Процессор для ограниченного набора команд \часть 1 (7) (\ [Курсовая])

результата при умножении.

АЛУ содержит собственный управляющий автомат с программируемой логикой с

регулярной адресацией содержащий, предназначенный для формирования

необходимой последовательности управляющих сигналов для функциональных

узлов АЛУ и осведомительных сигналов для общего управляющего устройства.

RON - регистры общего назначения. Предназначены для хранения данных,

модификаторов, необходимых для вычисления исполнительного адреса для

обращения к ОЗУ.

УУ - устройство управления с программируемой логикой с регулярной

адресацией. Формирует последовательности управляющих сигналов для всех

функциональных узлов процессора и осведомительных сигналов чтения и записи

для ОЗУ.

СТК - счетчик адреса команды предназначен для вычисления продвинутого

адреса команды. Имеет 22 разряда.

RGK - регистр команд предназначен для хранения выполняемой команды. На

своем выходе имеет комбинационные схемы для проверки недопустимости 0-го

РОН в качестве места хранения модификаторов для вычисления исполнительных

адресов.

RGbuf - буферный регистр для приема с 16-разрядной ШД, накопления и

выдачи на 32-разрядную ШД0 и выдачи на ШД1 обратного действия.

СТST - указатель стека.

Индексное АЛУ предназначено для вычисления исполнительного адреса.

Включает два регистра RG1IALU и RG2IALU для приема и фиксации модификаторов

из РОН. Сумматор складывает содержимое регистров и прибавляет к ним

смещение поступающее сразу из RGK. Результат записывается в регистр адреса.

CTadr предназначен для принятия, хранения, передачи и при необходимости

работы в счетном режиме, адресов на ША, рассчитанных а самом ИАЛУ,

принятых из RGK.

Внутри процессора имеются внутренние шины данных ШД0 и ШД1. Они

предназначены для одновременной выдачи в ИАЛУ и в АЛУ данных - работа с

двухпортовый РОН. Это значительно повышает быстродействие, что обеспечивает

требуемый критерий проектирования.

3. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА

ПРОЦЕССОРА

3.1 Выбор и обоснование функциональной электрической схемы

Функциональная схема поясняет процессы, происходящие в проектируемом

процессоре. На данной схеме показаны функциональные узлы, участвующие в

процессе, и связи между этими узлами. Функциональная схема строится на

основе структурной электрической схемы, и дает возможность для дальнейшего

построения принципиальной электрической схемы как отдельного блока, так и

устройства в целом.

В виду того, что необходимо максимальное быстродействие используется

двухпортовый РОН, в связи с этим внутри процессора имеются две шины данных

ШД0 и ШД1, причем ШД1 работает только на чтение.

Так как ширина выборки из ОЗУ равна 16 бит, а ширина внутренней шины

данных 32 разрядная, необходимо использовать буферный регистр. Для

управления в схеме используются два управляющих устройства, общее УУ и

местный УА для АЛУ. Для выполнения арифметических и логических операций

служит АЛУ, для вычисления адреса предназначено индексное АЛУ. Для

вычисления продвинутого адреса служит CTK, а для работы со стеком CTST.

Взаимодействие функциональных блоков между собой рассмотрим в

техническом описании функциональной электрической схемы.

3.2 Техническое описание функциональной электрической схемы -

операционная часть

При поступлении данных на ШД RGbuf записывает и накапливает 32

разряда и выдает на ШД0, Эта команда поступает на RGK, КОП отсылается у УУ

и на основании этого начинается работа с определенным блоком.

DMX0 пропускает данные на ШД0 или на ШД1.

MUX1 и DC предназначены для выбора одного из РОН.

MUX11 и MUX12 нужны для выдачи на одну из шин данных содержимого

одного из РОН.

При работе со стеком включается в работу CTST, который после

инициализации увеличивается на единицу и показывает свободную ячейку

памяти. Адрес из него поступает на ША, так как он 4-х разрядный, то старшие

разряды всегда нули.

MUX3 пропускает на СТК начальный адрес равный 1610 или адрес взятый

из поля RGK[5:28]. СТК выдает данные на ША и при необходимости на ШД0 через

DMX1.

В RG1IALU и RG2IALU данные поступают с двух шин одновременно, с ШД0 и

ШД1, выдаются через соответствующие мультиплексоры на SMIALU.

MUX4 пропускает данные на SMIALU с RG1IALU, с CTadr и из поля

RGK[14:31].

MUX5 пропускает данные с RG2IALU и из поля RGK[14:31].

MUX6 принимает данные от сумматора IALU, из поля RGK[14:31] и адреса

от RGK.

DMX2 выдает данные от CTadr и выдает на ША или обратно на

SMIALU, для продолжения операции вычисления исполнительного адреса.

RG1ALU и RG2ALU принимают операнды с двух шин одновременно, с ШД0 и

ШД1.

MUX7 и MUX8 передают операнды на SMALU, причем MUX7 пропускает прямое

или инверсное значение RG2ALU, а MUX8 пропускает операнд из RG1ALU или с

RGres при умножении.

MUX9 предназначен для управления переносами, идущими в SMALU. При

отсутствии переноса, пропускается нуль, единица пропускается при коррекции

умножения и при округлении пропускается значение, установленное в триггере

Т.

MUX10 необходим для пропуска на RGres данных из сумматора при

выполнении арифметических операций или данных из логик при выполнении

логических операций И, ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

RGres и RG1ALU являются сдвиговыми регистрами, необходимо при

выполнении умножения, причем для сохранения знака в RG1ALU при сдвиге

вправо нулевой разряд переписывается обратно на свое место, а при сдвиге

RGres для сохранения знака, нулевой разряд переписывается из RG2ALU.

DMX3 выдает данные из АЛУ на ШД0 или обратно в АЛУ, для выполнения

дальнейших операций.

Логические элементы, стоящие на выходе RGres и на выходе SMALU

отвечают за формирование флагов, характеризующих результат арифметических и

логических операций.

Логические элементы, стоящие на выходе RGK отвечают за формирование

флагов, характеризующих 0-й РОН при вычислении исполнительного адреса.

3.3 Техническое описание функциональной электрической схемы -

управляющая часть

Оба устройства управления выполнены по схеме с регулярной адресацией.

В этой схеме при разветвлении процесса, один адрес на единицу больше, чем

текущий, второй адрес - произвольный. Элементом "вычисляющим" адрес,

является счетчик СТ1 и СТ2, управляемый сигналом, являющимся входным для

УУ. В зависимости от значения входного сигнала счетчик либо прибавляет

единицу к значению, которое хранилось в счетчике и являлось текущим

адресом, либо загружается значением адреса из управляющей памяти. Элемент

по модулю 2 позволяет инвертировать значение входного сигнала, что

облегчает распределение микроинструкций.

MUX2 и MUX13 предназначены для пропускания одного из осведомительных

сигналов.

ROM1 и ROM2 - ПЗУ, на которые подаются адреса для выбора одного из

управляющих сигналов

|S |Y |H |e |S' |

S - является адресом для ПЗУ и определяет, какой из управляющих

сигналов будет выбран

S' - содержит адрес перехода микропрограммы

Y - состоит из сигналов управления работой процессора

е - управляет работой исключающего ИЛИ

Н -подается на мультиплексор УУ, позволяет пропустить либо один из

битов набора опознавательных сигналов, либо нулевой сигнал. Наличие

этого сигнала позволяет осуществлять безусловные переходы

Управляющие сигналы для УУ

у1.1 - запись в RGbuf

y1.2 - Выдача из RGbuf

y1.3 - направление

y1.4 - выбор ст/мл разрядов

y1.5 - RESET

y1.6 - Запись в RGK

y1.7 - START ALU

y1.8 - +1 CTST

y1.9 - управление MUX1

y1.10 - управление DMX0

y1.11 - управление MUX3

y1.12 - запись в CTK

y1.13 - +1 CTK

y1.14 - управление DMX1

y1.15 - запись порт0

y1.16 - чтение порт0

y1.17 - чтение порт1

y1.18 - запись в RG1IALU

y1.18' - запись в RG12ALU

y1.19 - управление

y1.20 - MUX4

y1.21 - управление MUX5

y1.22 - управление

y1.23 - MUX6

y1.24 - запись в CTadr

y1.25 - +1 CTadr

y1.26 - управлениеDMX2

y1.27 - чтение из ОЗУ

y1.28 - запись в ОЗУ

y1.29 - запись в триггер ТО0

y1.30 - запись в триггер ТО1

y1.31 - запись в триггер ТО2

y1.32 - запись в триггер ТО3

Осведомительные сигналы для УУ

x1.1 - START

x1.2 - XRAM

x1.3 - RAM

x1.4 - CTK (224)

[pic] КОП

x1.10 - CTST (15)

x1.11 - CTadr (224)

x1.12 - проверка на нулевые РОН базового и индексного регистра

x1.13 - проверка на нуль РОН базового регистра

x1.14 - проверка на нуль РОН индексного регистра

x1.15 - переполнение IALU

x1.16 - End or Stop ALU

x1.17 - Srop ALU

x1.18 - TZ

Управляющие сигналы УА

y2.1 - RESET

y2.2 - запись в RG1ALU и в RG2ALU

y2.3 - упраление

y2.4 - MUX7

y2.5 - управление MUX8

y2.6 - управление

y2.7 - MUX9

y2.8 - управление

y2.9 - MUX10

y2.10 - Обнуление и запись в CTcycl

y2.11 - Stop ALU

y2.12 - управление DMX3

y2.13 - запись в триггер Т, сдвиг RG1ALU и RGres, -1 CTcycl

y2.14 - запись в TS

y2.15 - запись в TZ

y2.16 - запись в ТО

y2.17 - запись в RGres

y2.18 - End ALU

Осведомительные сигналы для УА

x2.1 - 2 разряд КОП

x2.2 - 3 разряд КОП

x2.3 - 4 разряд КОП

x2.4 - переполнение ALU

x2.5 - анализ результата на нуль

x2.6 - анализ 31 разряда RG1ALU

x2.7 - CTcycl (0)

x2.8 - анализ 0 разряда RG1ALU

x2.9 - Start ALU

Для анализа управляющих автоматов приведен алгоритм в закодированном

виде.

3.3.1 Таблица прошивки памяти для

| |y1|y2|y3|y4|y5|y6|y7|y8|y9|y1|y1|y1|y1|y1|y1|y1|y1|y1|

| | | | | | | | | | |0 |1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |8 |

|m1|1 | | | | | | | | | | | | | | | | | |

|m2| |1 | | | | | | | | | | | | | | | | |

|m3| | |0 |1 |0 |0 |0 |1 |0 | | | | | | | |1 | |

|m4| | |1 |0 |0 |0 |1 |0 |1 | | | | | | | |1 | |

|m5| | | | | | | |1 |1 | | | | | | | |1 | |

|m6| | | | | | | |0 |0 | | | | | | | |1 | |

|m7| | | | | | | |0 |0 | | | | | | | |1 | |

|m8| | | | | | | | | |1 | | | | | | | | |

|m9| | |0 |1 |1 |0 |0 |0 |0 | | |1 | | | | |1 | |

|m1| | | | | | | | | | | | |1 | | | | | |

|0 | | | | | | | | | | | | | | | | | | |

|m1| | |1 |0 |1 |0 |1 |0 |0 | | |1 | | | | |1 | |

|1 | | | | | | | | | | | | | | | | | | |

|m1| | |0 |0 |1 |1 |0 |0 |0 | | |1 | | | | |1 | |

|2 | | | | | | | | | | | | | | | | | | |

|m1| | | | | | | | | | | | | | | |1 | | |

|3 | | | | | | | | | | | | | | | | | | |

|m1| | | | | | | | | | |1 | | | | |1 | | |

|4 | | | | | | | | | | | | | | | | | | |

|m1| | | | | | | | | | | | | |1 | | | | |

|5 | | | | | | | | | | | | | | | | | | |

|m1| | | | | | | | | | | | | | |1 | | | |

|6 | | | | | | | | | | | | | | | | | | |

|m1| | | | | | | | | | | | | | |1 | | | |

|7 | | | | | | | | | | | | | | | | | | |

|m1| | | | | | | | | | | |0 | | | | | | |

|8 | | | | | | | | | | | | | | | | | | |

|m1| | | | | | | | | | | | | | | | | |1 |

|9 | | | | | | | | | | | | | | | | | | |

-----------------------

|S |Y |H |e |S' |

|1 |m1.01 |X1.1 |0 |m1.02 |

|2 |m1.1 |0 |0 |m1.03 |

|3 |m1.03 |X1.2 |0 |m1.04 |

|4 |m1.2 |0 |0 |m1.05 |

|5 |m1.05 |X1.3 |0 |m1.06 |

|6 |m1.3 |X1.4 |0 |m1.4 |

|7 |m1.07 |X1.2 |0 |m1.08 |

|8 |m1.5 |0 |0 |m1.09 |

|9 |m1.09 |X1.3 |0 |m1.010 |

|10 |m1.6 |X1.4 |0 |m1.8 |

|11 |m1.7 |X1.5 |1 |m1.9 |

|12 |m1.065 |X1.6 |1 |m1.011 |

|13 |m1.012 |X1.7 |1 |m1.013 |

|14 |m1.19 |X1.8 |1 |m1.9 |

|15 |m1.025 |X1.9 |1 |m1.034 |

|16 |m1.20 |0 |0 |m1.026 |

|17 |m1.026 |X1.2 |0 |m1.027 |

|18 |m1.21 |0 |0 |m1.028 |

|19 |m1.028 |X1.3 |0 |m1.029 |

|20 |m1.22 |X1.11|0 |m1.23 |

|21 |m1.030 |X1.2 |0 |m1.031 |

|22 |m1.24 |0 |0 |m1.032 |

|23 |m1.032 |X1.3 |0 |m1.033 |

|24 |m1.063 |0 |0 |m1.03 |

|25 |m1.02 |0 |0 |m1.01 |

|26 |m1.04 |0 |0 |m1.03 |

|27 |m1.06 |0 |0 |m1.05 |

|28 |m1.4 |0 |0 |m1.9 |

|29 |m1.08 |0 |0 |m1.07 |

|30 |m1.010 |0 |0 |m1.09 |

|31 |m1.027 |0 |0 |m1.026 |

|32 |m1.029 |0 |0 |m1.028 |

|33 |m1.23 |0 |0 |m1.9 |

|34 |m1.031 |0 |0 |m1.030 |

|35 |m1.033 |0 |0 |m1.032 |

|36 |m1.013 |X1.8 |1 |m1.9 |

|37 |m1.014 |X1.9 |0 |m1.11 |

|38 |m1.016 |X1.10|0 |m1.03 |

|39 |m1.10 |0 |0 |m1.03 |

|40 |m1.11 |0 |0 |m1.017 |

|41 |m1.017 |X1.2 |0 |m1.018 |

|42 |m1.12 |0 |0 |m1.019 |

|S |Y |H |e |S' |

|61 |m1.28 |0 |0 |m1.040 |

|62 |m1.040 |X1.3 |0 |m1.041 |

|63 |m1.29 |0 |0 |m1.30 |

|64 |m1.30 |0 |0 |m1.03 |

|65 |m1.041 |0 |0 |m1.040 |

|66 |m1.039 |0 |0 |m1.038 |

|67 |m1.27 |0 |0 |m1.9 |

|68 |m1.037 |0 |0 |m1.036 |

|69 |m1.035 |0 |0 |m1.034 |

|70 |m1.011 |X1.6 |0 |m1.050 |

|71 |m1.31 |0 |0 |m1.042 |

|72 |m1.042 |X1.2 |0 |m1.043 |

|73 |m1.32 |0 |0 |m1.044 |

|74 |m1.044 |X1.3 |0 |m1.045 |

|75 |m1.33 |X1.11|0 |m1.34 |

|76 |m1.046 |X1.2 |0 |m1.35 |

|77 |m1.35 |0 |0 |m1.048 |

|78 |m1.048 |X1.3 |0 |m1.36 |

|79 |m1.36 |0 |0 |m1.37 |

|80 |m1.37 |0 |0 |m1.56 |

|81 |m1.043 |0 |0 |m1.042 |

|82 |m1.045 |0 |0 |m1.044 |

|83 |m1.34 |0 |0 |m1.9 |

|84 |m1.047 |0 |0 |m1046 |

|85 |m1.049 |0 |0 |m1.048 |

|86 |m1.050 |X1.12|0 |m1.051 |

|87 |m1.38 |0 |0 |m1.39 |

|88 |m1.39 |X1.15|0 |m1.40 |

|89 |m1.41 |0 |0 |m1.42 |

|90 |m1.051 |X1.13|0 |m1.52 |

|91 |m1.43 |0 |0 |m1.44 |

|92 |m1.052 |X1.14|0 |m1.47 |

|93 |m1.45 |0 |0 |m1.46 |

|94 |m1.47 |0 |0 |m1.053 |

|95 |m1.42 |0 |0 |m1.063 |

|96 |m1.44 |0 |0 |m1.063 |

|97 |m1.46 |0 |0 |m1.063 |

|98 |m1.063 |X1.15|0 |m1.049 |

|99 |m1.48 |0 |0 |m1.53 |

|100 |m1.40 |0 |0 |m1.9 |

|101 |m1.49 |0 |0 |m1.9 |

|102 |m1.053 |X1.2 |0 |m1.054 |

|S |Y |H |e |S' |

|18 |m2.010 |0 |0 |m2.09 |

|19 |m2.12 |0 |0 |m2.15 |

|20 |m2.07 |X2.3 |1 |m2.7 |

|21 |m2.6 |0 |0 |m2.013 |

|22 |m2.7 |0 |0 |m2.013 |

|23 |m2.013 |X2.4 |0 |m2.14 |

|24 |m2.13 |0 |0 |m2.15 |

|25 |m2.15 |0 |0 |m2.012 |

|26 |m2.012 |X2.5 |0 |m2.17 |

|27 |m2.16 |0 |0 |m2.18 |

|28 |m2.17 |0 |0 |m2.18 |

|29 |m2.18 |0 |0 |m2.19 |

|30 |m2.19 |0 |0 |m2.01 |

|31 |m2.02 |0 |0 |m2.1 |

|S |Y |H |e |S' |

|1 |m2.01 |X2.9 |0 |m2.02 |

|2 |m2.1 |0 |0 |m2.2 |

|3 |m2.2 |X2.1 |0 |m2.06 |

|4 |m2.03 |X2.2 |1 |m2.04 |

|5 |m2.05 |X2.3 |1 |m2.4 |

|6 |m2.3 |0 |0 |m2.012 |

|7 |m2.4 |0 |0 |m2.012 |

|8 |m2.04 |X2.3 |1 |m2.20 |

|9 |m2.5 |0 |0 |m2.012 |

|10 |m2.06 |X2.2 |0 |m2.07 |

|11 |m2.08 |X2.3 |1 |m2.20 |

|12 |m2.8 |0 |0 |m2.09 |

|13 |m2.09 |X2.6 |0 |m2.10 |

|14 |m2.9 |0 |0 |m2.10 |

|15 |m2.10 |X2.7 |0 |m2.010 |

|16 |m2.011 |X2.8 |0 |m2.12 |

|17 |m2.11 |0 |0 |m2.12 |

|43 |m1.019 |X1.3 |0 |m1.020 |

|44 |m1.13 |X1.10|0 |m1.14 |

|45 |m1.021 |X1.2 |0 |m1.022 |

|46 |m1.15 |0 |0 |m1.023 |

|47 |m1.023 |X1.3 |0 |m1.024 |

|48 |m1.16 |X1.10|0 |m1.18 |

|49 |m1.17 |0 |0 |m1.03 |

|50 |m1.18 |0 |0 |m1.03 |

|51 |m1.024 |0 |0 |m1.023 |

|52 |m1.022 |0 |0 |m1.021 |

|53 |m1.14 |0 |0 |m1.03 |

|54 |m1.020 |0 |0 |m1.019 |

|55 |m1.018 |0 |0 |m1.017 |

|56 |m1.034 |X1.2 |0 |m1.035 |

|57 |m1.025 |0 |0 |m1.036 |

|58 |m1.036 |X1.3 |0 |m1.037 |

|59 |m1.26 |X1.11|0 |m1.27 |

|60 |m1.038 |X1.2 |0 |m1.039 |

|103 |m1.50 |0 |0 |m1.055 |

|104 |m1.054 |0 |0 |m1.053 |

|105 |m1.055 |X1.3 |0 |m1.56 |

|106 |m1.51 |X1.11|0 |m1.52 |

|107 |m1.057 |X1.2 |0 |m1.53 |

|108 |m1.53 |0 |0 |m1.059 |

|109 |m1.056 |0 |0 |m1.055 |

|110 |m1.52 |0 |0 |m1.9 |

|111 |m1.058 |0 |0 |m1.057 |

|112 |m1.059 |X1.3 |0 |m1.060 |

|113 |m1.54 |0 |0 |m1.55 |

|114 |m1.060 |0 |0 |m1.059 |

|115 |m1.55 |0 |0 |m1.56 |

|116 |m1.56 |0 |0 |m1.061 |

|117 |m1.061 |X1.16|0 |m1.062 |

|118 |m1.064 |X1.17|0 |m1.9 |

|119 |m1.57 |0 |0 |m1.03 |

|120 |m1.062 |0 |0 |m1.061 |

|121 |m1.8 |0 |0 |m1.9 |

Страницы: 1, 2