3.Задание для работы на занятии.

Выбрать тип СМПК и разработать структурную, функциональную и принципиальную электрические схемы ОБ СМП.

3.1. Задача №1

Формулировка задачи №1

Выбрать тип СМПК и структуру ОБ СМПК и разработать временную диаграмму цикла выполнения арифметических операций в ОБ СМП.

Краткий теоретический материал

Задача разработки аппаратных средств СВК в общем случае может быть решена путём последовательного решения двух основных подзадач:

1. Выбор состава устройств и структуры СВК.

2. Разработка отдельных устройств СВК и их комплексирование.

Несмотря на то, что состав устройств и структура СВК могут меняться в зависимости от специфики решаемых задач, разработка операционного блока микропроцессоров СВК выполняется в любом случае.

Как правило, МПК БИС однокристальных МП не используются для построения быстродействующих устройств обработки ввиду ограничений на увеличение разрядности и изменение системы команд. Очевидно, что увеличение разрядности обеспечивает повышение точности обработки данных, а модификация системы команд – адаптацию СВК к конкретной сфере применения В связи с необходимостью учета этих факторов реализация СВК как правило осуществляется на основе процессорных секций СМПК .

Основными модулями СМП являются: модуль операционного устройства (операционный блок), модуль управления памятью микропрограмм, модуль микропрограммной памяти и модуль обмена с устройствами ввода - вывода.

Задача разработки ОБ является одной из наиболее часто решаемых и обычно включает следующие подзадачи:

1. Предварительный выбор типов СМПК, соответствующих требованиям задания на разработку.

2. Расчет цикла работы ОБ для выбранных типов СМПК и структур (вариантов их использования без схемы ускоренного переноса (СУП) и с СУП) ОБ СМП.

3. Расчет надежностных характеристик ОБ и аппаратных затрат для его реализации.

4. Сравнительная оценка характеристик ОБ для различных типов СМПК и окончательный выбор типа СМПК и структуры ОБ СМП

5. Разработка временной диаграммы функционирования ОБ.

6. Разработка структурной, функциональной и принципиальной электрических схем ОБ.

Подзадачи 1…5 фактически составляют задачу, решаемую в п. 3.1. Решение подзадачи 6 будет рассмотрено в п. 3.2.

Рассмотрим особенности решения каждой из подзадач 1…5.

1. Предварительный выбор типов СМПК.

Выбор осуществляется в соответствии с заданием на разработку ОБ с учетом следующих факторов :

а) технологии изготовления СМПК (КМОП, И²Л, р – МОП, ТТЛШ);

б) условий эксплуатации СМП (интервала рабочих температур, относительной влажности, атмосферного давления, вибрации и т. п.).

Конечно, прежде всего необходимо выбрать такие типы СМПК, технология изготовления которых соответствует заданной, поскольку при этом отпадает необходимость решения задачи сопряжения различных БИС СМП на логическом, электрическом и временном «уровнях».

Учет условий, в которых будет эксплуатироваться СМП, оказывает немаловажное значение на характеристики надежности его функционирования. Основные характеристики СМПК, изготовленных по технологии ТТЛШ, приведены в табл. 10.1.

При выборе типов СМПК необходимо учитывать разрядность процессорной секции, причем таким образом, чтобы требуемое «наращивание» разрядности было выполнено рационально, без излишних аппаратных затрат (например, для получения требуемой разрядности 10 рациональнее использовать 5 двухразрядных секций нежели 3 четырехразрядные процессорные секции).

Таблица №10.1

Основные характеристики СМПК.

Серия БИС МПК	Наименование	Обозначение	Разрядность, бит	Число выводов	Мощность, Вт	Быстродействие, нс	Интенсивность отказов, 1/час	УГО
К589	Центральный процессорный элемент	К589ИК02	2	28	1	70	2.184*10-4	CPE
	Схема ускоренного переноса	К589ИК03	8	28	0,6	20	1.207*10-4	FCC
КР1802	Микропроцессорная секция	КР1802ВС1	8	42	1,2	150	0.916*10-3	ALU
КР1804	Микропроцессорная секция	КР1804ВС1	4	40	1,2	100	1.5*10-4	MPS
	Схема ускоренного переноса	КР1804ВР1	4	16	0,5	20	2.22*10-4	LAC

Если в задании на разработку отсутствуют требования по технологии изготовления и условиям эксплуатации, то предварительный выбор типов СМПК не выполняется.

2. Расчет цикла работы ОБ.

Вычисления, связанные с расчетом цикла работы ОБ сводятся как правило к подсчету времени выполнения арифметических операций (АО) для выбранных типов СМПК и вариантов их использования без СУП и с СУП. Время выполнения АО ОБ без СУП является ничем иным как длительностью цикла работы ОБ, обозначается T_cy и определяется по формуле

, (10.1)

где t_CLK-A – время формирования адреса микрокоманд на выводах адреса блока местного управления СМП; t_A-F – время выборки микрокоманды из ПЗУ микрокоманд; t_F-C0 – время дешифрации кода микрокоманды и формирования сигналов на выходе переноса процессорной секции; t_C1-C0 – время генерации переноса в процессорной секции; t_WP – длительность импульсов синхронизации процессорной секции; - количество процессорных секций, необходимых для обеспечения требуемой разрядности СМП (, где n – требуемая разрядность СМП; m – разрядность процессорной секции).

Временная диаграмма цикла выполнения АО СМП без СУП приведена на рис. 10.1.

Процессорная секция на два разряда СМПК К589 приведена на рис. 10.2. Пример объединения данных процессорных секций для достижения требуемой разрядности без использования СУП приведен на рис. 10.3.

Длительность цикла работы ОБ с СУП Топределяется по формуле

, (10.2)

где t_F-X – время дешифрации кода микрокоманды и формирования сигналов на выходах ускоренных переносов процессорной секции;

t_X-C - время генерации переносов в СУП; t_FI-CLK – время установки переноса из процессорной секции на входе блока местного управления СМП; t_CLK-A, t_CI-C0, t_WP – времена, используемые аналогично выражению (10.1.).

Рис. 10.1. Временная диаграмма цикла выполнения арифметических операций СМП без использования СУП.

Временная диаграмма цикла выполнения АО СМП с СУП приведена на рис. 10.4. Примеры объединения процессорных секций СМПК К589 с использованием СУП приведены на рис. 10.5.

Задаваясь конкретными значениями времен t_CLK-A, t_A-F, t_WP для соответствующих блоков местного управления, типов ПЗУ и ОЗУ, можно определить значения Т_СY, T для различных типов СМПК (значения временных характеристик для СМПК с технологией изготовления ТТЛДШ сведены в табл.16.2).

После получения значений T_CY (T) для различных типовСМПК необхо одимо определить быстродействие ОБ В (В^СУП) как величину, обратную времени цикла работы.

Рис.10.2 Структурная схема процессорной секции СМП К589