МУ по курсовой (Курсовой проект (готовый) вариант 14)

13

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени Государственный Технический Университет имени Н.Э.Баумана.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к курсовой работе по дисциплине

“Архитектура ЭВМ”

Разработал:

к.т.н.,доцент Виноградов В.И.

Москва - 2003

ЗАДАЧА 1

1.Спроектировать вычислительное устройство для выполнения заданного множества операций /см. таблицы 1 и 2/.

Вычислительное устройство должно состоять из операционной части и блока управления и подключаться к интерфейсу.

2.Cостав шин интерфейса:

1.Шины прямой передачи данных /входные/ разрядностью n бит.

2.Шины обратной передачи данных /выходные/ разрядностью n бит.

3.Управляющие шины:

- проверка готовности устройства /ПРГОТ/,

- сигнал занятости устройства /ЗАН/,

- код операции /КОП/,

- передача данных по входным шинам /ДАННЫЕ/,

- передача результата по выходным шинам /РЕЗ/,

- запрос на передачу данных /ЗАПР/,

- подтверждение приема результата /ПРРЕЗ/,

- готовность устройства /ГОТ/,

- сигнал прерывания при делении на нуль /ПР/.

3.Алгоритм работы интерфейса.

Проектируемое вычислительное устройство /ВУ/ посредством интерфейса “ОБЩАЯ ШИНА” должно взаимодействовать с другими устройствами /см.рисунок 1/.

Пусть инициатором работы вычислительного устройства является устройство А.

В этом случае устройство А выставляет на шинах адреса ША номер требуемого ВУ /номер проектируемого устройства совпадает с номером варианта задания/. И одновременно на шинах управления выдается сигнал ПРГОТ /проверка готовности ВУ/. ВУ, адрес которого совпадает с адресом на шинах ША, при условии, что оно свободно, выдает сигнал ГОТ. По этому сигналу устройство А выдает на входные шины код операции, которая должна быть выполнена в ВУ и одновременно на шины управления - сигнал КОП.

По сигналу КОП вычислительное устройство принимает с входных шин код операции, формирует сигнал занятости ЗАН и запускет микропрограмму соответствующей операции. Адрес ВУ должен присутствовать на шинах адреса ША до окончания выполнения операции. После окончания выполнения операции ВУ снимает сигнал занятости ЗАН. После этого устройство А снимает адрес с шины ША, освобождая интерфейс для работы с другими устройствами. После того, как устройство А инициировало работу ВУ, вычислительное устройство занято - оно выполняет соответствующую операцию по микропрограмме. Для выполнения микропрограммы необходимо ввести исходные данные из устройства А, а после окончания вычислений отослать результат вновь в устройство А. Для этой цели в микропрограмме каждой операции должны быть предусмотрены соответствующие микрооперации.

По каждой паре сигналов ЗАПР-ДАННЫЕ передается слово разрядностью n бит.

Для передачи слова разрядностью к*n бит или к слов по n бит требуется к пар сигналов ЗАПР-ДАННЫЕ.

Вывод данных из ВУ в устройство А производится по сигналу РЕЗ /результат/. ВУ выдает на шины управления ШУ сигнал РЕЗ и одновременно выставляет данные /результат/ на выходную шину ШВЫХ. Устройство А принимает данные и подтверждает прием результата сигналом ПРРЕЗ.

Для передачи из ВУ в устройство А к*n бит информации необходимо к пар сигналов РЕЗ-ПРРЕЗ.

4.Порядок проектирования вычислительного устройства.

1.В соответствии с вариантом задания разработать обобщенную микропрограмму. В микропрограмме должны быть предусмотрены микрооперации для формирования сигналов: ГОТ, ЗАПР, ЗАН, РЕЗ. Код операции и данные для работы микропрограммы должны приниматься с входной шины ШВХ, адрес ВУ - с шины адреса ША.

Результат выполнения операции должен выдаваться на выходную шину ШВЫХ.

Управляющие сигналы ПРГОТ, КОП, ДАННЫЕ и ПРРЕЗ, формируемые в устройстве А, должны использоваться в микропрограмме в качестве условий.

Код операции используется в микропрограмме в качестве условий для выполнения заданной операции.

2.В соответствии с полученной обобщенной микропрограммой разработать функциональную схему операционной части ВУ. Элементная база ВУ указана в задании.

3.Разработать функциональную схему управляющей части вычислительного устройства.

4.Определить количество машинных тактов необходимых для выполнения каждой операции.

5.Оформление курсовой работы.

Функциональные схемы и микропрограмма должны быть оформлены на миллиметровой бумаге в соответствии с требованиями ЕСКД и ЕСПД /ГОСТ 2.708-81, ГОСТ 2.743-81, ГОСТ 19.002-80 и ГОСТ 19.003-80/.

Формат листов 12.

При оформлении курсовой работы необходимо представить все необходимые расчеты и выкладки.

Методические указания по выполнению курсовой работы.

1. При выполнении задачи 1 исходные данные содержатся в таблицах 1и2.

В таблице 2 для каждого варианта задания даны:

- перечень операций /расшифровка их дана в таблице 1/, которые должны быть реализованы в проектируемом вычислительном устройстве /ВУ/;

- код, в котором должны быть представлены данные при передаче по входным и выходным шинам интерфейса /П - прямой код, Д - дополнительный/;

- тип микросхем, на которых должно быть выполнено устройство.

2. Машинное слово используется для передачи данных и команд. Разряды слова нумеруются слева направо, начиная с нулевого. Разрядность входных и выходных шин данных равна разрядности слова. Разрядность шин адреса - 6 бит.

3. Данные могут быть целыми двоичными со знаком и логическими. При записи целых двоичных чисел знак содержится в нулевом разряде, а в остальных разрядах - само двоичное число /младшие разряды - справа/.

0 1 n-1

Знак “минус” кодируют единицей, “плюс” - нулем. В логических данных во всех разрядах слова записывают логические значения.

При логическом сдвиге сдвигаются все разряды слова. Освобождающиеся при сдвиге разряды всегда заполняются нулями.

При циклическом сдвиге в сдвиге участвуют все разряды слова, причем выдвигаемые разряды записываются в освобождающиеся разряды слова.

Сдвиг слова обычно производится в сдвиговых регистрах с помощью микроопераций сдвига. Каждая микрооперация сдвига производит сдвиг на один разряд. Для сдвига на К разрядов необходимо выполнить К микроопераций сдвига. При этом подсчет количества сдвигов выполняет счетчик сдвигов. В исходном сотоянии на счетчик заносится константа сдвигов, затем после каждого сдвига содержимое счетчика должно уменьшится на 1

Как только содержимое счетчика станет равно 0, операция сдвига будет завершена.

Разрядность счетчика сдвигов определяется максимальным числом сдвигов при выполнении операции сдвига /зависит от разрядности слова и типа операции сдвига /.

По команде “сдвиг” с входных шин данных считывается одно слово, сдвигается на требуемое число разрядов и результат выдается на выходные шины данных.

При выполнении операции “сдвиг” результат получается в том же коде, что и исходный операнд /прямой код или дополнительный /.

4. Команда выдается на входные шины данных по управляющему сигналу КОП. Структура команды:

- поле кода операции /разряды 0 - 2/;

- поле признака направления сдвига /разряд 3/;

- поле константы сдвига /указывает на сколько рядов производить сдвиг операнда, разряды 4 - 7/.

Во всех операциях, кроме операций сдвига, в команде используется только поле кода операции.

В задаче необходимо закодировать выполняемые операции трехразрядными двоичными кодами и представить в виде таблицы.

5. Выполнение операции сдвига /группа С/. Формат команды:

0 2 3 4 7 8 n-1

ЛЕВ = 1 - сдвиг влево

ЛЕВ = 0 - сдвиг вправо

В курсовой работе используется три типа операций сдвига:

- сдвиг арифметический,

- сдвиг логический,

- сдвиг циклический.

При арифметическом сдвиге знак не сдвигается, сдвигаются только числовые разряды. При сдвиге вправо освобождающиеся разряды заполняются содержимым знакового разряда, а при сдвиге влево - нулями.

6. Выполнение операций сложения и вычитания /группа А/.

При команде сложения или вычитания с входных шин адреса последовательно считываются два операнда. В операциях типа “сложение” - это первое и второе слагаемые /А и В/, а в операциях “вычитания” - уменьшаемое /А/ и вычитаемое /В/ соответственно.

Операнды поступают в прямом /П/ или дополнительном /Д/ кодах /см. таблицу 2/.

Выполнение микрооперации сложения или вычитания удобно выполнять с помощью микросхемы ALU.

Микросхема ALU предназначена для выполнения операций сложения-вычитания над операндами, представленными в дополнительном коде, результат также получается в дополнительном коде.

Если операнды представлены в прямом коде, их надо либо сначала преобразовать в дополнительный код /с помощью той же микросхемы ALU/, а потом выполнить необходимую операцию, либо выполнять операцию сложения-вычитания над модулями операндов, а знак результата формировать с учетом знаков операндов. В обоих случаях следует отрицательный результат микрооперации сложения-вычитания на выходе ALU преобразовать сначала в прямой код /тоже с помощью микросхемы ALU/.

7. Выполнение логических операций /группа Л/.

В задании использованы логические операции, выполняемые с помощью микросхемы ALU: одна унарная - инверсия и восемь бинарных /см. таблицу 1/. Унарная операция выполняется над одним операндом, бинарная - над двумя.

По команде инициируется микропрограмма соответствующей операции.

При этом с входных шин данных принимаются один или два операнда, выполняется соответствующая микрооперация и результат выдается на выходные шины данных.

Логические операции выполняются поразрядно над логическими константами, разрядность которых равна разрядности слова.

8. Выполнение операции умножения /группа У/.

Операция умножения выполняется над целыми двоичными числами со знаком.

Длина каждого операнда /множимого и множителя/ - одно слово.

Длина результата - два слова.

На входные шины данных сначала поступает множимое, а затем - множитель.

На выходные шины данных следует выдавать сначала старшие разряды произведения, а затем младшие.

Для подсчета количества частичных произведений использовать счетчик.

Выполнение микроопераций сложения выполнять с помощью микросхемы ALU.

Алгоритм выполнения операции умножения целых двоичных чисел со знаком над операндами, представленными в прямом и дополнительном кодах приведены в [1].

Код результата, подаваемый на выходную шину данных, должен соответствовать коду операндов. Если один из сомножителей равен 0, то умножение не производится; результату сразу присваивается нуль со знаком плюс.

При умножении операндов в прямом коде в операции умножения участвуют только модули операндов, а знак результатов определяется как сумма по модулю два знаков сомножителей.

При умножении операндов в дополнительном коде можно использовать специальный алгоритм [1], либо сначала перевести операнды в прямой код, умножить как в предыдущем случае, а затем результат вновь преобразовать в дополнительный код.

9.Выполнение операции “деление” /группа Д/.

Деление выполняется над целыми двоичными числами со знаком, представленными в прямом или дополнительном кодах [1].

Делимое состоит из двух слов, сначала на входную шину данных выдается старшая часть делимого, затем - младшая.

Делитель, частное и остаток от деления имеют длину по одному слову.

На выходную шину данных сначала выдается частное, а затем - остаток.

При нулевом делимом частному и остатку сразу присваивается нуль.

При нулевом делителе, деление не производится и вырабатывается сигнал прерывания ПР.

При делении операндов в прямом коде в операции деления участвуют модули операндов, а знак частного определяется сложением по модулю два знаков операндов. Знак остатка должен совпадать со знаком делимого.

При делении операндов в дополнительном коде можно использовать специальный алгоритм [1], либо сначала привести операнды в прямой код, разделить как в предыдущем случае, а затем частное и остаток преобразовать в прямой код.

При выполнении деления подсчет тактов деления производить с помощью счетчика, а микрооперации сложения и вычитания с помощью микросхемы ALU.

10.Обобщенная микропрограмма.

Работой вычислительного устройства управляет обобщенная микропрограмма. Она состоит из микропрограмм подключения /ПОДКЛ/, отключения

/ОТКЛ/ и микропрограмм выполнения заданного множества операций /МП1-МП7/. /рис.2/

Каждому вычислительному устройству присвоен номер, совпадающий с номером варианта /от 1 до 60/. Номер вариантов задается с помощью тумблеров /тумблерный регистр/ внутри устройства.

Разрядность шин адреса и тумблерного регистра - 6 бит /это позволяет закодировать до 64 адресов - от 0 до 63/.

Микропрограмма ПОДКЛ /рис.3а/ постоянно опрашивает шины адреса и шину управления ПРГОТ. При совпадении адреса на тумблерном регистре (N) устройства с адресом на шинах адреса, при условии, что ПРГОТ=1 и устройство свободно /ЗАН=0/ включается обобщенная микропрограмма соответствующего вычислительного устройства. Для этого в микропрограмме ПОДКЛ вычисляется значение логического выражения.