ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования.

«Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «лэти» имени в.И. Ульянова (Ленина)» (спбгэту)

Кафедра ВТ

Отчёт по курсовой работе

«Разработка однокристального RISC-процессора с гарвардской архитектурой»

»

по дисциплине «Архитектуры устройств и ЭВМ»

Студент: Яснов Н.А.

Гр.8306

Санкт-Петербург

2012 Г. Оглавление

Оглавление 2

1. Техническое задание 3

1.1. Предмет проектирования 3

1.2. Общие требования к разрабатываемому процессору 3

1.3. Исходные данные для курсового проектирования 3

1.4. Средства реализации модели 4

1.5. Результаты проектирования 4

2. Последовательность выполнения курсового проекта 6

2.1. Общая последовательность 6

2.2. Разработка архитектуры ЦП 6

2.2.1. Уточнение структуры системы 6

2.2.2. Разработка архитектуры внешних выводов 7

2.2.3. Выбор форматов данных 7

2.2.4. Определение модели памяти и структуры регистровой памяти 8

2.2.5. Выбор форматов команд 9

2.2.6. Разработка системы команд 9

2.2.7. Внутренняя организация 14

2.2.8. Основные алгоритмы функционирования 14

2.2.9. Алгоритмы работы отдельных операций 17

2.2.10. Временные диаграммы 17

3. Руководство пользователя по использованию симулятора 20

1. Техническое задание

   1. Предмет проектирования

Курсовая работа посвящается разработке программной модели однокристального RISC-процессора.

Проектируется процессор общего назначения, предназначенный для использования в качестве центрального процессора (ЦП).

2. Общие требования к разрабатываемому процессору

Система команд должна удовлетворять следующим требованиям.

1. Операции обращения к памяти отделены от операций, связанных с обработкой данных.

2. Операции, связанные с преобразованием данных, выполняются по принципу регистр-регистр.

3. В общем случае аппаратно поддерживаются операции над целыми числами со знаком и без знака.

4. Система команд должна быть функционально полной и включать команды общего назначения и привилегированные команды.

5. Процессор должен иметь векторную систему прерываний.

6. Процессоры должны иметь встроенную кэш-память.

Программная модель представляет собой симулятор, который должен удовлетворять следующим требованиям:

1. Отображать содержимое регистров общего назначения, системных регистров и регистров, используемых для хранения чисел с плавающей точкой.

2. Позволять выполнять покомандное выполнение программы.

3. Выполняемая программа хранится в отдельном файле и представляет собой псевдоасемблерный код.

4. Должен представлять собой программу, написанную на языке C++.

3. Исходные данные для курсового проектирования

Таблица 1.1. Исходные данные для курсового проектирования

Вариант	Формат данных			Адресность	Способ адресации				Регистровая память
	8	16	32		Н	О	П	К	Количество	Тип	Разрядность
13	+	+	–	3	–	+	+	+	64	У	16

Таблица 1.2. Исходные данные для курсового проектирования

Вариант	Шина адрес-данные		Память данных		Память команд		Ввод-вывод
	С	Р	Объем, Кб	ШД	Объем, Кб	ШК	И	П
13	–	+	256	16	32	16	+	–

Исходные данные для проектирования:

1. перечень аппаратно поддерживаемых типов данных;

2. адресность операционных команд;

3. способы адресации;

4. основные характеристики регистровой памяти (количество регистров, их тип и разрядность);

5. тип локальной шины;

6. характеристики памяти данных и памяти команд;

7. способ организации ввода-вывода.

Аппаратно могут поддерживаются четыре основных формата:

1. 8-разрядные числа со знаком и без знака;

2. 16-разрядные числа со знаком и без знака.

Для регистровой памяти задаются количество регистров, их тип, а также разрядность. Регистры универсальные. Речь идет о регистрах общего назначения (РОН), которые предназначены для хранения как адресов, так и целых чисел.

Функциональная ориентация РОН подразумевает их разбиение на группы в зависимости от функционального назначения (например, регистры для хранения: данных, индексов, базы, и т. п.).

В процессоре используются раздельные шины адреса и данных.

Ввод-вывод организован изолированным, т.е. с использованием специальных команд ввода-вывода. Изолированный ввод-вывод подразумевает использование специальных команд ввода-вывода. Идентификация обращения к регистрам внешних устройств осуществляется по коду операции.

Требуется разработать систему прерываний; при этом требуется реализовать векторную систему прерываний. (Таблица векторов может находиться по произвольным адресам). Предлагается использовать внешний контроллер прерываний.

Отличительной особенностью гарвардской архитектуры является наличие отдельной памяти команд. Принимается, что память команд размещается внутри кристалла, кроме того, возможно подключение дополнительной внешней памяти команд.

Раздельная реализация памяти команд и памяти данных упрощает организацию конвейера по выборке команд из памяти и по размещению их в очередь для дальнейшего исполнения.

Наличие кэш-памяти данных для процессоров с гарвардской архитектурой подразумевает решение следующих задач:

1. разработки основных алгоритмов работы кэш-памяти;

2. проработки вопросов структурной организации кэш-памяти;

3. разработки стратегии и алгоритма замены строк.