1. Разработка общей структуры микро-эвм

1. Функциональный состав

В функциональный состав реализуемой микро-ЭВМ входят следующие компоненты:

• запоминающие устройства (асинхронное ОЗУ и синхронное ПЗУ);

• устройство управления (УУ);

• арифметико-логическое устройство (АЛУ);

• контроллер прямого доступа к памяти (КПДП);

• контроллер прерываний.

Запоминающее устройство – носитель информации, предназначенный для записи и хранения данных. В основе работы запоминающего устройства может лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или более устойчивым состояниям. Запоминающие устройства делятся на два типа – ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) и ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) ПЗУ – энергонезависимая память, используется для хранения массива неизменяемых данных. ОЗУ – техническое устройство, реализующее функции оперативной памяти. Это часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операции и время доступа к которой не превышает одного его такта. Обязательным условием является адресуемость памяти (каждое машинное слово имеет индивидуальный адрес). В отличие от ПЗУ, в ОЗУ обеспечено не только чтение хранящейся в ячейках информации, но и ее оперативное изменение в темпе вычислительного процесса. В ПЗУ информация хранится и при отсутствии питания, а в ОЗУ при отсутствии питания информация стирается. В асинхронных запоминающих устройствах сигналы управления могут задаваться как импульсами, так и уровнями.

Устройство управления – самое сложное в реализации устройство, оно необходимо для осуществления всех процессов, проходящих в микро-ЭВМ. Устройство управления предназначено для выработки управляющих сигналов, под воздействием которых происходит преобразование информации в арифметико-логическом устройстве, а также операции по записи и чтению информации в/из запоминающего устройства.

Арифметико-логическое устройство – блок процессора, который под управлением УУ служит для выполнения арифметических и логических операций над данными, представляемыми в виде машинных слов и называемыми операндами. По своим функциям АЛУ является операционным блоком, выполняющим микрооперации, обеспечивающие приём операндов из других устройств (например, памяти), их преобразование и выдачу результатов в другие устройства. В разрабатываемой микро-ЭВМ АЛУ должно выполнять операции сложения с переносом (ADC) и «логического ИЛИ» (OR).

Контроллер прямого доступа к памяти (DMA-контроллер) обеспечивает режим обмена данными между устройствами или же между устройством и основной памятью (ОЗУ), без участия центрального процессора. В результате скорость передачи увеличивается, так как данные не пересылаются в центральный процессор и обратно. Контроллер может получать доступ к системной шине независимо от ЦП. Контроллер содержит несколько регистров, доступных центральному процессору для чтения и записи. Регистры контроллера задают порт, который должен быть использован, направление переноса данных (чтение/запись), единицу переноса (побайтно/пословно), число байтов, которое следует перенести. Начальный адрес – 8, а объём – 4 байта.

Контроллер прерываний – микросхема или встроенный блок процессора, отвечающий за возможность последовательной обработки запросов на прерывание от разных устройств. При работе микро-ЭВМ в ней могут произойти события, требующие немедленной реакции. Такая реакция обеспечивается прерыванием программы и переходом к обслуживанию источников запросов на прерывание.

При использовании принстонской архитектуры необходимо предусмотреть механизм разделения потока данных и адреса, т.к. шина адреса и шина данных смешанные. Это можно сделать с помощью мультиплексирования шины.

Мультиплексор шины (МШ) Spliter позволяет разделить шины адреса и данных.

Устройство объединения шин Conector позволяет объединить шины адреса и данных.

Разрядность шины адреса – 10, шины данных – 10.

Количество регистров общего назначения (РОН) - 8.

В разрабатываемой микро-ЭВМ должна использоваться индексная адресация. При такой адресации эффективный адрес операнда рассчитывается как начальный адрес плюс значение счетчика. При каждом считывании из памяти значение счетчика инкрементируется. Так как содержимое регистра легко изменить в ходе работы программы, данный способ адресации позволяет динамически назначать адрес операнда для некоторой машинной команды