Міністерство освіти Республіки Білорусь Білоруський Державний
Університет Інформатики і радіоелектроніки
Кафедра ЕОМ
Пояснювальна записка до курсового проекту з курсу "СІФО ЕОМ", на тему :
"Проектування мікроЕОМ на основі мікропроцесорного комплекту серії
1804"
Виконав: студент групи 500501
Балахонов Е.В.
Мінськ 1999
Введення.
Сучасний етап науково-технічного прогресу характеризуєтьсяшироким застосуванням електроніки та мікроелектроніки в усіх сферах життя ідіяльності людини. Важливу роль при цьому відіграло поява і швидкевдосконалення елементної бази для розробки і проектування різнихпериферійних пристроїв і пристроїв обчислювальної техніки.
Обчислювальні машини і комплекси застосовуються в даний часпрактично у всіх галузях життєдіяльності людини - зв'язку і передачіданих, медицині і в побуті, вимірювальних та контролюючих системах, всистемах автоматичного управління та багатьох інших, де граютьважливу роль і тому повинні відповідати високим вимогам, якточності, так і надійності.
Особливу роль, з недавнього часу, почали грати і так званіспеціалізовані або бортові комп'ютери. Ефективність різнихсучасних рухомих і стаціонарних систем залежить багато в чому і від їхякості. Основне призначення цього класу обчислювальних пристроїв - збірсамої різної інформації, як про стан навколишнього середовища, так іможливо, про стан самого об'єкта, її обробка і передача більшевисокому ланці управління об'єктом.
Процес проектування даного класу обчислювальних пристроїввизначається цілим рядом факторів, які необхідно враховувати припобудові такого пристрою. Цими факторами можуть бути:
- ступінь рухливості об'єкта, що несе бортовий комп'ютер;
- ступінь складності алгоритмів обчислень, вироблених їм та їх обсяг;
- точність одержуваних , що обробляються і вихідних даних.
Зазвичай функціонування таких обчислювальних пристроїв відбувається неавтономно (хоча не виключений і такий варіант), а під управлінням різнихбільш потужних і стаціонарних об'єктів або комплексів. У зв'язку з цимскладність розробки структури і програмного забезпечення до такихпристроїв вимагає істотних тимчасових і матеріальних витрат.
Область застосування подібного класу обчислювальних пристроїв можнасказати всеосяжна. Практично на будь-якому рухомому об'єкті можливо (абонавіть просто необхідно) застосування бортового комп'ютера, який моженадавати оператору або керуючому пристрою - людині або машині,дані про об'єкт управління або навіть самостійно приймати будь-якірішення. Необхідно також сказати, що застосування таких обчислювальнихпристроїв вже достатньо широке, що доводить перспективність їхподальших розробок і застосування в житті.
1. Розробка архітектури мікрокомп'ютера.
1.1 Проектування алгоритмів, вибір складу макрооперацій, проектуваннязавдань.
При реалізації даного курсового проекту проектована мікро ЕОМповинна була вирішувати наступні завдання:
- виконання арифметичної операції, де (- вміст портів);
- тест ОЗУ методом «Звернення за прямим і доповнює адресами»; < p> На підставі цих самих алгоритмів була обрана система командпроектованої мікро ЕОМ (система мікрооперацій).
Викладені вище алгоритми представлені далі у вигляді блок-схем.
Рис. 1. Арифметична операція
Рис. 2. Тест ОЗУ.
На підставі даних алгоритмів для мікро-ЕОМ була обрана наступнасистема команд (мікрооперацій):
1. mov Reg, операнд
2. mov Reg, Reg
3. mov Reg, Mem
4. mov Mem, Reg
5. add операнд (до акумулятора)
6. add Reg (до акумулятора)
7. inc Reg
8. dec Reg
9. inc Mem
10. dec Mem
11. cmp операнд
12. jz адреса
13. jmp адреса
14. neg Reg
15. mut Reg (акумулятор на Reg)
16. div Reg (акумулятор на Reg)
17. in Reg (в Reg номер порту)
18. out Reg (в Reg номер порту)
19. shr Reg (зсув регістра праворуч)
20. shl Reg (зсув регістра вліво)
21. and Reg, операнд
22. and Reg (Reg з акумулятором)
23. or Reg (акумулятор з Reg)
24. xor Reg (акумулятор з Reg)
1.2 Розробка узагальненої структури мікро ЕОМ на основі алгоритмів рішеннязавдань.
З урахуванням вищевикладених алгоритмів узагальнену структуру мікро ЕОМможна представити наступним чином (мал. 3 .).
Рис. 3. Узагальнена структура мікро ЕОМ.
1.3 Синтез операційних автоматів для процесорних елементів мікро ЕОМ.
В якості операційного автомата для процесорних елементів мікро ЕОМвиберемо операційний автомат М-типу.
Автомати даного типу меншу апаратну складність, однак,продуктивність обчислень зменшується до однієї операції за такт.
Логіка умови в автоматі М-типу можуть формуватися як в АЛП, так і всамих регістрах - шляхом відповідних висновків до керуючого автомату.
Далі синтезований операційний автомат М-типу, який реалізуєарифметичну операцію, задану в умові ().
Блок-схема мікрооперацій, що реалізовує дану математичну операціюпредставлена нижче. (Рис. 4.)
Рис. 4.1 Блок схема мікрооперацій.
Рис. 4.2 Блок схема мікрооперацій.
Рис. 4.3 Блок схема мікрооперацій.
У структурі М-автомата використані дві шини даних ШД1 і ШД2. Вониз'єднані з входами АЛУ А1 і А2 відповідно. Розділемо безлічоперандів АЛП на дві підмножини виходячи з умов.
1. Якщо регістри Ri та Rj операнди однієї мікрооперації, то вони включаються в різні підмножини.
2. Кожне слово R має належати хоча б одній з підмножин.
3. Підмножини формуються таким чином, щоб витрати на комутацію були мінімальні.
Для визначення кожного з підмножин побудуємо таблицю що виконуютьсямікрооперацій, і розподілимо регістри по шин.
Результат змін реєстру помістимо в таблицю.
| [pic | Зміст мікрооперацій | ШД1 | ШД2 |
|] | | | |
| [pic | Рг. I [3.0]: = 1 | - | 1 |
|] | | | |
| [pic | Рг. Т [23.0]: = 0 | - | - |
|] | | | |
| [pic | Рг. LN [23.0]: = 0 | - | - |
|] | | | |
| [pic | Рг. К [3.0]: = 10 | - | 10 |
|] | | | |
| [pic | Рг. Х [23.0]: = Х | - | Х |
|] | | | |
| [pic | Рг. Х [23.0]: = Рг. X [23.0] - 1 | - | Рг. Х |
|] | | | |
| [pic | Рг. Р [23.0]: = Рг. Х [23.0] | - | Рг.Х |
|] | | | |
| [pic | Рг. Чт [23.0]: = 0 | - | - |
|] | | | |
| [pic | Рг. Дт.: = Рг.I. | - | Рг.I |
|] | | | |
| [pic | Рг.Дм. [23.0]: = Рг.Х [23.0] | - | Рг.Х |
|] | | | |
| [pic | Рг.Сч. [23.0]: = 23 | - | 23 |
|] | | | |
| [pic | Рг.Дм. [23.0]: = Рг.Дм. [23.0] + Рг.Дт + 1 | Рг.Дм. | Рг.Дт. |
|] | | | |
| [pic | Т3: = 1 | - | - |
|] | | | |
| [pic | Т3: = 0 | - | - |
|] | | | |
| [pic | Рг.Дм. : = Рг.Дм. [23.0] + Рг. Дт. [23.0] | Рг.Дм. | Рг.Дт. |
|] | | | |
| [pic | Рг.Дм. : = L1 (Рг.Дм. [23.0] .0) | Рг.Дм. | - |
|] | | | |
| [pic | Рг.Чт. : = L1 (Рг.Чт. [23.0] .0) | - | Рг.Чт. |
|] | | | |
| [pic | Рг.Чт. [23.0]: = Рг.Чт. [23.0] + 1 | - | Рг.Чт. |
|] | | | |
| [pic | Рг.Сч. [23.0]: = Рг.Сч. [23.0] - 1 | - | Рг.Сч. |
|] | | | |
| [pic | Рг.Т. : = Рг.Чт. [23.0] | - | Рг.Чт. |
|] | | | |
| [pic | Рг.LN [23.0]: = Рг.LN [23.0] + Рг.Т. [23.0] | Рг.LN | Рг.Т |
|] | | | |
| [pic | Рг.I [23.0]: = Рг.I [23.0] + 1 | - | Рг.I |
|] | | | |
| [pic | Рг.См. [23.0]: = 0 | - | - |
|] | | | |
| [pic | Рг.Мн. [23.0]: = Рг.Х [23.0] | - | Рг.Х |
|] | | | |
| [pic | Рг.Мт. [23.0]: = Рг.Р [23.0] | - | Рг.Р |
|] | | | |
| [pic | Рг.Сч. [23.0]: = 13 | - | 13 |
|] | | | |
| [pic | витребування. : = 0 | - | - |
|] | | | |
| [pic | Рг.См. [23.0]: = Рг.См. [23.0] + Рг.Мн. [23.0] | Рг.См. | Рг.Мн. |
|] | | | |
| [pic | Рг.См. [23.0]: = Рг.См. + L1 (Рг.Мн. [23.0] .0) | Рг.См. | Рг.Мн. |
|] | | | |
| [pic | Рг.См. [23.0]: = Рг.См. + Рг.Мн. [23.0] + 1 | Рг.См. | Рг.Мн. |
|] | | | |
| [pic | витребування. : = 1 | - | - |
|] | | | |
| [pic | Рг.Мт. [23.0]: = R2 (00.Рг.Мт. [23.0]) | - | Рг.Мт. |
|] | | | |
| [pic | Рг.Мн. [23.0]: = L2 (Рг.Мн. [23.0] .00) | - | Рг.Мн. |
|] | | | |
| [pic | Рг.Х [23.0]: = Рг.См. [23.0] | Рг.См. | - |
|] | | | |
| [pic | Рг.Х [23.0]: = Рг.Х. [23.0] + 1 | - | Рг.Х |
|] | | | |
| [pic | Рг.К. : = Рг.К. [23.0] - 1 | - | Рг.К. |
|] | | | |
Таким чином у першому підмножина потрапляють регістри:
- Рг.Дм;
- Рг.См; < p> - Рг.LN.
По друге підмножина потрапляють регістри:
- Рг.Х;
- Рг.I;
- Рг.Дт;
- Рг.Чт;
- Рг.Т;
- Рг.Сч;
-- Рг.Р;
- Рг.Мн.;
- Рг.Мт;
- Рг.К.
Поставимо в відповідність кожної мікрооперації виконуваної функціїоператор присвоєння АЛП. Ці оператори характеризують дії,виконувані безпосередньо в АЛП.
Складемо таблицю відповідних мікрооперацій:
| [pic | Зміст оператора D | Приймач | |
|] | | Результату | |
| [pic | D: = 000 ... 01 | D-> Рг.I | |
|] | | | |
| [pic | D: = 000 ... 0 | D-> Рг.Т. | |
|] | | | |
| [pic | D: = 000 ... 0 | D-> Рг.LN | |
|] | | | |
| [pic | D: = 000 ... 01010 | D-> Рг.К | |
|] | | | |
| [pic | D: = A2 [23.0] | D-> Рг.Х | |
|] | | | |
| [pic | D: = A2 [23.0] + 111 ... 1 | D-> Рг.Х | |
|] | | | |
| [pic | D: = A2 [23.0] | D-> Рг.Р | |
|] | | | |
| [pic | D: = 00 .. 00 | D-> Рг.Чт | |
|] | | | |
| [pic | D: = A2 [23.0] | D-> Рг.Дт | |
|] | | | |
| [pic | D: = A2 [23.0] | D-> Рг.Дм. | |
|] | | | |
| [pic | D: = 000 ... 010111 | D-> Рг.Сч. | |
|] | | | |
| [pic | D: = A1 [23.0] + A2 [23.0] + 1 | D-> Рг.Дм. | |
|] | | | |
| [pic | D: = 000 ... 01 | D-> Т3 | |
|] | | | |
| [pic | D: = 000 ... 0 | D-> Т3 | |
|] | | | |
| [pic | D: = A1 [23.0] + A2 [23.0] | D-> Рг.Дм. | |
|] | | | |
| [pic | D: = L1 (A1 [23.0] .0) | D-> Рг.Дм. | |
|] | | | |
| [pic | D: = L1 (A2 [23.0] .0) | D-> Рг.Чт | |
|] | | | |
| [pic | D: = A2 [23.0] + 1 | D-> Рг.Чт | |
|] | | | |
| [pic | D: = A2 [23.0] + 1111 ... 11 | D-> Рг.Сч. | |
|] | | | |
| [pic | D: = A2 [23.0] | D-> Рг.Т. | |
|] | | | |
| [pic | D: = A1 [23.0] + A2 [23.0] | D-> Рг.LN | |
|] | | | |
| [pic | D: = A2 [23.0] + 1 | D-> Рг.I | |
|] | | | |
| [pic | D: = 000 ... 00 | D-> Рг.См. | |
|] | | | |
| [pic | D: = A2 [23.0] | D-> Рг.Мн. | |
|] | | | |
| [pic | D: = A2 [23.0] | D-> Рг.Мт. | |
|] | | | |
| [pic | D: = 000 ... 01101 | D-> Рг.Сч. | |
|] | | | |
| [pic | D: = 000 ... 00 | D-> ТД | |
|] | | | |
| [pic | D: = A1 [23.0] + A2 [23.0] | D-> Рг.См. | |
|] | | | |
| [pic | D: = A2 [23.0] + L1 (A2 [23.0] .0) | D-> Рг.См. | |
|] | | | |
| [pic | D: = A1 [23.0] + A2 [23.0] + 1 | D-> Рг.См. | |
|] | | | |
| [pic | D: = 000 ... 01 | D-> тд. | |
|] | | | |
| [pic | D: = R2 (00.A2 [23.0]) | D-> Рг.Мт | |
|] | | | |
| [pic | D: = L2 (A2 [23.0] .00) | D-> Рг.Мн. | |
|] | | | |
| [pic | D: = A1 [23.0] | D-> Рг.Х | |
|] | | | |
| [pic | D: = A2 [23.0] + 1 | D-> Рг.Х | |
|] | | | |
| [pic | D: = A2 [23.0] + 111 ... 11 | D-> Рг.К. | |
|] | | | |
Побудуємо таблицю вибору джерел операндів для АЛУ і таблицю виборуприймачів результатів.
Таблиця джерел.
| Джерела | Сигнали управління |
| 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 | - |
Таблиця приймачів.
| Приймач | Сигнал управління |
| 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 |
Виконаємо кодування мікрооперацій наборами керуючих сигналів:
| | | | | |
| | | | - | - |
| | | | - | - |
| | | | - | - |
| | | | - | - |
| | | | - | - |
| | | | | - |
| | | | | - |
| | | | - | - |
| | | | | - |
| | | | | - |
| | | | - | - |
| | | | | |
| | | | - | - |
| | | | - | - |
| | | | | |
| | | | - | |
| | | | | - |
| | | | | - |
| | | | | - |
| | | | | - |
| | | | | |
| | | | | - |
| | | | - | - |
| | | | | - |
| | | | | - |
| | | | - | - |
| | | | - | - |
| | | | | |
| | | | | |
| | | | | |
| | | | - | - |
| | | | | - |
| | | | | - |
| | | | - | |
| | | | | - |
| | | | | - |
На підставі отриманих даних складемо підмножини еквівалентнихоператорів:
;
;
Побудуємо узагальнені оператори.
1. Клас
Для установки регістрів
2. Клас
D = B1 + B2 + B3
При цьому
Об'єднаємо класи k3, k4, k5, k7 в клас k8. Для цього узагальнений операторнабуде вигляду:
Клас:
D = B1 + B2
Клас:
D = B1
Побудуємо структурні схеми вузлів, що реалізують узагальнені оператори:
Клас:
Клас:
Клас:
На підставі отриманих вище даних побудуємо узагальнену схемуопераційного автомата. (Рис. 5).
Рис. 5. Узагальнена схема операційного автомата.
1.4 Розробка керуючих автоматів для процесорних елементів мікро ЕОМ.
При синтезі керуючого автомата домовимося про наступних припущеннях --Комбінаторний суматор, використаний при синтезі операційного автоматаформує наступні ознаки:
P - знак числа
Число більше нуля - P = "0"
Число менше нуля - P = "1"
Z - ознака нуля
Число дорівнює нулю - Z = "1"
Число не дорівнює нулю - Z = "0"
Для побудови керуючого автомата зробимо розмітку ДСА (Рис. 6).
Рис. 6.1 Схема розмітки ДСА.
Рис. 6.2 Схема розмітки ДСА.
Рис. 6.3 Схема розмітки ДСА.
| | | | | | | |
| | 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 |
Узагальнюючи отримані дані можна побачити загальну схему керуючогоавтомата (Мал. 7).
Рис. 7. Загальна схема керуючого автомата.
2. Розробка структурної схеми мікро ЕОМ.
2.1 Емуляція ОА в мікропроцесорної середовищі з розрядно-модульноїорганізацією.
Для досягнення необхідної розрядності при використаннімікропроцесорної секції К1804ВС1 необхідно об'єднати між собою шістьмікропроцесорних секцій. Функціональна схема об'єднання МПС наведена нарис. 8.
При емуляції ОА в мікропроцесорної середовищі будемо використовуватинаступні угоди:
| Номер РОН | Регістр 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 Функціональна схема об'єднання МПС.
Сигнали, що надходять на МПС:
А (4 разр.), В (4), I (9), D (24), (1)
Для реалізації мікрооперацій ОА необхідно подати на МПС наступні наборисигналів (відповідно до формату):
| | 0000 | 0001 | 010 | 000111 | 00 .. 00 | 1 |
|: | | | | | | |
| | 0000 | 0010 | 010 | 000111 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 0000 | 1011 | 010 | 000111 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 0000 | 0011 | 010 | 000111 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 0000 | 0100 | 010 | 000111 | X | 0 |
|: | | | | | | |
| | 0100 | 0100 | 010 | 001100 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 0100 | 0101 | 010 | 000100 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 0000 | 0110 | 010 | 000111 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 0001 | 0111 | 010 | 000100 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 0100 | 1100 | 010 | 000100 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 0000 | 1000 | 010 | 000111 | 00 .. 001011 | 0 |
|: | | | | | 1 | |
| | 0111 | 1100 | 010 | 001001 | 00 .. 00 | 1 |
|: | | | | | | |
| | 0000 | 1110 | 010 | 000111 | 00 .. 00 | 1 |
|: | | | | | | |
| | 0000 | 1110 | 010 | 000111 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 0111 | 1100 | 011 | 000001 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 0000 | 1100 | 110 | 000011 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 0000 | 0110 | 110 | 000011 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 0000 | 0110 | 010 | 000011 | 00 .. 00 | 1 |
|: | | | | | | |
| | 0000 | 1000 | 010 | 001011 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 0110 | 0010 | 010 | 000100 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 0010 | 1011 | 010 | 000001 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 0000 | 0001 | 010 | 000011 | 00 .. 00 | 1 |
|: | | | | | | |
| | 0000 | 1101 | 010 | 000111 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 0100 | 1001 | 010 | 000100 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 0101 | 1010 | 010 | 000100 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 0000 | 1000 | 010 | 000111 | 00 .. 01101 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 0000 | 1111 | 010 | 000111 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 1001 | 1101 | 010 | 000001 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 1001 | 0000 | 110 | 000100 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 0000 | 1101 | 010 | 000001 | 00 .. 00 | 0 |
| | 1001 | 1101 | 010 | 001001 | 00 .. 00 | 1 |
|: | | | | | | |
| | 0000 | 1111 | 010 | 000111 | 00 .. 00 | 1 |
|: | | | | | | |
| | 0000 | 1010 | 100 | 000011 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 0000 | 1010 | 100 | 000011 | 00 .. 00 | 0 |
| | 0000 | 1001 | 110 | 000001 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 1101 | 0100 | 010 | 000100 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
| | 0000 | 0100 | 010 | 010011 | 00 .. 00 | 1 |
|: | | | | | | |
| | 0000 | 0011 | 010 | 001011 | 00 .. 00 | 0 |
|: | | | | | | |
2.2 Емуляція УА в мікропроцесорної СУАМ.
В мікро ЕОМ функції керуючого автомата реалізує блокмікропроцесорного управління. Структурна схема БМУ представлена на рис.
9.
Рис. 9. Структурна схема БМУ.
Принципом організації коректного функціонування мікро ЕОМ єфакт того, що при виконанні певних команд, виконується деякасукупність мікрооперацій в тіло яким виходить весь набір керуючихсигналів для виконання певних дій.
Таким чином, для кожної команди (мікрооперації) існуєдеякий набір мікрооперацій, що містять у своєму тілі всі необхіднікеруючі сигнали, послідовне виконання яких призводить довиконання команди в цілому.
Дана система реалізації команд отримала назву принципумікропрограмного реалізації команд і досить широко використовується приреалізації конкретних обчислювальних пристроїв завдяки своїй гнучкості іпродуктивності.
2.3 Проектування УУ мікро ЕОМ.
2.3.1 Процес взаємодії центральної та периферійної ЕОМ.
Очевидно, що розроблена мікро ЕОМ є спеціалізованою іне стоїть на вершині ланцюжка управління, а тому необхідно мати алгоритмиі засоби, що здійснюють управління даною мікро ЕОМ.
З урахуванням призначення розробляється пристрої (збір і обробкаінформації), процес взаємодії центральної та периферійної ЕОМ можназабезпечити в такий спосіб: при надходженні запиту на переривання відцентральної ЕОМ, програма-оброблювач даного переривання виробляє опитуванняпортів введення-виведення даного переривання і, відповідно до алгоритмуобчислення заданої арифметичної функції (ln x), робить обробкуотриманих даних. Після цього периферійна ЕОМ ініціює запит на прямійдоступ до пам'яті і по каналу ПДП пересилає отримані в результаті розрахунківдані в ОЗП центральної ЕОМ, після чого продовжує виконання перерваноїпрограми.
Таким чином, алгоритм взаємодії?? дії ПЕОМ та ЦЕВМ можна відобразитинаступної узагальненої блок-схемою, представленої на рис. 10.
Рис. 10. Алгоритм взаємодії ПЕОМ та ЦЕВМ.
2.3.2 Пристрій керування мікро ЕОМ.
При функціонуванні мікро ЕОМ, зокрема при виконанніпевної програми виникає питання про час виконання певнихмікрооперацій. Це пов'язано з тим, що деякі операції виконуютьсяшвидше, інші - повільніше. Тому постає питання про методи синхронізаціїдеяких блоків мікро ЕОМ для уникнення збоїв і помилкових спрацьовувань.
Очевидним і найменш складним є метод тактірованія елементів ЕОМтактами, тривалість яких більше максимального часу виконаннямікрооперацій. Однак через неефективність даного способу (можливозначний час простою мікро ЕОМ) застосування цього методу виявляєтьсянеефективним.
Для побудови більш ефективних обчислювальних пристроїв можевикористаний наступний метод: пропонується ввести до складу схеми мікро ЕОМсхему управління тривалістю такту. Структурна схема такого рішенняможе бути представлена як показано на рис. 11.
Рис.11. Структурна схема схеми управління тривалістю такту.
У цьому випадку в Рг.Мк. виділяється певне поле, яке йвизначає час виконання мікрокоманд.
Щоб уникнути зайвої громіздкість схеми управління тривалістютакту при великій кількості команд з різним часом виконання, маєсенс розбити їх на групи і застосовувати до кожної групи першого алгоритм.
3. Проектування структури мікро ЕОМ.
3.1 Проектування пам'яті мікро ЕОМ.
3.1.1 Проектування локальної пам'яті процесорного елемента.
У локальної пам'яті процесорного елемента зберігається мікропрограмнихінтерпретація команд (мікрокоманд) комп'ютера. Очевидно, що кількістьмікросхем модулів пам'яті визначається двома факторами:
- розрядністю ПЗУ;
- розрядністю регістра мікрокоманд.
-
З урахуванням заданої мікросхеми ( 556РТ14), функціональну схему локальноїпам'яті процесорного елемента можна представити, як показано на рис. 12.
Адреса з виходу СУАМ надходить на адресні входи блоку ПЗУ, і навихідних шинах мікросхем з'являється мікрокоманд, що надходить в Рг.Мк.
Рис. 12. Функціональна схема локальної пам'яті процесорного елемента
3.1.2 Проектування системи ПЗУ і ОЗУ.
Очевидно, що прикладні програми та інше службове програмнезабезпечення знаходиться в оперативному запам'ятовуючому пристрої, причомунеобхідно частину пам'яті організувати на ПЗУ. У цьому разі в ньому можнарозмістити найбільш часто використовувані програми, наприклад тест пам'яті тапрограму для розрахунку заданої арифметичної операції. З урахуванням того, щодана мікро ЕОМ є спеціалізованою, в ПЗУ можна розмістити іобробники переривань, які можуть походити від зовнішніх пристроїв
(портів) центральної ЕОМ чи пристрою керування.
узагальнену структурну схему ОЗУ можна представити як показано нарис. 13. Детальний принципова схема наведена у додатку 1.
3.1.3 Розробка системи адресації.
У розробляється мікро ЕОМ підтримуються наступні методи адресації:
- пряма;
- безпосередня;
- автоматичний;
- відносна.
Для підтримки перерахованих методів адресації в структурі мікро ЕОМпередбачено низку апаратної підтримки (наявність додаткових керуючихрегістрів).
Розглянемо дані методи адресації і їх апаратну підтримку більшдокладно.
1. Пряма адресація.
При зчитуванні команди з пам'яті в регістр команд разом з кодомоперації потрапляє адресу першого операнда в виконуваному дії, якийможе бути переданий в блок обробки даних через регістр Рг.ADR. (принаявності відповідних керуючих сигналів у Рг.Мк.), другий адресаоперанда необхідно отримати прочитавши в регістр вхідних даних наступнеслово команди з пам'яті.
2. Безпосередня.
При даному способі адресації в тілі команди присутній сам операнд.
Таким чином в регістр команд потрапляє тільки код операції, а параметрзчитується на наступному такті в регістр вхідних даних. При реалізаціїданого методу адресації додаткового апаратного обладнання непотрібно.
3. Автоінкрементним.
При даному способі адресації як номери автоінкрементнимрегістру використовується одне з полів вважалося в регістр команд слова. Дляапаратної підтримки даного способу адресації використовується регістр зможливістю перемикання його вихідних шин в третій стан (високогоопору), виходи якого комутуються на адресні входи А та В блокуобробки даних (МПС).
Рис. 13 Структурна схема ОЗУ.
4. Відносна.
При реалізації даного методу адресації були враховані наступніобставини: При зчитуванні слова з оперативної пам'яті в регістр командпотрапляє поле (зміщення) адресується операнда. Це поле може бути переданов блок обробки даних для обчислення виконавчого адреси, у випадку,якщо виставлені дозволяють сигнали в Рг.Мк. Передача цього поля в бодздійснюється через регістр ADR, який комутується на входи даних Державної адміністрації залізничного транспортуі має можливість перемикання своїх вхідних шин в стан високогоопору.
Узагальнюючи все вище сказане, можемо уявити регістр команд у вигляді,показаному на рис. 14.
| Поле коду операції | Адреса операнда |
| | Номер автоінкрементним регістра |
| | Зсув операнда. |
Рис. 14. Регістр команд.
3.2 Розробка системи вводу-виводу і системи переривань.
3.2.1 Розробка системи вводу-виводу.
Для адресації портів вводу-виводу будемо використовувати молодшу адреснучастина шини адреси і введемо ідентифікатор звернення до портів (пам'яті). Дляпередачі (зчитування) в порт даних будемо використовувати молодшу частину шиниданих.
У цьому випадку укрупнена функціональна схема портів вводу-виводуможе бути представлена у вигляді, як показано на рис. 15.
Рис. 15. Функціональна схема портів вводу-виводу.
3.2.2 Розробка системи переривань.
При функціонуванні мікро ЕОМ можливе виникнення ситуацій, колипотрібне негайне втручання процесора. Такими ситуаціями дляпроектованого пристрою можуть бути:
- запит даних від центральної ЕОМ;
- запис нової інформації в порт вводу-виводу;
- інші запити від пристрою керування.
У відповідь на запит на переривання, контролер переривань черезпріоритетний шифратори видає на ПНА номер вектора переривання і веде рахуноквкладених переривань. При досягненні двох рівнів вкладеності перериваньконтролер ігнорує всі запити аж до закінчення її обробкищо сталося переривання.
Структурна схема такого контролера представлена на рис. 16.
Рис. 16. Структурна схема контролера переривань.
3.3 Проектування системи ПДП.
У деяких випадках виникає необхідність в передачі даних бездопомоги процесора. У цьому випадку є необхідним використання системипрямого доступу до пам'яті. Стосовно до розробляється мікро ЕОМвикористання системи ПДП необхідно при запиті від центральної ЕОМ напередачу їй даних. У цьому випадку процесор відключається від шини і всефункції з формування керуючих сигналів бере на себе контролерпрямого доступу до пам'яті (ПДП). З урахуванням цього і структури пам'ятіцентральної ЕОМ (динамічна пам'ять на основі мікросхем 565РУ6),структурна схема контролера ПДП може бути представлена, як показано нарис. 17.
Рис. 17. Структурна схема контролера ПДП.
3.4 Розробка внутрішнього інтерфейсу мікрокомп'ютера.
Сукупність апаратних засобів, призначених для зв'язку окремихчастин мікрокомп'ютера називають внутрішнім інтерфейсом ЕОМ.
У внутрішньому інтерфейсі можна виділити наступні основні частини:
- шина адреси (для управління адресними елементами мікро ЕОМ);
-- шина даних (для обміну операндами);
- шина управління (сукупність керуючих сигналів для заданого режиму роботи).
У розробляється мікро ЕОМ всі перераховані вище компонентивикористовуються, що дозволяє спростити протоколи обміну і максимальнозбільшити продуктивність.
4. Розробка мікропрограмного забезпечення.
4.1 мікропрограмних інтерпретація команд мови комп'ютера.
Будь-яка команда з системи команд мікро ЕОМ представляє собоюдеякий набір мікрооперацій прошитих в ПЗП мікрокоманд, яківиконуються у випадку зчитування цієї команди в регістр команд. При цьомуокремі мікрооперації потрапляють в регістр мікрокоманд, який по сутісправи т виставляє керуючі сигнали до всіх керованих елементів мікро
ЕОМ, забезпечуючи тим самим коректне виконання заданої окремоїмікрооперації і команди в цілому.
Для демонстрації порядку виконання команд у вигляді деякоїпослідовності мікрокоманд розглянемо формат регістра мікрокоманд:
| № | Назва | Призначення |
| п/п | | |
| 0-3 | UI0 - UI3 | Інструкція для УБА |
| 4-15 | D0 - D11 | Адреса для переходу в СУАМ |
| 16-24 | I0 - I8 | Інструкція для МПС |
| 25 - | A, B | Адресні входи бод |
| 32 | | |
| 33 - | SI0 - SI12 | Операція Сусс |
| 45 | | |
| 46 | C0 | Вхідний перенесення в МПС |
| 47 | | Дозвіл видачі з DI |
| 48 | | Дозвіл видачі з ADR |
| 49 | | Дозвіл видачі з RON |
| 50 | | Дозвіл видачі з A, B з Рг.Мк. |
| 51 | | Дозвіл на запис у DO |
| 52 | | Дозвіл видачі з DO |
| 53 | | Дозвіл на запис в Рг.А |
| 54 | | Дозвіл на видачу А |
| 55 | | Звернення до портів ОЗУ |
| 56 | | Читання - запис |
| 57 | | Запит на PDP |
| 58 | | Заборона зрушень |
Таким чином, розрядність регістра мікрокоманд - 58 розрядів.
Отже, для реалізації ПЗУ мікрокоманд буде потрібно 15 мікросхем
556РТ14.
Розглянемо мікропрограмних реалізацію деяких команд мікро ЕОМ
(макрокоманд):
MOV REG, операнд
| 1) | 1110 | XXXXXXXXXXX | 011000 | XXXX | 0000 | XXXXXXXXXXXXX | 1111 011 001 101 |
| | | X | 011 | | | | |
| 2) | 1110 | XXXXXXXXXXX | 011000 | XXXX | XXXX | XXXXXXXXXXXXX | 0010 111 111 101 |
| | | X | 111 | | | | |
Аналогічним чином будуються всі мікрокоманд.
4.2 Розробка програми арифметичної операції.
Програма обчислення ln x в командах даної мікро ЕОМ буде виглядатинаступним чином:
| | MOV | R1, | 1 |
| | MOV | R2, | 0 |
| | MOV | R11, | 0 |
| | MOV | R3, | 0 |
| | MOV | R4, | X |
| | DEC | R4 | |
| M6: | MOV | R5, | R4 |
| M1: | MOV | R6, | 0 |
| | MOV | R7, | R1 |
| | MOV | R12, | R4 |
| | MOV | A0, | R7 |
| | SUB | R7 | |
| | CMP | 0 | |
| | JA | MZ | |
| | MOV | R14, | 1 |
| | JMP | M3 | |
| MZ: | MOV | R14, | 0 |
| M3: | SHL | R12 | |
| | MOV | R0, | R12 |
| | SUB | R7 | |
| | CMP | 0 | |
| | 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 | 0 | |
| | JZ | M6 | |
| | MOV | R2, | R6 |
| | MOV | R0, | R11 |
| | INC | R1 | |
| | MOV | R13, | 0 |
| | MOV | R9, | R4 |
| | MOV | R10, | R5 |
| | MOV | R0, | R9 |
| | MUL | R10 | |
| | MOV | R4, | R0 |
| | NEG | R4 | |
| | DEC | R3 | |
| | MOV | R0, | R3 |
| | CMP | 0 | |
| | JZ | M7 | |
| | JMP | M0 | |
| M7 | | | |
| | END | | |
4.3 Розробка службового програмного забезпечення.
Текст програми тесту ОЗУ:
| M0: | MOV | R0, | 7FFF |
| | MOV | R1, | 0 |
| | MOV | [R0], | R1 |
| | DEC | R0 | |
| | CMP | 0 | |
| | JZ | M1 | |
| | JMP | M0 | |
| M1: | MOV | R1, | 0 |
| M2: | MOV | R0, | [R1] |
| | CMP | 0 | |
| | JNZ | ERROR | |
| | MOV | [R1], | 111 .. 1 |
| | | | 1 |
| | DEC | R5 | |
| | MOV | R0, | R5 |
| | SUB | R1 | |
| | MOV | R6, | R0 |
| | MOV | R0, | [R6] |
| | CMP | 0 | |
| | JNZ | ERROR | |
| | MOV | [R6], | 11 .. 11 |
| | MOV | R0, | R1 |
| | CMP | 3FFF | |
| | JNZ | MZ | |
| | MOV | R1, | 0 |
| M3: | MOV | R0, | [R1] |
| | CMP | 0 | |
| | JNZ | ERROR | |
| | MOV | [R1], | 0 |
| | MOV | R0, | R5 |
| | DEC | R0 | |
| | SUB | R1 | |
| | MOV | R6, | R0 |
| | MOV | R0, | [R6] |
| | CMP | 0 | |
| | JNZ | ERROR | |
| | MOV | [R6], | 0 |
| | MOV | R0, | R1 |
| | CMP | 3FFF | |
| | JNZ | M3 | |
| | JMP | OK | |
| ERROR: | HALT | | |
| OK: | | | |
| | END | | |
Висновок.
Таким чином у процесі виконання курсового проекту була створенамікро ЕОМ на комплекті серії 1804, що дозволяє проводити збір та обробкуінформації, яка має свою універсальну систему команд, з можливістювиконання складної арифметичної функції.
Дана мікро ЕОМ може бути використана як периферійноїобчислювальної машини або як автономний бортовий комп'ютер в тих областях,де застосування таких пристроїв є необхідним.
