Российской Федерации Федеральное агентство по образованию


НазваниеРоссийской Федерации Федеральное агентство по образованию
страница1/8
Дата публикации06.05.2013
Размер0.95 Mb.
ТипРеферат
userdocs.ru > Информатика > Реферат
  1   2   3   4   5   6   7   8


Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ






П.С. Довгий, В.И. Скорубский

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭВМ

Пособие к выполнению курсового проекта



Санкт-Петербург

2009

Довгий П.С., Скорубский В.И. Проектирование ЭВМ: пособие к выполнению курсового проекта. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2009. – с.

Пособие содержит методику проектирования компьютера со сложной системой команд CISC.

Для демонстрации методики используется программная модель микрокомпьютера MCS51, которая изучается в курсе лабораторных работ Организация ЭВМ.

Приводится более подробное описание системы команд, ориентированное на разработку схемы и микропрограммирование.

Проектирование выполняется в интегрированной среде проектирования MaxPlusII фирмы Altera с использованием библиотеки функциональных элементов и программируемых логических модулей.

Приведены примеры проектирования структурных схем и синтеза функциональных схем в MaxPlus. На разных этапах проекта выполняется тестирование и верификация с использованием моделирования в BorlandC++ и Симулятора MaxPlus.

Пособие предназначено для студентов, изучающих курс «Организация ЭВМ» для специальностей 230100 «Информатика и вычислительная техника», 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», 210202 «Проектирование, программирование и эксплуатация ИВС», 230104 «Системы автоматизации проектирования».
Рекомендовано Советом факультета Компьютерных технологий и управления _______________ 2009 г., протокол №_______



СПбГУ ИТМО стал победителем конкурса инновационных образовательных программ вузов России на 2007-2008 годы и успешно реализовал инновационную образовательную программу «Инновационная система подготовки специалистов нового поколения в области информационных и оптических технологий», что позволило выйти на качественно новый уровень подготовки выпускников и удовлетворять возрастающий спрос на специалистов в информационной, оптической и других высокотехнологичных отраслях науки. Реализация этой программы создала основу формирования программы дальнейшего развития вуза до 2015 года, включая внедрение современной модели образования.

Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, 2009


Содержание
стр.

Введение

I. Программная модель

1.1. Структура памяти, команды обмена данными

1.2. Арифметические операции

1.3. Логические поразрядные операции

1.4. Битовые логические операции

1.5. Параллельный ввод-вывод

1.6. Команды управления программой

1.7. Форматы команд

II. Этапы проектирования ЭВМ

III. Структура ЭВМ

IV. Проектирование в Элементной базе MaxPlus

4.1. Библиотека Primitives

4.2. Программируемые логические модули (LPM)

4.2.1. Регистры c прямым доступом

4.2.2. Адресуемая память RAM

4.2.3. Постоянная память (ROM)

4.2.4. Управление шиной

4.2.5. Примеры синтеза блоков ЭВМ и микропрограмм управления

4.3. Вентильные схемы

4.4. Элементы и схемы преобразования данных (Macrofunctions)

4.4.1. Арифметико-логическое устройство (ALU)

4.4.2. Регистровое арифметико-логическое устройство (RALU)

4.4.3. Признаки результата операций

4.4.4. Схема умножения

4.4.5. Схема деления

V. Управляющее устройство (CU)

5.1.Синхронизация схем ЭВМ

5.2. Блок микропрограммного управления

5.3. Реализация конечного автомата в БМУ

VI. Примеры схем и микропрограмм

6.1.Команда ветвления JZ

6.2. Команда десятичной коррекции DA A

6.3. Команда циклического сдвига RRC A

6.4. Арифметические команды

6.5. Команда ACALL

6.6. Операции с битами

VII. Микропрограммирование в BorlandC++

7.1. Функциональное моделирование в BorlandC++

7.2. Кодирование микропрограмм

7.3. Принципы кодирования микропрограмм в Си

VIII. Моделирование схемы проекта в MaxPlus

Литература

Приложение 1. Задания для курсового проекта

Приложение 2. Работа с проектом в MaxPLus

Введение
Целью курсового проекта является разработка микропрограммного управления и схемы ЭВМ с архитектурой CISC и системой команд микроЭВМ (микрокомпьютер, MCU) MCS51.

Исходными данными являются программная модель на уровне Ассемблера, перечень команд, выполняемых схемой, и элементная база MaxPlus.

При выполнении проекта предполагается, что пройден курс лабораторных работ, где изучается программная модель [1].

Для функционального описания микропрограмм и моделирования могут быть использованы языки программирования, наиболее близким из которых является язык Си в системе BorlandC++.

Схема проекта разрабатывается в системе MaxPlus и загружается в ПЛИС фирмы Алтера[2]. Верификация проекта выполняется в Симуляторе MaxPlus.

Для описания, визуального моделирования, кодирования и создания загрузочных файлов в проекте MaxPlus используется система ^ Borland C++.

I. Программная модель
Диаграмма программной модели ЭВМ обозначает программно-доступные на уровне системы команд (Ассемблера) ресурсы и устройства компьютера.

В описании системы команд Keil/Help [1] фирма ссылается на обозначения соответствующих устройств и ресурсов, для описания содержания команд применяются элементы алгоритмических языков. В проекте используем элементы языка регистровых передач в виде комментариев к командам в Ассемблере.

Программная модель включает распределение памяти ЭВМ между различными функциональными блоками. Принципы работы компьютера приведены в описании системы команд и сохраняют общий порядок (цикл) исполнения команд программы

− выборка кода команды из программной памяти Code по адресу в программном счетчике PC, выборка операндов из памяти данных, исполнение операции и сохранение результатов в памяти данных.

Существенным отличием ^ MCU от ЭВМ общего назначения с конструктивным разделением процессора и памяти является интеграция этих устройств в одной микросхеме, разделение памяти программ и данных, выполнение памяти программ Code в ПЗУ.

В проекте не рассматривается работа и организация последовательного канала ввода-вывода и таймеров. Предполагается, что эти вопросы относятся к курсу Системы ввода-вывода.








Ram

Data sfr

r0-r7 Acc,B Code Xdata

PSW

Bit



PC, DPTR

Stack



P0 P1 P2 P3







SP






Рис.1.1. Программная модель


^ 1.1. Структура памяти, команды обмена данными
Интегрированная в MCU память имеет иерархическую организацию, в которой уровни памяти различаются типами хранимых данных, режимами адресации, назначением, объемом и быстродействием.

В курсовом проекте рассматриваются конструктивные подробности физической реализации памяти. ^ Реализуемость (возможность построения соответствующих схем) являются важными условиями понимания и применения элементов программной модели ЭВМ и в тоже время – основной задачей проектирования. Таким образом, в обзоре системы команд в отличие от программной модели демонстрируются признаки, требующие аппаратной поддержки при ее реализации.

Память различается по способу доступа к информации:

  • регистровая с прямым доступом по назначению, определяемому содержанием команды. В Ассемблере и программной модели регистрам присваиваются смысловые идентификаторы.

  • память с адресным доступом – адрес ячейки (слова) памяти задается кодом команды. Значения ячеек изменяются программно (Ram, Xram) или загрузчиком программы в память Сode типа EPROM;

  • регистры с совмещенным доступом. Для ускорения доступа к данным в аппаратуре предусмотрены рабочие регистры с быстрым прямым доступом и теневые регистры в SFR c адресным доступом. Состояния регистров идентичны и когерентно (согласованно) обновляются при изменении состояния рабочих или теневых регистров.



^ 1. Основные Регистры.

Используются в основном цикле исполнения программы, относятся к памяти процессора при выделении такого функционального блока в архитектуре ЭВМ.

а(Асс) – основной регистр-аккумулятор, применяемый во всех арифметических и логических операциях с неявным (прямым) доступом и явным адресным. При этом в Ассемблере используется обозначение mov a, B, где аккумулятор неявно (прямо) доступен, и mov Acc,B, где аккумулятор адресуется в Ram.

B − рабочий регистр, также неявно подразумеваемый в командах mul ab, div ab или адресуемый в команде mov a,B.

Регистр состояния PSW=C.AC.F0.RS1.RS0.OV.-.P содержит признаки результата арифметических операций – С (перенос, заем), AC полуперенос, OV (знаковое переполнение), P(бит четности двоичного кода), F0 (бит пользователя), RS1-RS0 – номер активного регистрового банка. Регистр PSW неявно изменяется при выполнении операций и доступен по адресу в команде mov a, PSW.

PC − 16-разрядный программный счетчик, или регистр адреса команды. При включении питания автоматически сбрасывается. Таким образом, в MCS51 начальный запуск программы с адреса 0000. РС доступен только неявно в командах управления программой и адресации к массиву данных.

DPTR=DPH.DPL – 16-разрядный адресный регистр (Data Pointer Register). Используется для адресации памяти Code, Xdata с неявным доступом. Возможно адресное обращение к теневым региcтрам Dph, Dpl в Ram.

Все эти регистры программно-доступные и сохраняют свое состояние, если в команде они явно не используются (необходимо иметь ввиду при аппаратной реализации).

^ 2. Память Rам – 256 байт разделена на два блока Data ad=[0-7Fh] и ad=SFR[80h-FFh].

Прямая адресация (ad) к RAM в командах.

mov a, 55h ; RAM[55h]  Асс

mov ad, a ; a RAM[ad]. где ad - прямой адрес ячейки RAM

mov ad1, ad2 ; RAM[ad1]  RAM[ad2], где ad1,ad2 – первый

и второй прямые адреса.

mov 22h, 33h ; RAM[22h]  RAM[33h]
1) Регистры специальных функций SFR с прямой адресацией ad=(80-FFh) входят как подмножество регистров в адресуемую память RAM.

SFR содержит адресуемые регистры управления периферией и теневые регистры для основных регистров с прямым доступом (ACC, B, DPH, DPL, PSW, SP, P0, P1, P2, P3). При обращении к SFR необходимо обеспечивать когерентность (согласованность) состояний соответствующих теневых и адресуемых регистров на аппаратном уровне.

^ 2) Оперативная память данных Data – структура иерархическая по назначению и доступу, занимает в MCS51 адреса 0-7Fh памяти данных Ram. Следующий уровень иерархии – регистровая, битовая, стековая память.

а) Активный банк регистров общего назначения Ri={ R0,R1,..R7 }.

Регистры Ri имеют короткие 3-x битовые адреса, что позволяет их разместить в первом байте кода команды

mov a,R0 ; Data[R0]  Асс

mov R1,a ; Асс  Data[R1]

Доступны 4 банка, совмещенные с начальными ячейками памяти Data или RAM (0x0-0x0f). Активный банк выбирается в регистре PSW и прямой адрес ad= (000.rs1.rs0.ri).

Два регистра Rj={R0,R1} используются в косвенной адресации Data. Если адрес в Rj превышает 0x7f, то формируется значение 0 .
mov a,@R0 ; Data[R0] Асс

mov @R0, 22h ; Data[22h]  Data[R1]

mov @R0,ACC , SFR[Acc] Data[R0]

b) Bit – 128 бит, прямой адрес бита 0-7fH, память совмещена с ячейками 20-2f Data, еще 128 бит c с адресами 80h-ffh относятся к SFR

mov c, 0 ; Data[20h.0]  С , где С=20h.0 – нулевой бит ячейки Data

mov ACC.7, c ; С Acc.7,

mov c, x0 ; x0 - имя бита
с) Stack – в памяти Data с косвенным доступом через регистр-указатель вершины SP, пре-автоинкремент (+SP) при записи и пост-автодекремент (SP-) при чтении

push ad

Например, push Acc обозначает SFR[Acc]  Data[+SP]

pop ad

Например, pop 22h обозначает Data[SP--]  Data[22h]

При включении питания и сбросе MCU устанавливается SP=07.

Если (SP>0x7f), то доступ по адресу SP не определен и выбираемое значение формируется равным 0. Компиляторы и симуляторы не контролируют выход за пределы выделенных адресов различных типов памяти.
  1   2   3   4   5   6   7   8

Похожие:

Российской Федерации Федеральное агентство по образованию iconФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение...
Министерство образования и науки российской федерации федеральное агентство по образованию
Российской Федерации Федеральное агентство по образованию iconРоссийской Федерации Федеральное агентство по образованию Магнитогорский...
Отечественная история: вопросы и ответы: Учеб пособие. Магнитогорск: мгту, 2006. – 114 с
Российской Федерации Федеральное агентство по образованию iconРоссийской Федерации Федеральное агентство по образованию Костромской...
Волкова Т. И. Организация, нормирование и оплата труда : Курс лекций / Т. И. Волкова, М. Л. Ершова. – Ч – Кострома : кгту, 2005....
Российской Федерации Федеральное агентство по образованию iconРоссийской Федерации Федеральное агентство по образованию Костромской...
Воронцова, О. Р. Правовая статистика. Практическая часть: учебно-методическое пособие / О. Р. Воронцова, О. Б. Садовская. – Кострома:...
Российской Федерации Федеральное агентство по образованию iconРоссийской Федерации Федеральное агентство по образованию
Мало научной литературы по данным вопросам на русском языке. В этой связи главная цель данного пособия компенсировать дефицит литературных...
Российской Федерации Федеральное агентство по образованию iconРоссийской Федерации Федеральное Агентство по высшему образованию...
Методические рекомендации по прохождению производственной практики для студентов четвертого курса специальности 030602. 65 – Связи...
Российской Федерации Федеральное агентство по образованию iconРоссийской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное...
Методические указания по устным экзаменационным темам для студентов I курса всех специальностей (английский язык)/Сост.: Е. В. Шипанова,...
Российской Федерации Федеральное агентство по образованию iconРоссийской Федерации Федеральное агентство по образованию Ивановский...
Методические рекомендации по изучению курса «Экономика (экономическая теория)» включают в себя задания для самостоятельной работы...
Российской Федерации Федеральное агентство по образованию iconРоссийской Федерации Федеральное агентство по образованию Южно-Уральский...
Система права любого современного государства состоит из ряда отраслей: конституционное право, административное, гражданское, трудовое...
Российской Федерации Федеральное агентство по образованию iconРоссийской Федерации Федеральное агентство по образованию институт...
На смену «прекрасному» приходят «шок-ценности»2: новизна, необычность, абсурд, жестокость. Это привело к расширению предмета эстетики,...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница