Московский Государственный Технический Университет имени Н.Э. Баумана.

УТВЕРЖДАЮ

"___"__________2006 г.

_____________________

(Виноградов В.И.)

"Курсовая работа по курсу Архитектуры ЭВМ"

Пояснительная записка

(тип документа)

38

(номер варианта)

Бумага формата А4

(вид носителя)

54

(количество листов)

ИСПОЛНИТЕЛЬ:

" _ " 2006 г.

_____________________

Москва – 2006

Оглавление

1. Постановка задачи 3

1. Разработка микропрограмм операций, выполняемых 4
   вычислительным устройством

   1. Кодирование выполняемых ВУ операций 4

   2. Микропрограмма подключения и отключения ВУ 4
      от общей шины

   3. Микропрограмма операции "Умножение" 6

   4. Микропрограмма операции "Сложение " 7

   5. Микропрограмма операции "Вычитание модулей" 9

   6. Микропрограмма операции "Вычитание модулей обратное" 10

   7. Микропрограмма операции " " 11

   8. Микропрограмма операции " " 12

   9. Микропрограмма операции " " 13

1. Разработка обобщенной микропрограммы 14

1. Разработка списка машинных слов, машинных операций 16
   и логических условий, сгруппированных по
   операционным элементам

1. Разработка закодированного графа 24
   обобщенной микропрограммы

1. Синтез и схемы операционных элементов 24

1. Разработка структурной схемы операционного автомата 41

1. Разработка функциональной схемы операционного автомата 42

1. Разработка таблица переходов 43

1. Разработка программируемых логических матриц 45

1. Разработка функциональная схема управляющего автомата 51

1. Разработка спецификации 51

1. Определение количества машинных тактов, необходимых для 52

выполнения каждой операции

1. Расчет максимальной частоты работы 53
   вычислительного устройства

1. Заключение. 53

1. Список литературы, использовавшейся при разработке 54

1. Постановка задачи.

Спроектировать вычислительное устройство для выполнения следующих операций:

• Умножение

• Сложение

• Вычитание модулей

• Вычитание модулей обратное

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

Состав шин интерфейса:

1.Шины прямой передачи данных /входные/ разрядностью 6 бит.

2.Шины обратной передачи данных /выходные/ разрядностью 6 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/.

4.Шина адреса разрядностью 6 бит.

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

Номер вычислительного устройства равен номеру варианта и задается на тумблером регистре внутри устройства. Разрядность тумблерного регистра равна разрядности шины адреса.

Для выполнения микропрограммы необходимо ввести исходные данные из некоторого устройства А, а после окончания вычислений отослать результат вновь в устройство А. Для этой цели в микропрограмме каждой операции должны быть предусмотрены соответствующие микрооперации. В обобщенной микропрограмме необходимо предусмотреть микрооперации для формирования управляющих сигналов ГОТ, ЗАПР, ЗАН, РЕЗ.

Все выполняемые ВУ операции необходимо закодировать трехразрядными двоичными кодами и представить в виде таблицы. Код операции используется как условие в микропрограмме. Структура машинной команды:

• поле кода операции (разряды 0-2)

• поле признака направления сдвига (разряд 3)

• поле константы сдвига ( разряды 4-5)

0 2 3 4 5

КОП

Во всех командах, кроме команд сдвига, используется только поле кода операции.

Все операнды приходят с входной шины в прямом коде и должны быть выданы на выходную шину также в прямом коде. Разрядность входных и выходных шин совпадает с разрядностью слова данных. Разрядность шины адреса- 6 бит.

Разрядность слова данных – 6 бит. Разряды нумеруются справа налево, начиная с нулевого. Данные могут быть целыми двоичными со знаком и логическими. При записи целых двоичных чисел знак содержится в самом старшем по номеру разряде, а в более младших разрядах содержится само двоичное число (младшие разряды - справа).

Знак "минус" кодируется единицей, "плюс" – нулем. В логических данных во всех разрядах слова записываются логические значения.

Необходимо разработать функциональную схему операционной части ВУ. Используемый тип микросхем – К155. Функциональная схема так же должна быть разработана для управляющей части вычислительного устройства.

1. Разработка микропрограмм операций выполняемых вычислительным устройством.

Микропрограммы операций разрабатываются в соответствии с постановкой задачи, при этом для каждой операции, сначала, разрабатывается реализующая ее микропрограмма.

1. Кодирование выполняемых ВУ операций

Закодируем все операции, выполняемые вычислительным устройством /ВУ/ трехразрядными двоичными кодами. Результат представлен в Таблице № 1.

Таблица № 1. Закодированные операции, выполняемые ВУ.

Операция	Код операции (в регистре Е)			Логическое условие
	Е(2)	Е(1)	Е(0)	В1	В2	В3	В4	В5	В6	В7
Сдвиг логический	0	0	1	1	0	0	0	0	0	0
Вычитание	0	1	0	0	1	0	0	0	0	0
Вычитание модулей	0	1	1	0	0	1	0	0	0	0
	1	0	0	0	0	0	1	0	0	0
	1	0	1	0	0	0	0	1	0	0
	1	1	0	0	0	0	0	0	1	0
	1	1	1	0	0	0	0	0	0	1

По каждому коду операции только одно из логических условий В1-В7 примет значение 1. Каждое логическое условие управляет запуском определенной микропрограммы операции. Поэтому по коду операции будет выполнена соответствующая микрооперация.

1. Микропрограммы подключения и отключения ВУ от общей шины.

ВУ работает с интерфейсом "ОБЩАЯ ШИНА" следующим образом:

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, снимает сигнал готовности ГОТ и запускает 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.

Микропрограмма подключения постоянно опрашивает шины адреса и шину управления ПРГОТ. При совпадении адреса на тумблерном регистре (38) 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 ПРГОТ  <ЗАН>  (ША=N), где N – значение, выставленное на тумблерном регистре.

После этого вычисляются значения 7 логических условий: