Министерство образования рф
Санкт-Петербургский государственный электротехнический
университет «ЛЭТИ»
Кафедра ВТ
Курсовая работа
по учебной дисциплине «Архитектура ЭВМ»
на тему «Разработка архитектуры однокристального RISC процессора»
Выполнили:
Близнец Р.В.,
Группа 2371
Руководитель:
Водяхо А.И.
(должность, Ф.И.О.)
Санкт-Петербург 2005г.
Содержание.
КУРСОВАЯ РАБОТА 1
Содержание. 2
1. Задание на проектирование 3
2. Введение 4
3. Форматы команд и типы данных 5
4. Типы команд 7
5. Форматы данных 8
5.1 Целые числа 8
5.2 Числа в формате с плавающей точкой (ПТ) 8
6. Формат команд 9
7. Структурная схема разрабатываемой системы 10
8. Регистровая модель процессора 11
9. Система команд процессора 13
7. Организация памяти 16
10. Структура внешних выводов процессора 17
11. Внутренняя организация центрального процессора 19
12. Структурная схема процессора 20
13. Алгоритм функционирования процессора 21
14. Временные диаграммы процесса считывания на шине 22
Заключение 24
Приложение 25
Диаграмма использования 25
Диаграмма последовательностей 27
Диаграмма классов 28
1. Задание на проектирование
Необходимо разработать архитектуру однокристального RISC-процессора общего назначения, предназначенного для использования в качестве центрального процессора (ЦП) рабочей станции, ориентированной на работу в многопользовательском режиме.
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, а также над числами, представленными в формате с плавающей точкой (ПТ).
4. Система команд должна быть функционально полной, а процессор должен иметь систему прерываний.
5. Необходимо предусмотреть средства отключения процессора от шины с переводом внешних выводов в третье состояние.
6. Должны быть предусмотрены механизмы работы с виртуальной памятью, а также возможность работы в многозадачном режиме. Процессор ориентирован на работу с ОС UNIX.
Исходные данные
- перечень аппаратно поддерживаемых типов данных;
16-разрядные числа со знаком и без знака;
32-разрядные числа со знаком и без знака;
64-разрядные числа со знаком и без знака;
32-разрядные числа в формате с ПТ;
64-разрядные числа в формате с ПТ.
- адресность операционных команд 2;
- способы адресации (относительная, прямая, косвенная);
- основные характеристики регистровой памяти;
64 регистра универсального типа (РОН) по 32 разряда.
- В процессоре используется совмещенная шина адреса и данных;
- сопроцессор отсутствует;
- Основная память объёмом 512Мб, шина данных 32бита;
- Изолированный ввод-вывод подразумевает использование специальных команд ввода-вывода.
2. Введение
Термин "архитектура системы" часто употребляется как в узком, так и в широком смысле этого слова. В узком смысле под архитектурой понимается архитектура набора команд. Архитектура набора команд служит границей между аппаратурой и программным обеспечением и представляет ту часть системы, которая видна программисту или разработчику компиляторов. Следует отметить, что это наиболее частое употребление этого термина.
В широком смысле архитектура охватывает понятие организации системы, включающее такие высокоуровневые аспекты разработки компьютера как систему памяти, структуру системной шины, организацию ввода/вывода и т.п.
Применительно к вычислительным системам термин "архитектура" может быть определен как распределение функций, реализуемых системой, между ее уровнями, точнее как определение границ между этими уровнями. Таким образом, архитектура вычислительной системы предполагает многоуровневую организацию.
Архитектура первого уровня определяет, какие функции по обработке данных выполняются системой в целом, а какие возлагаются на внешний мир (пользователей, операторов, администраторов баз данных и т.д.). Система взаимодействует с внешним миром через набор интерфейсов: языки (язык оператора, языки программирования, языки описания и манипулирования базой данных, язык управления заданиями) и системные программы (программы-утилиты, программы редактирования, сортировки, сохранения и восстановления информации).
Интерфейсы следующих уровней могут разграничивать определенные уровни внутри программного обеспечения. Например, уровень управления логическими ресурсами может включать реализацию таких функций, как управление базой данных, файлами, виртуальной памятью, сетевой телеобработкой. К уровню управления физическими ресурсами относятся функции управления внешней и оперативной памятью, управления процессами, выполняющимися в системе.
Следующий уровень отражает основную линию разграничения системы, а именно границу между системным программным обеспечением и аппаратурой. Эту идею можно развить и дальше и говорить о распределении функций между отдельными частями физической системы. Например, некоторый интерфейс определяет, какие функции реализуют центральные процессоры, а какие - процессоры ввода/вывода.
Архитектура следующего уровня определяет разграничение функций между процессорами ввода/вывода и контроллерами внешних устройств. В свою очередь можно разграничить функции, реализуемые контроллерами и самими устройствами ввода/вывода (терминалами, модемами, накопителями на магнитных дисках и лентах).
Архитектура таких уровней часто называется архитектурой физического ввода/вывода.