Разработка прототипа ядра микроЭВМ

Министерство образования и науки РФ

Новосибирский Государственный Технический Университет

Кафедра ВТ

Курсовая работа

по дисциплине «Схемотехника»

на тему:

«Разработка прототипа ядра микроЭВМ»

Выполнил: Трегубов И.Г.                Преподаватель: Михашов А.И.

Группа: АМ-509

Новосибирск 2008

Содержание

1.     Цели разработки. 3

2.     Исходные данные. 3

2.1       Общие исходные данные. 3

2.2       Индивидуальные исходные данные. 3

3.     Формат команды и данных. 4

3.1       Формат машинных команд. 4

3.1.1        Команда типа регистр-регистр. 4

3.1.2        Команда типа регистр память. 4

3.1.3        Регистр - индексируемая память. 5

3.1.4        Регистр – память – непосредственные данные. 5

3.2       Формат данных. 5

4.     Разработка операционного блока. 6

4.1       Компоновка структуры операционного блока. 6

4.2       Расчет минимальной длительности операционного блока. 8

5.     Формат статусного регистра и логики сдвигов. 8

5.1       Статусный регистр. 8

5.2       Сдвиговые операции. 9

6.     Разработка микропрограммного устройства управления (МУУ) 10

6.1       Компоновка МУУ.. 10

6.2       Принцип работы.. 10

6.3       Назначение выводов секвенсера микрокоманд. 11

6.4       Расчет минимальной длительности цикла МУУ. 12

7.     Разработка основной памяти. 12

7.1       Компоновка основной памяти. 12

7.2       Карта памяти. 12

7.3       Расчет длительности цикла основной памяти. 13

7.4       Функциональная схема модуля памяти. 14

8.     Расчет длительности цикла ядра микроЭВМ... 15

9.     Блок начальной установки 15

10.       Формат микрокоманды.. 16

11.       Выводы.. 18

12.       Список литературы.. 19

Приложение 1. 20

Приложение 2. 21

1.  Цели разработки

Цель данной работы состоит в освоении элементов методологии проектирования аппаратных средств вычислительной техники, в приобретении практического опыта разработки функциональных устройств и узлов, выполнения схемотехнических расчетов и оформления схемной документации;

А также целями являются наиболее существенные желаемые характеристики прототипа ядра микроЭВМ:

·  высокое быстродействие (производительность);

·  простота и надежность схемных решений.

Под надежностью понимаются отсутствие в схемах критических временных соотношений, рисков сбоя и гонок сигналов, использование унифицированных способов обмена между устройствами и т.п.

2.  Исходные данные

2.1   Общие исходные данные.

Прототип ядра микроЭВМ должен соответствовать следующим требованиям к его характеристикам и параметрам:

§  Система команд гипотетическая. Формат команд: одно-, двухадресные и безадресные. Допускается детализация структуры ядра только для одно- и двухадресного форматов команд;

§  Количество програмно-доступных регистров общего назначения не менее 8;

§  Формат представления данных в процессоре – с фиксированной точкой целочисленный в дополнительном коде и с разрядностью слова, определяемой индивидуальными исходными данными;

§  Минимальный доступный элемент данных памяти, непосредственно адресуемый процессором, - слово;

§  Разрядность адреса памяти равна разрядности данных;

§  Структура магистрали – трехшинная;

Процессор должен быть оснащен схемными средствами поддержки начальной установки.

2.2   Индивидуальные исходные данные.

Индивидуальные исходные данные определяют требования к составу, разрядности и элементной базе процессора, параметры микропрограммного устройства управления, а также к функциональному составу и ёмкости основной памяти.

Состав, элементная база и разрядность операционного блока:

-  Процессорный модуль IDT49C402A

-  Схемы обслуживания LMU217KMB65

-  Разрядность  16 бит

Микропрограммное устройство управления

-  Секвенсер микрокоманд AM29C331

-  Микропрограммная память 16 Кслов

Функциональный состав и емкость основной памяти:

-  SRAM   4 Кбайт

-  EPROM   16 Кбайт

-  Разрядность  16 бит

3.  Формат команды и данных

Команда состоит из одного или двух 16-тиразрядных слов и должна размещаться в основной памяти с соблюдением целочисленных границ слов.

В 16-ти разрядной команде в поле команды, занимающей крайний левый байт, находится код операции. За этим полем следует два 4-хразрядных поля, определяющих адреса используемых в команде РЗУ. Формат 16-тиразрядной команды приведен на рисунке 1.

 

    15                                  8 7                                       4 3                                0    

Рис.1 Формат 16-тиразрядной команды.

В 32-хразрядной команде (из двух слов) первое слово полностью соответствует 16-тиразрядной команде. Второе слово представляет собой 16-тиразрядную величину (d), которая является либо смещением адреса ячейки памяти, либо непосредственно адресом ячейки памяти, либо непосредственные данные. Формат 32-хразрядной команды приведен на рисунке 2.