11 Архітектура комп’ютера
Курсовой проект
Кредитний модуль «Архітектура комп’ютерів».
«Мікропроцесорні системи»
Завдання на курсовий проект
Курсовий проект з дисципліни "Мікропроцесорні системи" виконується за індивідуальним завданням і є самостійною роботою студента. Він призначений для розширення, закріплення, узагальнення і практичного застосування знань, умінь і навичок, отриманих студентом при вивченні курсу. У процесі курсового проектування студент повинен ознайомитися з основними етапами проектування мікропроцесорної системи (МПС) відповідно до технічного завдання, а також вивчити процес створення проектно-конструкторської документації відповідно до діючих стандартів.
Завдання на курсове проектування.
Розробити МПС (з урахуванням елементної бази, яка вибирається по таблиці 1.1) для рішення задач керування та різноманітних спеціалізованих задач (наприклад: рішення різних систем рівнянь, обчислення функцій визначеним чисельним методом і таке інше; керівником індивідуально кожному студенту видається задача.). Виконати оцінку ефективності прийнятих технічних рішень.
До складу розроблювальної МПС повинні входити мікроконтролер (МК), основна пам'ять (ПП та ПД), а також зовнішні пристрої (ЗП), контролери пріоритетних переривань (КПП) і прямого доступу до пам'яті (КПДП).
Частина 1.
Початкові дані для розробки ЕОМ визначаються по табл. 1.1-1.15 а також видаються керівником індивідуально кожному студентові. (У таблицях через h8...h1 позначені молодші розряди номера залікової книжки, представленого в двійковій системі числення). Дані для розробки системи команд для МПС видаються керівником індивідуально кожному студенту ( № задачі).
Таблиця 1.1 Вибір елементної бази |
Таблиця 1.2 Вибір системи команд |
||
h3h2h1 |
Вибір ПЕ |
h4 |
Система команд (можливий прототип) |
000 |
Atmega 8515 |
0 |
Комплексна (Intel, VAX, Motorola) |
001 |
1816 BE51 |
1 |
|
010 |
PIC 16F84 |
|
|
011 |
Atmega 8515 |
|
|
100 |
1816 BE51 |
|
|
101 |
1816 BE51 |
|
|
110 |
Atmega 8515 |
|
|
111 |
1816 BE48 |
|
|
Проектування МПС, процесором якої є МК ВЕ48, ВЕ51 Atmega 8515, або PIC
Таблиця 1.3 Вибір КПП і КПДП. Вибір типу системної магістралі |
|
||||||
h1h2 |
КПП, КПДП |
Організація шини |
|
||||
00 |
Централізований |
ША, ШД |
|
||||
01 |
Централізований |
ШАД |
|
||||
10 |
Децентралізований |
ША, ШД |
|
||||
11 |
Децентралізований |
ШАД |
|
||||
Таблиця 1.4 Выбор объема ПП, ПД, количества ВУ (для МК 1816ВЕ48). |
|||||||
h3h2h1 |
об’єм ПП |
об’єм ПД |
Кількість ЗП |
||||
000 |
2к |
8 Кбайт |
24 |
||||
001 |
4к |
16 Кбайт |
64 |
||||
010 |
3к |
2К байт |
58 |
||||
011 |
2к |
4К байт |
86 |
||||
100 |
4к |
2 Кбайт |
80 |
||||
101 |
3к |
8 Кбайт |
16 |
||||
110 |
4к |
4 Кбайт |
76 |
||||
111 |
2к |
8 Кбайт |
62 |
||||
Вибір об'єму ПП, ПД та кількості ЗУ (для МК 1ВЕ51 та AVR )
Таблиця1.5
h3h2h1 |
об’єм ПП |
об’єм ПД |
Кількість ЗП |
000 |
ПП–по 64Кб (5 стр) |
ПД–по 4 Кб (10 стр) |
ВУ – 42 |
001 |
ПП–по 4Кб (3 стр) |
ПД–по 64Кб (32 стр) |
ВУ - 80 |
010 |
ПП – по 64Кб (2 стр) |
ПД – по 2 Кб (12 стр) |
ВУ-127 |
011 |
ПП – по 32Кб (6 стр) |
ПД – по 2 Кб (10 стр) |
ВУ-64 |
100 |
ПП – по 64Кб (3 стр) |
ПД – по 64 Кб (5 стр) |
ВУ -76 |
101 |
ПП – по 16Кб (2 стр) |
ПД – по 64 Кб (4 стр) |
ВУ - 48 |
110 |
ПП – по 64Кб (6 стр) |
ПД – по 256 б (16 стр) |
ВУ - 256 |
111 |
ПП – по 64Кб (4 стр) |
ПД – по 2 Кб (20 стр) |
ВУ -96 |
Вибір об'єму ПП, ПД та кількості ЗУ (для МК PIС16С84, PIС16С71)віконати по таблиці 2.6.
Таблиця 1.6
|
PIС16С84 |
ЗП |
PIC16С71 |
ЗП |
00 |
2К байт |
42 |
4 К байт |
53 |
01 |
4К байт |
60 |
2 К байт |
39 |
10 |
2К байт |
54 |
К байт |
65 |
11 |
К байт |
38 |
2 К байт |
24 |
Вибір додаткових портів для МПС (для мікроконтролерів 1816ВЕ48,1816ВЕ51,AVR, РІC16) ) виконати по таблиці 1.7
Таблиця 1.7 Вибір додаткових портів (h5h4h2)
h5h4h2 |
|
|
адреса |
000 |
P4,P5 |
BB55 |
12A0h,12A1h,12A2h,12A3h |
001 |
P4,P6,P7 |
BB51 |
5020h,5021h,5022h,5023h |
010 |
P7,P4 |
BВ55 |
C0F0h,C0F1h,C0F2h,C0F3h |
011 |
P4,P5 |
BB55,BB51 |
FF50h,FF51h,FF52h,FF53h |
100 |
P5,P6,P7 |
ВB55 |
000Ah,001Ah,002Ah,003Ah |
101 |
Р4,P5,P6,P7 |
BB51 |
0420h,0421h,0422h,0423h |
110 |
P5,P7 |
BB51,BB55 |
DD70h,DD71h,DD72h,DD73h |
111 |
P7,P4 |
ВB51 |
012Ch,012Dh,012Eh,012Fh |
Таблица 1.8 Вибір функциональної та принципової схем |
|
h4,h3,h2,h1 |
|
0000 |
Інтерфейс ЗУ(вводу)+ 1816ВЕ48(51 або РІС)+ПП(2К)+ 580ВВ55+1816ВР43 |
0001 |
Інтерфейс ЗУ(виводу)+КПП(децентралізований)+1816ВР43+1816ВЕ48(51 або РІС)+ 580ВВ55 |
0010 |
ВЕ48(51 або РІС)+ 580ВВ55+Інтерфейс ЗУ+КПП централізований (кількість ВУ-15) |
0011 |
КПП централізований (кількість ВУ 70; КПП-1804ВН1+1804ВР3)) |
0100 |
КПДП (централізований, кількість ВУ – 40) |
0101 |
ВЕ48(51 або РІС)+ 580ВВ55+ ПП(Об’єм ПП-3К)+КПП(ВУ-16) |
0110 |
КПП(ВУ-18)+ВЕ48(51 або РІС)+ПД+ 580ВВ55 ( Об’єм ПД=2стр. По 256х8) |
0111 |
Інтерфейс ЗУ (вивода)+ 580ВВ55+КПП централізований (ВУ-24) |
1000 |
КПП(для 20 ЗП центр.) та КПДП (для 20 ЗП центр.) |
1001 |
Інтерфейс ЗУ + МК + КПП+КПДП (децентралізований) та КПП (централіз. Для 20 ЗП). |
1010 |
Інтерфейс ВУ (виводу)+ 580BB55+1816ВР43+КПП(децентралізований.) |
1011 |
КПДП+КПП(централізований – ЗП - 30) |
1100 |
1816ВЕ48(51 або РІС) +580ВВ55+КПП(центр -ЗП-40.)+додаткові порти (1816ВР43) |
1101 |
КПП (централізований _) |
1110 |
2інтерфейсиЗП КПП+КПДП(децентралізований) |
1111 |
ІнтерфейсЗУ(вводу)+КПДП( децентр/) + 1816ВЕ48(51 або РІС)+ПП(одна сторінка)+ПД(дві сторінки) |
1. КПП і КПДП вибирати для побудови МПС по таблиці 1.8 ( якщо вони не співпадають з таблицею 1.3)
Зміст курсового проекту. Курсовий проект повинний містити наступні документи (у порядку їх комплектування):
титульний лист (додаток);
технічне завдання;
сторінка з написом у середині листа " Документи технічного проекту";
відомість технічного проекту;
сторінка з написом у середині листа "Графічна документація";
схема електрична структурна;
схема принципова заданного блоку (частина 1);
сторінка з написом у середині листа "Пояснювальна записка ";
пояснювальна записка;
сторінка з написом у середині листа "Робоча документація";
специфікація виробу;
відомість специфікацій;
відомість покупних виробів;
технічні умови;
технічний опис виробу.
Усі скомплектовані документи приводяться до формату А4 і скріплюються в альбом.
Пояснювальна записка повинна містити наступні розділи.
Введення.
1. Огляд існуючих рішень.
2. Розробка архітектури МПС.
3. а. Розробка алгоритмів взаємодії процесора з основними структурними елементами системи (ОП, ЗП, КПП, КПДП).
3 . в. Розробка алгоритму та програми заданої в ТЗ задачі.
с. Формування системи команд для рішення задачі (наприклад: рішення різних систем рівнянь, обчислення функцій визначеним чисельним методом і таке інше, заданої в ТЗ).
4. Розробка принципової схеми заданого блоку.
Висновки.
Список літератури.
Додатки.
Зміст.
У введенні вказується, на підставі яких документів здійснюється розробка ЕОМ.
У розділі 1 приводиться огляд існуючих мікроконтролерів. Аналізуються МК по різноманітним фірмам (Philips, Siemens, Intel, Atmel, Temic, AMD, і ряд інших).
Приводяться рызноманытны типи мікропроцесорних систем. Обгрунтовати вибраний тип МПС (6-10 ст.).
В розділі 2 представляється опис структурної схеми.
(опис МК повинен займати 3-5 сторінки)
Указується склад і призначення пристроїв та вузлів МПС, обґрунтовується вибір розрядності регістрів і шин, пояснюється організації пам'яті, інтерфейсів і таке інше; описується організація апаратних засобів реалізації переривань, алгоритми взаємодії процесора і контролера переривань; описується організація апаратних засобів прямого доступу до пам'яті, алгоритми взаємодії процесора і контролера прямого доступу. Структурна схема виноситься в «Додаток» ..
У розділі 3 подаються змістовні алгоритми взаємодії процесора з ОП, ЗП, КПП, КПДП. Приводяться три способи обміну між МК та ПД, ЗП.
У розділі 4 приводиться опис функціональної та принципової схеми заданого блоку.
У розділі 5 ( програмна частина).
Принципова схема виноситься в «Додаток».
У висновках узагальнюються результати роботи.
Етапи проектування. Проектування варто починати з аналізу алгоритму рішенні заданої задачі і розробки архітектури ЕОМ. У якості індивідуального завдання, як правило, пропонується реалізація визначеного чисельного методу. При необхідності можуть задаватися додаткові дані (конкретна обчислювальна схема, форма подання даних, похибка обчислень і т. ін.).
Спочатку в систему команд включаються команди, що забезпечують введення і виведення даних, роботу з підпрограмами, розгалуження програми, дозвіл і заборона переривань. Потім система команд розширюється командами, що у сукупності з наявними забезпечують реалізацію заданого алгоритму. Розробляється формат команд, визначається їх мнемоніка.
Виходячи з заданої точності обчислень і інших факторів вибирається форма і розрядність подання даних.
Складається програмістська модель процесора, уточнюється організація пам'яті і розробляються функціональні мікроалгоритми виконання команд. Визначається необхідне число регістрів загального призначення і робочих регістрів.
На підставі цього розробляється структурна схема процесора, уточнюється його архітектура.
Далі розглядаються питання обміну інформацією з зовнішніми пристроями (режим переривань, прямого доступу, організація вводу-виводу даних).
На основі аналізу розроблених мікроалгоритмів виконання команд і обраних способів взаємодії з зовнішніми пристроями (програмний, мікропрограмний, апаратний чи змішаний) уточнюється структурна схема ЕОМ.