- •Цель курсового проекта
- •Задание на курсовой проект
- •Общие исходные данные
- •Индивидуальные исходные данные
- •Разработка структурной схемы эвм
- •Центральный процессор
- •Кэш команд
- •Адресный сопроцессор
- •Основная память
- •Система прерывания программ
- •Система приоритетного арбитража системной шины
- •Система ввода-вывода
- •Клавиатура
- •Управляющая информация для операций ввода-вывода
- •Разработка блока чтения команд и управления
- •Заключение
Министерство образования и науки РФ
Новосибирский государственный технический университет
Кафедра вычислительной техники
Курсовой проект
по дисциплине «Организация ЭВМ»
Разработка гипотетической ЭВМ. Разработка сопроцессора
ввода-вывода
Факультет: АВТ
Группа: АМ-215
Выполнил: Веретенников В. А.
Проверил: Гребенников В. Ф.
Новосибирск, 2005 г.
Оглавление:
1. Цель курсового проекта 4
2. Задание на курсовой проект 4
2.1. Общие исходные данные 4
2.2. Индивидуальные исходные данные 4
3. Разработка структурной схемы ЭВМ 5
3.1. Центральный процессор 5
3.2. Кэш команд 6
3.3. Адресный сопроцессор 6
3.4. Основная память 6
3.5. Система прерывания программ 7
3.6. Система приоритетного арбитража системной шины 8
3.7. Таймер 8
3.8. Система ввода-вывода 8
3.9. Клавиатура 8
3.10. Мышь 9
3.11. Блок синхронизации и сброса 9
4. Разработка сопроцессора ввода-вывода 10
4.1. Структурная схема сопроцессора ввода-вывода 10
4.2. Управляющая информация для операций ввода-вывода 10
4.3. Разработка блока чтения команд и управления 11
Заключение 17
Список литературы 18
Приложение 1. Структурная схема ЭВМ 19
Приложение 2. Структурная схема центрального процессора 20
Приложение 3. Структурная схема сопроцессора ввода-вывода 21
Приложение 4. Функциональная схема блока чтения команд и управления 22
Цель курсового проекта
Целью курсового проектирования является углубление и закрепление теоретических знаний студентов, приобретение навыков разработки узлов ЭВМ на структурном, функциональном и алгоритмическом уровнях.
Задание на курсовой проект
Общие исходные данные
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 его детальному описанию.
В состав ЭВМ входят следующие блоки:
центральное обрабатывающее устройство (ЦОУ);
микропрограммное устройство управления (УУ);
оперативная память (ОП);
блок синхронизации (БС);
система прерывания программ (СПП);
таймер;
система ввода-вывода (СВВ);
монитор, клавиатура, мышь;
НГМД;
«Винчестер».
Основные параметры ЭВМ:
адресность ЭВМ - двухадресная;
длина команды - переменная.
Разрядность ЭВМ и минимальный объем оперативной памяти выбираются самостоятельно, но должны удовлетворять следующим ограничениям:
разрядность - не менее 16;
емкость ОП - не менее 16 Мбайт.
Индивидуальные исходные данные
Структура двухшинная;
есть адресный сопроцессор;
прерывания с индивидуальными линиями на уровне команд;
кэш команд;
ОП обычная;
ввод-вывод: сопроцессор в селекторном режиме;
контроля нет;
разрабатываемый блок – сопроцессор ввода-вывода, детально разрабатывается (до уровня принципиальной схемы) та часть, которая читает команды.
Разработка структурной схемы эвм
Структурная схема ЭВМ представлена в приложении 1. Она отображает состав ЭВМ и основные связи между устройствами.
Структура разрабатываемой ЭВМ – двухшинная. Имеются две шины: 32-разрядная шина адреса/данных ADи шина управленияCB. Адрес и данные по шинеADпередаются поочерёдно в двух тактах. Признаком адреса является сигналALE#, выставляемый ведущим устройством.
Далее рассмотрены отдельные устройства ЭВМ.
Центральный процессор
32-разрядный центральный процессор (ЦП) предназначен для выполнения команд, располагающихся в основной памяти, координирования работы всех узлов ЭВМ, обработки прерываний.
Структурная схема ЦП представлена в приложении 2.
Работа ЦП основана на принципе микропрограммного управления.
Структурно ЦП состоит из двух блоков:
операционный блок (ОБ);
микропрограммное устройство управления.
Состав ОБ:
Микропроцессорный модуль, состоящий из 2-х микропроцессорных секций IDT49C402. Модуль имеет встроенный набор регистров. Сдвиговые операции осуществляются с помощью блока логики сдвигов.
Блок логики сдвигов. Предназначен для поддержки сдвиговых операций.
Блок статусного регистра. Имеется возможность считывать и изменять содержимое статусного регистра.
Входной и выходной регистры данных RG_AD_IN32 иRG_AD_OUT32. Адреса вычисляет арифметический сопроцессор.
Параллельный умножитель Am29C323. Предназначенный для аппаратной поддержки операций умножения одинарной и многократной точности.
Состав МУУ:
Регистр команд RG_COM32. Предназначен для приёма и хранения машинной команды.
Преобразователь начального адреса ПНА. Предназначен для формирования начального адреса микроалгоритма, соответствующего коду операции.
Секвенсер микрокоманд Am29C331-2. Предназначен для управления последовательностью микрокоманд.
Микропрограммная память МПП. МПП хранит все микроалгоритмы, необходимые для управления работой ЦП.
Регистр микрокоманд RGMK. Предназначен для хранения микрокоманды в течение микроцикла.
МУУ выполнено по схеме двухступенчатого конвейера. Выборка следующей микрокоманды и выполнение операции в ОБ выполняются параллельно.
В состав ЦП входит кэш команд COM_CACHEдля увеличения производительности. Кэш команд рассмотрен в п. 3.2.
В состав ЦП входит арбитр системной шины BUSARB. Арбитр шины совместно с арбитрами других ведущих устройств и схемой приоритетного арбитража осуществляет синхронизацию доступа к системной шине. Назначение выводов арбитра системной шины представлено в табл. 3.1.1.
-
Табл. 3.1.1. Выводы арбитра системной шины
Обозначение
Тип вывода
Функциональное назначение
REQ#
Вход
Запрос шины устройством
LOCK#
Вход
Запрет освобождения системной шины
BPRN#
Вход
Приоритетное разрешение доступа к шине
BUSY#
Вход/выход
Занятость шины
CBRQ#
Вход/выход
Общий запрос шины
BREQ#
Выход
Сигнал запроса шины
AEN#
Выход
Разрешение доступа к системной шине для устройства