси відробнику переривання для БМУ.

В ОЗП зберігаються команди, які необхідновиконувати на даній мікро-ЕОМ, причому записані у системі ЕС ЕОМ, системукоманд якої емулює розроблена мікро-ЕОМ.

БС забеспечує усі схеми ЕОМ стабільнимитактовими послідовностями, формірує машинні цикли для БІС.

В загальному виді мікро ЕОМ функціонуєслідуючим образом:Виконувана команда зчитуєтьсяз ОЗП та попадає на БМУ. БМУ преобразує код команди та починає виконаннямікропрограми обробки поданої мікрокоманди. Під час виконування мвкрокоманд БМУпрограмує мікропроцесорний комплект на виконання конкретних операцій згідноалгоритму. Якщо у час виконання програми надходить переривання від зовнішньогопристрою, БПП формує запит на переривання та адресу обробника переривання, таБМУ починає обробку переривання.

4.Функціональна схема микро-ЕОМ

4.1 Арифметико логічний пристрій

Арифметико-логічний пристрій (АЛП)призначено для виконання арифметичних і логічних операцій, операнди для якихабо безпосередньо надходять із шини даних (ШД), або читаються з внутрішньогореєстрового запам'ятовуючого пристрою (РЗП) АЛП, адреса для який надходить зіШД. АЛП містить:

·

шістнадцять центральнихпроцесорних елемента (ЦПЕ) К1804ВР2;

·

контролер станів К1804ВР2;

·

схема прискореного переносуК1804ВР1;

БІС К1804ВР2 являє собою 4-розрядну нарощуванумікропроцесорну секцію (МПС) з підвищеними алгоритмічними можливостями йорієнтована на обробку складних арифметичних алгоритмів. Володіючисекционированной структурою, даний ЦПЕ дозволяє за рахунок об'єднання декількохБІС будувати процесори (чи АЛП) довільної розрядності, кратної 4.

Дана МПС керується кодом мікрокоманди, поданим навходи I0-I8, у залежності від значення якого БІС вибирає джерела операндв,виконувану над ними операцію і приймач результату цієї операції.

БІС К1804ВР2 призначена для замикання данихнавколо МПС К1804ВР2 при побудові АЛП мікро-ЕОМ, забезпечуючи також функціїрегістра стану і формірователя сигналу переносу.

Під впливом зовнішніх сигналів управління дана БІСформує сигнали для організації зрушень і переносів в АЛП, а також, обробляючиознаки стану, що надходять з АЛП блоку обробки даних:

·

перенос (C);

·

нульовий результат (Z);

·

знак результату (N);

·

переповнення (OVR),

формує сигнал умови для організації розгалужень як у програмах, так і вмікропрограмах.

Для порівняння двох чисел необхідно подать ці числа на АЛП,організувати їхнє вирахування, а на шину управління БІС К1804ВР2 подать командупорівняння по необхідній умові. Після чого КС за значенням C, Z, N, OVR сформуєна виході CT сигнал низького рівня, якщо задана умова виконується, чи сигналвисокого рівня, якщо воно не виконується.

4.2 Блок мікропрограмного управління

Блок мікропрограмногоуправління використовується для управління послідовністю мікрокоманд та міститьв собі:

·

регістр команд (РгК)на К1804ИР2;

·

дешифратор начальної адресимікропрограми на базі двох БІС ПЗУ К556РТ6;

·

формувач адресимікропрограми К1804ВУ4;

·

пам`ять мікропрограм (ПМП) на базісеми БІС К556РТ6;

·

регістр мікрокоманд (РгМК)на базі 7 БІС К1804ИР2;

·

мультиплексор для виборуісточнику переривання.

БІС К1804ВУ4 представля зсебе 12-розрядну схему

Керування адресоммікрокоманди та призначена для формуванняадреси ПЗП мікрокоманд ємністю до4Кслів в составі пристроїв мікропрограмного управління. Крім того, подана БІСзабеспечує:

·

отримування наступної адресишляхом нарощування лічильника адресів на 1;

·

многократний півтор одного й того ж адреса;

·

умовний чи безумовний перехід до адреси, поданому чи з внутрішніхісточників, чи з вхідної шини БІС.

·

Умовний чи безумовний перехід до подпрограми;

·

Організація циклів.

Під впливом зовнішніхсигналів керування БІС формує послідовність адресів, які поступають на пам`ять микропрограм. Послідовності адресів кожного разубудуть отвічати послідовності мікрокоманд, вібраній з пам`яті мікропрограм.

БІС К1804ВУ4 керується кодом мікрокоманди, що подається на входи І0-І3, атакож сигналами на входах СС (дозвіл переходу) та ССЕ (дозвіл аналізу сигналуна СС). Крім адреси на вихідній шині, БІС формірує три керуючих сигнали (VE, PE, PE), за допомогою яких здійснюється підключення довхідної шини БІС одного з трьох зовнішніх істочників адреси – чи региструмікрокоманд (РгМК) (РЕ), либо дешифратору начальних адресів (МЕ), чи з блокуобробки переривань (VE). Для кожної мікрокомандивиробляється тільки один сигнал дозвілу зовнішнього істочнику.

4.3.Блокобробки запитів переривань

Блок обробки запитів переривань (БОЗП) призначенийдля фіксування запитів на переривання, формування адреси початку мікропрограмиобслуговування запиту на переривання, що має найвищий пріоритет серед усіх щоприйшли, а також для вироблення сигналу запиту на обслуговування переривання,що разом з адресою надходить на БМУ. БОЗП містить у собі:

·

БІС узгодження БІС К1804ВН1 зК1804ВР3;

·

вісімБІС пріоритетного переривання К1804ВН1;

БІС К1804ВН1 являє собою 8-розряднумікропрограмувальну схему пріоритетного векторного переривання і призначена дляобробки запитів на переривання, що надходять по 8 вхідних шинах від різнихпристроїв, відповідно до їхнього рівня пріоритету. БІС може реєструвати якрівневих, так і імпульсні запити, що надходять на входи INR7-INR0. Якщо накеруючий вхід СОМО поданий низький рівень, то БІС реєструє імпульсні запити.Пріоритет отриманого запиту порівнюється з тим, що міститься у внутрішньомурегістрі стану, і якщо він не нижче останнього, то БІС фіксує його і виставляєйого номер на вихідну шину V3-V0.

БІС К1804ВР3 являє собою керований пріоритетнийшифратор 8х3 і призначена для спільної роботи з БІС К1804ВН1 у складі БОЗП ізкількістю рівнів пріоритетів, великим 7. Один такий шифратор обслуговує до 8БІС К1804ВН1 (БОЗП на 31 рівня пріоритетів).

4.4. БЛОКВНУТРІШНЬОЇ СИНХРОНІЗАЦІЇ

Блок внутрішньої синхронізації (БВС) являє собою системний тактовийгенератор і призначений для синхронізації внутрішніх блоків процесора. Вінзібраний на єдиній БІС К1804ГГ1, що має стабілізований (за допомогоюзовнішнього кварцевого резонатора) генератор опорної частоти від 1 до 30 МГц,мікропрограмувальну тривалість циклу тактових імпульсів від 3 до 10 періодівопорної частоти і стану «робота», «останов», «чекання», «кроковий режим».

4.5 Блок основної пам`яті

Згіднозавданню ОП составляє 256 Кбайт пам`ятіОЗП. Одне слово займає 64 біт. В кожний момент часу може бути звертаннятільки до однієї ячейки пам`яти. У схемівикористовуються статичні ОЗП К541РУ2.

Використані в роботі мікросхеми ОЗП мають ємність 4 Кбіт зорганізацією 1*4Кбіт, тому наш модуль ОЗП буде організований у 32 банки по 16мікросхеми в одному. Один банк має ємність 4*16=64Кбіт=8Кбайт з розрядністюслова 64 біт.

Для адресації банків розроблена схема дешифрації старших розрядів адреси. Цейдешифратор побудований на п`ятидешифраторах (типу 3 в 8), включених у каскадному включенні. Це дозволяєадресувати 32 банки, використовуючи старші 5 адресні розряди А10-А14. З виходівдешифраторів сигнали виборки поступають на входи CSмікросхем ОЗП.

Пам`ять має двунаправлену шину даних, тому для правильногокерування буферними регистрами розроблена схема на елементах АБО та НІ, якакерує входами дозвілу роботи регистрів. Регистр читання відкривається тількиколи активні сигнали CS та RD, регистр запису – коли активні CS та WR.

5. Розробка мікропрограми

Під створенням мікропрограми мається в виду записпрошивки ПЗП мікропрограм, тобтозапрограмувати значення усіх бітів при виконанні кожної команди.

Розрядимікрокоманди керують работой усіх узлів мікропроцесорного приладу:керування блоком обробки даних, блоком виконання команд,приладом приоритетного переривання, трактом даних та усіма остальними приладами.

Мікропрограмирозрізняються по длині в залежності від типу команди:для команд типу регистр-регистр достатньо чотирьох тактів, але для командтипу регистр-пам`ять необхідно вже не менше семимікрокоманд, тому що треба додатково обчислювати адреси операнду та загрузкайого із пам`яті.

При виконуванні команд загальними у всіх є мікрокоманди, які реалізують слідуючі функції:формування адреси команди, вибірка команди, декодуваннякоманди. Подальші шаги мікропрограм залежать від конкретної команди.

5.1 КомандаHER

Ця команда виконує аріфметичний здвиг вліво з нормалізацієй. Вона маєформат “регистр-пам`ять” та зписується так:

HER b1, r2, d1

де r2 — адресаОЗП, дезберігається здвигаєме число й куди буде записан результат операції;

b1 — адреса ЗП, в якомузберігається базове значення кількості здвигаємих розрядів;

d1 — кількість розрядів, наяку буде здвигатись число r1.

Сумарна кількість здвигів визначається підсумовуванням змісту ОЗП b1 і значення d1.

Алгоритм виконування команди представлений на рисунку

5.2 Команда SE

Команда SE — віднімання з нормалізацієй.

Форматкоманди:

SE r1, s2

Алгорітмвиконування: по команді SE другий операнд, якийзнаходится у пам`яті за адресою s2(адреса повинназнаходитисьна границі слова), віднімається з першогооперанду, й нормалізована разность розміщається на месті першого операнду врегистр r1.

Блок-схема виконаннякоманди:

Нормализація

Формування адреси команди

Вибірка

команди

Декодування

Вибірка зміщення

Формування адреси операнду

Выбірка операнду

Виконання команди

КІНЕЦЬ

6. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

Для спроектованої мікро-ЕОМ необхідно провести деякі оцінні розрахункитехнічних характеристик. Потрібно визначити споживану потужність усієїмікро-ЕОМ, період проходження тактових імпульсів і час виконання командописаних раніше.

Розрахуємо приблизну споживану потужністьмікро-ЕОМ. Для цього просумуємо потужності всіх пристроїв, що входять до складуданої мікро-ЕОМ, що у свою чергу одержуємо підсумовуванням потужностеймікросхем, що входять до складу цих пристроїв.

Прилад

ІМС

потужність, Вт

Кол-во, шт.

Сум. потужність для приладів, Вт

Сум. потужність для ЕОМ, Вт

БОД

К1804ВС2 К1804ВР1 К1804ВР2

1,75

0,57

1,6

32,45

319,07

БОП

К1804ВН1 К1804ВРЗ К1533ИД7

К556РТ6

1,525

0,12

0,005

0,95

13,325

ОЗП

К541РУ2 К1804ИР2 К555ИД7

0,5

0,19

0,005

512

259,445

БС

К1804ГГ1

0,48

БМУ

К1804ВУ4 К1804ИР2 К556РТ6 К555КП6 К555ЛП6

1,72

0,19

0,95

0,005

12,37

Виберемо тактову частоту. Максимальні значення часу затримки поширеннясигналів будуть для модуля БОД и ОЗП.

Тзд.р.Бод= Тзд.р.вс2+2 * Тзд.р.bp1+ Тзд.р. вр2= (120 + 2 * 15 + 60) * 10-9= 210 нс.

Тзд.р. озу=2Тзд.р. ид7+ Тзд.р. ир2+Тзд.р. РУ2=(20 + 45 + 140) * 10-9= 205 нс.

Тзд.р.max=mах(Тзд.р. озу, Тзд.р. Бод)== 210 нс. Максимальна тактова частота з урахуванням додаткових затримок :

F= |1/ Тзд.р. mах|= 1 / (210 * 10-9) |= 4МГц. Тоді період проходженнятактових імпульсів складе :

Т=1/F=1/(4*106)=250 нс.

Знайдемо время виконання команд. Тому що команда SEвиконується 16+1 циклів, то час ее виконання складе :

tDD = Т * 16 = 4 мкс.

Команда HER виконується за1+1+16+1=19циклів. Таким чином, час виконання команди HER складає :

ТhER=Т*19 =4,75 мкс

7. ВИСНОВОК

У ході виконання курсової роботи буласпроектована ЕОМ, що по своїх параметрах є абсурдною з технічної точки зору.Причиною цього є не коректно поставлені технічні вимоги:

*

Завищена розрядність пристрою(64-х розряднашина даних, це занадто багато 4-х розрядних секційних БІС).

*

Великий обсяг основної пам'яті, при малійрозрядності складових її елементів, що привело до необхідності використаннядекількох сотен мікросхем.

*

Висока споживана потужність ( близько 60 А,при напрузі питання 5 В виходить 350 Вт )

*

Не узгодження параметрів за коефіцієнтомрозгалуження ( до одного виходу навантажується під несколько сотень входів).

У такий спосіб такая ЕОМ фізично не може функціонувати..

Додаток 1

Структурна схема

ШУ

БОД

Схема збереження й видачі признаків

Операційне устройство

Рг. D

Рг. А

ША

ШД

Блок переривань

Пам`ять початкових адрес

обробників переривань

Рг КОП

Пам`ять початкових адрес

Схема управління адресами мікрокоманд

ПЗП мікрокоманд

Рг. мікрокоманд

Схема формування адреси ОЗП

ОЗП <img src="/cache/referats/4164/image009.gif" v:shapes="_x0000_s1040 _x0000_s1041 _x0000_s1042 _x0000_s1043 _x0000_s1044 _x0000_s1045 _x0000_s1046 _x0000_s1047 _x0000_s1048 _x0000_s1049 _x0000_s1050 _x0000_s1051 _x0000_s1052 _x0000_s1053 _x0000_s1054 _x0000_s1055 _x0000_s1056 _x0000_s1057 _x0000_s1058 _x0000_s1059 _x0000_s1060 _x0000_s1061 _x0000_s1062 _x0000_s1063 _x0000_s1064 _x0000_s1065 _x0000_s1066 _x0000_s1067 _x0000_s1068 _x0000_s1069 _x0000_s1070 _x0000_s1071 _x0000_s1072 _x0000_s1073 _x0000_s1074 _x0000_s1075 _x0000_s1076 _x0000_s1077 _x0000_s1078 _x0000_s1079 _x0000_s1080 _x0000_s1081 _x0000_s1082 _x0000_s1083 _x0000_s1084 _x0000_s1085 _x0000_s1086">

Додаток2

Мікропрограмадля командиHER

K1804BC2

K1804BУ4

K1804BP2

K1804

BH1

RAM

MI[8..5]

MI[4..1]

MI0

OEY