Завдання на курсовий проект.
У процесі виконання курсового проекту розробляються: 1) формати команд і даних; 2) регістрова модель процесора, включаючи користувацькі і системні регістри; 3) структура висновків кристала; 4) система команд, включаючи семантику їх виконання та встановлення прапорців; 5) узагальнений алгоритм функціонування процесора, включаючи алгоритми виконання основних команд; 6) алгоритми виконання основних операцій на шині (читання, запис, введення, виведення, захоплення шини, переривання), необхідно передбачити пакетний режим обміну між і кеш пам'яттю; 7) внутрішня організація (до структурного рівня), включаючи механізми віртуальної пам'яті, механізми захисту пам'яті і механізми роботи з кеш-пам'яттю.
1.Вступ
Розробляється
процесор призначений для використання
в якості ЦП робочої станції (варіанти
з традиційною архітектурою) або як
вбудованого процесора.
Рисунок 1.1 Загальна структура робочої станції.
Загальна структура робочої станції показана на рисунку 1. До складу станції входять кілька процесорних кристалів, які становлять предмет розробки, ОЗП, системний чіп, контролери зовнішніх пристроїв і відеоадаптер. Є дві шини: швидка системна шина і шина введення-виведення, розділені системним чіпом. Як шина вводу-виводу зазвичай використовується стандартна шина, наприклад PCI. Системний чип (чіпи) містять зовнішню логіку (таймери, RTC, контролери і т.п.).
Узагальнена структура, відповідна гарвардської архітектури, наведена на рисунку 1.2. Вона являє собою ЕОМ з однією платою, призначену для вбудованих пристроїв. На платі розміщуються: ЦП, пам'ять даних, лічильник-таймер, адаптер інтерфейсу. Крім того, на платі можуть розміщуватися допоміжні схеми та інтерфейсні схеми для підключення зовнішніх пристроїв (на рисунку 1.2 ці схеми не показані).
Розроблена плата не має власної дискової пам'яті, дисплея і клавіатур. Передбачається, що розробка і налагодження програмного забезпечення здійснюються на інструментальній машині з використанням крос-систем програмування. Основним завданням даного етапу проектування є уточнення структури і розрядності внутрішньої шини.
Загальна архітектура зовнішніх виводів кристала ЦП та співпроцесора.
При розробці архітектури зовнішніх висновків слід орієнтуватися на використання стандартних корпусів, які мають, відповідно, 40, 68, 132, 144. 168, 172 виводів. У випадку, якщо залишаються "зайві" виводи, вони можуть бути використані для наступних цілей: - Дублювання контактів "Живлення" і "Заземлення"; - Збільшення розрядності шини адреси; - Введення декількох рівнів переривання.
Узагальнена архітектура зовнішніх виводів кристала ЦП показана на рисунку 1(а), а співпроцесора - на рисунку 1(б).
Процесор, зображений на рисунку 1(а), має поєднану шину адреси і даних (AD). Сигнал ALE використовується для фіксації адреси на зовнішньому регістрі-клямці. Пара сигналів HLD і HLDA використовується для реалізації механізму захвату шини. Сигнали INT і
INTA є сигналами запиту та підтвердження переривання. Якщо на корпусі є достатня кількість вільних виводів, то доцільно ввести декілька рівнів запиту на переривання.
Лінії
RD (Читання), WR (Запис), IN (Введення), OUT
(Виведення), BHE (Дозвіл записи старшого
байта) задають на шині операцію, яка
виконується. Лінія FRAME використовується
для організації режиму пакетного обміну
між ОЗП і внутрішніми кешами. Поява
даного сигналу на шині позначає початок
транзакції, а зняття вказує на те, що
наступний цикл передачі даних на шині
є останнім.
Сигнал
WAIT використовується для організації
взаємодії з зовнішнім математичним
співпроцесором.
На контакт WAIT надходить сигнал від співпроцесора про закінчення обчислень. Контакт READY (Готовність) служить для прийому сигналу готовності від повільних зовнішніх пристроїв.
На рисунку 1(б) показаний можливий варіант архітектури зовнішніх виводів співпроцесора. У співпроцесора (рисунок 1(б)) на виводі FPBUSY видається одиничний сигнал, вказуючи на те на те, що співпроцесор зайнятий. По лінії FPINT видається сигнал переривання в разі виникнення помилкової ситуації типу спроби поділу на нуль. Призначення інших висновків таке ж, як і однойменних висновків ЦП.
ЦП і співпроцесор взаємодіють наступним чином. ЦП декодує потік команд, якщо з'являється команда обробки з ПК, то ЦП переписує її на регістр команди співпроцесора, в якості якого може в окремому випадку
виступати порт вводу-виводу, а потім продовжує роботу. При необхідності обчислення пам'яті адреси виконуються в ЦП. Для перевірки доступності ЦП може використовуватися, наприклад, спеціальна команда WAIT.