Содержание

ВВЕДЕНИЕ 4

1 РАЗРАБОТКА ОБЩЕЙ СТРУКТУРЫ МИКРО-ЭВМ 6

1.1 Функциональный состав 6

1.2 Описание взаимодействия всех блоков микро-ЭВМ 7

2 РАЗРАБОТКА ОСНОВНЫХ УСТРОЙСТВ МИКРО-ЭВМ 11

2.1 Запоминающие устройства. Функциональный состав и временные диаграммы. 11

2.1.1 Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 11

2.1.2 Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 13

2.1.3 Схема совместной работы ОЗУ и ПЗУ 16

2.2 Разработка устройства управления 16

2.3 Разработка АЛУ 22

2.3.1 Операционная часть 22

2.3.2 Блок РОНов 24

2.4 Разработка контроллера прямого доступа памяти (КПДП) 25

2.4.1. Реализация КПДП 26

2.5 Разработка системы прерываний 27

3 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА 30

3.1 Описание работы устройства на вентильно-регистровом уровне 30

3.2 Описание временной диаграммы работы устройства 33

4 ОПТИМИЗАЦИЯ МИКРО-ЭВМ 34

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 36

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 37

ПРИЛОЖЕНИЕ А 38

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 40

ПРИЛОЖЕНИЕ В 44

ПРИЛОЖЕНИЕ Г 46

ПРИЛОЖЕНИЕ Д 48

ПРИЛОЖЕНИЕ Е 55

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж 60

Введение

В ходе выполнения курсового проекта необходимо разработать микро-ЭВМ с заданными, в соответствии с вариантом задания, условиями на базе программируемой логической интегральной схеме в среде автоматизированного проектирования (САПР).

Программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) - электронный компонент, используемый для создания цифровых интегральных схем. В отличие от обычных цифровых микросхем, логика работы ПЛИС не определяется при изготовлении, а задаётся посредством программирования (проектирования). Для программирования используются программаторы и отладочные среды, позволяющие задать желаемую структуру цифрового устройства в виде принципиальной электрической схемы или программы на специальных языках описания аппаратуры.

Тип используемой архитектуры – принстонская. Под архитектурой вычислительной машины обычно понимается логическое построение ВМ. Основателем принстонской архитектуры является Джон фон Нейман, поэтому данную архитектуру также называют Фон – Неймановской.

Рисунок 1 – Структура микро-ЭВМ с принстонской архитектурой.

Концепция вычислительной машины, изложенная в статье фон Неймана, предполагает единую память для хранения команд и данных. Такой подход был принят в вычислительных машинах, создававшихся в Принстонском университете, из – за чего и получил название принстонской архитектуры. Долгие годы этот тип архитектуры был и остаётся преобладающим, хотя он порождает проблемы пропускной способности тракта <процессор – память>. В последнее время в связи с широким использованием кэш-памяти разработчики ВМ все чаще обращаются к гарвардской архитектуре.

Принстонская архитектура имеет одну физическую линию, поэтому она имеет много недостатков по отношению ко второму типу архитектуры – гарвардской. При использовании принстонской архитектуры необходимо предусмотреть механизм разделения потока данных и адреса. Это можно сделать с помощью мультиплексирования шины или разделять эти два потока по фронту или спаду сигнала тактового генератора. В данном курсовом проекте использован способ разделения этих двух потоков по фронту сигнала тактового генератора.

Достоинство принстонской архитектуры – это ее относительно меньшая стоимость по отношению к гарвардской архитектуре.

В настоящее время программируемые логические интегральные схемы получили широкое применение благодаря универсальности, простоте программирования, сокращению цикла проектирования конечного устройства, гибкости, доступности средств разработки.

При работе с микросхемами программируемой логики основным инструментом является САПР. Фирма Altera предлагает два САПР: MAX+PLUS II и Quartus II. Каждый САПР поддерживает все этапы проектирования: Ввод проекта, Компиляция, Верификация и Программирование. САПР MAX+PLUS II является более простым в освоении по сравнению с Quartus II. Он поддерживает семейства MAX, FLEX и ACEX, которые содержат микросхемы с 5В питанием и количеством функциональных преобразователей от 32 до 4992 и имеет меньшее количество настроек. Этот САПР фирма Altera не развивает и рекомендует переходить на Quartus II.

САПР Quartus II является основным. Фирма Altera активно его развивает. Он поддерживает все новые семейства микросхем и обладает особенностями, которых нет в MAX+PLUS II.

Основные возможности пакета Quartus II:

• различные способы ввода поведенческих структурных описаний проекта;

• интегрированные средства помощи для создания сложных проектов Mega Wizard & SOPC;[Э1]

• система синтеза;

• система размещения внутренних ресурсов и разводки ПЛИС;

• система моделирования;

• система временного анализа и анализа потребляемой энергии;

• система программирования ПЛИС;

• средства оптимизации быстродействия LogicLock;

• система интеграции с другими САПР;

• система проектирования блоков цифровой обработки сигналов(DSP);

• интегрированные средства разработки ПО для микро-ЭВМ;

• поддержка использования IP-модулей ;

• поддержка ОС – Windows, Solaris, HPUS, Linux.