Разработка архитектуры специализированного микрокомпьютера

     Система прерываний предназначена для прерывания программы пользователя, если возникло прерывание от внешних устройств, либо внутреннее прерывание. Каждое прерывание имеет свой приоритет, что обуславливает  выполнения того прерывания, которое имеет наивысший приоритет, когда прерываний возникает несколько. Выделение приоритетов можно выполнить с помощью ПЗУ.

     Система прерываний также должна обеспечивать загрузку на выполнение микропрограммы обслуживающей то прерывание, которое необходимо обслужить в данный момент. Система прерываний представлена  на рисунке 3.1. 

       

     Рисунок 3.1 – Система прерываний 

     3.2 Проектирование системы ПДП 

     Прямой  доступ к памяти позволяет осуществить  непосредственный обмен данными  между памятью и периферийными  устройствами под управлением контроллера ПДП без участия БОД, что позволяет повышать скорость выполнения обмена.

     Внешние устройства, использующие канал ПДП, обычно передают информацию в виде сообщений заданной длины. При этом, если ЭВМ ожидает обмена через  порт, то специальная программа предварительно инициализирует  регистр адреса канала начальным адресом области  памяти, используемой для приема данных.  В регистр счетчика длины сообщения  заносится информация о количестве слов, принимаемых от ВУ.

      В качестве основы реализации контролера ПДП взята  микросхема 1804ВУ6. УГО имеет вид  рисунок 3.2. 

     Рисунок 3.2 – Микросхема К1804ВУ6 

     Назначение  выводов микросхемы К1804ВУ6 показано в таблице 3.1. 

     Таблица 3.1 – Выводы микросхемы К1804ВУ6

Обозначение	Назначение
1	2
D(0-7)	двунаправленная шина данных, используется для ввода/ вывода информации.
А(0-7)	выход адреса, предназначен для вывода информации из счетчика адреса.

 

     Продолжение таблицы 3.1

1	2
ОЕА	вход разрешения выдачи адреса
I(0-2)	вход инструкции,  определяет одну из восьми инструкций адресного генератора ПДП.
ACI	входной перенос  счетчика адреса.
АСО	выходной перенос  счетчика адреса
WCI	входной перенос  счетчика слов
WCO	выходной перенос  счетчика слов
DON	выход индикации  конца передачи. Наличие единицы  на этом выходе определяет окончание  передачи данных в трех режимах управления.

 
 

     Устройство, осуществляющее управлением передачей  дынных при ПДП, называется контроллером ПДП и выполняет следующие  функции: управление шиной адреса, управление передачей данных, формирование адреса, подсчет числа слов, управление режимов  передачи. Контроллер ПДП должен передавать соответствующий адрес на шину адреса памяти и вырабатывать сигналы управления передачей данных между памятью  и устройством ввода/вывода. Контролер  ПДП должен содержать указатель  адреса, который формирует адрес  ячейки памяти, из которой считываются  или в которую записываются очередное  слово передаваемых данных. Содержимое этого указателя должно увеличиваться  или уменьшаться после передачи очередного слова данных. Перед началом  передачи данных в контроллер ПДП  поступают информация о числе  передаваемых слов и начальный адрес. Во время передачи данных контроллер ПДП должен осуществлять контроль числа  переданных слов и закончить передачу по достижении заданного числа слов.

 

      4 РАЗРАБОТКА МИКРОПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 

     4.1 Формат микрокоманды. Микропрограммная интерпретация команд языка компьютера 

     Основной  характеристикой микроЭВМ, определяющей возможность использования готовых  прикладных программных модулей, является система команд – полная совокупность команд, которые может выполнить  ЭВМ.

           Команда представляет собой двоичный код, определяющий операцию, производимую машиной, и данные, участвующие  в операции (операнды). Команда содержит операционную и адресную части. В  операционной части указывается  код операции (КОП)  - вид операции. В адресной части задается информация о нахождении операндов. Если микроЭВМ выполнит М различных операций, то число двойных операций, то число  двойных разрядов КОП: 

     N = int Log2 M 

     Исходя  из того, что всего имеется 37 операций, то поле КОП необходимо выбрать 6-разрядным. В регистре команд команда представляется в виде: 

Код Операции (КОП)

Операнд 1

Операнд 2

 

     И с учетом разрядностей данной микроЭВМ, команда будет иметь вид: 

Код Операции (КОП) - 6 бит

Операнд 1 - 4 бита

Операнд 2 – 4 бита

 

     Рассмотрим  выполнение команд в микроЭВМ. Выполнение происходит в соответствии с алгоритмом: 

     

• Формирование  адреса микрокоманды,
• Выборка команды из памяти,
• Декодирование команды,
• Выборка из памяти величины смещения,
• Формирование адресов операндов,
• Выборка операндов,
• Выполнение команды.

     Разборка  формата микрокоманды представлена в таблице 4.1. 

     Таблица 4.1 – Разборка формата микрокоманды 

№	Биты	Название	Назначение
1	2	3	4
1	0-10	A0-A10	Адрес следующей  микрокоманды
2	11-14	I0-I3	Управляющие сигналы  для КМ1804ВУ3
3	15-23	I0-I8	Управляющие сигналы  для КМ1804ВС2
	24-27	EA, OEB, IEN,OEY	Управляющие сигналы  для КМ1804ВС2
	28-36	I0-I12	Управляющие сигналы  для КМ1804ВР2
	37-30	YC, YN, YOV, YZ	Условия для  КМ1804ВР2
4	31-42	SS	Выбор приёмника  для регистра входных данных
	43-44	SD	. Выбор источника  для регистра выходных данных
	45	EN	Включение регистра адреса
5	46	R/w	Сигнал чтение/запись для ОЗУ или портов
	47-50	I0-I3	Управление  ПДП (КМ1804ВУ6)
	51-52	ACI, WCI	Сигналы переноса счётчика адреса и слов для ПДП
	53-60	INS0-INS7	Сигналы управления на контроллер прерываний (КМ1804ВН1)
	61	EINS	Включение INS0-INS7 на КМ1804ВН1
	62-63	CR, ECR	Сигналы выбора портов.

 

     

     Продолжение таблицы 4.1

1	2	3	4
6	64	С0	Вход переноса для КМ1804ВУ2
7	65-67	ZA, RE, OE	Сигналы ZA, RE и OE для КМ1804ВУ2

 

     Каждая команда  состоит из микрокоманд последовательно  выполняя основные шаги. Выполнение межрегистровой команды занимает 4 микроцикла:

     Т0 – Формирование адреса команды. Микроцикл  выполняется путем увеличения содержимого  счетчика команд на 2 с помощью соответствующей  микропрограммы. Вычисленный адрес  загружается в Рг. А и снова  в счетчик команд.

     Т1 – Выборка команды. Во время цикла  выборки из памяти считывается содержимое ячейки по адресу, сформированному  в предыдущем цикле. Согласно протоколу  обмена с памятью, считывание команды  выполняется за 1 микроцикл. Поэтому  команда может быть выдана в процессор  из памяти уже к началу следующего микроцикла.

     Т2 – Декодирование. Команда, выбранная  из основной памяти, в предыдущем цикле, поступает в процессор в начале текущего цикла. Команда поступает  в дешифрирующее ПЗУ. Последнее  устройство преобразует КОП в  адрес начала микропрограммной обработки.

     Т3 – Выполнение. Цикл выполнения команды. Он может состоять из нескольких микроциклов, в зависимости от вида команды. 

     4.2 Разработка служебного микропрограммного обеспечения 

     Для диагностики функционирования микроЭВМ необходимо иметь определенный набор  программ для контроля блоков.

     Функциональный  контроль решает следующие задачи: определение факта наличия неисправности  в блоке и определение места  неисправности. Вывод в правильности функционирования ОЗУ делается по конечному  результату выполнения полного теста.

     Контроль  функционирования может быть совмещен с измерением (контролем) статических  и динамических параметров ЗУ, если позволяет точность и быстродействие аппаратуры контроля

     Наиболее  широко используются при контроле функционирования ЗУ алгоритмические функциональные тесты (АФТ), содержащие последовательность элементарных тестов, измеряемых по известному закону (алгоритму). Это связано с простотой генерации, малым объемом занимаемой памяти управляющей ЭВМ и высокой воспроизводимостью результатов функционального контроля

  

 
 

     Рисунок 4.1 – Алгоритм теста «Последовательная запись и считывание» 

     В качестве служебного микропрограммного обеспечения  выступает тест ОЗУ по алгоритму  «Последовательная запись и считывание». Алгоритм теста представлен на рисунке 4.1.

     Следует отметить, что ширина зон устойчивого  функционирования ЗУ (например, в координатах напряжения питания – время выборки адреса) может служить для сравнительной оценки эффективности алгоритма: зона сужается при переходе к более тяжелому для функционирования алгоритму.

 

     ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

     В ходе проектирования микроЭВМ предъявлялись  требования, изложенные в задании.

     Семейство микропрограммируемых устройств К1804 позволяет создавать системы  с микропрограммным управлением  на базе быстродействующих БИС. Эти  устройства выполняют как операции условного перехода к подпрограмме, т.е. по адресу, извлекаемому из определенного  источника, так и операции условного  возврата из нё. Кроме того может  быть реализован ряд способов организации  циклов и выхода из циклов. Причем циклы  могут содержать в себе многократное выполнение одной или нескольких микрокоманд.

     В данном курсовом проекте были рассмотрены  основные принципы организации и  функционирования микропроцессорных  устройств с разрядно-модульной  организацией. Был спроектирован  спецкомпьютер на комплекте интегральных схем К1804. Данный компьютер отвечает стандартным нормам и содержит в  себе основные блоки, которые должны быть у компьютеров данного класса.

 

     СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

1. А. Майоров, В. В. Кириллов. Введение в микро ЭВМ/С. – Л.: Машиностроение, 1988.
2. И. П. Кобяк. Организация памяти компьютерных систем: Методическое пособие – Мн.: БГУИР, 2000.
3. В. В. Баранов, Н. В. Бекин, А. Ю. Гордонов и др.; Под редакцией   А. Ю. Гордонова и Ю. Н. Дьякова. Полупроводниковые БИС запоминающих устройств: Справочник – М.: Радио и связь, 1986.
4. И. П. Кобяк Организация ввода-вывода в компьютерных системах: Методическое пособие– Мн.: БГУИР, 1996.
5. С. Т. Хвощ, Н. Н, Варлинский, Е. А. Попов; Под редакцией С. Т. Хвоща Микропроцессоры и микроЭВМ в системах автоматического управления: Справочник – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987.
6. И. П. Кобяк Архитектура компьютерных систем: Методическое пособие в 2 ч – Мн.: БГУИР, 2001.