Задание
Построить микропроцессор, выполняющий команды, приведенные в таблице 1.
Команды для проектируемого процессора
Таблица 1
Название команды
КОП16
И непосредственное
94
Сложение с нормализацией
3А
Загрузка и проверка
12
Загрузка PSW
82
Должны обрабатываться программные прерывания, возникающие в процессе выполнения команд.
Управляющий автомат синтезируется для части микропрограммы. Синтез УА необходимо выполнять в виде УА программируемой логикой с принудительной адресацией и проверкой двух логических условий
Аннотация
В ходе данного курсового проекта был синтезирован микропроцессор. Принцип его функционирования основан на принципе функционирования ЭВМ общего назначения IBM/370. Для упрощения синтеза данный процессор реализует только четыре команды из набора команд системы IBM/370. Они представляют собой арифметическую, логическую команду, а также команду перехода и команду пересылки, таким образом, охватывая наиболее характерные группы команд. Процессор позволяет обрабатывать различные исключительные ситуации, возникающие в ходе выполнения программы.
В качестве примера рассмотрена реализация управляющего автомата для отдельного участка обобщенной микропрограммы. УА был реализован в виде управляющего автомата с программируемой логикой, что позволило значительно упростить его синтез и его структурную схему.
Содержание
Введение
1. Функциональная организация процессора
1.1 Описание команды “И непосредственное "
1.2 Сложение с нормализацией
1.3 Загрузка и проверка
1.4 Загрузка PSW
2. Синтез операций
2.1 Выборка команды
2.2 Реализация команды “И непосредственное "
2.2 Реализация команды “Сложение с нормализацией”
2.3 Реализация команды “ Загрузка и проверка”
2.4 Реализация команды “ Загрузка PSW"
3. Описание структурной схемы процессора
3.1 Процессор
3.2 Оперативная память
3.3 Регистровая память
3.4 Слово состояния процессора
3.5 Микрооперации и логические условия
4. Синтез управляющего автомата
4.1 Разметка граф схемы
4.2 Разбиение микроопераций по полям и кодирование логических условий
4.3 Прошивка МПЗУ
4.4 Описание Структурной и Электрической принципиальной схемы Управляющего автомата
Перечень используемых сокращений
Список используемой литературы
Заключение
Введение
Данный курсовой проект посвящен разработке микропроцессора, выполняющего некоторый набор команд. Для приближения к структуре и функционированию реальных процессорных устройств были даны команды и принципы работы с внешними устройствами аналогичные реально существующему процессору IBM/370. Разработка процессора — это один из наиболее важных этапов разработки ЭВМ в целом. Несмотря на то, что для функционирования модулей памяти и других внешних по отношению к процессору устройств безразлична внутренняя структура процессора, важно принимать во внимание при выборе набора устройств наиболее характерные типы данных обрабатываемые процессором, типы команд, назначение и функции внешних выводов процессора. В данном случае, так как команды процессора могут иметь длину 16 или 32 разряда, то желательно использовать память, позволяющую считывать одновременно не менее 32 разрядов. Подобный выбор структуры памяти хорошо стыкуется и с наиболее характерными форматами данных, с которыми работает процессор. В данном случае не лишен смысла был и выбор памяти с возможностью выборки 64-разраядных слов, так как процессор работает и с 64-разраядными словами, но так как такая разрядность используется только в одной из микроопераций, а данные при этом находятся в регистровой памяти, то при этом 64-разрядная память использовалась бы исключительно для выборки команд, а магистраль большую часть времени простаивала. Таким образом, была выбрана структура процессора, имеющая 32-разрядную внешнюю и 32-разрядную внутреннюю структуру.
При выборе структуры регистровой памяти учитывалось, то что одновременно не используются регистры с плавающей точкой и регистры общего назначения, поэтому возможно их объединение в одну регистровую память. Различие в формате при этом не является проблемой, так как регистры с плавающей точкой при этом представляются в виде двух 32-разрядных регистров. Это не приводит к уменьшению производительности системы, как было отмечено ранее, магистраль является 32-разрядной и, все равно, нужно производить считывание регистра с плавающей запятой за два обращения к регистровой памяти, а конвейерный способ связи с ней позволил производить это считывание за три машинных такта.
1. Функциональная организация процессора
Процессор должен выполнять следующие команды:
И непосредственное
Сложение с нормализацией
Загрузка и проверка
Загрузка PSW
1.1 Описание команды “И непосредственное "
NI D1(B1), I2 (SI)
9416
I2
B1
D1
0 8 16 20 31
Поразрядное логическое произведение (И) первого и второго операндов помещается на место первого операнда.
Операнды обрабатываются как логические величины, не имеющие внутренней структуры, и к соответствующим битам применяется операция логического И. В бите результата устанавливается 1, если в соответствующих битах обоих операндов содержатся единицы, в противном случае — устанавливается 0.
В случае команды NC поля операндов обрабатываются слева направо. Если операнды перекрываются, результат получается таким, как если бы операнды обрабатывались побайтно, каждый байт результат записывался в память сразу же после выборки нужного байта операнда.
Признак результата:
0-результат равен 0;
1-результат не равен 0;
2-
1.2 Сложение с нормализацией
AER R1,R2 (RR, короткие операнды)
3A16
R1
R2
0 8 12 15
Второй операнд складывается с первым операндом, и нормализованная сумма помещается в ячейку первого операнда.
Сложение двух чисел с плавающей точкой заключается в выравнивании характеристик и сложении мантисс. Характеристики обоих операндов сравниваются, и мантисса операнда с меньшей характеристикой сдвигается вправо; при каждом сдвиге на шестнадцатеричную цифру производится увеличение характеристики этого операнда на 1. Сдвиг продолжается до тех пор, пока характеристики обоих операндов не станут равными.
Если операнд сдвинут вправо во время выравнивания, то самая левая шестнадцатеричная цифра поля, выдвинутого за пределы разрядной сетки, сохраняется в качестве дополнительной цифры. Считается, что операнд, который не подвергся сдвигу, имеет дополнительную младшую цифру, равную 0. Если выравнивающий сдвиг не производится, то считается, что оба операнда расширены младшими шестнадцатеричными нулями. Затем производится алгебраическое сложение мантисс для получения промежуточной суммы.
При сложении коротких операндов мантисса промежуточной суммы состоит из 7 шестнадцатеричных цифр и, возможно, цифры переноса. Если перенос имеет место, сумма сдвигается вправо на одну цифру, и характеристика увеличивается на 1.
После сложения промежуточная сумма сдвигается влево таким образом, чтобы получить нормализованное число, при условии, что мантисса не равна 0. В освободившиеся младшие шестнадцатеричные позиции записываются нули, а характеристике уменьшается на число единиц, равное числу сдвигов, затем мантисса промежуточной суммы усекается таким образом, чтобы получить мантиссу результата нужной длины.
Знак суммы определяется по правилам алгебры, за исключением случая, когда все цифры мантиссы промежуточной суммы равны 0. В этой ситуации устанавливается положительный знак.
Если перенос из старшей позиции мантиссы промежуточной суммы характеристики нормализованной суммы превышает число 127, то фиксируется особый случай переполнения порядка. Операция завершается путем формирования характеристики, которая на 128 меньше действительного значения, и происходит программное прерывание из-за переполнения порядка. При этом результат будет нормализованным, а знак и мантисса сохраняют правильные значения. В случае команды сложение для расширенных операндов (AXR) сохраняется также правильное значение характеристики младшей части.
Если характеристика нормализованной суммы меньше 0, а мантисса не равна 0, имеет место особый случай исчезновения порядка. Если бит маски исчезновения порядка равен 1, операция завершается путем формирования характеристики, которая на 128 больше действительного значения. Результат нормализуется, а знак и мантисса сохраняют правильные значения. Затем происходит программное прерывание из-за исчезновения порядка. Если исчезновение порядка имеет место, а бит маски исчезновения порядка равен 0, то программное прерывание не происходит. Вместо этого операция завершается путем формирования результата, равного истинному 0. В случае команды сложение для расширенных операндов исчезновение порядка не фиксируется, если характеристика младшей части меньше 0, а характеристика старшей части больше или равна 0.
Если мантисса промежуточной суммы, включая дополнительную цифру, равна 0, имеет место особый случай потери значимости. Если бит маски потери значимости равен 1, то характеристика промежуточной суммы не меняется и становится характеристикой результата. Нормализация не производится, и происходит программное прерывание из-за потери значимости.
Если бит маски потери значимости равен 0, программное прерывание не происходит; Вместо этого формируется результат, равный истинному 0.
Признак результата:
0-Мантисса результата равна 0;
1-Результат меньше 0;
2-Результат больше 0;
Программные прерывания:
Операция (если в данной установке отсутствует средство обработки чисел с плавающей точкой или в случае команды AXR отсутствует средство обработки чисел с плавающей точкой повышенной точности)
Спецификация;
Переполнение порядка;--PAGE_BREAK--
Исчезновение порядка;
Потеря значимости.
1.3 Загрузка и проверка
LTR R1,R2 (RR)
1216
R1
R2
0 8 12 15
Второй операнд без изменения помещается на место первого операнда. Поля R1 и R2 должны определять регистры 0,2,4 или 6; в противном случае фиксируется особый случай спецификации.
Признак результата:
0-результат равен 0;
1-результат меньше 0;
2 — результат больше 0;
3-
Программные прерывания отсутствуют.
1.4 ЗагрузкаPSW
LPSW D2 (B2) (S)
8216
// // // // /
B2
D2
0 8 16 20 31
Двойное слово из области, указанной адресом второго операнда, замещает текущее PSW.
Если в новом PSW задан режим BC, то при загрузке PSW содержимое позиции 16-33 нового PSW не сохраняется. Когда в последствии PSW записывается в память. Эти позиции содержат новый код прерывания и код длины команды.
Производится временная отмена совмещения. Выполнение операции в процессоре задерживается до тех пор, пока не будет завершены предыдущие доступы этого процессора в основную память по отношению к другим каналам и процессором.
До тех пор пока выполнение данной команды не будет завершено, доступ к последующим командам и их операндом не производится.
Операнд должен быть расположен на границе двойного слова; в противном случае распознается особый случай спецификации и операция подавляется и тогда, когда имеет место особый случай защиты или адресации.
Биты 8-15 команды игнорируются.
Признак результата определяется содержимым соответствующего поля нового PSW.
Программное прерывание:
Привилегированная операция;
2. Синтез операций
2.1 Выборка команды
Перед выполнением любой команды нужно считать ее из памяти в регистр команд РК. Адрес считываемой команды задается в счетчике адреса команды СЧАК, представляющего собой биты 40. .62 из слова состояния программы PSW. Из памяти одновременно считываются 32 разряда — Регистр ОП, адрес которого находится в Адресном регистре ОП. Так как длина команды может быть равно 16 или 32 разрядам, то за одно обращение к памяти может быть считана одна или две команды либо одна команда и часть следующей.
Чтобы не производить повторное считывание, разряды РОП (16: 31) могут быть запомнены в буферном регистре БР. Для того, чтобы определить, находится ли в БР полезная информация, используется триггер переходов ТП, единичное значение которого означается, что информация в БР не может быть использована для формирования новой команды. Если ТП=0, то содержимое БР может быть использовано для формирования новой команды.
Если выбираемая команда имеет формат RR, первое полуслово, представляющее собой команду, передается на РК,
а разряды (16: 31) сохраняются наБР. При этом СЧАК увеличивается на “1".
Если выбираемая команда начинается со второго полуслова
и имеет длину в слово, то на РК разряды (0: 15) передаются разряды (16: 31) РОП, СЧАК увеличивается на “2” и происходит повторное обращение к ОП. Разряды (0: 15) РОП передаются на РК (16: 31).
Функциональная микропрограмма выборки команды приведена на рис.1
в приложении 1. После выборки команда находится в РК. Ее КОП мы
поочередно сравниваем с КОПами наших команд, как только они совпадут идем на выполнение. Если такого КОПа нет, то вызывается программное прерывание.
2.2 Реализация команды “И непосредственное "
В команде “И непосредственное “ явно дан второй операнд, длина которого 1 байт-это поле I2. Второй операнд находится в ОП. Его адрес
вычисляется следующим способом: из РП по адресу В1 извлекается РОН который складывается со смещением D1. В результате получаем адрес операнда в ОП. В зависимости от последних 2-х битов адреса извлекаем соответствующий байт и проводим операцию “И непосредственное ". Затем результат записываем на место 1-го операнда и производим запись полученного регистра в память. Признак результата устанавливается в соответствии вышеописанного условия.
Блок-схема алгоритма показана на рисунке 2.
2.2 Реализация команды “Сложение с нормализацией”
Для реализации команды “Сложение с нормализацией" были использованы следующие элементы. Триггера SA, SB, которые служат для хранения знака (модернизированный код); триггер DS используется как флаг переполнения при сложении. Четырехразрядные регистры DOPA и DOPB, где хранятся дополнительные цифры для соответствующих операндов. Операнды находятся в регистровой памяти по адресам R1 и R2 соответственно. При извлечении операндов проверяется корректность задания адресов. Для удобства операнды разбиты по полям: РА и РВ — поля характеристик, МА и МВ — поля мантисс. Программа реализуется в соответствии с описанием -подраздел 1.2 Схема алгоритма программы представлена на рисунке 3.
2.3 Реализация команды “ Загрузка и проверка”
При выполнении этой команды проверяется корректность задания адресов R1 и R2. В соответствии с заданием устанавливается признак результата.
2.4 Реализация команды “ Загрузка PSW"
Операнд находится в ОП. Его адрес вычисляется следующим способом: из РП по адресу В2 извлекается РОН который складывается со смещением D2. В результате получаем адрес операнда в ОП. Извлекаем регистр и записываем его в PSW (0: 31), затем увеличиваем на 1-у и записываем регистр в PSW (32: 63).
3. Описание структурной схемы процессора
3.1 Процессор
Процессор состоит из следующих основных частей:
32-разрядной магистрали М;
32-разрядного регистра Z для сопряжения с магистралью;
32-разрядного ALU
32-разрядных регистров А, В;
Триггеры DS,SA,SB;
4-разрядных регистров DOPA, DOPB;
16-разрядного буферного регистра БР и 32-разрядного регистра команд РК;
64-разрядного PSW;
Триггера перехода ТП;
Формирователей кодов ФК1-ФК6;
Различных схем сравнения, мультиплексоров и линий связи.
Кроме того, для работы процессора необходимы РП и ОП, которые могут находиться внутри процессора или подключаться в виде внешних устройств.
Магистраль процессора служит для связи РП и ОП с внутренними регистрами. РП подключена к М через регистр РРП. ОП подключена к М через регистр РОП. Z служит для связи РРП и РОП с регистрами процессора. БР и РК связаны с М непосредственно. ALU служит для выполнения различных операций и для связи между внутренними регистрами.
3.2 Оперативная память
В оперативной памяти емкостью 256 килобайт хранятся 32 — разрядные слова. Слово читается и записывается в оперативную память только целиком за одно обращение к ОП. Адрес слова, к которому производится обращение, указывается на регистре адреса основной памяти АОП. Длина регистра АОП равняется />, где />-емкость ОП в словах. Слово информации, которое записывается или читается из ОП, размешается в регистре РОП. Операция в ОП возбуждается сигналами чтения из основной памяти ЧТОП и записи в основную память ЗПОП. Момент окончания операции в ОП отмечается сигналом />. Так как цикл основной памяти имеет длительность большую такта работы процессора, то должна обеспечиваться синхронизация работы процессора и оперативной памяти за счет ждущих вершин графа микропрограммы.
3.3 Регистровая память
Регистровая память применяется для увеличения быстродействия процессора. РП состоит из регистров общего назначения (РОН) и регистров с плавающей запятой (РПЗ). РОНы используются в качестве индекс регистров, базовых регистров, а также для хранения слов и полуслов, участвующих в операциях с фиксированной запятой. РОНы представляют собой 32 — разрядные регистры и адресуются числами от 0 до 15. Для обращения к РОНам в командах любого формата отводится четырехразрядное поле R.
При выполнении операций с плавающей запятой один или оба операнда могут располагаться на РПЗ. Всего используется четыре регистра длиной 8 байтов с адресами 0,2,4,6 соответственно.
РОНы и РПЗ структурно объединены в 24-регистровую память РП, регистры 0-15 представляют собой РОНы, а остальные 8 регистров используется для хранения четырех восьмибайтных слов. Длина регистра РП равна 32 разрядам. Адрес регистра указывается на 5-разрядном регистре АРП. Операнд, который записывается или читается из РП, помещается на регистр РРП. Чтение и запись слова инициируются соответственно сигналами ЧТРП и ЗПРП.
Для хранения текущей информации используется РК. Данные с него могут поступать на АРП и на ALU.
3.4 Слово состояния процессора
Слово-состояние процессора PSW содержит информацию о состоянии процессора. В связи с ограниченным набором команд используются не все разряды. Разряды 16-31 содержат код ошибки, вызвавшей программное прерывание. В данном случае используют
разряды 28-31. Разряды 32-33 хранят информацию о длине последней выполнившейся команды. В разряды 34-35 записывается признак результата. Разряды 36-39 хранят маску прерываний. Разряды 40-63 используются для хранения адреса команды. ФК1 используется для формирования кода длины ошибки. ФК2 — кода длины команды, ФК3 — признака результата, ФК4 — адреса памяти, ФК5 и ФК6 — для формирования некоторого кода при выполнении унарных операций.
Схемы сравнения используются для генерации логических условий.
При написании микропрограмм надо учитывать набор имеющегося оборудования. Для облегчения определения необходимого оборудования вначале пишем микропрограмму для самой большей по затратам оборудования команды. Ей является команда с плавающей запятой. Команда сравнения двух операндов с плавающей запятой. числа представляются в коротком формате.
±
Характеристика
Мантисса
0 1 7 8 31
Отрицательные числа изображаются в прямом коде. Характеристика Х равна порядку числа, увеличенному на 64, и представляет значения порядка в диапазоне от -64 до +63. Набор символов (_=) обозначает присвоение переменной в начале машинного такта, а набор символов (: =) обозначает присвоение переменной в конце такта.
Структурная схема процессора (операционная часть) приведена в приложении 2.
3.5 Микрооперации и логические условия
Перечень всех микроопераций показан в таблице 2.
Перечень всех логических условий показан в таблице 3.
Перечень микроопераций таблица 2
Y
ОПЕРАЦИЯ продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
Y35
1010
Y23
1010
Y37
1011
Y40
1011
Y39
1100
Y45
1100
Y33
1101
Y16
1101
Y43
1110
В выбранном нами участке схемы применяются лишь 20-ть логических условий. В таблице 5 представлена их кодировка, где добавлены сигналы «1» и «0».
Логические условия таблица5
X
Код
X
Код
x
Код
“0”
00000
X8
01000
X16
10000
X1
00001
X9
01001
X17
10001
X2
00010
X10
01010
X18
10010
X3
00011
X11
01011
X19
10011
X4
00100
X12
01100
X20
10100
X5
00101
X13
01101
“1”
11111
X6
00110
X14
01110
X7
00111
X15
01111
4.3 Прошивка МПЗУ
Для прошивки МПЗУ необходимо подсчитать, сколько разрядов надо выделить для РАМК. У нас 50 состояний и возможно появится пару БП, поэтому n =] ln2 (60) [=6. В поле команды адрес укорочен на один бит: А (0: 4). После того как мы разбили микрооперации на поля и закодировали логические условия, команда имеет следующий вид: продолжение
--PAGE_BREAK--
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
X
A
0 3 7 10 13 16 21 26
Прошивка МПЗУ производится по следующим правилам.
1) Если в состоянии Рi есть операционный блок и (или) логическое условие, то их коды вписываются в соответствующие поля.
2) Поле А — это укороченное значение РАМК на 1 бит. В нем указывается адрес перехода по «0», укороченный на единицу, на следующее состояние.
3) Последний бит адреса равен значению Xi, поэтому за состоянием, куда мы переходим по «0», должно следовать состояние, куда мы переходим по «1». Если
такие состояния уже описаны, то записываем безусловный переход.
4) При отсутствии в состоянии логического условия, последний бит адреса кодируется «0» либо «1», в зависимости от того где мы разместили следующее состояние.
5) Алгоритм вычисления РАМК представлен на рисунке 1.
/>
Рис.1. Алгоритм вычисления РАМК.
Следуя вышеизложенным правилам проведем прошивку ПЗУ (таблица 6).
Прошивка МПЗУ таблица 6
РАМК
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
X
A
P (t)
P (t+1)
000000
0000
0000
000
000
000
00001
00001
P0
P3
000001
0110
0101
010
111
011
10000
10101
P29
P31
000010
0000
0000
000
000
000
00010
00010
P3
P1
000011
0011
0000
000
000
000
00000
00000
P2
P0
000100
0010
0000
000
000
000
00000
00000
P1
P0
000101
0000
0000
000
000
000
00011
00011
P4
P7
000110
0000
0000
000
000
000
00100
00100
P7
P5
000111
0110
0000
010
101
010
00000
10010
P33
P34
001000 продолжение
--PAGE_BREAK--
0100
0010
000
000
000
11111
00101
P5
P6
001001
0101
0001
000
000
000
01101
00110
P8
P10
001010
0001
0001
010
000
000
00100
00111
P9
P14
001011
0000
0000
000
000
000
00111
00101
P6
P9
001100
0000
0000
000
000
000
00010
01000
P10
БП1
001101
0000
0000
000
000
000
00111
01100
P20
P24
001110
0000
0000
000
000
000
00101
01010
P14
P9
001111
0000
0000
000
000
000
00110
01011
P17
P19
010000
0000
0000
000
000
000
00000
00010
БП1
P1
010001
0100
0010
000
000
000
11111
01001
P11
P12
010010
0001
0001
0001
001
001
11111
00110
P13
P20
010011
0000
0000
000
000
000
00111
01001
P12
P13
010100
0000
0011
000
000
000
00000
00110
P15
P10
010101
0000
0011
011
000
000
11111
00110
P16
P20
010110
0000
0011
000
011
001
11111
00110
P19
P20
010111
0000
0001
011
010
000
11111
00110
P18
P20
011000
0000
0000
000
000
000
01000
01101
P24
БП2
011001
0000
0000
000
000
000
01110
10000
P21
P22
011010
0000
0000
000
000
000
00000
00000
БП2
P0
011011
0000
0000
000
000
000
00000
01110
P25
P28
011100
0111
0100
100
110
101
01001
01111
P27
P28
011101
0011
1101
000
000
000
00000
00000
P26
P0
011110
0110
0100
010
000
101
11111
00000
P28
P29
011111
0000
0000
000
000
000
11111
01110
БП3
P26
100000
0000
0000
000
000
000
01001
10001
P22
P32
100001
0011
1101
000
000
000
00000
00000
P23
P0
100010
1111
1101
000
100
000
11111
00011
P32
P33
100011
0000
0000
000
000
000
11111
10000
БП4
P23
100100
0000
0101
000
000
000
01011
10011
P34
P35
100101
0000
0000
000
000
000
10000
10110
P39
P40
100110
0000
0000
000
000
000
01010
10100
P35
P36
100111
1001
0000
000
000
000
00000
00000
P38
P0
101000
0000
1010
000
000
000
00000
00000
P36
P0
101001
1000
0000
000
000
000
00000
00000
P37
P0
101010
1001
0101
101
000
100
11111
10010
P31
P39
101011
1110
0000
110
000
000
11111
10010
P30
P39
101100
1001
0000
101
000
000
11111
10010
P40
P39
101101
0000
0000
000
000
000
10001
10111
P41
P43
101110
0000
0000
000
000
000
10010
11000
P43
P45
101111
1100
0000
000
000
000
00000
10111
P42
43
110000
0000
1011
000
000
000
10011
11001
P45
P47
110001
1100
0000
000
000
000
00000
11000
P44
P45
110010
0000
0000
000
000
000
10100
11010
P47
P48
110011
0000
0000
000
101
000
00000
11001
P46
P47
110100
0000
0000
000
000
000
00000
00000
P48
P0
110101
0000
0000
000
000
000
10001
11011
P49
P50
110110
0000
1001
101
000
110
00000
00000
P50
P0
110111
1110
1100
101
000
111
00000
00000
P52
P0 продолжение
--PAGE_BREAK--
4.4 Описание Структурной и Электрической принципиальной схемы Управляющего автомата
Устройства, использованные для реализации микропрограмм можно разбить следующим образом: DС1, DC2 дешифраторы 4 на 16; DС3, DC4, DC5 дешифраторы 3 на 8, ΜЅ — мультиплексор из 24 в 1; ПЗУ (0: 26) — для хранения форматов команд; РАМК (0: 5) — адресный регистр, для обращения к ячейкам ПЗУ. Входные данные — логические условия Х, выходные — множество кодированных У. Структурная схема управляющего автомата приведена в приложении 2.
При построении принципиальной электрической схемы использованы серии КР155 и КР556. Из серии КР556 выбирается для запоминания слов микропрограммы 3 ПЗУ КР556РТ17 емкостью 16 килобайт. Все остальные элементы: мультиплексоры, дешифраторы, инверторы и регистр адреса ПЗУ выбраны из серии КР155. Микросхемы данной серии — это маломощные, быстро действующие, цифровые, интегральные микросхемы, предназначенные для организации высокоскоростного обмена и обработки цифровой информации временного и электрического согласования сигналов в вычислительных системах. Микросхемы серии КР155 по сравнению с известными сериями логических ТТЛ микросхем обладают минимальным значением произведения быстро действия на рассеиваемую мощность.
Принципиальная электрическая схема построена на основе структурной схемы управляющего автомата и приведена в графическом приложении 3.
Перечень используемых сокращений
РП — регистровая память;
ОП — оперативная память;
АРП — адрес регистровой памяти;
АОП — адрес оперативной памяти;
РОП — регистр оперативной памяти;
РРП — регистр регистровой памяти;
РК — регистр команд;
БР — буферный регистр;
PSW — регистр слово состояния процессора;
СЧАК — счетчик адреса команд;
РА — характеристика А;
РВ — характеристика В;
МА — мантисса А;
МВ — мантисса В;
М — магистраль;
Z — входной и выходной регистр процессора;
А, В — рабочие регистры;
DOPA, DOPB — дополнительная цифра;
DS, SA, SB — знаковые регистры;
ТП — триггер перехода;
ФК — формирователь кодов;
ALU — арифметическое логическое устройство;
Список используемой литературы
Райков «Принципы работы IBM/370». — М.: Мир, 1975;
Каган В.М. «электронные вычислительные машины и системы». — М.: Энергия, 1979;
Майоров С.А., Новиков Г.И. «Структура электронных вычислительных машин». — Л.: Машиностроение, 1976;
Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Теория и проектирование ЦВМ». — Одесса ОПИ-1981;
Н.Н. Акимов «Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели,
коммутационные устройства, РЭА». — Минск, Беларусь 1994;
Тарабрин, справочник «Цифровые и интегральные микросхемы»;
Петровский И.И., справочник «Логические ИС КР1533 и Кр1554». — Москва: Бином, 1993;
Нешумова К.А. «Электронные вычислительные машины и системы» — Москва: Высшая школа, 1989.
ГОСТ 2.708. — 81. ЕСКД. Правила выполнения электрических схем
цифровой вычислительной техники;
ГОСТ 2.743-82. ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах.
Элементы цифровой техники.
Заключение
В ходе выполнения курсового проекта я изучил принципы построения процессорных устройств и принципы их связи с другими устройствами, такими как оперативная память и регистровое запоминающее устройство.
По своей структуре операционная часть процессора ближе к структуре М-автомата, в котором все регистры связаны между собой через АЛУ. В данном процессоре таким образом связаны регистры непосредственно участвующие в арифметических операциях, хотя и между не которыми их них имеется непосредственная связь. Такая структура позволила значительно упростить операционный автомат.
В М-автомате возможно выполнение только одной микрооперации за один машинный такт, а данный процессор позволил значительно нейтрализовать это ограничение за счет введения некоторых непосредственных связей и за счет разрядности АЛУ в два раза превышающую разрядность одного внутреннего регистра общего назначения, что позволило использовать АЛУ, как единое целое при выполнении микроопераций над 64-разрядными операндами либо как два независимых АЛУ при работе с 32-разрядными операндами. Кроме того, одновременно с выполнением арифметико-логических операций возможна выборка данных из оперативной или регистровой памяти, установка признаков результата и не которых других действий за счет непосредственной связи с магистралью регистров, не связанных с выполнением арифметико-логических операций.