- •Техническое задание и исходные данные:
- •Проектирование структурной схемы гипотетической эвм:
- •Система ввода-вывода:
- •Основная память:
- •Страничная организация памяти:
- •Система прерываний:
- •Контроллер прямого доступа к памяти:
- •Разработка структурной схемы центрального процессора:
- •8.1 Операционный блок (об):
- •8.2 Микропрограммное устройство управления (муу):
- •Блок синхронизации:
- •Таймер:
- •Монитор и клавиатура:
- •Буфер tlb:
- •Заключение:
- •Список литературы:
Содержание:
-
Техническое задание и исходные данные.
-
Проектирование структурной схемы гипотетической ЭВМ.
-
Система ввода-вывода.
-
Основная память.
-
Страничная организация основной памяти.
-
Система прерываний.
-
Контроллер прямого доступа к памяти.
-
Разработка структурной схемы центрального процессора.
-
Блок синхронизации.
-
Таймер.
-
Монитор и клавиатура.
-
Буфер TLB.
-
Заключение.
-
Список литературы.
-
Техническое задание и исходные данные:
Целью данной работы является разработка структурной схемы гипотетической ЭВМ. Для более детального изучения необходимо рассмотреть адресный кэш до уровня принципиальной схемы. Исходные данные для работы определяют состав и параметры ЭВМ. Необходимо наличие следующих блоков:
-
Центральное процессорное устройство;
-
Микропрограммное устройство управления;
-
Оперативная память;
-
Система прерываний;
-
Блок синхронизации;
-
Таймер;
-
Устройства ввода-вывода.
Индивидуальное задание предусматривает следующие параметры ЭВМ:
-
Трехшинная структура магистрали;
-
Радиальная система прерываний с обработкой на уровне команд;
-
Наличие адресного кэша;
-
Страничная организация оперативной памяти;
-
Организация ввода вывода с прямым доступом к памяти;
-
Рассмотреть процедуру замены дескриптора страниц.
Основные параметры ЭВМ:
-
Адресность ЭВМ: двухадресная;
-
Длина команды: переменная;
-
Разрядность ЭВМ – не менее 16;
-
Емкость ОП – не менее 128Кб;
-
Проектирование структурной схемы гипотетической эвм:
Так как на данный момент 16-разрядные микропроцессоры уже устарели (имеется в виду применение в обычных ПК), а 64-разрядные только-только начинают появляться (в основном, это МП не для обычных, а для специализированных ЭВМ), было решено взять наиболее оптимальный вариант ЦП – 32-разрядный. Тем более что и большинство приложений создавалось и оптимизировалось именно под 32-разрядные процессоры. Трехшинная архитектура подразумевает наличие трех магистралей: команд, адреса и данных. Для того чтобы не было узких мест в операциях обмена данными между памятью, процессором и различными устройствами, было решено выполнить шину данных 32-разрядной. Для эффективной адресации ОП (для адресации более 65К ячеек), тем более что страничная организация памяти подразумевает реализацию виртуальной памяти, необходима 32-разрядная шина адреса. Структурная схема гипотетической ЭВМ приведена на рис.1
-
Система ввода-вывода:
Для упрощения аппаратной реализации будет использоваться адресное пространство портов ввода-вывода, отличное от адресного пространства физической памяти. Для разделения обращений к ОП и портам ввода-вывода необходимо ввести селекторный бит M/IO#. При низком уровне сигнала происходит обращение к памяти, при высоком – к портам ввода-вывода. Для выбора операции чтения/записи используется линия RD/WR#.
-
Основная память:
Память практически любой ЭВМ состоит из следующих компонентов:
-
Основная или оперативная память используется для обмена информацией между процессором, внешней памятью и периферийными подсистемами. Подробнее ОЗУ будет рассмотрено ниже.
-
Постоянная память используется для хранения системной информации. Реализуется в виде микросхем ПЗУ или флэш-памяти. Как правило, хранит базовую систему ввода-вывода. БИОС содержит программную поддержку ресурсов ЭВМ и обеспечивает конфигурирование аппаратных средств, их диагностику и вызов загрузчика ОС с соответствующего накопителя
-
Кэш-память. Хранит копии блоков данных тех областей ОЗУ, к которым происходили последние обращения, и велика вероятность последующих. Тогда данные будут извлечены из кэша существенно быстрее, нежели из более медленной оперативной памяти. Наличие кэша “прозрачно” для пользователя и программ. Кэш-память не адресуется, используется для повышения быстродействия, т.к. позволяет в некоторых случаях увеличить производительность системы в целом.
Для удобства использования постоянная память будет размещаться в начале адресного пространства. В современных ЭВМ объем постоянной памяти может составлять до 512Кбайт. В данном случае возьмем ПЗУ объемом 256Кбайт(наиболее распространенный объем БИОС), но зарезервируем адреса до 1Мбайта в следующих целях: во-первых, возможно увеличение самого ПЗУ, во-вторых, для определения теневой памяти(Shadow memory). Смысл состоит в перемещении содержимого БИОС'ов системы, выдеоадаптеров и дополнительных адаптеров из медленной постоянной памяти в быструю оперативную. Копии переносятся в защищенную область памяти в диапазоне 640Кбайт-1Мбайт. Происходит это следующим образом: в выбранную страницу памяти копируется 64Кбайта системный БИОС и (или) 32Кбайта БИОС адаптеров. Затем область памяти защищается от записи и происходит переадресация страниц памяти. Таким образом, при обращении по действительным адресам коды читаются из теневой области, что повышает скорость работы с накопителем и видеоадаптером.
К ОЗУ предъявляются следующие требования:
-
большой объем;
-
высокое быстродействие;
-
высокая надежность хранения данных.
Большой объем оперативной памяти в сочетании с невысокой стоимостью подразумевает реализацию на микросхемах DRAM(быстродействие ниже, конечно, чем с применением микросхем SRAM, но тогда стоимость ЭВМ значительно возрастает). Надежность хранения можно достичь путем использования микросхем известных производителей. Так же возможен контроль хранимых данных. Память с ECC(Error Checking and Correction – выявление и исправление ошибок) позволяет исправлять одиночные и обнаруживать двойные ошибки. Необходима аппаратная поддержка такого вида памяти. Применяется для обнаружения случайных ошибок в работе.
Объем ОП выбирается исходя из конкретных требований к ЭВМ. На сегодняшний день нецелесообразно использование памяти объемом меньше 32Мб.