СОДЕРЖАНИЕ

Исходные данные Техническое задание 1. Алгоритм работы процессора 1.1 Выбор и обоснование алгоритма 1.2 Техническое описание алгоритма 2. Структурная электрическая схема центральной части ЭВМ 2.1 Выбор и обоснования структурной электрической схемы центральной части ЭВМ 2.2 Техническое описание структурной электрической схемы центральной части ЭВМ 3. Функциональная электрическая схема процессора 3.1 Выбор и обоснование функциональной электрической схемы процессора 3.2 Техническое описание функциональной электрической схемы - операционная часть 3.3 Техническое описание функциональной электрической схемы - управляющая часть 4. Принципиальная электрическая схема РОН и ИАЛУ 4.1 Выбор и обоснование элементной базы 4.2 Используемые цифровые микросхемы и их параметры 4.3 Техническое описание принципиальной электрической схемы РОН 4.4 Техническое описание принципиальной электрической схемы ИАЛУ 5. Расчетная часть 5.1 Проверочный нагрузочный расчет для блока 5.1.1 Проверочный нагрузочный расчет для РОН 5.1.2 Проверочный нагрузочный расчет для ИАЛУ 5.2 Расчет потребляемой мощности блока 5.2.1 Расчет потребляемой мощности РОН 5.2.2 Расчет потребляемой мощности ИАЛУ 5.3 Расчет надежности для блока 5.3.1 Расчет надежности для РОН 5.3.2 Расчет надежности для ИАЛУ Заключение Литература

2 3 5 5 5 9 9 9 11 11 11 12 20 20 22 29 30 32 32 32 32 33 33 33 33 33 33 35 36

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Операции:

- сложение;

- вычитание;

• умножение;

• И;

• ИЛИ;

• сложение по модулю два;

• запись;

• загрузка;

• УП по флагу;

• БПВ;

• ОСТАНОВ.

Режимы адресации:

- прямая;

• Регистровая;

• относительная с базированием и индексированием;

• стековая.

1.1.1Адресность команд – 2

1.1.1.1Форма представления числа – фиксирования точка

Разрядность чисел – 32

Объем ОЗУ – 16 Мбайта

Количество РОН – 8

Ширина выборки из ОЗУ – 2 байта

Тип АЛУ – многофункциональное

Критерий проектирования – максимальное быстродействие

Устройство управления – УУ и УА АЛУ с программируемой логикой с регулярной адресацией

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

1. Основание для проведения работ

Выполнение курсового проекта по ТиП ЭВМ в соответствии с учебным планом.

2. Наименование разрабатываемого изделия

Процессор для ограниченного набора команд.

3. Заказчик и исполнитель

3.1 Заказчик: Кафедра ВТ МГИРЭА (ТУ)

3.2 Исполнитель: Студенты гр. ВСС-2-93

Терехов Дмитрий Александрович

Терехова Ольга Николаевна

4. Технические требования

4.1 Форматы команд

Для выполнения заданных в курсовом проекте операций используются следующие форматы команд:

КОП

R1

Rb

Rx

Д

^{0 4 5 7 8 10 11 13 14 31}

Формат RX – совмещение регистрового и относительного с базированием и индексированием режимов адресации

1.2КОП

R1

Adr

^{0 4 5 7 8 31}

Формат RS – использование прямого и регистрового режимов адресации

1.3КОП

1.4Adr

^{0 4 5 28}

S – прямой режим адресации

КОП

1. ⁴

Безадресная команда – использование только кода операции, необходима для операции ОСТАНОВ

1разряд КОП – указывает выполняется операция в АЛУ или вне его.

1 разряд=0 действия выполняются в АЛУ.

1 разряд=1 действия выполняются вне АЛУ.

2 разряд КОП – указывает на режимы адресации.

Если операция выполняется в АЛУ

2 разряд=0 использование RX при сложении, вычитании и умножении.

2 разряд=1 использование RS при логических операциях.

Если операции выполняются вне АЛУ

2 разряд=0 формат RS при записи и загрузке.

2 разряд=1 формат S при переходах.

3 и 4 разряды указывают на конкретный тип операции.

4.2 Система счисления

Используются числа с фиксированной точкой в дополнительной коде

1.5ЗН

1.6ПОЛЕ ЧИСЛА

^{0 1 31}

При выполнении арифметических операций используется модифицированный дополнительный код.

При выполнении логических операций используются числа без знака

ПОЛЕ ЧИСЛА

1. ³¹

4.3 Система команд и правила их выполнения

1.7Операция	Формат	КОП	1.8Описание
1.9Сложение	RX	00000	R1 (R1 ) + ОЗУ[Aисп] Аисп = (Rb)+(Rx)+D
Вычитание	RX	00001	R1 (R1 ) +  ОЗУ[Aисп] Аисп = (Rb)+(Rx)+D
Умножение	RX	00010	R1 (R1 )  ОЗУ[Aисп] Аисп = (Rb)+(Rx)+D
И	RS	00100	R1 (R1 )  ОЗУ [Adr]
ИЛИ	RS	00101	R1 (R1 )  ОЗУ [Adr]
	RS	00110	R1 (R1 )  ОЗУ [Adr]
Запись	RS	01000	ОЗУ [Adr] (R1 )
Загрузка	RS	01001	R1 ОЗУ [Adr]
БПВ	S	01100	СТЕК  (СК) (СК) адрес перехода
УП по флагу	S	01101	(СК) адрес перехода
ОСТАНОВ		10000	Останов системы

4.4 Тип АЛУ – многофункциональное.

4.5 Ширина выборки из ОЗУ – 2 байта.

4.6 Емкость ОЗУ – 16 Мбайта

4.7 Используются 2 управляющих автомата – для АЛУ и для общего управления с программируемой логикой и с регулярной адресацией.

4.8 Критерий проектирования – максимальное быстродействие.

4.9 Требования к элементной базе – максимальная функциональная полнота.

Использование технологии ТТЛШ.

5. Требования к надежностным характеристикам

t _{наработки на отказ} 1500ч.

1. АЛГОРИТМ РАБОТЫ ПРОЦЕССОРА

1. Выбор и обоснование алгоритма

Для удобства проектирования вычислительного устройства необходимо разработать алгоритм. Вычислительный процесс разбивается на шаги, каждый шаг изображается в виде блока, а весь вычислительный процесс в виде последовательности блоков. Исходя из заданного критерия проектирования выберем алгоритм работы процессора, при котором должно обеспечиваться максимальное быстродействие, следует отметить, что графическое изображение алгоритма должно точно и четко отображать вычислительный процесс, являясь наглядным способом документирования процесса описания решения задания с помощью процессора. Таким образом, при выполнении арифметических или логических операций, а также при использовании индексного АЛУ данные в регистры будут заноситься одновременно, это обеспечивается за счет наличия двух портов при обращении и при считывании из РОН. За счет такого фактора значительно повышается быстродействие работы процессора. Отметим также, так как при проектировании используются два управляющих автомата, то функционирование процессора будет приведено на двух схемах алгоритма- разделение для логических и арифметических операций выполняемых АЛУ и для остального функционирования

1. Техническое описание алгоритма

При начале функционирования процессора производится установка в нулевое состояние счетчика стека – дно стека, установка счетчика команд в начальное состояние равное 16₁₀, т.е. первая команда будет выбрана из ОЗУ по адресу 16₁₀. На регистр адреса ОЗУ засылается значение адреса СТК и по данному адресу выбирается и пересылается команда в старшие 16 разрядов RGbuf, инкремент СТК (операторная вершина F12). После увеличения счетчика команд идет проверка на максимальное значение, при максимуме выставляется флажок и происходит переход на ОСТАНОВ. Далее производится довыборка команды в младшие разряды аналогичным путем. Команда пересылается в RGK, происходит дешифрация команды и производится формирование исполнительного адреса.

Команды формата RX.

Для формата RX проверяются на нуль поля R_b и R_x, в случае равенства нулю на RGadr пересылается значение поля D (операторная вершина X15) и А2_исп будет сформирован.

В случае R_b =0, то на RG2IALU засылается операнд из РОН, адрес которого указан по полю R_x в RGK (операторная вершина АB18), производится сложение данного регистра и смещения D. При наличии переполнения выставляется флажок и процессор переходит в режим ОСТАНОВ, иначе получаем А2_исп в RGadr.

В случае R_x =0, то на RG1IALU засылается операнд из РОН, адрес которого указан по полю R_b в RGK (операторная вершина Y17), производится сложение данного регистра и смещения D. При наличии переполнения выставляется флажок и процессор переходит в режим ОСТАНОВ, иначе получаем А2_исп в RGadr.

В случае R_b0 и R_x0, то на RG1IALU заносится значение РОН, адрес которого берется из поля R_b, а на RG2IALU заносится значение РОН, адрес которого берется по полю R_x (операторная вершина M17). В RGadr суммируются содержимое регистров (операторная вершина M18) и при отсутствии переполнения происходит сложение полученной суммы со значением поля D, таким образом, получаем А2_исп.

После формирования исполнительного адреса, данные для выполнения операций выдаются на шины, а затем заносятся в соответствующие регистры АЛУ (операторная вершина АE45), далее происходит дешифрация кода операции 3 и 4 бита для определения конкретного типа операции.

Операнды представлены в дополнительном коде.

Сложение.

Выполняется сложение содержимого регистров АЛУ с записью результата в RGres. При наличии переполнения выставляется соответствующий флажок в RGf и процессор переходи в режим ОСТАНОВ. При отсутствии переполнения выставляется флажок, говорящий о положительном или отрицательном значении данных, а также проверяется условие на нулевой результат (операторная вершина E19) с выставлением соответствующего флажка. После этого результат выдается на шину и затем заносится в соответствующий РОН (операторная вершина D22).

Вычитание.

Операция вычитание заменяется операцией сложения, однако, второе слагаемое инвертируется, а на сумматор подается входной перенос (операторная вершина K11). Так как операция сводится к сложению, дальнейшие действия повторяются в порядке указанном выше начиная с проверки на переполнение.

Умножение.

При умножении счетчик циклов устанавливается в значение равное 31₁₀ и в нуль устанавливается RGres (операторная вершина AA8). Младший разряд RG1ALU - множитель проверяется на равенство единице. При равенстве суммируется значение– множимое со значением регистра результата. Далее, а также и при равенстве нулю младшего разряда множителя происходит сдвиг вправо на один разряд RG1ALU и RGres (операторная вершина Y14). Затем проверяется значение счетчика циклов на равенство нулю, при отсутствии нуля повторяется цикл с операторной вершины AA11. При установке счетчика циклов в нулевое состояние проверяется условие на положительное или отрицательное значение множителя, если множитель отрицательное число, то произведение чисел дополнительного кода получается прибавлением поправки к произведению дополнительных кодов сомножителей (поправка – проинвертируемое множимое и подача на сумматор входного переноса). После выполнения умножения результат необходимо округлить (операторная вершина Y21), к значению результата прибавляется ранее сдвинутый младший 32 разряд.