Разработка двухадресного процессора, способного выполнять операции с фиксированной точкой

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

Кафедра Вычислительных машин, комплексов, систем и сетей

Курсовая работа защищена

с оценкой ________________

_________________________

(подпись руководителя, дата)

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

“Организация ЭВМ, комплексов и систем”

Тема: Разработка двухадресного процессора, способного выполнять

операции с фиксированной точкой

                                               Выполнил  студент группы:

ЭВМ 4-1               

Курбатов С.В.               Руководитель: Горнец Н. Н.

Москва – 2004 г.

Содержание:

1. Техническое задание. ---------------------------------------------------------------------- 3

1.1. Общие технические требования. -------------------------------------------------- 3

1.1.1. Условия эксплуатации и транспортирования. ---------------------------- 3

1.1.2. Требования к помехозащищенности. -------------------------------------- 4

1.1.3. Требования к условиям хранения. ------------------------------------------ 4

1.1.4. Требования по безопасности. ------------------------------------------------ 4

1.1.5. Требования к конструкторской и технологической документации. - 4

1.1.6. Требования к укладке, упаковке и маркировке. ------------------------- 4

1.2. Частные технические требования ------------------------------------------------- 5

2. Формат представления чисел с фиксированной запятой. -------------------------- 6

3. Формат команды. --------------------------------------------------------------------------- 7

4. Адресация операндов. --------------------------------------------------------------------- 9

4.1. Прямая адресация. ------------------------------------------------------------------- 9

4.2. Базовая адресация. ------------------------------------------------------------------ 10

4.3. Индексная адресация. -------------------------------------------------------------- 11

4.4. Регистровая адресация. ------------------------------------------------------------ 12

5. Команды процессора. -------------------------------------------------------------------- 13

5.1. Сложение. ---------------------------------------------------------------------------- 13

5.2. Сравнение. ---------------------------------------------------------------------------- 14

5.3. Условный переход по признаку равенства нулю. ---------------------------- 14

6. Описание и обоснование выбора структурной схемы системы. ---------------- 15

6.1 Регистровая архитектура. ---------------------------------------------------------------- 16

6.2 Устройство управления. ------------------------------------------------------------ 16

6.3 Арифметико-логическое устройство. ------------------------------------------ 18

6.4. Основная память. ---------------------------------------------------------------- 18

6.5. Системная шина. ----------------------------------------------------------------------- 18

6.6. Кэш-память. -------------------------------------------------------------------------- 19

7. Функциональная схема. ----------------------------------------------------------------- 20

8. Список используемой литературы. --------------------------------------------------- 23

Приложение

              Функциональная схема процессора (Лист 1)

              Принципиальная электрическая схема процессора (Лист 2)     

16

1. Техническое задание

Назначение:

   Разрабатываемый процессор является специальным. Он предназначен для выполнения операций, приведенных в частных технических требованиях. Процессор является частью ЭВМ, поэтому далее будем говорить об общих технических требованиях к ЭВМ (частные требования приведены непосредственно для процессора).

1.1. Общие технические требования:

1.1.1. Условия эксплуатации и транспортирования.

   Стационарная ЭВМ разрабатывается с учетом круглосуточной работы в отапливаемых помещениях и предназначена для нормальной работы в  помещениях с постоянным кондиционированием. При транспортировании и эксплуатации она должна выдерживать воздействия механических нагрузок и климатических факторов, указанных в таблице 1.

Таблица 1.

    Питание стационарных ЭВМ осуществляется от сети переменного тока напряжением 220В ± 10В частотой 50 Гц.

   ЭВМ должна выполнять предназначенные ей функции, т.е. решать такие математические задачи по специально разработанным программам или условиям, при которых одновременно, последовательно или смешанно осуществляется проверка работоспособности всех или основных узлов ЭВМ.  

Во время транспортировки в упаковке всеми видами транспорта должны обеспечиваться меры по предохранению от механических повреждений, проникновения влаги, пыли и грязи.

    Средний срок службы стационарной ЭВМ должен быть  не менее десяти лет.

1.1.2. Требования к помехозащищенности.

   При разработке ЭВМ должны предусматриваться меры защиты от влияния на их работу внешних промышленных и взаимных помех. Узлы и блоки, которые могут быть источником помех, должны иметь средства, подавляющие эти помехи. Устройство  источника помех и средства их подавления рекомендуется размещать в общем, металлическом кожухе, обеспечивающем надежную экранировку.

   Переходное сопротивление в местах электрического соединения деталей с корпусом не должно превышать 0,004 Ом.

1.1.3. Требования к условиям хранения.

  Стационарные ЭВМ должны быть устойчивы к хранению в капитальных отапливаемых помещениях при температуре воздуха от +10 до +35°С и относительной влажности от 40 до 90%.

1.1.4. Требования по безопасности.

   ЭВМ должна быть выполнена так, чтобы при ее эксплуатации обеспечивалась безопасность обслуживающего персонала.

   Должны быть приняты меры, исключающие попадание внутрь блоков и узлов ЭВМ посторонних предметов.

   Если в состав блоков и узлов ЭВМ входят элементы, находящиеся под напряжением свыше 220В, то в инструкцию по эксплуатации включаются соответствующие требования по технике безопасности.

   Интенсивность рентгеновского излечения не более 2 мРг/ч. Уровень акустических шумов не более 55 дБ.

1.1.5. Требования к конструкторской и технологической документации.

   Конструкторская документация должна быть выполнена в соответствии с требованиями стандартов Единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

   ЭВМ должна поставляться с комплектом эксплутационной документации, системой математического обеспечения и необходимыми сопроводительными документами.

1.1.6. Требования к укладке, упаковке и маркировке.

   Упаковка должна обеспечивать защиту ЭВМ от воздействия ударных нагрузок и климатических факторов во время транспортировки и хранения.

   Маркировка ЭВМ должна быть выполнена по ГОСТ 14192-71 и должна содержать следующую информацию: наименование или тип, товарный знак предприятия-изготовителя, заводской номер и год выпуска. Маркировка наносится на несъемных частях отдельных устройств ЭВМ, доступных для обзора.

   Упаковка должна производиться только после выравнивания температуры ЭВМ с температурой воздуха помещения, в котором производится упаковка.  

  Распаковку ЭВМ в зимнее время необходимо проводить в отапливаемом помещении.

1.2. Частные технические требования

Тип операционного блока - микропрограммный

Адресность команды - двухадресная

Способы адресации – прямая, индексная и базовая

Тип данных - числовой с фиксированной точкой

Ёмкость ОП  - 64 Мегабайта

Ёмкость кэш-памяти – 64 Килобайта

Набор команд:

арифметическая - сложение

  логическая – сравнение

  переход – равенство нулю

Задание выдано ____________________ 2004 г.

Руководитель _____________________ Горнец Н. Н.

                                    (подпись)

Студент __________________________ Курбатов С.В.

                                    (подпись)

16

2. Формат представления чисел с фиксированной запятой.

   Представление числа X в форме с фиксированной запятой (ФЗ), которую иногда называют также естественной формой, включает в себя знак числа и его модуль в q-ичном коде. Здесь q – основание системы счисления или база. Для современных вычислительных машин (ВМ) характерна двоичная система (q=2). Запятую в записи числа называют соответственно двоичной. Знак положительного числа кодируется двоичной цифрой 0, а знак отрицательного числа – цифрой 1.

   Числам с ФЗ соответствует запись вида: .Отрицательные числа обычно представляются в дополнительном коде. Разряд кода числа, в котором размещается знак, называется знаковым разрядом кода. Разряды, где располагаются значащие цифры числа, называются цифровыми разрядами кода. Знаковый разряд размещается левее старшего цифрового разряда. Положение запятой одинаково для всех чисел и процессе решения задач не меняется. Хотя запятая и фиксируется, в коде числа она никак не выделяется, а только подразумевается. В общем случае разрядная сетка ВМ для размещения чисел в форме с ФЗ имеет вид, представленные на рис. 1, где n разрядов используются для записи целой части числа и r разрядов – для дробной части.

   Если число является смешанным (содержит целую и дробную части), оно обрабатывается как целое, хотя и не является таковым. Такая обработка числа в ВМ встречается редко. Как правило, используются ВМ с дробной (n=0) либо целочисленной (r=0) арифметикой.

   В настоящее время наиболее распространен способ фиксации запятой после младшего разряда – целые числа. Целые числа применяются для работы с адресами.

   Представление чисел в формате с ФЗ упрощает аппаратурную реализацию ВМ и сокращает время выполнения машинных операций, однако при решении задач необходимо постоянно следить за тем, чтобы все исходные данные, промежуточные и окончательные результаты не выходили за допустимый диапазон формата, иначе возможно переполнение разрядной сетки и результат вычислений будет неверным.

3. Формат команды.

Типовая команда, в общем случае, должна указывать:

       подлежащую выполнению операцию;

       адреса исходных данных (операндов), над которыми выполняется операция;

       адрес, по которому должен быть помещен результат операции.

  В соответствии с этим команда состоит из двух частей: операционной и адресной (рис. 2)

                                              Рис. 2 Структура команды.

   Формат команды определяет ее структуру, т.е. количество двоичных разрядов, отводимых под всю команду, а также количество и расположение отдельных полей команды. Полем называется совокупность двоичных разрядов, кодирующих составную часть команды.

Формат команды определяется следующими параметрами:

1.       количеством команд в процессоре;

2.       объемом оперативной памяти;

3.       количеством регистров общего назначения (РОН);

4.       признаком  способа адресации;

5.       адресностью команд (одноадресная, двухадресная и т. п.).

1. Количество команд процессора определяет разрядность кода операции. Если система команд предполагает NКОп различных операций, то минимальная разрядность  кода операции RКОп определяется следующим образом: