Разработка специализированного процессора

Министерство образования и науки Российской Федериции

Федеральное государственное бюджетное образовательное   учреждение высшего профессионального образования                                «Московский Авиационный Институт»

Факультет радиоэлектроники ЛА

Кафедра 403

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ

«Цифровые устройства и микропроцессоры»

тема

   «Разработка специализированного процессора»

Варианты 6, 6

Выполнил:

студент группы 4О-303С          

    /подпись/                  /инициалы, фамилия/

Руководитель:

Доцент

                                            

                                                            /подпись/                           /инициалы, фамилия/

Москва 2016

Задание

Даны два 4-разрядных двоичных слова: A и B. Разработать спецпроцессор, который при выполнении условия:

Значения в младшем разряде слова А и i-м разряде В совпадают

Производит обработку слов A и B:

Определить сумму числа единиц в словах А и В

Общие теоретические сведения о микропроцессорах

Микропроцессор – устройство обработки данных, представленных в цифровой форме. Микропроцессоры разделяются на универсальные и специализированные, которые разрабатываются для решения одной конкретной задачи.

Функции микропроцессора:

1.  сбор и обработка поступающих данных;

2.  преобразование данных;

3.  взаимодействие с периферийными устройствами;

4.  отображение информации;

5.  контроль функционирования микропроцессорной системы;

6.  архивация данных;

7.  обмен данных с другими системами.

Обобщённая структурная схема микропроцессора:

x₁ – x_s– сигналы состояний узлов операционного устройства.

y₁ – y_n– сигналы управления операционного устройства.

Операционное устройство обрабатывает данные. Управляющее устройство запускает в нужное время узлы операционного устройства.

Совокупность микроопераций, выполненных в один тактовый период, называется микрокомандой. Микропрограмма – это набор микрокоманд, предназначенных для решения определённой задачи. Из микропрограммы составляется программа микропроцессора. Выполнение каждой микрооперации происходит под действием управляющего сигнала y_i. Если микрокоманда включает n-микроопераций, то устройство управления формирует на каждом такте n-сигналов. Управляющие сигналы y₁ – y_nопределяются состоянием узлов операционного устройства (x₁ – x_s) и внешним сигналом управления.

Построение микропроцессора

 

Принцип схемной логики:

Подбирается набор микросхем, которые соединяют таким образом, чтобы реализовывалось требуемая логика микропроцессора.

Преимущества: наибольшая эффективность структуры и наибольшее быстродействие.

Недостаток: невозможность использования стандартных БИС(большие интегральные схемы), которые рассчитаны для решения больших задач.

Принцип программируемой логики:

Микропроцессор строится на одной или нескольких БИС универсального типа, а их специализация обеспечивается программированием.

В данной курсовой работе микропроцессор разрабатывается на основе схемной логики.

Определение принципа решения задачи и узлов операционного устройства

Для решения поставленной задачи, нам понадобятся схемы регистров для сохранения информации, мультиплексоры для выделения необходимых разрядов на проверку, кодеры для образования адреса канала мультиплексора, различные логические элементы, питание, заземление, лампочки и дисплеи.

Определение необходимых микроопераций, микрокоманд и признаков

Условие	Операция	Команда	Суть команды	Расшифровка
-	Y1	y1	REG_1 ← A	запись слова А в регистр
		y2	REG_2 ← B	запись слова В в регистр
		y3	CD_I ← I	Внесение номера разряда B[i]
x1:	Y2	y4	nA ← число 1 в А	Число единиц в слове А
		y5	nB ← число 1 в В	Число единиц в слове В
		y6	S ← nA  nB	Сумма числа единиц в словах
		y7	REG_S ← S	Запись суммы числа единиц в слове

Y2 выполняется при условии x1: XNOR_1 = 1 (A[0] == B[i])

 

 

Описание используемых микросхем и элементов

1. Сдвиговый регистр – 74194 (4-bitBidirectionalUniv. ShiftReg)

¾  POS – смена напряжения с низкого на высокое (0 на 1)

¾  X – любое значение

Регистр имеет последовательные входы данных SR и SL. Данные на выходах появляются при перепаде с 0 на 1 тактового импульса на входе CLK. Для этого подадим на этот вход сигнал с генератора тактовых импульсов Clock, который вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов, чтобы с каждым тактовым импульсом можно было наблюдать изменение состояния регистров. С заданной частотой генератор выдает уровень логической единицы, а затем нуля.

Вход CLR’ – сброс схемы в ноль.

Для записи параллельного кода устанавливают S1=S0=1. Сигнал S1=0 осуществляет сдвиг влево, а S0=0 осуществляют сдвиг вправо.

Для записи последовательного кода используют один из двух входов: SR или SL (SR – сдвиг кода вправо, SL – сдвиг кода влево). При записи данных через вход SR устанавливают S1=0, S0=1