Системная шина

Основным узлом ЭВМ является центральный процессор, который управляет всеми устройствами, входящими в ЭВМ.

Также сюда входят контроллеры различных устройств, блок синхронизации, контроллер прерываний, таймер, ОЗУ, ПЗУ и т.д.

2.1.Описание центрального процессорного устройства.

Мною была выбрана разрядность ЭВМ равная 32 бита. Причинами выбора послужило то, что 32 разрядные системы обеспечивают большее быстродействие, нежели 16 разрядные, а так же задание упрощается тем, что в курсе дисциплины « схемотехника » мы разработали ядро микро ЭВМ с разрядностью 32 бита.

В функции ЦП входят: выполнение команд, хранящихся в ОП, и координирование работы всех узлов ЭВМ.

ЦПУ является основным блоком ЭВМ и состоит из:

- ОБ (операционный блок), в нём происходит обработка данных.

- МУУ (микропрограммное устройства управления) определяет порядок обработки команд в ОБ и осуществляет управление всеми узлами ядра ЭВМ.

ОБ:

ОБ выполняет логические, арифметические и сдвиговые операции с данными заданной разрядности 32 бита. В состав ОБ входит: АЛУ, файл регистров, блок логики сдвигов, статусный регистр для хранения слова состояния регистров. Для взаимодействия с шинами АВ и DBиспользуются буферные регистры(регистр входных данных, регистр выходных данных и адресный регистр).

Для непосредственной реализации ПЦ в качестве АЛУ используется Am29332, в качестве регистрового файлаAm29334.

Аm29332 состоит из приоритетного шифратора и группового 64-разрядного сдвигателя, который позволяет за 1 такт выполнять все виды сдвигов на любое число разрядов, вследствие чего не нужно реализовывать логику сдвигов отдельно. Эти устройства позволяют выполнять арифметические операции над числами с плавающей точкой.

АЛУ данной БИС выполняет также операции двоично-десятичной арифметики. В структуру Am29332 включен блок Q-регистра. Это позволяет поддерживать выполнение: операции умножения 32-разрядных чисел и деления.

МУУ:

Работа ЦП основана на принципе микропрограммного управления.

Устройство управления реализует управления ходом вычислительного процесса, обеспечивая автоматическое выполнение команд программы. Процесс выполнения программы в ВМ представляет собой последовательность машинных циклов.

Этапы цикла

1. Выборка команды из памяти

2. Формирование адреса следующей команды

3. Формирование исполнительного адреса операндов

4. Выборка операндов

5. Исполнение операции

Код операции из регистра команд поступает на ПНА. Преобразованный адрес с ПНА идет на секвенсор. Секвенсор выбирает источник адреса и выдает его на вход МПП. На выходах последней появляется микрокоманда и фиксируется в регистре микрокоманд. В момент, когда микрокоманда начинает выполняться, секвенсор формирует адрес следующей микрокоманды.

На границе инструкций контроллер прерываний при активном INTвыдает инструкцию вызова прерываний. Далее все штатным образом: выполняется микропроцедура обработки прерывания, которая сохраняет словосостояние процессора, активируетINTA, получат вектор процессора, выполняет обработчик.

Для непосредственной реализации ПЦ в качестве секвенсора используется Am29331.

Рис1 Структурная схема центрального процессора.

2.2.Система прерываний.

Прерывания представляют собой средство изменения последовательности выполнения команд и операций в ответ на внешние асинхронно происходящие события (запросы на прерывание).

Система прерываний выполняет ряд функций:

• организация вхождения в прерывающую программу;

• организация приоритетного выбора между запросами,

поступающими одновременно;

• организация возврата в прерванную программу.

Реализация прерываний оказывает значительное воздействие на производительность и гибкость системы.

Использование микросхемы КМ1804ВН1 позволяет реализовать схему векторного приоритетного прерывания с возможностью наращивания до 16 аппаратных прерываний. По другому такая схема носит название структуры системы прерываний с несколькими линиями запроса или радиальной структуры. В этой структуре предусмотрена своя линия запроса для каждого устройства. Структура с несколькими линиями запроса позволяет уменьшить время ответа, так как в ней устройство, пославшее запрос на прерывание, может быть сразу же идентифицировано. Но т.к. в данной работе прерывания обрабатываются на макро уровне данная система не обладает минимальным временем ответа. Это объясняется тем, что прерывания обрабатываются только после завершения текущей команды.

Запрос на

прерывание

вектор

Рис. Система прерываний.

Прерывания на макро уровне требуют меньше аппаратных затрат и меньшее количество запоминаемой информации, необходимой для возврата в прерванную программу.

Сигналы прерываний поступающие на входы устройства управления прерываниями, преобразуются в вектор (в простейшем случае это простая шифрация). Полученный вектор поступает в ЦП.

При поступлении запроса на прерывание от периферийного устройства контроллер формирует вектор прерывания и посылает запрос на прерывание в ЦП.

В дальнейшем происходит анализ вектора прерывания (его части), в результате чего если выясняется, что данное прерывание должно обрабатываться на микро уровне – в секвенсор подается запрос на прерывание и происходит дальнейшая его обработка.

Если же выясняется, что прерывание должно обрабатываться на макро уровне – в секвенсор запрос на прерывание не подается. Обработка прерывания произойдет после завершения выполнения текущей команды процессором.