Разработка процессорного модуля
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
лнения предусмотренных действий. Процессорный модуль будет логически разбит на две подсистемы - ОА и УА, которые будут проектироваться как независимые устройства.
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПЕРАЦИОННОГО АВТОМАТА
.1 Общие вопросы функционирования операционных атоматов
Функции ОА сводятся к вводу-выводу и хранению слов информации, выполнению микроопераций и вычислению логических условий. Чтобы реализовать эти действия, необходим набор элементов, достаточный для построения структур с заданными функциями. Такой набор элементов называется структурным базисом ОА.
Основными операционными элементами, используемыми в ОА, являются:
управляемые шины, обеспечивающие передачу информации;
регистры;
комбинационные схемы, используемые для выполнения преобразований и формирования логических условий.
В общем виде структура ОА представлена на рисунке 2.1, где Ф - комбинационные схемы, выполняющие преобразование, S - память, ? - комбинационные схемы, формирующие осведомительные сигналы.
Рисунок 2.1 - Общая структура ОА
.2 Структурная организация М-автоматов
Согласно задания, ОА для проектируемого процессорного модуля должен быть типа М. М-автоматом называется такой ОА, который синтезируется на основе принципа обобщения комбинационных схем, используемых для выполнения всех микроопераций. М-автомат имеет наименьшие аппаратные затраты, однако недостатком М-автомата является то, что он не может выполнять больше одной микрооперации преобразования за один такт работы. Следовательно, производительность М-автомата невысока.
Принцип обобщения комбинационных схем обуславливает структуру автомата, представленную на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 - Обобщенная структура ОА типа М
В такой структуре микрооперации, связанной с преобразованием
p: Sk: =
?m (Si,Sj), ставится в соответствие следующий набор операторов:i: A1:=Si;i: A2:=Sj;
?m: z:= ?m (A1,A2);k: Sk: =z;p= {ai, bi, ?m, dk}.
2.3 Проектирование М-автомата
Разработка структуры М-автомата подразумевает выполнение следующих этапов:
. Для автомата выберем регистры, которые будут хранить результаты микроопераций:(7 :0), B(7 : 0), C(15 : 0), CnT(3 :0), COP.
. Распределим регистры по двум шинам А1 и А2:= {C}, A1(15 : 0);= {A, B}, A2(7 : 0).
. Определим микрооперации, выполняемые М-автоматом:
Таблица 2.1 - Операции для М-автомата
YМикрооперацияaiA1biA2?mZdkРезультатy1A (7 : 0) : = D1(7 : 0)--------y2B (7 : 0) : = D2(7 : 0)--------y3C (15 : 0) : = 0--------y4CnT (2 : 0) : = 81 0--------y5C (15 : 0) : = L1 (C (14 : 0). 0)a1C--?1Z := L1 (A1(14 : 0). 0)d1C := Zy6C (15 : 0) : = C (15 : 0)+A (7 : 0)a1Cb1A?2Z := A1 (15 : 0)+ A2 (7 : 0)d1C := Zy7B (7 : 0) : = L1 (B (6: 0). 0)--b2B?3Z := L1 (A2 (6: 0). 0)d2B := Zy8CnT : = CnT-1--------y9CnT (0) : = 1--------y10C (7 : 0) : = C (7 : 0) + A (7 : 4)a1Cb1A?4Z := A1 (7 : 0)+ A2 (7 : 4)d1C := Zy11C (7 : 0) : = L1 (C (6 : 0). 0)a1C--?5Z := L1 (A1 (6 : 0). 0)d1C := Zy12A (7 : 0) : = L1 (A (6 : 0). 0)--b1A?6Z := L1 (A2 (6 : 0). 0)d3A := Zy13B (7 : 0) : = C (7 : 0)--------y14C (7 : 0) : = C (7 : 0) + B (7: 0)a1Cb2B?7Z := A1 (7 : 0) + A2 (7: 0)d1C := Zy15R (15 : 0) : = C (15 : 0)--------y16COP : = D3--------
. Выделим классы эквивалентных микроопераций и найдем для них обобщенные микрооператоры:
. Построим схему М-автомата уровня регистровых передач:
Рисунок 2.3 - Схема М-автомата уровня регистровых передач
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УПРАВЛЯЮЩЕГО АВТОМАТА
.1 Общие вопросы функционирования устройств управления с программируемой логикой (Р-автоматы)
Под УУ понимается совокупность блоков и узлов процессора, обеспечивающих координирование работы всех устройств ЭВМ и управление ими для всех принятых режимов. УУ, реализуя программы, организовывают все необходимые действия по приёму, оценке и преобразованию исходной информации iелью получения и выдачи необходимых результатов. Таким образом, УУ может считаться преобразователем первично-командной информации, представленной командами системы, во вторично-командную информацию, представленную формируемыми УУ исполнительными адресами, кодами и управляющими сигналами, воздействие которых на соответствующие узлы и блоки приводит к выполнению заданных операций.
Управляющий автомат может быть построен на основе принципа программного управления, использующего операционно-адресную структуру управляющих слов. Управляющее слово определяет порядок функционирования устройства в течение одного такта и называется микрокомандой. Совокупность микрокоманд образует массив МК[0тАжP], отдельные микрокоманды в котором выделяются посредством адреса, равного номеру 0, 1, тАж Р элемента массива МК. Микрокоманда содержит информацию о микрооперациях, которые должны выполняться в данном такте работы устройства, и информацию об адресе следующей микрокоманды. Также в микрокоманде должны быть указаны логические условия, значение которых влияет на выбор адреса следующей микрокоманды.
Согласно задания, необходимо спроектировать Р-автомат с принудительной адресацией и сокращенным форматом микрокоманды. В таком случае, для формирования адреса следующей микрокоманды отводится единственное поле B. Если поле Х = 0, то значение B, безусловно, определяет адрес следующей микрокоманды. Если Х 0, то адрес следующей микрокоманды равен (В+хХ), где хХ - значение логического условия с номером Х. В результате этого реализуется условный переход: если хХ = 0, то к микрокоманде с номером В, если хХ = 1, то к микрокоманде с адресом (В+1). Указанный порядок формирования адресов реализуется схемой на рисунке 3.1. Исполнительный адрес Вi+1=Вi+ хХ формируется сумматором.
Рисунок 3.1 - Структурная схема УА с принудительной адресацией и сокращенным фор