5. 2.2. Разработка архитектуры цп

6. 2.2.1. Уточнение структуры системы

Разрабатываемый процессор предназначен для использования в качестве встроенного процессора.

Рис. 2

Обобщенная структура процессора, соответствующая гарвардской архитектуре, приведена на рис. 2. Она представляет собой одноплатную ЭВМ, предназначенную для встроенных применений. На плате размещаются: ЦП, память данных, счетчик-таймер, адаптер интерфейса. Кроме того, на плате могут размещаться вспомогательные схемы и интерфейсные схемы для подключения внешних устройств (на рис. 2 эти схемы не показаны).

Разрабатываемая плата не имеет собственной дисковой памяти, дисплея и клавиатур. Предполагается, что разработка и отладка программного обеспепечения осуществляются на инструментальной машине с использованием кросс-систем программирования. В качестве инструментальной машины может использоваться, например рабочая станция, имеющая в своем составе дисплей, клавиатуру, дисковую память и т. п.

Основной задачей данного этапа проектирования является уточнение структуры и разрядности внутренней шины.

7. 2.2.2. Разработка архитектуры внешних выводов

Рис. 3

Архитектура внешних выводов кристалла ЦП показана на рис. 3.

Назначение выводов:

A– 16-разрядная шина адреса;

D– 16-разрядная шина данных;

HLD– сигнал запроса на захват шины;

HLDA– сигнал подтверждения запроса на захват шины;

INT– сигнал запроса на прерывание;

INTA– сигнал подтверждения запроса на прерывание;

RD– сигнал, означающий чтение данных с шины;

WR– сигнал, означающий запись данных (выставление данных на шину);

BHE– разрешение записи старшего байта, задают выполняемую на шине операцию;

IN– сигнал чтения из порта;

OUT– сигнал записи в порт;

FRAME– сигнал режима пакетного обмена данными между ОЗУ и кэшем, появление данного сигнала на шине означает начало транзакции, а снятие – указывает на то, что следующий цикл передачи данных на шине является последним.

READY — служит для приема сигнала готовности от медленных внешних устройств;

+5V– питание;

RESET– сброс;

CLC– тактовый сигнал (синхронизация).

«Земля» - земля.

Всего 47 выводов.

При разработке архитектуры внешних выводов следует ориентироваться на использование стандартных корпусов, имеющих, соответственно, 40, 68, 132, 144, 168, 172 выводов. В случае, если остаются “лишние” выводы, они могут быть использованы для следующих целей:

- дублирования контактов “Земля” и “Питание”;

- увеличения разрядности шины адреса;

- введения нескольких уровней прерывания.

8. 2.2.3. Выбор форматов данных

основные используемые типы данных

Целые числа

В разрабатываемом ЦП целые числа могут занимать байт или слово (оно занимает 16 бит). Они могут быть знаковыми и беззнаковыми. В знаковых целых самый старший бит байта или слова, занимаемого числом, отводится для индикации знака числа. Нуль соответствует плюсу, 1 — минусу. Таким образом, возможный диапазон представляемых значений для знаковых целых составляет: от –128 до 127 для байта, от –32768 до 32767 для слова. Беззнаковые целые могут принимать значения: от 0 до 255 для байт, от 0 до 65535 для слов.

9. 2.2.4. Определение модели памяти и структуры регистровой памяти

Рис. 7. Модель памяти.

В структуре, приведенной на рис. 7, регистровая память включает тридцать два 16-разрядных РОН, 16-разрядный счетчик команд (ПС), регистры команд (РК) и адреса (РА), а также еще один блок из 32-х РОН (пR0..31), регистры пПС и пРК — для хранения состояния во время прерывания. Регистр флажков содержит 7 флажков, которые используются следующим образом:

Z – признак нулевого результата;

С – признак переноса из старшего разряда;

S – знак результата;

O – признак переполнения результата;

I – разрешение прерывания;

T – пошаговый режим;

U – режим супервизор-пользователь.

Необходимо отметить, что в RISC-процессорах аппаратный стек не используется, а адрес возврата запоминается в одном из РОН (31-й РОН).