47602 (Микропроцессор i8086/i8088)

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра информационных систем и измерительных технологий

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по предмету: Системное программирование

Выполнил: студентка 4 курса

специальность 200106

Шифр 604992/с

Проверил:

Москва 2008

содержание

Введение 3

1. Структура микропроцессора i8086 8

2. Разработка программного обеспечения 17

2.1. Основной алгоритм 17

2.2. Отладка и тестирование 19

2.3. Подсчёт контрольного кода четности 23

2.4. Битовое маскирование 24

2.5. Подсчет в массиве байтов с четным количеством бит 26

2.6. Проверка элементов массива на чётность 27

3. Ввод числовых данных 29

4. Алгоритм проверки ввода десятичного числа 31

Приложение 32

Литература 57

Введение

Производство интегральных микросхем на сегодняшний день - фундамент не только индустрии информационных и компьютерных технологий, но и многих смежных отраслей - бытовой электроники, медицины, военной промышленности.

Следует различать два основных направления развития производства микросхем. Первое - разработка архитектуры, включающая в себя выбор тех или иных функций и особенностей будущих схем, микросхемотехнику и компоновку на кристалле функциональных блоков и их элементов. А также - оптимизация готовых блоков с целью упрощения и удешевления их массового производства.

Второе направление – это полупроводниковые технологии производства микросхем. Сюда входят научная разработка и воплощение в «кремний» всё более быстрых и маленьких транзисторов, цепей связи между ними, создание новых материалов и оборудования для этого, а также «manufacturability» - область знаний о том, как производить микросхемы более высокого качества, более быстрые, с меньшим числом дефектов.

На сегодняшний день проще назвать те области, которые пока не зависят от достижений микроэлектроники. Современный человек просто обязан иметь представление о том, что такое микроэлектроника и технология производства микросхем. Вершиной же этой технологии являются микропроцессоры - самые сложные и важные интегральные схемы. [10]

Интегральные микросхемы делают на поверхности монокристаллического кремния путём последовательного создания различных слоёв на тонкой (меньше миллиметра) круглой (диаметром до 30 см) кремниевой пластине, именуемой подложкой. Слои формируются при помощи различных процессов с использованием химических реактивов, газов и света. Более двадцати слоев «витиевато» соединены между собой, дабы сформировать схему микропроцессора с трехмерной структурой. Точное число слоев на подложке (вафле) зависит от дизайн - проекта конкретного процессора.

Процессы формирования различных слоев и рисунков элементов микросхемы на подложке достаточно хитроумны, однако в их основе лежит одна простая идея: поскольку размеры создаваемого рисунка настолько малы, что осаждать материалы в нужных местах просто невозможно, поступают проще - материал осаждают сразу на всю поверхность подложки, а затем его аккуратно удаляют из тех мест, где он не нужен. Для этого служит процесс фотолитографии.

Прежде всего, на подложке создается тонкий (обычно тоньше одного м икрона) и сплошной, без дефектов, слой нужного материала.

Рис.1. «Чистая комната»

Далее на нём проводится фотолитография. Для этого сначала на поверхность пластины наносится тонкий слой светочувствительного материала (фоторезист). Затем пластина с фоторезистом помещается в прецизионную установку, где нужные участки поверхности облучаются ультрафиолетом сквозь прозрачные отверстия в фотомаске (фотошаблоне). Маска содержит соответствующий (наносимый на поверхность) рисунок, который разрабатывается для каждого слоя.

Под действием ультрафиолета облученные участки фоторезиста меняют свои свойства так, что становится возможным их селективно удалить. После снятия фоторезиста остаются открытыми области поверхности пластины, над которыми требуется совершить нужную операцию (убрать слой диэлектрика или металла).

При производстве приходится совершать операции фотолитографии до 20-25 раз - каждый раз над новым слоем.

Кристаллы микросхем должны производиться в условиях контролируемого и чистого воздуха. Поскольку функциональные элементы на микрочипах малы, любая чужеродная частица (пыль, дым, чешуйки кожи), попавшая на пластину на промежуточных стадиях её производства, способна вывести из строя целый кристалл. Чтобы этого не допустить, для производства используются «чистые комнаты», которые классифицируются по размеру и количеству микрочастиц в единице объёма воздуха.

Например, комнаты класса 1, используемые в современном производстве, примерно в тысячу раз чище, чем хирургическая операционная. «Чистая комната» управляет чистотой воздуха путём фильтрации поступающего воздуха, удалением грязи с установок, ламинарным перемещением воздуха от потолка к полу (примерно за шесть секунд), регулировкой влажности и температуры. Люди в «чистых комнатах» ходят в специальных скафандрах, закрывающих, в том числе, весь волосяной покров. Для устранения вибраций чистые комнаты располагаются на собственном виброзащитном фундаменте.

Иногда применяется взрывная фотолитография. Сначала формируется рисунок (вытравливаются окна в фоторезисте или временном слое диэлектрика), затем на поверхность пластины наносится сплошной слой нового материала (металла), и пластина помещается в реактив, удаляющий остатки фоторезиста или временный диэлектрик. В результате удаляемый слой как бы «взрывается» изнутри, унося с собой лежащие на нем куски нанесенного последним металла, а в предварительно «открытых» участках металл остался и сформировал нужный нам функциональный рисунок. [10]

Межсоединения - электрические соединения между транзисторами в микросхемах создаются при помощи нескольких металлических слоев, подобно тому, как на сложных печатных платах (материнских платах, видеокартах, модулях памяти) отдельные микросхемы, транзисторы, резисторы и конденсаторы объединяются в законченные схемы. Только здесь это происходит на микромасштабах. В качестве металла для межсоединений в современных микропроцессорах, изготавливаемых по 130-нм и 90-нм технологиям выступает медь. Новейшие микропроцессоры насчитывают от семи до десяти слоев межсоединений, причём у разных производителей число слоев может разниться: для 0,13-микронного и 90-нм техпроцессов Intel Pentium 4 имеет семь или восемь слоев соответственно, а AMD Athlon 64 - девять слоев.

Д ля уменьшения паразитных связей между слоями металлизации используется уже не традиционный диоксид кремния, а специальный материал (low-k) с более низкой диэлектрической проницаемостью.

Таким образом, на поверхности кремниевой пластины создается сложная трехмерная структура толщиной в несколько микрон, которая, собственно, и является электронной схемой. Сверху схема покрывается толстым (микроны) слоем пассивирующего диэлектрика, защищающего от внешних воздействий. В нём лишь открываются окна для больших, стороной в десятки микрон, квадратных металлических контактных площадок, через которые на схему подаются извне питающие напряжения и электрические сигналы. Снизу основой микросхемы служит кремниевая пластина толщиной в сотни микрон.

После завершения технологических процедур каждый из кристаллов тестируется, а потом пластина разрезается на отдельные кристаллы. Далее каждый чип упаковывается в свой корпус, что позволяет подключать его к другим приборам. Все упакованные чипы тестируются еще раз и отгружаются заказчику.

1. Структура микропроцессора i8086

Микропроцессор i8086/i8088 принадлежит к 16-разрядным процессорам первого поколения. Большая интегральная схема i8086 с геометрическими размерами 5,5x5,5 мм имеет 40 контактов, содержит около 29 000 транзисторов и потребляет 1,7 Вт от источника питания +5 В, тактовая частота составляет 5; 8 или 10 МГц.

Микропроцессор выполняет операции над 8 - и 16-разрядными данными, представленными в двоичном или двоично-десятичном виде, может обрабатывать отдельные биты, а также строки или массивы данных. Он имеет встроенные аппаратные средства умножения и деления.

Микропроцессор имеет внутреннее сверхоперативное запоминающее устройство (СОЗУ) емкостью 14x16 байт. Шина адреса является 20-разрядной, что позволяет непосредственно адресовать 220 = 1 048 576 ячеек памяти (1 Мбайт).

Пространство адресов ввода/вывода составляет 64 Кбайт. В БИС i8086 реализована многоуровневая векторная система прерываний с количеством векторов до 256. Предусмотрена также организация прямого доступа к памяти, по которому микропроцессор прекращает работу и переводит шины адреса, данных и управления в высокоимпедансное состояние.

Среднее время выполнения команды занимает 12 тактов. Особенностью i8086 является возможность частичной реконфигурации аппаратной части для обеспечения работы в двух режимах - минимальном и максимальном. Режимы работы задаются аппаратно. В минимальном режиме, используемом для построения однопроцессорных систем, микропроцессор самостоятельно формирует все сигналы управления внутренним системным интерфейсом. В максимальном режиме, используемом для построения мультипроцессорных систем процессор формирует на линиях состояния двоичный код, который зависит от типа цикла шины. В соответствии с этим кодом системный контроллер К1810ВГ88 формирует сигналы управления шиной. Контакты, которые освободились в результате кодирования информации, используются для управления мультипроцессорным режимом. При использовании арифметического сопроцессора необходимо выбирать максимальный режим.

С труктурная схема микропроцессора i8086. В МП i8086 применена конвейерная архитектура, которая позволяет совмещать во времени циклы исполнения и выборки из памяти кодов последующих команд. Это достигается параллельной работой двух сравнительно независимых устройств - операционного устройства и шинного интерфейса. Структурная схема МП i8086 показана на рис.1.1.

Рис.1.1. Структурная схема микропроцессора i8086.

Операционное устройство выполняет команду, а шинный интерфейс осуществляет взаимодействие с внешней шиной - выставляет адреса, считывает коды команд и операнды, записывает результаты вычислений в память или устройства ввода/вывода. [1,58]

Операционное устройство состоит из РОН, предназначенных для хранения промежуточных результатов вычислений - данных и адресов; АЛУ с буферными регистрами; регистра флагов; схемы управления и синхронизации, которая дешифрует коды команд и генерирует управляющие сигналы для всех блоков схемы МП. Шинный интерфейс состоит из шестибайтной регистровой памяти, которая называется очередью команд, четырех сегментных регистров: CS, DS, ES, SS, указателя команд IP, сумматора, а также вспомогательных регистров связи и буферных схем шин адреса/данных.

Очередь команд работает по принципу FIFO (First Input - First Output, т.е. «первый пришел - первый вышел») и сохраняет на выходе порядок поступления команд. Длина очереди - 6 байт. Если операционное устройство занято выполнением команды, шинный интерфейс самостоятельно инициирует опережающую выборку кодов команд из памяти в очередь команд.

Выборка из памяти очередного командного слова осуществляется тогда, когда в очереди обнаруживаются два свободных байта. Очередь увеличивает быстродействие процессора в случае последовательного выполнения команд. При выборке команд переходов, запросов и возвращений из подпрограмм, обработки запросов прерываний очередь команд сбрасывается, и выборка начинается с нового места программной памяти.

Ещё одной задачей шинного интерфейса является формирование физического 20-разрядного адреса из двух 16-разрядных слов. Первым словом является содержимое одного из сегментных регистров CS, SS, DS, ES, а второе слово зависит от типа адресации операнда или кода команды. Суммирование 16-разрядных слов происходит со смещением на 4 разряда и осуществляется с помощью сумматора, который входит в состав шинного интерфейса.