Проектирование микро-ЭВМ - Курсовая работа

Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) уже давно широко применяются при создании сложных систем управления. Если электронная аппаратура, разработанная на стандартной логике со степенью интеграции не выше триггера, занимала несколько стоек, то в настоящее время при помощи ПЛИС разрабатываются одноплатные устройства, функционально превосходящие изделия прошлых лет. Данный курсовой проект представляет собой разработку микро-ЭВМ принстонской архитектуры на базе ПЛИС. Эта архитектура имеет ряд важных достоинств: - наличие общей памяти позволяет оперативно перераспределять ее объем для хранения отдельных массивов команд и данных; Согласно заданию курсового проекта микро - ЭВМ должна состоять из следующих блоков: память, устройство управления, арифметико-логическое устройство, контроллер прямого доступа к памяти и контроллер прерываний.Представлена синхронным оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) и асинхронным постоянным запоминающим устройством (ПЗУ). В отличие от асинхронной памяти, синхронная память будет иметь вход тактовых импульсов, поэтому все действия по осуществлению доступа к памяти должны осуществляться по изменению синхросигнала. ОЗУ имеет входы для разрешения работы всего блока (селектор чипа), чтения или записи. По условию это устройство должно иметь 6 линий для прерываний. Поэтому контроллер прерываний будет иметь входы для разрешения и запрета прерываний, а также входы для поступления номера линии.Устройство обладает тремя шинами: управления, адреса и данных. На шину адреса будет выставляться текущий адрес исполняемой команды, адрес обработчика прерывания либо адрес данных необходимых для чтения или записи из памяти. Выставлять адрес на данную шину смогут устройство управления, контроллер прерываний и КПДП. КПДП выполняет обмен данными с ОЗУ, передавая по шине управления сигналы на чтение либо запись ОЗУ. После того как обмен закончится КПДП передает сигнал устройству управления о завершении цикла, в результате чего устройство управления продолжит выполнение команд читаемых из ОЗУ.В курсовом проекте должны быть реализованы запоминающие устройства двух типов: постоянное запоминающее устройства (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Согласно заданию разрядность шины адреса составляет 6 бит, а разрядность шины данных - 14 бит. Устройство ПЗУ разработано на языке VHDL и представлено в виде исходного кода в файле rom.vhd. Условное графическое обозначение ПЗУ приведено на рисунке 2.1.1. Рассмотрим работу ПЗУ и временные диаграммы его работы на примере работы ПЗУ данных.Именно блок устройства управления осуществляет управление всеми составляющими микро-ЭВМ. Правильная работа устройства управления определяет, насколько правильно будет работать вся схема в целом. В устройствах управления первого типа для каждой команды, задаваемой кодом операции, строится набор комбинационных схем, которые в нужных тактах вырабатывают необходимые управляющие сигналы. Данное устройство представляет собой цифровой автомат, меняющий значение на выходах в зависимости от состояния в котором он находится. Выходы устройства управления подключаются к входам всех остальных устройств микро-ЭВМ.Арифметико-логическое устройство (АЛУ) - блок в микро-ЭВМ, отвечающий за выполнение элементарных логических и арифметических операций. Блок АЛУ функционально состоит из следующих частей: регистры-защелки операндов, и собственно вычислительные блоки «исключающего ИЛИ» и логического «И». Логика работы операций АЛУ заключается в побитовом вычислении результата над соответствующими разрядами двоичных векторов операндов.КПДП организует прямой доступ к памяти внешним устройствам. По заданию, КПДП должен передавать 10 машинных слов, потому необходимо выполнять передачу данных в несколько тактов. Для подсчета текущего адреса и количества переданных слов данное устройство содержит в себе счетчик адреса и счетчик данных (слов). В начале цикла КПДП счетчик адреса устанавливается в начальный адрес (по условию 6), а счетчик данных устанавливается в значение объема передаваемой информации (10). Функциональная схема контроллера ПДП изображена на рисунке 2.4.1.Прерывание - это прекращение выполнения текущей команды или текущей последовательности команд для обработки некоторого события специальной программой - обработчиком прерывания, с последующим возвратом к выполнению прерванной программы. Событие может быть вызвано особой ситуацией, сложившейся при выполнении программы, или сигналом от внешнего устройства. Прерывание используется для быстрой реакции процессора на особые ситуации, возникающие при выполнении программы и взаимодействии с внешними устройствами. Любая особая ситуация, вызывающая прерывание, сопровождается сигналом, называемым запросом прерывания. Для корректной работы контроллера прерываний, устройство должно постоянно хранить в себе маску прерываний.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 РАЗРАБОТКА ОБЩЕЙ СТРУКТУРЫ МИКРО-ЭВМ

1.1 Функциональный состав

1.2 Описание взаимодействия всех блоков микро-ЭВМ

2 РАЗРАБОТКА ОСНОВНЫХ УСТРОЙСТВ МИКРО-ЭВМ

2.1 Запоминающие устройства. Функциональный состав и временные диаграммы.

2.2 Разработка устройства управления. Функциональный состав и временные диаграммы.

2.3 Разработка АЛУ. Функциональный состав и временные диаграммы.

2.4 Разработка КПДП. Функциональный состав и временные диаграммы.

2.5 Разработка системы прерываний функциональный состав и временные диаграммы.

3 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА

3.1 Описание работы устройства на вентильно-регистровом уровне.

3.2 Описание временной диаграммы работы устройства.

4 ОПТИМИЗАЦТЯ МИКРО-ЭВМ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Приложения