Министерство образования и науки РФ

Новосибирский государственный технический университет

Кафедра вычислительной техники

Курсовой проект

по дисциплине «Организация ЭВМ»

Разработка гипотетической ЭВМ. Разработка сопроцессора

ввода-вывода

Факультет: АВТ

Группа: АМ-215

Выполнил: Веретенников В. А.

Проверил: Гребенников В. Ф.

Новосибирск, 2005 г.

Оглавление:

1. Цель курсового проекта 3

2. Задание на курсовой проект 3

2.1. Общие исходные данные 3

2.2. Индивидуальные исходные данные 3

3. Разработка структурной схемы ЭВМ 4

3.1. Центральный процессор 4

3.2. Кэш команд 5

3.3. Адресный сопроцессор 5

3.4. Основная память 5

3.5. Система прерывания программ 6

3.6. Система приоритетного арбитража системной шины 7

3.7. Таймер 7

3.8. Система ввода-вывода 7

3.9. Клавиатура 7

3.10. Мышь 8

3.11. Блок синхронизации и сброса 8

4. Разработка сопроцессора ввода-вывода 9

4.1. Структурная схема сопроцессора ввода-вывода 9

4.2. Управляющая информация для операций ввода-вывода 9

4.3. Разработка блока чтения команд и управления 10

Заключение 16

Список литературы 17

Приложение 1. Структурная схема ЭВМ 18

Приложение 2. Структурная схема центрального процессора 19

Приложение 3. Структурная схема сопроцессора ввода-вывода 20

Приложение 4. Функциональная схема блока чтения команд и управления 21

1.Цель курсового проекта

Целью курсового проектирования является углубление и закрепление теоретических знаний студентов, приобретение навыков разработки узлов ЭВМ на структурном, функциональном и алгоритмическом уровнях.

2.Задание на курсовой проект

2.1.Общие исходные данные

Разработать структурную схему гипотетической ЭВМ, функциональную схему и алгоритм работы конкретного блока, входящего в состав этой ЭВМ. Курсовой проект состоит из двух частей: первая часть посвящена разработке структурной схемы гипотетической ЭВМ, описанию ее функционирования. В состав ЭВМ входят как общие для всех вариантов блоки, так и дополнительные, определяемые индивидуальным заданием. Вторая часть проекта посвящена разработке функциональной схемы и алгоритмов работы конкретного блока, входящего в состав ЭВМ, и его детальному описанию.

В состав ЭВМ входят следующие блоки:

• центральное обрабатывающее устройство (ЦОУ);

• микропрограммное устройство управления (УУ);

• оперативная память (ОП);

• блок синхронизации (БС);

• система прерывания программ (СПП);

• таймер;

• система ввода-вывода (СВВ);

• монитор, клавиатура, мышь;

• НГМД;

• «Винчестер».

Основные параметры ЭВМ:

• адресность ЭВМ - двухадресная;

• длина команды - переменная.

Разрядность ЭВМ и минимальный объем оперативной памяти выбираются самостоятельно, но должны удовлетворять следующим ограничениям:

• разрядность - не менее 16;

• емкость ОП - не менее 16 Мбайт.

2.2.Индивидуальные исходные данные

• Структура двухшинная;

• есть адресный сопроцессор;

• прерывания с индивидуальными линиями на уровне команд;

• кэш команд;

• ОП обычная;

• ввод-вывод: сопроцессор в селекторном режиме;

• контроля нет;

• разрабатываемый блок – сопроцессор ввода-вывода, детально разрабатывается (до уровня принципиальной схемы) та часть, которая читает команды.

3.Разработка структурной схемы эвм

Структурная схема ЭВМ представлена в приложении 1. Она отображает состав ЭВМ и основные связи между устройствами.

Структура разрабатываемой ЭВМ – двухшинная. Имеются две шины: 32-разрядная шина адреса/данных AD и шина управления CB. Адрес и данные по шине AD передаются поочерёдно в двух тактах. Признаком адреса является сигнал ALE#, выставляемый ведущим устройством.

Далее рассмотрены отдельные устройства ЭВМ.

3.1.Центральный процессор

32-разрядный центральный процессор (ЦП) предназначен для выполнения команд, располагающихся в основной памяти, координирования работы всех узлов ЭВМ, обработки прерываний.

Структурная схема ЦП представлена в приложении 2.

Работа ЦП основана на принципе микропрограммного управления.

Структурно ЦП состоит из двух блоков:

• операционный блок (ОБ);

• микропрограммное устройство управления.

Состав ОБ:

• Микропроцессорный модуль, состоящий из 2-х микропроцессорных секций IDT49C402. Модуль имеет встроенный набор регистров. Сдвиговые операции осуществляются с помощью блока логики сдвигов.

• Блок логики сдвигов. Предназначен для поддержки сдвиговых операций.

• Блок статусного регистра. Имеется возможность считывать и изменять содержимое статусного регистра.

• Входной и выходной регистры данных RG_AD_IN32 и RG_AD_OUT32. Адреса вычисляет арифметический сопроцессор.

• Параллельный умножитель Am29C323. Предназначенный для аппаратной поддержки операций умножения одинарной и многократной точности.

Состав МУУ:

• Регистр команд RG_COM32. Предназначен для приёма и хранения машинной команды.

• Преобразователь начального адреса ПНА. Предназначен для формирования начального адреса микроалгоритма, соответствующего коду операции.

• Секвенсер микрокоманд Am29C331-2. Предназначен для управления последовательностью микрокоманд.

• Микропрограммная память МПП. МПП хранит все микроалгоритмы, необходимые для управления работой ЦП.

• Регистр микрокоманд RGMK. Предназначен для хранения микрокоманды в течение микроцикла.

МУУ выполнено по схеме двухступенчатого конвейера. Выборка следующей микрокоманды и выполнение операции в ОБ выполняются параллельно.

В состав ЦП входит кэш команд COM_CACHE для увеличения производительности. Кэш команд рассмотрен в п. 3.2.

В состав ЦП входит арбитр системной шины BUSARB. Арбитр шины совместно с арбитрами других ведущих устройств и схемой приоритетного арбитража осуществляет синхронизацию доступа к системной шине. Назначение выводов арбитра системной шины представлено в табл. 3.1.1.

Табл. 3.1.1. Выводы арбитра системной шины
Обозначение	Тип вывода	Функциональное назначение
REQ#	Вход	Запрос шины устройством
LOCK#	Вход	Запрет освобождения системной шины
BPRN#	Вход	Приоритетное разрешение доступа к шине
BUSY#	Вход/выход	Занятость шины
CBRQ#	Вход/выход	Общий запрос шины
BREQ#	Выход	Сигнал запроса шины
AEN#	Выход	Разрешение доступа к системной шине для устройства