МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Московский авиационный институт

(Национальный исследовательский университет)

Кафедра № 304 пояснительная записка

к курсовой работе по курсу

«Организация ЭВМ»

Тема: Разработка структуры ЦП

Выполнил:

студент: Клименко А.В.

группы: 03-420

Принял:

Звонарёва Г.А.

____________________________

«_____»__________________________2011г.

Аннотация

Цель курсовой работы состоит в изучении приемов проектирования центрального процессора, организации операционной части ЦП, микропрограммного устройства управления (УУ) и реализации алгоритмов выполнения арифметических операций в АЛУ.

В пояснительной записке приведены алгоритмы четырёх этапов выполнения машинной команды:

1)Выборки команды;

2) Выборки операндов в соответствии с вариантом технического задания;

3) Непосредственного выполнения команды;

4) Записи результатов выполнения команды в память.

Этап дешифрации кода операции в данной задаче не рассматривается, так как предполагается, что все команды осуществляют только операцию умножения над числами с фиксированной точкой.

Помимо этого приведена общая структурная схема ЦП, обеспечивающая наглядность представленной информации.

Оглавление

1. Аннотация……………………………………………………………......2

2. Оглавление……………………………………………………………….3

3. Техническое задание…………………………………………………….4

4. Реализация операционной части…………………………………….….5

5. Реализация устройства управления……………….................................7

6. Описание функционирования центрального процессора на

микропрограммном уровне ….……………………………………........9

7. Структурная схема микропрограммы (без совмещения)…………….13

8. Структурная схема микропрограммы (с совмещением)……………..15

9. Выводы………………………………………………………………….16

10. Расположение микрокоманд в ЗУ устройства управления………….17

11. Структурная схема центрального процессора……………………...18-19

Техническое задание

Разработать структуру ЦП при выполнении двухадресной команды со следующими способами адресации:

первый операнд – косвенная адресация;

второй операнд – регистровая адресация.

Принять следующие указания:

1. УУ микропрограммное горизонтальное;

2. Безусловные связи между УУ и операционной частью;

3. АЛУ работает в прямом коде и выполняет операцию умножения над числами с фиксированной точкой со сдвигом суммы частичных произведений вправо.

Реализация операционной части

Организация операционной части ЦП состоит из двух этапов:

1. Реализация работы с памятью (выборка команд, операндов, запись результатов)

2. Реализация АЛУ (арифметико-логического устройства).

Любому центральному процессору рано или поздно приходится обращаться к памяти компьютера. В ней содержатся непосредственно команды для выполнения, операнды этих самых команд, в память же следует помещать и результат их выполнения.

При реализации работы с памятью важен выбор адресации и адресности команд.

Под адресностью понимается формат команды: 0-адресная,1-адресная, двухадресная, трёхадресная или четырёхадресная. В соответствии с заданием в данной работе используется двухадресный формат команд.

Рис.1

При этом в ЦП используются два управляющих регистра - РК (регистр команд) и СК (счётчик команд) ¹. РК содержит текущую команду, которая в данный момент времени выполняется в процессоре. СК содержит адрес следующей команды. Размерность обоих регистров зависит от ширины выборки при работе с памятью. В данной работе предполагается, что ширина выборки не имеет конкретного значения (некоторое абстрактное n), а длина команды совпадает с шириной выборки. Это означает, что каждая команда переписывается в регистр РК за один цикл обращения к памяти.

Регистр РК имеет следующую структуру (рис.1): старшие биты образуют адресное поле КОП – код операции, который в данной конкретной задаче не используется. Следующие «средние» биты образуют адресное поле первого операнда (А1), а соответственно младшие биты образуют адресное поле второго операнда (А2). В адресных полях А1 и А2 находятся исполнительные адреса соответственно первого и второго операндов. Каждый из них может меняться в зависимости от выбранных способов адресации.

Под адресацией понимается способ формирования исполнительного адреса операндов. Существует множество видов адресации, но в данной работе в соответствии с вариантом задания были выбраны – косвенная (для первого операнда) и регистровая (для второго операнда).

При косвенной адресации в адресном поле операнда хранится адрес ячейки памяти, в которой находится адрес искомого операнда.

При регистровой адресации в адресном поле операнда хранится номер РОНа (регистра общего назначения), в котором находится сам операнд.

Так как по заданию следует реализовать АЛУ для умножения, то возникает вопрос, как записать произведение, большее ширины выборки в 2 раза, в память. Для этой цели был использован счётчик СРС ², который при записи результатов умножения увеличивает адрес, подаваемый на РАП³(регистр адреса памяти) оперативной памяти на ширину выборки.

За реализацию выполнения алгоритма умножения двух чисел отвечает встроенное в ЦП АЛУ⁴. Конструктивно оно состоит из комбинационного сумматора и некоторого числа регистров, необходимых для реализации алгоритма умножения со сдвигом суммы частичных произведений вправо. Данный алгоритм минимизирует аппаратные затраты, что положительно влияет на стоимость процессора.

Комбинационный сумматор является n-разрядным и в свою очередь состоит из n одноразрядных сумматоров, каждый из которых – комбинационная схема, организующая арифметическое сложение двух чисел.

Таблица истинности одноразрядного комбинационного сумматора имеет вид:

a_i и b_i – соответствующие разряды складываемых чисел A и B:

P_i и P_i+1 – значения переноса, выработанные в предыдущем сумматоре и в текущем

S_i – значение суммы, выработанное в текущем сумматоре.

Выбор именно комбинационного сумматора объясняется меньшим количества необходимой аппаратуры, а также удобством дальнейшего управления процессом умножения.