Geum.ru

Информация о готовой работе

Бесплатная студенческая работ № 3773

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 Литература2 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:

КОПR1RbRxД 0 4 5 7 8 10 11 13 14 31 Формат RX - совмещение регистрового и относительного с базированием и индексированием режимов адресации

1.2 КОПR1Adr 0 4 5 7 8 31 Формат RS - использование прямого и регистрового режимов адресации

1.3 КОП1.4 Adr 0 4 5 28 S - прямой режим адресации

КОП 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 1.5 ЗН1.6 ПОЛЕ ЧИСЛА 0 1 31 При выполнении арифметических операций используется модифицированный дополнительный код. При выполнении логических операций используются числа без знака ПОЛЕ ЧИСЛА 31

4.3 Система команд и правила их выполнения

1.7 ОперацияФорматКОП1.8 Описание 1.9 СложениеRX00000R1мм (R1 ) + ОЗУ[Aисп] Аисп = (Rb)+(Rx)+D ВычитаниеRX00001R1мм (R1 ) + ?? ОЗУ[Aисп] Аисп = (Rb)+(Rx)+D УмножениеRX00010R1мм (R1 ) ?? ОЗУ[Aисп] Аисп = (Rb)+(Rx)+D ИRS00100R1мм (R1 ) ?? ОЗУ [Adr] ИЛИRS00101R1мм (R1 ) ?? ОЗУ [Adr] ??RS00110R1мм (R1 ) ?? ОЗУ [Adr] ЗаписьRS01000ОЗУ [Adr]мм (R1 ) ЗагрузкаRS01001R1мм ОЗУ [Adr] БПВS01100СТЕК мм (СК) (СК)мм адрес перехода УП по флагуS01101(СК)мм адрес перехода ОСТАНОВ10000Останов 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 1.1Выбор 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

1.2Техническое 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 Rb и Rx, в случае равенства нулю на RGadr пересылается значение поля D (операторная вершина X15) и А2исп будет сформирован. В случае Rb =0, то на RG2IALU засылается операнд из РОН, адрес которого указан по полю Rx 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 А2исп в RGadr. В случае Rx =0, то на RG1IALU засылается операнд из РОН, адрес которого указан по полю Rb 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 А2исп в RGadr. В случае Rb??0 и Rx??0, то на RG1IALU заносится значение РОН, адрес которого берется из поля Rb, а на RG2IALU заносится значение РОН, адрес которого берется по полю Rx (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 А2исп. 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.

Команды формата RS.

Логические операции. RGadr загружается содержимым поля RGK(8:31), адрес передается на регистр адреса ОЗУ, по которому на буферный регистр заносятся данные, сначала старшие, а затем младшие разряды. В RG1ALU заносятся данные из буфера, а на RG2ALU заносятся данные из РОН (РОН выбирается по полю R1),операнды из буфера и из РОН выдаются на шины ШД0 и ШД1, а затем уже непосредственно в регистры индексного АЛУ - операторная вершина АР18. Далее дешифрация 3 и 4 бита кода операции. После дешифрации выполняются логические операции И (операторная вершина T4), ИЛИ (операторная вершина Z4) и сложение по модулю два (операторная вершина AG4). Каждая операция при завершении проверяется на равенство результата нулевому значению, затем содержимое RGres переносится в соответствующий РОН через шину данных.

Запись. По данной команде производится запись из РОН, адрес которого указан в поле R1, в ОЗУ[Adr]. В СТadr заносится адрес ячейки памяти. В регистр буфера из РОН пересылается операнд, затем из СТadr содержимое пересылается в регистр адреса ОЗУ, а в регистр слова ОЗУ пересылаются старшие 16 разрядов (вершина M37), СТadr увеличивается на единицу, проверяется на максимальное значение. При отсутствии максимума в ОЗУ передаются младшие 16 разрядов (M46). При полном заполнении СТadr, выставляется флажок о переполнении и переход на ОСТАНОВ.

Загрузка. Загрузка операнда производится из ячейки ОЗУ по адресу, занесенному в регистр адреса ОЗУ из CTadr (вершина Т37) в один из РОН. Загрузка производится через буферный регистр (вершина Т40) сначала старших, а затем младших разрядов. Из буфера 32 разрядный операнд передается в РОН, адрес которого указан по полю R1 (операторная вершина Т51).

Команды формата S.

Условный переход по флагу. Анализируется флаг Z, характеризующий нулевое значение результата, флаг вырабатывается в АЛУ. При наличии этого флажка в СТК заносится адрес перехода (вершина В34), взятый по полю Adr из RGK. В противном случае переход на начало.

Безусловный переход с возвратом. Для выполнения данной команды используется стек, находящийся в ОЗУ. Указателем стека является СТST. При получении КОП данной команды СТК заносится в буферный регистр (вершина F33). Содержимое СТST заносится в регистр адреса ОЗУ, а старшие разряды RGbuf заносятся в регистр слова ОЗУ (вершина F36). СТST увеличивается на единицу, проверяется на переполнение и при отсутствии его происходит повтор, начиная с заноса содержимого СТST в регистр адреса ОЗУ (операторная вершина F46). СТST увеличивается на единицу, проверяется на переполнение, при отсутствии переполнения в счетчик команд заносится адрес перехода, взятый из RGK по полю Adr [5:28].

Останов. При проверке 0-го разряда КОП и равенстве его единице выставляется в единичное состояние триггер END (вершина C26) и процессор заканчивает обработку программ. 2. СТРУКТУРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ЭВМ 2.1 Выбор и обоснование структурной электрической схемы

Для построения схем других типов, а также для общего ознакомления с изделием необходима структурная электрическая схема. Определяется основной состав центральной части ЭВМ. Особенностями разработки процессора: будут использованы регистры общего назначения с доступом по двум портам (один порт только на чтение), используются два устройства управления с программируемой логикой (общее УУ и местный управляющий автомат для АЛУ). Центральная часть (ОЗУ + ЦП) также содержит АЛУ, ИАЛУ, RGK, CTK, CTST, RGbuf.

2.2 Техническое описание структурной электрической схемы

В состав центральной части ЭВМ, представленной на структурной схеме входят следующие компоненты: Арифметико-логическое устройство состоит из двух регистров для приема и фиксации исходных операндов RG1ALU и RG2ALU, причем RG2ALU имеет кроме прямых выводов также инверсные выходы, сумматора для выполнения арифметических операций, регистра результата RGALURES. RG1ALU и RG2ALU являются сдвиговыми. Содержатся логические элементы для выполнения операций И, ИЛИ, исключающее ИЛИ. CTsycl служит для счета циклов при операции умножения. В состав АЛУ также входят комбинационные схемы, формирующие флаги о переполнении, о знаке и о нулевом результате. RGALURES имеет 32 разрядом триггер, предназначенный для округления результата при умножении. АЛУ содержит собственный управляющий автомат с программируемой логикой с регулярной адресацией содержащий, предназначенный для формирования необходимой последовательности управляющих сигналов для функциональных узлов АЛУ и осведомительных сигналов для общего управляющего устройства. RON - регистры общего назначения. Предназначены для хранения данных, модификаторов, необходимых для вычисления исполнительного адреса для обращения к ОЗУ. УУ - устройство управления с программируемой логикой с регулярной адресацией. Формирует последовательности управляющих сигналов для всех функциональных узлов процессора и осведомительных сигналов чтения и записи для ОЗУ. СТК - счетчик адреса команды предназначен для вычисления продвинутого адреса команды. Имеет 22 разряда. RGK - регистр команд предназначен для хранения выполняемой команды. На своем выходе имеет комбинационные схемы для проверки недопустимости 0-го РОН в качестве места хранения модификаторов для вычисления исполнительных адресов. RGbuf - буферный регистр для приема с 16-разрядной ШД, накопления и выдачи на 32-разрядную ШД0 и выдачи на ШД1 обратного действия. СТST - указатель стека. Индексное АЛУ предназначено для вычисления исполнительного адреса. Включает два регистра RG1IALU и RG2IALU для приема и фиксации модификаторов из РОН. Сумматор складывает содержимое регистров и прибавляет к ним смещение поступающее сразу из RGK. Результат записывается в регистр адреса. CTadr предназначен для принятия, хранения, передачи и при необходимости работы в счетном режиме, адресов на ША, рассчитанных а самом ИАЛУ, принятых из RGK. Внутри процессора имеются внутренние шины данных ШД0 и ШД1. Они предназначены для одновременной выдачи в ИАЛУ и в АЛУ данных - работа с двухпортовый РОН. Это значительно повышает быстродействие, что обеспечивает требуемый критерий проектирования. 3. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОЦЕССОРА 3.1 Выбор и обоснование функциональной электрической схемы

Функциональная схема поясняет процессы, происходящие в проектируемом процессоре. На данной схеме показаны функциональные узлы, участвующие в процессе, и связи между этими узлами. Функциональная схема строится на основе структурной электрической схемы, и дает возможность для дальнейшего построения принципиальной электрической схемы как отдельного блока, так и устройства в целом. В виду того, что необходимо максимальное быстродействие используется двухпортовый РОН, в связи с этим внутри процессора имеются две шины данных ШД0 и ШД1, причем ШД1 работает только на чтение. Так как ширина выборки из ОЗУ равна 16 бит, а ширина внутренней шины данных 32 разрядная, необходимо использовать буферный регистр. Для управления в схеме используются два управляющих устройства, общее УУ и местный УА для АЛУ. Для выполнения арифметических и логических операций служит АЛУ, для вычисления адреса предназначено индексное АЛУ. Для вычисления продвинутого адреса служит CTK, а для работы со стеком CTST. Взаимодействие функциональных блоков между собой рассмотрим в техническом описании функциональной электрической схемы.

3.2 Техническое описание функциональной электрической схемы - операционная часть

При поступлении данных на ШД RGbuf записывает и накапливает 32 разряда и выдает на ШД0, Эта команда поступает на RGK, КОП отсылается у УУ и на основании этого начинается работа с определенным блоком. DMX0 пропускает данные на ШД0 или на ШД1. MUX1 и DC предназначены для выбора одного из РОН. MUX11 и MUX12 нужны для выдачи на одну из шин данных содержимого одного из РОН. При работе со стеком включается в работу CTST, который после инициализации увеличивается на единицу и показывает свободную ячейку памяти. Адрес из него поступает на ША, так как он 4-х разрядный, то старшие разряды всегда нули. MUX3 пропускает на СТК начальный адрес равный 1610 или адрес взятый из поля RGK[5:28]. СТК выдает данные на ША и при необходимости на ШД0 через DMX1. В RG1IALU и RG2IALU данные поступают с двух шин одновременно, с ШД0 и ШД1, выдаются через соответствующие мультиплексоры на SMIALU. MUX4 пропускает данные на SMIALU с RG1IALU, с CTadr и из поля RGK[14:31]. MUX5 пропускает данные с RG2IALU и из поля RGK[14:31]. MUX6 принимает данные от сумматора IALU, из поля RGK[14:31] и адреса от RGK. DMX2 выдает данные от CTadr и выдает на ША или обратно на SMIALU, для продолжения операции вычисления исполнительного адреса. RG1ALU и RG2ALU принимают операнды с двух шин одновременно, с ШД0 и ШД1. MUX7 и MUX8 передают операнды на SMALU, причем MUX7 пропускает прямое или инверсное значение RG2ALU, а MUX8 пропускает операнд из RG1ALU или с RGres при умножении. MUX9 предназначен для управления переносами, идущими в SMALU. При отсутствии переноса, пропускается нуль, единица пропускается при коррекции умножения и при округлении пропускается значение, установленное в триггере Т. MUX10 необходим для пропуска на RGres данных из сумматора при выполнении арифметических операций или данных из логик при выполнении логических операций И, ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. RGres и RG1ALU являются сдвиговыми регистрами, необходимо при выполнении умножения, причем для сохранения знака в RG1ALU при сдвиге вправо нулевой разряд переписывается обратно на свое место, а при сдвиге RGres для сохранения знака, нулевой разряд переписывается из RG2ALU. DMX3 выдает данные из АЛУ на ШД0 или обратно в АЛУ, для выполнения дальнейших операций. Логические элементы, стоящие на выходе RGres и на выходе SMALU отвечают за формирование флагов, характеризующих результат арифметических и логических операций. Логические элементы, стоящие на выходе RGK отвечают за формирование флагов, характеризующих 0-й РОН при вычислении исполнительного адреса.

3.3 Техническое описание функциональной электрической схемы - управляющая часть

Оба устройства управления выполнены по схеме с регулярной адресацией. В этой схеме при разветвлении процесса, один адрес на единицу больше, чем текущий, второй адрес - произвольный. Элементом "вычисляющим" адрес, является счетчик СТ1 и СТ2, управляемый сигналом, являющимся входным для УУ. В зависимости от значения входного сигнала счетчик либо прибавляет единицу к значению, которое хранилось в счетчике и являлось текущим адресом, либо загружается значением адреса из управляющей памяти. Элемент по модулю 2 позволяет инвертировать значение входного сигнала, что облегчает распределение микроинструкций. MUX2 и MUX13 предназначены для пропускания одного из осведомительных сигналов. ROM1 и ROM2 - ПЗУ, на которые подаются адреса для выбора одного из управляющих сигналов

SYHeS' S - является адресом для ПЗУ и определяет, какой из управляющих сигналов будет выбран S' - содержит адрес перехода микропрограммы Y - состоит из сигналов управления работой процессора е - управляет работой исключающего ИЛИ Н -подается на мультиплексор УУ, позволяет пропустить либо один из битов набора опознавательных сигналов, либо нулевой сигнал. Наличие этого сигнала позволяет осуществлять безусловные переходы

Управляющие сигналы для УУ у1.1 - запись в RGbuf y1.2 - Выдача из RGbuf y1.3 - направление y1.4 - выбор ст/мл разрядов y1.5 - RESET y1.6 - Запись в RGK y1.7 - START ALU y1.8 - +1 CTST y1.9 - управление MUX1 y1.10 - управление DMX0 y1.11 - управление MUX3 y1.12 - запись в CTK y1.13 - +1 CTK y1.14 - управление DMX1 y1.15 - запись порт0 y1.16 - чтение порт0 y1.17 - чтение порт1 y1.18 - запись в RG1IALU y1.18' - запись в RG12ALU y1.19 - управление y1.20 - MUX4 y1.21 - управление MUX5 y1.22 - управление y1.23 - MUX6 y1.24 - запись в CTadr y1.25 - +1 CTadr y1.26 - управлениеDMX2 y1.27 - чтение из ОЗУ y1.28 - запись в ОЗУ y1.29 - запись в триггер ТО0 y1.30 - запись в триггер ТО1 y1.31 - запись в триггер ТО2 y1.32 - запись в триггер ТО3

Осведомительные сигналы для УУ x1.1 - START x1.2 - XRAM x1.3 - RAM x1.4 - CTK (224) КОП x1.10 - CTST (15) x1.11 - CTadr (224) x1.12 - проверка на нулевые РОН базового и индексного регистра x1.13 - проверка на нуль РОН базового регистра x1.14 - проверка на нуль РОН индексного регистра x1.15 - переполнение IALU x1.16 - End or Stop ALU x1.17 - Srop ALU x1.18 - TZ

Управляющие сигналы УА y2.1 - RESET y2.2 - запись в RG1ALU и в RG2ALU y2.3 - упраление y2.4 - MUX7 y2.5 - управление MUX8 y2.6 - управление y2.7 - MUX9 y2.8 - управление y2.9 - MUX10 y2.10 - Обнуление и запись в CTcycl y2.11 - Stop ALU y2.12 - управление DMX3 y2.13 - запись в триггер Т, сдвиг RG1ALU и RGres, -1 CTcycl y2.14 - запись в TS y2.15 - запись в TZ y2.16 - запись в ТО y2.17 - запись в RGres y2.18 - End ALU

Осведомительные сигналы для УА x2.1 - 2 разряд КОП x2.2 - 3 разряд КОП x2.3 - 4 разряд КОП x2.4 - переполнение ALU x2.5 - анализ результата на нуль x2.6 - анализ 31 разряда RG1ALU x2.7 - CTcycl (0) x2.8 - анализ 0 разряда RG1ALU x2.9 - Start ALU Для анализа управляющих автоматов приведен алгоритм в закодированном виде.

3.3.1 Таблица прошивки памяти для y1y2y3y4y5y6y7y8y9y10y11y12y13y14y15y16y17y18 m11 m21 m301000101 m410001011 m5111 m6001 m7001 m81 m9011000011 m101 m11101010011 m12001100011 m131 m1411 m151 m161 m171 m180 m191

y1y2y3y4y5y6y7y8y9y10y11y12y13y14y15y16y17y18y18'y19y20y21y22y23y24y25y26y27y28y29 y30 y31 y32 y33 m1111 m211 m31111 m4 1 m511 m61101 m71110 m8 1 m9 1 m10 m1110010 m121011 m131 m14 1 m151001 m161 m1701 m18 1 m19001 m20100 m2110101 m221 m231 m2410001 m2501 m261111 m271 m2801 m29110 m3011001 m31001 m3201 m331111 m341 m3501 m36110 m3701 m381111 m39011011 m40 1 m41 1 m421000111 m43111 m44010011 m4511 m46001011 m47101 m48 1 m49 1 m5001 m511111 m521 m5301 m54110 m5511011 m561

4. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА РОН и ИАЛУ 4.1 Выбор и обоснование элементной базы

Выбор элементной базы производится исходя из задания на разработку, то есть исходя из основного назначения и критерия на проектирование. Для конкретного выбора элементной базы необходимо рассмотреть несколько различных серий. Наиболее широкое распространение в современной аппаратуре получили серии микросхем ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ и схемы на КМОП-структурах. Опыт показал, что эти цифровые микросхемы отличаются лучшими электрическими параметрами, удобны в применении, имеют более высокий уровень интеграции и обладают большим функциональным разнообразием. На основании вышесказанного составим сравнительную таблицу некоторых электрических параметров этих серий. Таблица 4.1

Наименование параметраТТЛТТЛШЭСЛКМОП Потребляемая мощность, мВт 5-40 1-19 25-700,0025 на 1 МГц Задержка распространения сигнала при включении, нс 9-70 5-20 1,3-2,9 3,5-45 Задержка распространения сигнала при выключении, нс 9-70 4,5-20 1,3-2,9 3,5-45 Диапазон рабочих температур, С-60... +125-60... +125-10... +75-40... +125 Напряжение питания, В510%510%-5,25%1010% Выходное напряжение низкого уровня, В 0,4 0,4-0,5-0,81... -1,02 0,3-2,9 Выходное напряжение высокого уровня, В 2,4 2,5-1,62... -1,85 7,2-8,2 Нагрузочная способность1010-301050 Частота переключения триггеров, МГц До35 до130 до300 До125 Помехоустойчивость, В0,40,3-0,40,12-0,151,5 Работа переключения (Р*t), nДж 30-100 4-57 30-50 0,008-0,1 Входной ток низкого уровня, мА -0,1...-2 -0,1...-2 0,25-3 -5*10-5 Входной ток высокого уровня, мА 0,02-0,04 0,02-0,05 0,5мкА 0,05мкА

Проанализировав таблицу и сопоставив данные заданием , можно сказать, что для курсового проекта отдадим предпочтение более быстродействующим сериям ТТЛШ и ЭСЛ, КМОП. Недостатком ЭСЛ является их повышенная потребляемая мощность. Отметим также, что цифровые микросхемы ТТЛШ остаются основой построения вычислительных устройств, а также эта серия отличается наибольшим диапазоном выбора микросхем. Широкое применение получили микросхемы, в которых используются диоды и транзисторы с эффектом Шотки. Использование диодов Шотки позволило уменьшить потребляемую мощность и время задержек. К достоинствам ТТЛ микросхем можно отнести высокий уровень схемно-технологической отработанности, и, как следствие, высокий процент выхода годных микросхем. Также микросхем ТТЛШ отличает широкий функциональный набор элементов. Рассмотрим сравнительные характеристики для микросхем типа ТТЛШ для более детального их изучения. Таблица 4.2

Наименование параметров533, 555530, 53115331531 Входной ток низкого уровня, мА-0,42-0,2-0,6 Входной ток высокого уровня, мА0,020,050,020,02 Выходное напряжение низкого уровня, В0,40,50,40,5 Выходное напряжение высокого уровня, В2,52,52,52,5 Выходной ток низкого уровня, мА420420 Выходной ток высокого уровня, мА-0,4-1-0,4-1 Нагрузочная способность10 101030 Задержка распространения сигнала при включении, нс20542,7 Задержка распространения сигнала при выключении, нс204,542,7 Помехоустойчивость, В0,30,30,40,3 Частота переключения триггеров, МГц257530100 Uпит max, B5,5666 Uвх max, B5,55,55,55,5 Uвх min, B-0,4-0,4-0,4-0,4 Напряжение питания, В510%510%510%510% Потребляемая мощность, мВт3,81914 Температура, С -60Е+125 (1533,530,М530,1531) -10Е+70 (К555,КП531,КР1533,КР1531)

Анализируя таблицу ТТЛШ серий, скажем, что для проектирования узлов взяты наиболее быстродействующие микросхемы КР531 и 1531, а также маломощные, серии 533 и 1533. 4.2 Используемые цифровые микросхемы и их параметры

4.2.1 1533ИР34 - два четырехразрядных буферных регистра с третьем Z - состоянием. Каждый из регистров имеет четыре входа и четыре выхода, вход сброса R и выход разрешения вывода ЕО. Когда на вход разрешения записи РЕ подано напряжение высокого уровня, то данные со входов D проходят на выход Q, если на выводе действует низкий уровень напряжения, а на входе - высокий. Таблица состояний ВходыВыход РЕDQ 1ххxZ 00хх0 01111 01100 010xQ0

24 - питание 12 - общий Технические параметры: Рпот =150мВт t1.0зд.р. не более 22 нс t0.1зд.р. не более 15 нс

4.2.2 КР531ИД14 - два дешифратора-демультиплексора. Имеется два адресных входа А0 и А1. Если дешифратор работает в режиме демультиплексора, то вход разрешения ЕО принимает данные. Таблица состояний ВходыВыходы А0А1 0000 1001 0100 1101 0010 1011 0110 1111

16 - питание 8 - общий Технические параметры: Рпот =450мВт t1.0зд.р. не более 12 нс t0.1зд.р. не более 15 нс

4.2.3 533ИМ6 - четырехразрядный полный двоичный сумматор с ускоренным переносом. Сумматор принимает два четырехразрядных слова по входам А0ЕА3 и В0ЕВ3, а по входу Сn сигнал входного переноса. Сумма разрядов входных слов появляется на выходах S0ЕS1. На выходе Сn+1 выделяется сигнал выходного переноса. В состав сумматора входит схема ускоренного переноса. 16 - питание 8 - общий Технические параметры: Рпот =170мВт t1.0зд.р. не более 24 нс t0.1зд.р. не более 24 нс 4.2.4 КР531КП11 - четыре одинаковых двухвходовых мультиплексора MSaЕMSd, имеют вход - разрешение выходным данным. Каждый из четырех мультиплексоров имеет по два входа данных I1 и I2. Для их выбора служит вход адреса данных. Таблица состояний ВходыВыход SI1I2Y 1xxxZ 000x0 001х1 01x00 01x11

16 - питание 8 - общий Технические параметры: Рпот =400мВт t1.0зд.р. не более 22 нс t0.1зд.р. не более 15 нс

4.2.5 КР531КП2 - двойной четырехвходовый мультиплексор, имеющий общие адресные входы выбора S0 и S1. Имеются два входа разрешения и для каждого мультиплексора с активным низким уровнем напряжения.

Таблица состояний ВходыВыход S0S1I1I2I3I4Y хх1хххх0 0000ххх0 0000ххх1 100х0хх0 100х1хх1 010хх0х0 010хх1х1 110ххх00 110ххх11

16 - питание 8 - общий Технические параметры: Рпот =350мВт t1.0зд.р. не более 30 нс t0.1зд.р. не более 31 нс

4.2.6 1533ИЕ7 - четырехразрядный реверсивный счетчик с предварительной записью. Установка счетчика в нулевое состояние осуществляется подачей на вход сброса R высокого уровня напряжения. Вход разрешения параллельной загрузки . Тактовые входы: для счета на увеличение CU и на уменьшение CD. Таблица состояний РежимВходыВыходы RCUCDD0D1D3D4Q1Q2Q3Q4 Сброс1хх0хххх000010 1хх1хххх000011 Парал. загрузка00х00000000010 00х10000000011 000х