Министерство образования и науки российской федерации

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Курсовой проект

по дисциплине «Организация ЭВМ»

Факультет: АВТФ Преподаватель:

Группа: АМ-609 Гребенников В.Ф.

Студент: Меньшиков Д.В.

Новосибирск 2009

Содержание:

2. Состав ЭВМ и основные параметры. 2

3. Индивидуальные исходные данные. 2

4. Разработка и описание структурной схемы ЭВМ. 3

4.1. Обобщенная структурная схема ЭВМ. 3

4.2.1. Операционный блок. 6

4.2.2. Микропрограммное устройство управления. 6

4.3. Основная память. 7

9

4.4. КЭШ команд и данных. Преобразователь виртуальных адресов. 10

4.5. Система прерывания программ. 12

4.6. Система ввода\вывода. 13

4.7. Блок синхронизации. 14

4.8. Таймер. 16

4.9. Периферийные устройства. 16

4.9.1. Клавиатура. 16

4.9.2. Монитор. 16

4. Разработка функциональной схемы взаимодействия основного процессорного элемента и процессорного элемента плавающей точки 17

6. Заключение. 20

7. Список использованных источников. 21

Приложение 1. Структурная схема центрального процессора. 22

Углубление и закрепление теоретических знаний, приобретение навыков разработки узлов ЭВМ на структурном, функциональном и алгоритмическом уровнях. Курсовой проект посвящен разработке структурной схемы гипотетической ЭВМ, функциональной схемы и алгоритма работы конкретного блока, входящего в состав этой ЭВМ.

2. Состав ЭВМ и основные параметры.

В состав разрабатываемой ЭВМ входят следующие блоки:

- центральное процессорное устройство (ЦПУ);

- память (ПЗУ и ОЗУ);

- блок синхронизации (БС);

- система прерываний программ (СПП);

- система ввода – вывода (СВВ);

- таймер;

- монитор, клавиатура, мышь.

Основные параметры ЭВМ:

Разрядность - 32 бита;

адресность ЭВМ - двухадресная;

длина команды – переменная;

емкость ОП - не менее 16 Мбайт.

3. Индивидуальные исходные данные.

Структура ЭВМ – трехшинная.

Сопроцессор – есть.

Система прерываний – цепочная на уровне команд.

КЭШ – кэш команд и данных, буфер TLB.

ОП – страничная.

Ввод/Вывод – условный.

Разрабатываемый блок – сопроцессор с плавающей точкой.

4. Разработка и описание структурной схемы ЭВМ.

4.1. Обобщенная структурная схема ЭВМ.

ЭВМ с хранимой программой может быть определена как машина, обрабатывающая данные в соответствии с заранее определенными правилами (инструкциями), при этом программа (набор инструкций) и данные находятся в памяти машины.

Для загрузки программы и данных в память, а также для вывода результатов обработки из памяти необходим какой-либо способ связи с внешними объектами. Этой цели служат устройства ввода-вывода.

При каждом обращении к памяти по определенному адресу центральный процессор (ЦП), как правило, выполняет операцию чтения или записи одного слова памяти.

Периферийные устройства (ПУ) присоединяются с помощью блоков управления (контроллеров) периферийными устройствами, осуществляющих согласование форматов данных, используемых в ПУ с форматом принятым для передачи по общей шине. Последний (формат данных) обычно соответствует машинному слову процессора и/или информационной ширине магистрали.

Согласно заданию, ЭВМ построена на основе общей шины. В данном случае все устройства вычислительной машины подключены к магистральной шине, служащей единственным трактом для потоков команд, данных и управления. Наличие общей шины позволяет легко менять состав и конфигурацию машины. Благодаря этим свойствам шинная архитектура получила широкое распространение в мини и микро ЭВМ. Вместе с тем, именно с шиной связан и основной недостаток архитектуры: в каждый момент передавать информацию по шине может только одно устройство. Основную нагрузку на шину создают обмены между процессором и памятью, связанные с извлечением из памяти команд и данных и записью в память результатов вычислений.

Разрабатываемая ЭВМ имеет магистральную трехшинную архитектуру. В состав общей магистрали входят:

• шина адреса (AddressBus) – для задания физического адреса памяти: ОЗУ, ПЗУ, буфера видеопамяти, буфера клавиатуры. Разрядность шины адреса - 32;

• шина данных (DataBus) – обеспечивает обмен данными между блоками ЭВМ. Разрядность шины данных - 32;

• шина управления (ControlBus) – осуществляет передачу управляющих сигналов для блоков ЭВМ. К таким сигналам относятся: синхросигнал, сигнал сброса, сигнал обращения к памяти, сигнал чтение/запись памяти.

Все внешние устройства (клавиатура, монитор, винчестер и т.д.) подключаются к системной шине через контроллеры. Это обеспечивает сопряжение ВУ с шиной и приведение их к единому протоколу обмена информацией. Каждый контроллер не имеет собственной линии запроса прерывания, а существует общая линия для запросов прерывания. Приоритеты прерываний того или иного устройства фиксированы и определяются последовательностью подключения, а именно – приоритеты соответствуют порядку подключения устройств друг к другу и соединяемых линией подтверждения прерывания.

Для работы с интерфейсными регистрами устройств, входящих в состав ЭВМ, используется отображение в адресное пространство ЦП. Для реализации такого подхода в состав контроллеров устройств включаются блоки анализа адреса, которые осуществляют непосредственное управление регистрами.

Также для увеличения скорости работы с ОП и уменьшения затрат на высокоскоростные микросхемы памяти в системе предусмотрен КЭШ данных и команд, а также буфер TLB.

Структурная схема разработанной ЭВМ представлена на рис. 1.

Рис. 1- Обобщенная структура ЭВМ