2.3 Проектирование УУ микро ЭВМ.

2.3.1 Процесс взаимодействия центральной и периферийной ЭВМ.

Очевидно, что разработанная микро ЭВМ является специализированной и не стоит на вершине цепочки управления, а потому необходимо иметь алгоритмы и средства, осуществляющие управление данной микро ЭВМ.

С учетом назначения разрабатываемого устройства (сбор и обработка информации), процесс взаимодействия центральной и периферийной ЭВМ можно обеспечить следующим образом: при поступлении запроса на прерывание от центральной ЭВМ, программа-обработчик данного прерывания производит опрос портов ввода-вывода данного прерывания и, в соответствии с алгоритмом вычисления заданной арифметической функции (ln x), производит обработку полученных данных. После этого периферийная ЭВМ инициирует запрос на прямой доступ к памяти и по каналу ПДП пересылает полученные в результате расчетов данные в ОЗУ центральной ЭВМ, после чего продолжает выполнение прерванной программы.

Таким образом, алгоритм взаимодействия ПЭВМ и ЦЭВМ можно отобразить следующей обобщенной блок-схемой, представленной на рис. 10.

[pic]

Рис. 10. Алгоритм взаимодействия ПЭВМ и ЦЭВМ.

2.3.2 Устройство управления микро ЭВМ.

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

Для построения более эффективных вычислительных устройств может использован следующий метод: предлагается ввести в состав схемы микро ЭВМ схему управления длительностью такта. Структурная схема такого решения может быть представлена как показано на рис. 11.

[pic]

Рис.11. Структурная схема схемы управления длительностью такта.

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

Чтобы избежать излишней громоздкости схемы управления длительностью такта при большом количестве команд с различным временем исполнения, имеет смысл разбить их на группы и применять к каждой группе первый алгоритм.

3. Проектирование структуры микро ЭВМ.

3.1 Проектирование памяти микро ЭВМ.

3.1.1 Проектирование локальной памяти процессорного элемента.

В локальной памяти процессорного элемента хранится микропрограммная интерпретация команд (микрокоманд) компьютера. Очевидно, что количество микросхем модулей памяти определяется двумя факторами:

- разрядностью ПЗУ;

- разрядностью регистра микрокоманд.

-

С учетом заданной микросхемы (556РТ14), функциональную схему локальной памяти процессорного элемента можно представить, как показано на рис. 12.

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

[pic]

Рис. 12. Функциональная схема локальной памяти процессорного элемента

3.1.2 Проектирование системы ПЗУ и ОЗУ.

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

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

3.1.3 Разработка системы адресации.

В разрабатываемой микро ЭВМ поддерживаются следующие методы адресации:

- прямая;

- непосредственная;

- автоинкрементная;

- относительная.

Для поддержки перечисленных методов адресации в структуре микро ЭВМ предусмотрен ряд аппаратной поддержки (наличие дополнительных управляющих регистров).

Рассмотрим данные методы адресации и их аппаратную поддержку более подробно.

1. Прямая адресация.

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

2. Непосредственная.

При данном способе адресации в теле команды присутствует сам операнд.
Таким образом в регистр команд попадает только код операции, а параметр считывается на следующем такте в регистр входных данных. При реализации данного метода адресации дополнительного аппаратного оборудования не требуется.

3. Автоинкрементная.

При данном способе адресации в качестве номера автоинкрементного регистра используется одно из полей считанного в регистр команд слова. Для аппаратной поддержки данного способа адресации используется регистр с возможностью переключения его выходных шин в третье состояние (высокого сопротивления), выходы которого коммутируются на адресные входы А и В блока обработки данных (МПС).
[pic]

Рис. 13 Структурная схема ОЗУ.

4. Относительная.

При реализации данного метода адресации были учтены следующие обстоятельства: При считывании слова из оперативной памяти в регистр команд попадает поле (смещение) адресуемого операнда. Это поле может быть передано в блок обработки данных для вычисления исполнительного адреса, в случае, если выставлены разрешающие сигналы в Рг.Мк. Передача этого поля в БОД осуществляется через регистр ADR, который коммутируется на входы данных МПС и имеет возможность переключения своих входных шин в состояние высокого сопротивления.

Обобщая все выше сказанное, можем представить регистр команд 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 использовать младшую адресную часть шины адреса и введем идентификатор обращения к портам (памяти). Для передачи (считывания) в порт данных будем использовать младшую часть шины данных.

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

[pic]Рис. 15. Функциональная схема портов ввода-вывода.

3.2.2 Разработка системы прерываний.

При функционировании микро ЭВМ возможно возникновение ситуаций, когда требуется немедленное вмешательство процессора. Такими ситуациями 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 прерываний через приоритетный шифратор выдает на ПНА номер вектора прерывания и ведет счет вложенных прерываний. При достижении двух уровней вложенности прерываний контроллер игнорирует все запросы вплоть до окончания обработки последнего произошедшего прерывания.

Структурная схема такого контроллера представлена на рис. 16.

[pic]

Рис. 16. Структурная схема контроллера прерываний.

3.3 Проектирование системы ПДП.

В некоторых случаях возникает необходимость в передаче данных без помощи процессора. В этом случае является необходимым использование системы прямого доступа к памяти. Применительно к разрабатываемой микро ЭВМ использование системы ПДП необходимо при запросе от центральной ЭВМ на передачу ей данных. В этом случае процессор отключается от шины и все функции по формированию управляющих сигналов берет на себя контроллер прямого доступа к памяти (ПДП). С учетом этого и структуры памяти центральной ЭВМ (память динамическая на основе микросхем 565РУ6), структурная схема контроллера ПДП может быть представлена, как показано на рис. 17.

[pic]

Рис. 17. Структурная схема контроллера ПДП.

3.4 Разработка внутреннего интерфейса микрокомпьютера.

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

Во внутреннем интерфейсе можно выделить следующие основные части:

- шина адреса (для управления адресными элементами микро ЭВМ);

- шина данных (для обмена операндами);

- шина управления (совокупность управляющих сигналов для заданного режима работы).

В разрабатываемой микро ЭВМ все вышеперечисленные компоненты используются, что позволяет упростить протоколы обмена и максимально увеличить производительность.

4. Разработка микропрограммного обеспечения.

4.1 Микропрограммная интерпретация команд языка компьютера.

Всякая команда из системы команд микро ЭВМ представляет собой некоторый набор микроопераций прошитых в ПЗУ микрокоманд, которые выполняются в случае считывания данной команды в регистр команд. При этом отдельные микрооперации попадают в регистр микрокоманд, который по сути дела т выставляет управляющие сигналы ко всем управляемым элементам микро
ЭВМ, обеспечивая тем самым корректное выполнение заданной отдельной микрооперации и команды в целом.

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

|№ |Название |Назначение |
|п/п | | |
|0-3 |UI0 - UI3 |Инструкция для УСА |
|4-15 |D0 - D11 |Адрес для перехода в СУАМ |
|16-24 |I0 – I8 |Инструкция для МПС |
|25 - |A, B |Адресные входы БОД |
|32 | | |
|33 – |SI0 – SI12 |Операция СУСС |
|45 | | |
|46 |C0 |Входной перенос в МПС |
|47 |[pic] |Разрешение выдачи с DI |
|48 |[pic] |Разрешение выдачи с ADR |
|49 |[pic] |Разрешение выдачи с RON |
|50 |[pic] |Разрешение выдачи с A, B с Рг.Мк. |
|51 |[pic] |Разрешение на запись в DO |
|52 |[pic] |Разрешение выдачи с DO |
|53 |[pic] |Разрешение на запись в Рг.А |
|54 |[pic] |Разрешение на выдачу А |
|55 |[pic] |Обращение к портам ОЗУ |
|56 |[pic] |Чтение – запись |
|57 |[pic] |Запрос на PDP |
|58 |[pic] |Запрет сдвигов |

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

Рассмотрим микропрограммную реализацию некоторых команд микро ЭВМ
(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 | | | | |

Аналогичным образом строятся все микрокоманды.

4.2 Разработка программы арифметической операции.

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

| |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 Разработка служебного программного обеспечения.

Текст программы теста 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 | | |

Заключение.

Таким образом в процессе выполнения курсового проекта была создана микро ЭВМ на комплекте серии 1804, позволяющая производить сбор и обработку информации, имеющая свою универсальную систему команд, с возможностью выполнения сложной арифметической функции.

Данная микро ЭВМ может быть использована в качестве периферийной вычислительной машины или как автономный бортовой компьютер в тех областях, где применение таких устройств является необходимым.

Страницы: 1, 2, 3