Создание программной модели арифметико-логического устройства - Дипломная работа

Темой данной дипломной работы является создание программной модели арифметико-логического устройства (АЛУ). Проектирование схем с помощью ЭВМ в данный момент является одним из наиболее перспективных способов повышения производительности и качества инженерного труда и получает все более широкое распространение в радиоэлектронике и вычислительной технике. Традиционный подход к проектированию электронных схем заключается в том, что проектировщик, вооруженный знаниями и опытом, берет в руки карандаш и бумагу, обкладывается таблицами и, полагаясь в значительной степени на свою интуицию, составляет приближенный макет схемы. Поскольку приборы, входящие в интегральную схему, часто удается более точно имитировать с помощью модели схемы, чем с помощью дискретных физических компонент, то и результаты, получаемые при машинном моделировании, могут быть значительно точнее, чем результаты макетирования. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ФУНКЦИЙ АЛУ В СОВРЕМЕННЫХ МИКРОПРОЦЕССОРАХ Микропроцессоры (МП) получают всё большее распространение в различных областях народного хозяйства и военного промышленного комплекса. Одним из главных составляющих узлов МП является АЛУ, обеспечивающее выполнение различных арифметических и логических операций. Для анализа будем использовать зарубежные микроконтроллеры фирмы «Motorolla» и «Аnalog divices» и отечественного микропроцессорного комплекта К1815. В состав каждого разряда входят два буферных регистра RG1, RG2, одноразрядное АЛУ ALU, регистр «маски» RG3, регистр переноса RG4, три коммутатора S1- S3 (рисунок 1.1). Запись данных осуществляется независимо: в RGl по срезу сигнала SYN1, а в RG2 по срезу сигнала SYN2. Четырехразрядный коммутатор S1 обеспечивает передачу на выходы DF0,...DF3 сигналов с трех направлений: а) с выходов АЛУ (при состоянии «О» триггеров «маски» RG3 [0-3] и значении «1» сигнала СО2); б) со входов маски RG3 [0-3] (при значении «1» сигнала С02); в) со входов DD [0-3] при значении «О» сигнала СО2. Рисунок 1.1 - Структурная схема БИС АЛУ К1815ИА1 Таблица 1.1 -Функции АЛУ микросхемы к1815ИА1 Набор функций CO1-1, логическая функция СО1-0, арифметическая функция D v 3 D v 2 D v 1 D v0 -1 -0 0 0 0 0 AA плюс 1 0 0 0 1 А В(А В) плюс 1 0 0 1 0 (А В) плюс 1 0 0 1 1 0 минус 1 0 0 1 0 0 AB А плюс А плюс плюс 1 0 1 0 1 (А В) плюс (А В) плюс 1 плюс плюс 1 0 1 1 0 А минус В минус 1А минус В 0 1 1 1 минус 1 1 0 0 0 А плюс АВА плюс АВ плюс 1 1 0 0 1 А плюс ВА плюс В плюс 1 1 0 1 0 B (А плюс В) плюс АВ ( ) плюс АВ плюс 1 1 0 1 1 АВ минус 1 АВ 1 1 0 0 1 А плюс А А плюс А плюс 1 1 1 0 1 (А В) плюс А(А ) плюс А плюс 1 1 1 1 0 ( ) плюс А(А ) плюс А плюс 1 1 1 1 1 A А минус 1 А Четырехразрядный коммутатор S3 служит для выдачи на выходную магистраль DW состояния регистра «маски» RG3 при значении «О» сигнала СОЗ. Они выполняют соответствующие действия над операндами, одни из которых располагается в аккумуляторе А, где размещается затем результат. При операциях сложения и вычитания с учётом и без учёта признака переноса С (команды ADC, ADD, SBC, SUB) второй операнд М индексируется любым образом, кроме относительного. Таблица 1.2 Мнемокод Команда Операция 1 2 3 ADD (opr) ADC (opr) SUB (opr) SBC (opr) Сложение Сложение с переносом Вычитание Вычитание с заёмом А М>А A M C>A A-M>A A-M-C>A INC (opr) INCA INCX Инкремент М Инкремент А Инкремент Х М 1>М А 1>А Х 1>Х DEC (opr) DECA DECX Декремент М Декремент А Декремент Х М-1>М А-1>А Х-1>Х NEG (opr) NEGA NEGX Изменение знака М Изменение знака А Изменение знака Х 0-М>М 0-А>А 0-Х>Х CMP (opr) CPX TST (opr) TSTA TSTX Сравнение А с М Сравнение Х с М Тестирование М Тестирование А Тестирование Х А-М Х-М М-0 А-0 Х-0 MUL Беззнаковое умножение > : А AND (opr) OR (opr) EOR (opr) Логическое И Логическое ИЛИ Исключающее ИЛИ А^M >A A \/ M>A A M>A COM (opr) COMA COMX Логическая инверсия М Логическая инверсия А Логическая инверсия Х >М >А >Х BIT Битовое тестирование А^М Однокристальная микроЭВМ МС68С705С8 входит в серию относительно дешевых микроЭВМ фирмы “Motorola”, использующих КМОП-технологию, сочетающую малые размеры и высокое быстродействие с низким потреблением энергии и высокой устойчивостью к помехам. Блок центрального процессора, представленного на рисунке 1.2, содержит 8-битное АЛУ, аккумулятор, индексный регистр, регистр признаков, указатель стека, программный счётчик и управляющую логику. Рисунок 1.2 - Центральный процессор МС68С705С8 Таблица 1.3 - Функции АЛУ микроЭВМ МС68НС705С8 Мнемокод Операция Команда Действие АЛУ ADD АС<(АС) (М) Сложение содержимого ячейки памяти с аккумулятором Сложение содержимого М и содержимого АС и размещение в АС ADC AC<(AC) (M) (C) Сложение ячейки памяти с аккумулятором и флагом переноса Сложение содержимого бита С и суммы содержимого М и АС и размещение в АС SUB АС<(АС)-(М) Вычитание Сложение содержимого бита С и суммы М и АС и размещение в АС SBC АС<(АС)-(М)-(С) Вычитание содержимого ячейки памяти из аккумулятора с флагом заема. АЛУ разрядностью 16 бит имеет два 16-бито