3. Содержание и этапы выполнения курсового проекта

1. Характер работы над курсовым проектом

Курсовое проектирование по дисциплине "Архитектура компьютеров" — вид индивидуальной поисковой и проектной работы, при которой обучаемый должен принимать самостоятельные решения по различным вопросам и аспектам разрабатываемой цифровой системы. Следует подчеркнуть, что за принятые решение, корректность применения тех или иных компонентов в системе, правильность данных несет ответственность студент — автор курсового проекта.

При работе над различными этапами следует использовать как рекомендуемую, так и дополнительную литературу, позволяющую глубже вникнуть в предметную область, для которой разрабатывается система, узнать имеющийся опыт разработки систем подобного назначение. Надо также при необходимости поиска данных об аппаратных и программных модулях широко применять справочную литературу, материалы периодических изданий, другие источники. Наиболее важные сведения из этих источников, использованные для разработки темы, следует кратко отметить в пояснительной записке и дать ссылку на них в списке литературы.

Необходимо отметить, что проектирование цифровой системы вообще и МП-системы в частности носит характер поисковой, творческой работы и предполагает ряд этапов. При этом работа над очередным этапом может вызвать необходимость возвращения к вопросам, рассматриваемым на предыдущих этапах, с целью уточнения или модификации некоторых моментов в принятых решениях. Следовательно, процесс проектирования представляет собой итеративную процедуру, направленную на последовательное снятие неопределенных моментов и поиск приемлемых решений по проекту.

2. Подходы к проектированию мп-систем

Рекомендации и советы по проектированию МП-систем можно обнаружить в различных литературных источниках, например [3, 9, 4]. При этом возможны разные подходы. В [3] описывается возможность применения формализованных процедур синтеза автомата к проектированию схем алгоритмов для реализации их МП-системой, приводится пример проектирования на основе такого подхода.

Заслуживает внимания подход, который можно назвать методом нисходящего проектирования. Достаточно обстоятельное его освещение дано в [9]. Основной принцип — движение от постановки задачи к уяснению функций проектируемой системы, далее — к выделению функциональных модулей системы четким описанием их входов, выходов и функций, далее - к выбору способа реализации (аппаратного или программного) тех или иных модулей Затем идет проектирование аппаратных модулей и их схемотехническая реализация с использованием стандартных БИС, входящих в выбранный микропроцессорный комплект. Параллельно проектируются программно реализуемые модули системы. Осуществляется разработка укрупненной схемы алгоритма, разбиение ее на множество частных процедур, затем реализация их на языке ассемблера заданного МП. Кроме того, в [9] уделено внимание выбору соотношения между аппаратными и программными средствами МПС, приведен ряд примеров проектирования системы.

В [14] предлагается для успешного проектирования МПС пройти несколько уровней решения задачи проектировании. Выделим следующие уровни.

0-й уровень. Уяснение задачи до получения ясного ответа на вопрос

Что требуется от системы?

1-й уровень ("уровень концепций").

Определение того, что делать должна МП-система, т.е. представление действий системы в виде цепочки (цепочек) очень укрупненных блоков.

2-й уровень (алгоритмический).

Решается вопрос, как делать (максимально подробно)

Цель уровня - раскрыть содержимое блоков в схеме действий уровня концепций.

3-й уровень (командный).

Решается вопрос, какими командами, регистрами, портами реализуются шаги алгоритма из 2-го уровня.

Замечание 1. Ни 1-й, ни 2-й уровни не требуют еще привязки к конкретному процессору (дня этих уровней все МП как будто одинаковы). После успешной проработки и решений вопросов на уровнях 0...2 проектирования, можно осуществлять привязку к конкретному МП. Система команд и архитектура заданного или выбранного МП являются основой для перехода от алгоритмического уровня к более низкому уровню.

Замечание 2. Начиная с нулевого уровня, общая линия разработки МПС, описываемая выше, отражала пока только аспект проектирования программного обеспечения МПС. Поэтому подчеркнем здесь в явном виде и необходимость учета аппаратного аспекта в проектировании. А именно, вместе с выбором МП следует определить и другие аппаратные средства, в том числе для организации обмена с устройствами ввода-вывода. Значит, надо выбрать конкретные (типовые или специальные) варианты схемотехнических решений по подключению УВВ к ядру МП-системы.

После прохождения проектирования через уровни 0...3, с учетом замечаний 1 и 2. основная часть вопросов проектирования решена. Далее следует убедиться в правильности решений, в частности непротиворечивости программных средств и их аппаратного обеспечения. Полезно убедиться в правильности функционирования системы по проекту, ставя себя на место пользователя и проигрывая всевозможные режимы эксплуатации системы.

Несколько пояснений относительно содержания уровней проектирования.

Первое. На нулевом уровне нужно разобраться с физическими процессами в автоматизируемом процессе (объекте), выявить причинно-следственные связи его параметров и признаков, установить имеющиеся потоки информации. Выявить, какие из признаков должны быть входными, какие - выходными для разрабатываемой МП-системы, какие ПУ нужны для их ввода-вывода, какие временные соотношения в объекте являются существенными для учета в МП-системе. Требуется выяснить, какие виды преобразования информации надлежит осуществлять в системе. Определить, какими должны быть реакции МПС на внешние события (в объекте или со стороны пользователя, и т.д.). При необходимости надо определить требования по устранению возможных противоречивых и неопределенных ситуаций.

Второе. На уровне концепций (l-й уровень) следует построить блок-схему, только показывающую очередность или порядок действий системы по обслуживанию сигналов от объекта или внешней среды. Блоки на этом уровне изображают действие, могущее включать множество более мелких. На этом уровне не следует заботиться о содержании конкретной реализации этих блоков. Важно выстроить очередность обслуживания ПУ и вычислений, в крупном масштабе.

Проиллюстрируем это двумя примерами блок-схем на уровне концепций.

П ример 1. Работа с объектами в режиме циклического обслуживания.

Функции блоков:

1. Инициализировать систему при включении питания (либо при начальном пуске).

2. Проверить УВВ №1 и, если необходимо, обменяться с ним.

3. То же для УВВ №N

4. Прочитать состояние всех управляющих переключателей и произвести вычисление, если необходимо.

5. Вычислить новые значения управлявших воздействий и передать их на выходные линии системы.

6. Произвести регенерацию очередной цифры 10-разрядного семисегментного дисплея.

7. Ожидать 10 мс.

Каждый блок выполняет вполне определенную функцию. Заметим, кстати, что выполнение этой функции предполагает наличие как программной процедуры, так и аппаратных средств, обеспечивающих ее исполнение (в том числе набора ПУ и схем их подключения к МПС). Но на данном этапе это не важно, а пригодится при переходе от уровня 2 к уровню 3.

Пример 2. Работа с объектами в режиме прерывания.

Функции блоков:

1. Инициализация системы при включении напряжения питания (или инициализация при сигнале кнопки " Начальный пуск").

2. Циклическая регенерация всех цифр светодиодного семисегментного дисплея в период ожидания прерывания.

3. Переход по получении сигнала прерывания к подпрограмме обслуживания соответствующего УВВ.

4. Ввод данных с ПУ №1.

5. Ввод данных с ПУ №2.

6. Ввод данных с ПУ №N

7. Вычисление текущего результата и выдача управляющих значений на выход системы.

8. Перекодировка результата для выдачи на дисплей.

Если в примере 1 МПС использует метод программного последовательного опроса (поллинга) внешних источников информации, то в примере 2 предусмотрена реализация работы с ПУ ввода по их сигналам прерываний, а с дисплеем (ПУ вывода) в режиме циклического обслуживания (регенерации и вывода данных). Здесь, после включения питания и приведения МПС а исходное состояние (автоматически или с участием пользователя), МП зацикливается на выполнении блока 2 и периодически подсвечивает цифры светодиодного дисплея, так что человеческий глаз в силу инерции зрения не замечает их мерцания.