Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Новосибирский государственный технический университет

Кафедра вычислительной техники

Курсовая работа

по дисциплине «Организация ЭВМ»

«Разработка ЭВМ»

Факультет: АВТ Преподаватель:

Группа: АВТ-910 Студент: Лодонова Т.

Гребенников В.Ф.

Новосибирск, 2012

Оглавление

Цель курсового проекта: 3

Задание на курсовой проект. 3

Разработка и описание структурной схемы ЭВМ 4

Центральный процессор 6

Операционный блок 6

Микропрограммное устройство управления 7

КЭШ 8

Оперативная память 10

Система прерываний 12

Блок синхронизации и таймер 13

Внешние устройства 13

Клавиатура 13

Мышь 14

Монитор 14

Жесткий диск 14

НГМД 14

Разработка КЭШа - данных. 16

Выводы 19

Список использованной литературы 20

Цель курсового проекта:

Углубление и закрепление теоретических знаний, приобретение навыков разработки узлов ЭВМ на структурном, функциональном и алгоритмическом уровнях.

Задание на курсовой проект.

Разработать структурную схему гипотетической ЭВМ, функциональную схему и алгоритм работы конкретного блока, входящего в состав этой ЭВМ.

Курсовой проект состоит из двух частей:

Первая часть посвящена разработке структурной схемы гипотетической ЭВМ, описанию ее функционирования. В состав ЭВМ входят как общие для всех вариантов блоки, так и дополнительные, определяемые индивидуальным заданием.

Вторая часть проекта посвящена разработке функциональной схемы и алгоритмов работы конкретного блока, входящего в состав ЭВМ, и их детальному описанию.

В состав ЭВМ входят следующие блоки:

• операционный блок (ОБ);

• микропрограммное устройство управления (МУУ);

• оперативная память (ОП);

• блок синхронизации (БС);

• система прерывания программ (СПП);

• таймер;

• система ввода-вывода (СВВ);

• монитор, клавиатура, мышь;

• жесткий диск.

Основные параметры ЭВМ:

• адресность ЭВМ - двухадресная;

• длина команды – переменная;

• разрядность - 32;

• емкость памяти – 24 Мбайт;

Индивидуальные исходные данные на выполнение курсового проекта:

• Структура: двухшинная;

• Сопроцессор: нет;

• Система прерываний: с индивидуальными линиями на уровне команд;

• Кэш: разделенный команд и данных;

• Оперативная память: многоблочная;

• Ввод/вывод: ПДП;

• Контроль ОП: по паритету;

• Блок для разработки: кэш-данных;

Разработка и описание структурной схемы эвм

Было решено разрабатывать структурную схему ЭВМ методом “нисходящего проектирования” – т.е. сверху вниз. Для начала рассмотрим обобщенную структуру ЭВМ, взаимодействие основных элементов системы между собой, далее элементы системы будут рассматриваться в отдельности.

В первую очередь ЭВМ состоит из:

• центрального процессора (ЦП), отвечающего за обработку данных, выполняющего вычисления и т.п.;

• основной памяти (ОП), в которой хранятся данные и команды;

• устройств ввода-вывода (УВВ), отвечающих за связь с внешней средой.

ЦП обрабатывает данные в соответствии с заранее определенными инструкциями, при этом программа, состоящая из инструкций, и данные находятся в ОП.

Для загрузки программы и данных в память, а также для вывода результатов обработки из памяти необходим какой-либо способ связи с внешними объектами. Этой цели служат УВВ.

ЭВМ на уровне общей архитектуры представлена на рис. 1.

Рис. 1. ЭВМ на уровне общей архитектуры.

Как видно из риc. 1, ЦП, ОП и УВВ имеют общую шину, из этого следует тот факт, что в каждый момент через общую шину может происходить обмен данными только между одной парой устройств (например: ЦП – ОП). Так как по заданию необходимо реализовать прямой доступ к памяти (ПДП), то возможен обмен УВВ - ОП.

Система ввода-вывода отвечает за обмен информацией между ядром ЭВМ и разнообразными внешними устройствами. СВВ реализуется модулями ввода-вывода (МВВ), которые отвечают за обеспечение интерфейса с: ЦП и памятью; с одним или несколькими периферийными устройствами.

В соответствии с заданием структура ЭВМ трехшинная, рассмотрим эти шины:

• DB (шина данных) – обеспечивает обмен данными между всеми основными блоками ЭВМ (разрядность шины: 32).

• АВ (шина адреса) – используется для задания адреса памяти. По шине адреса обращение может идти как к ОП (основной памяти), так и к ВУ (внешним устройствам).

• СВ (шина управления) – обеспечивает передача сигналов управления между различными блоками ЭВМ.

Внешние устройства (ВУ) присоединяются с помощью модулей ввода-вывода (контроллеров), осуществляющих согласование форматов данных, используемых в ВУ с форматом принятым в ЭВМ. Формат данных проектируемой гипотетической ЭВМ – 32бита.

Но для накопителя на гибких магнитных дисках (НГМД) и жесткого диска реализован прямой доступ к памяти, который предоставляет возможность внешним устройствам и памяти непосредственно обмениваться данными без вмешательства ЦП. ПДП обеспечивает максимальную скорость ввода-вывода и максимальный параллелизм процессов. За прямой доступ к памяти отвечает контроллер прямого доступа к памяти (КПДП).

Стоит отметить, что при ПДП процессор не полностью освобождается от управления операциями ввода/вывода, он должен обработать прерывание, послать подтверждение прерывания и необходимые данные на КПДП, также во время операции передачи данных магистральная шина оказывается занятой и процессор не может взаимодействовать с памятью.

За работу монитора, мыши и клавиатуры отвечают отдельные контроллеры.

Исходя из индивидуального задания, к системе прерываний идут индивидуальные линии от всех ВУ (для наглядности они изображены только входящими в СПП).

В состав ЦП включены микропрограммное устройство управления (МУУ), основной блок (ОБ) и, согласно заданию, раздельный КЭШ команд и данных.

Структурная схема ЭВМ представлена на рис. 2.

Рис. 2. Структурная схема ЭВМ.

Операции считывания производят передачу информации от исполнителя задатчику, а операции записи – в обратном направлении. Вид операции задается комбинацией управляющих сигналов, которые задатчик посылает исполнителю.