Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана

Утверждаю:
Виноградов В.И.	_____________________
	"__"____________2003 г.

Курсовая работа по курсу Архитектура ЭВМ

пояснительная записка

(наименование документа)

52

(№ варианта)

49

(количество листов)

Исполнитель:
студентка группы ИУ5-52	_____________________
Уразова А.Е.	"__"____________2001 г.

Москва - 2003

1. Техническое задание.

Спроектировать вычислительное устройство для выполнения заданного множества операций (см. табл. 1). Вычислительное устройство должно состоять из операционной части и блока управления и подключаться к интерфейсу.

Состав шин интерфейса:

1. Шины прямой передачи данных /входные/ разрядностью 8 бит.

2. Шины обратной передачи данных /выходные/ разрядностью 8 бит.

3. Шины адреса разрядностью 6 бит.

4. 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/.

Таблица №1. Закодированный вариант задания.

Вариант	Выполняемые операции							Разрядность операндов	Код	Серия микросхем
52	У	А3	А5	Л2	Л4	Л6	Л8	8	П	K500

Расшифровка варианта задания:

У – умножение;

А3 – вычитание обратное;

А5 – вычитание модулей обратное;

Л2 –АВ;

Л4 – ;

Л6 – В;

Л8 – В;

Разрядность слова данных – 8 бит.

Данные передаются в прямом коде.

Используемый тип микросхем - К500.

1. Разработка микропрограмм машинных операций.

1.2.Кодирование выполняемых ВУ операций.

Закодируем все операции, выполняемые вычислительным устройством /ВУ/ трехразрядными двоичными кодами. Результат представлен в Таблице № 2.

Таблица № 2. 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
Умножение	0	0	1	1	0	0	0	0	0	0
Вычитание обратное	0	1	0	0	1	0	0	0	0	0
Вычитание модулей обратное	0	1	1	0	0	1	0	0	0	0
АВ	1	0	0	0	0	0	1	0	0	0
	1	0	1	0	0	0	0	1	0	0
В	1	1	0	0	0	0	0	0	1	0
В	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.

1.3.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 (N=52). 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 (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 ПРГОТ  <ЗАН>  (ША=N), где N – значение, выставленное на тумблерном регистре.

После этого вычисляются значения 7 логических условий:

где E(0:2) – поле кода операции в команде. По каждому коду операции только одно из логических условий В1-В7 примет значение единица.

Каждое логическое условие В1-В7 управляет запуском определенной микропрограммы операции. Поэтому по коду будет выполнена соответствующая операция вычислительного устройства.

Для отключения ВУ от интерфейса используется микропрограмма отключения, которая снимает сигнал занятости устройства /ЗАН=0/. По этому сигналу устройство А снимает адрес с шины адреса, освобождая интерфейс для работы с другими устройствами.

На рисунке 1 приведен алгоритм микропрограмм подключения и отключения ВУ от общей шины.

Рис. 1. Алгоритм микропрограмм подключения и отключения ВУ от общей шины.

1.4.Микропрограмма операции «Умножение».

Операция «Умножение» выполняется над целыми двоичными числами со знаком, представленными в прямом коде.

По каждой паре сигналов ЗАПР-ДАННЫЕ передается слово разрядностью 8 бит. ВУ выставляет на шину управления сигнал запроса данных ЗАПР и ждет от устройства А сигнала ДАННЫЕ. По этому сигналу ВУ принимает с входной шины переданные данные и снимает с шины управления сигнал ЗАПР.

Множимое (A) и множитель (B) имеют длину по одному слову, произведение – два слова (В – старшие разряды, С – младшие).

По первой паре сигналов ЗАПР-ДАННЫЕ с входной шины принимается множимое (А), а по второй паре сигналов ЗАПР-ДАННЫЕ с входной шины принимается множитель (В).

Если множимое или множитель =0, В и С обнуляются и передаются на выходную шину, умножение не производится.

Сохраняем знаки множимого и множителя в триггерах ТзнА и ТзнВ соответственно и обнуляем знаковые разряды А(0) и В(0).

Если старший разряд множителя (В(7)) «1», прибавляем к С множимого А (действие 1) и сдвигаем В и С на 1 разряд вправо (действие 2). Повторяем действия 1 и 2 8 раз (делаем цикл при помощи счетчика цикла Сч).

Если изначально знаки множителя и множимого были различны, помещаем в С(0) «1», иначе «0» (функция XOR).

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, после чего ВУ снимает с шины управления сигнал РЕЗ.

Сначала, передаются старшие разряды результата, находящиеся в В, а затем младшие (С).

На рисунке 2 приведен алгоритм микропрограммы операции «Умножения».

Рис. 2. Алгоритм микропрограммы операции «Умножения».

1.5.Микропрограмма операции «Вычитание обратное».

Операция «Вычитание обратное» выполняется над целыми двоичными числами со знаком, представленными в прямом коде.

Уменьшаемое (В) и вычитаемое (А) имеют длину по одному слову.

По первой паре сигналов ЗАПР-ДАННЫЕ с входной шины принимается вычитаемое (А), а по второй паре сигналов ЗАПР-ДАННЫЕ с входной шины принимается уменьшаемое (В).

Операция вычитания происходит в ALU. ALU работает с числами в дополнительном коде, поэтому перед операцией вычитания нужно преобразовать операнды в дополнительный код. Преобразование совершается в зависимости от знака числа – если оно положительное, то в дополнительном коде будет представлено само собой. Если отрицательное, то нужно обнулить знаковый разряд операнда, а затем выполнить преобразование по формуле: +1. После осуществления операции в ALU результат должен быть преобразован в прямой код, если он получился отрицательный.