Студентам > Курсовые > Выбор логической структуры процессора

Выбор логической структуры процессора

Страница: 1/7

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ.

1. Выбрать логическую структуру процессора (состав устройств,

их функции и принципы взаимодействия), исходя из принципов работы

ЭВМ Единой системы (ЭВМ общего назначения).

2. Обосновать выбор технических параметров процессора с целью

обеспечения достижения заданного значения производительности

- производительность П = млн.оп/с):

- машинный такт Т = 10-100 нс;

- цикл локальной памяти Тл = 10-100 нс;

- время выборки из основной памяти Тп = 100-1000 нс.

3. Разработать временные диаграммы и определить длительность

выполнения основных команд процессора.

4. Оптимизировать технико-экономические параметры процессора для

достижения максимальной его эффективности: максимальной

производительности при минимальной стоимости устройства, исходя из

объема оборудования устройства (количество используемых элементов)

или объема памяти, статистики использования памяти и следующего

соотношения: стоимость элементов устройства обратно пропорциональна

техническим параметрам.

В В Е Д Е Н И Е

Центральный процессор выполняет основную работу по

преобразованию данных в вычислительной системе и, кроме того,

осуществляет в ней функции автоматизированного управления в

соответствии с алгоритмами управляющей программы операционной

системы. В частности, центральный процессор взаимодействует с

каналами ввода-вывода, запуская операции ввода-вывода и получая

информацию о результатах их выполнения, а также о состоянии системы

ввода-вывода.

Центральный процессор - это устройство, обеспечивающее обработку

данных по заданнной программе. Центральный процессор производит

следующие основные виды операций: выполнение команд, прерывание,

сброс, регистрацию состояния (запись информации о состоянии

вычислительной системы в целом или ее отдельных компонентов в

определенные области основной памяти). Программу и обрабатываемые по

ней данные процессор выбирает из основной (оперативной) памяти.

Процессор включает в себя, в большенстве случаев, одно или

несколько операционных (или арифметическо-логических устройств),

устройство управления, локальную память, средства контроля и

диагностики.

Арифметически-логическое устройство (АЛУ) выполняет операции

преобразования данных. Оно включает в себя один или несколько

сумматоров и регистры для хранения промежуточных данных и результатов

преобразований.

Арифметическо-логическое устройство может быть расширино

специализированными операционными устройствами: сдвигателем, быстрым

умножителем, десятичным сумматором, конвертером и др.

Устройство управления (УУ) - автомат управляющий процессами

передачи и обработки информации в процессоре. Это устройство

принимает команды и формирует последовательность управляющих

сигналов, проверяет и т.п. Оно входит в работы функциональных узлов

путем выдачи синхронизирующих и управляющего сигналов.

В составе процессора может находится локальная память

различного функционального назначения: рабочие регистры, РОН,

регистры указатели, управляющие регистры, регистры служебных слов и

т.п. Служебная память может использоваться для буферизации данных и

команд, хранения таблиц преобразования адреса, ключей защиты и др.

Процессор может включать в себя набор специальных

системных средств: службу времени (суточные часы, таймер и т.п.),

средства межпроцессорной связи, пульт управления системой и др.

Средства контоля и диагностики позволяют обнаруживать и

устранять неисправности без потери производитетьности процессора.

ЛОГИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ПРОЦЕССОРА.

Процессор выполняет программу, выбираемую из основной

(оперативной) памяти, в нескольно этапов: выборка команды, распаковка

команды и выборка операндов, выполнение операции и запись результатов

в основную память, а, при необходимости, и обработку прерывания,

изменение состояния процессора или системы в целом.

Логическую структуру ЦП (рис.1) включает ряд функциональных

средств: средства обработки, средства управления системой и

программой, локальная память, средства управления каналами и основной

памятью, системные средства.

Средства обработки обеспечивают выполнение операций с

фиксированной и плавающей запятой, операций с десятичными данными и

полями переменной длины. Локальная память состоит из регистров общего

назначения и регистров с плавающей точкой, а также управляющих

регистров.

Средства управления каналами обеспечивают хранение данных

(буфер данных канала), подготовленных к передаче или принятых из

канала, а также управление приоритетными доступам обрабатывающей

подсистемы через канал ввода/выводда к перефирийному оборудованию.

Центральный процессор ЕС ЭВМ включает в себя следующие базовые

средства принципов работы ЕС ЭВМ:

- локальная память: регистры общего назначения (16х32 р),

регистры плавающей запятой (4х64 р), управляющие регистры (16х32 р);

- полный набор команд: команды арифметики с фиксированной и

плавающей запятой, команды десятичная арифметика;

- системные средства: прямое управление, интервальный таймер,

часы, компаратор, защита памяти, средство условного обмена и т.д.

Для хранения текущей информации обрабатываемой программы в

центральном процессоре имеется локальная память: 16 регистров общего

назначения, 4 регистра (для операндов) с плавающей точкой (по 64

двоичных разряда). Процессор также использует область основной

памяти, которая является постоянно распределенной областью

процессора для хранения управляющей информации, информации прерывания

и контроля.

Центральный процессор может обращаться за информацией к 16

общим регистрам, имеющие нумерацию от 0 до 15. Они могут быть

использованы для хранения индекса в операциях над адресами, как

накапливающие регистры в арифметических операциях с фиксированной

точкой и в логических операциях. В общий регистр можно поместить

одно слово (32 байта).

Регистры общего назначения идентифицируются числами от 0 до 15 и

задаются в команде с помощью четырех битового поля R1. Два

смежных общих регистра (четный и следующей нечетный) могут

использоваться для хранения одного операнда размером 8 байт.

В операционной арифметике с плавающей точкой используются 4

специализированных регистра емкостью 8 байт каждый. Они

идентифицируются номерами 0, 2, 4 и 6. Каждый из них может содержать

короткое (32-битовое) или длинное (64-битовое) число в формате с

плавающей точкой. В операциях арифметики с плавающей точкой

расширенной точности для 128-битовых чисел используются пары

регистров с плавающей точкой 0-2 и 4-6.

К средствам управления памятью относятся буферная память,

память ключей, защита и средства управления доступом к основной

памяти.

К системным средствам относятся средства службы времени:

часы астрономического времени, таймер и компаратор.

Интервальный таймер используется для отчета времени суток и

интервалов времени. Обращение к интервальному таймеру для записи или

чтения его значение может осуществляться любой командой, в которой

предусмотрено обращение к основной памяти.

Компаратор используется для программной привязки процессов к

определенному моменту времени.


¹	²	³	⁴	⁵	⁶	⁷

&nb

Мы рекомендуем еще посмотреть:

Универсальный пробник

<< Назад в раздел Распечатать Рекомендовать

Кто занимается ремонтом или просто радиолюбители знают, как часто приходится проверять полупроводники на целостность p-n-переходов. Обычно проблем это не вызывает. Но посмотрите со стороны, как это делается. Включаем тестер, устанавливаем его в нужный режим работы, удерживая пальцами и щупы, и проверяемый транзистор, подключаем "+" на базу, "-" на коллектор, считываем показания, потом "-" на эмиттер, снова смотрим на тестер, после все наоборот. Транзистор за время проверки пару раз выскользнет из рук. Можно попробовать положить его на стол и там "щупать" или вместо щупов попытаться использовать "крокодилы" (надо умудриться не замкнуть ими между собой выводы транзистора) – все это ничуть не лучше первого варианта. Сюда же можно отнести множество прозвонок других элементов, как предохранители, низкоомные резисторы, акустические излучатели и т. п. Решение проблемы: пробник. Простой, удобный.

Посмотрите на давно известную схему:

Подключаем к контактам в виде 2 пластин проверяемый диод или переход транзистора. В зависимости от направления перехода светится один из светодиодов. Светятся оба – переход пробит, не светится ни один – обрыв. Таким образом, диод проверяется одним прикосновением выводов к контактам пробника, транзистор – двумя – тремя (целесообразно проверить еще отсутствие замыкания между коллектором и эмиттером).

Меняем источник питания на автономный:

Усовершенствованная схема классического пробника

Или другой вариант:

Другой вариант усовершенствования схемы пробника

См. также "Радио" 1995, № 6, с. 28 (А. Карабутов. "Испытатель полупроводниковых приборов"); 1999, № 9, с. 51 (Г. Чагин. "Пробник для проверки p-n переходов").

Основу всех их составляет генератор частотой несколько десятков Гц с парафазным выходом.

Каждая из приведенных на рисунках схем имеет свои недостатки и достоинства для использования их в пробнике. У первой – низкий выходной ток при напряжении питания 3 В. Может быть решен применением суперярких (малопотребляющих) светодиодов. Однако, даже в этом случае, при прозвонке, например, светодиодов, общее падение напряжения в цепи будет слишком большим и ток через светодиоды приблизится к нулю. Увеличение напряжения питания резко повышает потребляемый генератором ток. Вторая схема имеет достаточно большой выходной ток, но потребляемый ток в дежурном режиме доходит до 60 мкА, что потребует применения выключателя питания при использовании "часовых" элементов (G-8, LR-43, LR-44 и т. п.). А это дополнительные неудобства.

За счет усложнения получаем схему с требуемыми параметрами:

Принципиальная электрическая схема пробника

На элементах DD1.1, DD1.2 построен генератор. DD1.3 и DD1.4 использованы в качестве инвертора с повышенной нагрузочной способностью. Транзисторы VT1, VT2 при замыкании XP1 и XS3 открываются поочередно, соответственно светятся HL1 и HL2 в их коллекторных цепях. Так как это происходит с частотой в несколько десятков Гц, свечение их кажется непрерывным. Если к указанным контактам подключить диод VDx, например, в той полярности, как изображено на схеме, будет светиться только HL2.

XS2 используется для определения полярности напряжения источников с уровнем от 1 до десятков В. При подаче на XP1 положительного напряжения относительно XS2 светится HL1, отрицательного – HL2, переменного – оба светодиода.

XS1 используется для проверки конденсаторов от долей до нескольких сотен мкФ. При подключении Cx как указано на схеме светится HL1, после зарядки конденсатора (исправного) он гаснет.

Резистор R1 совместно с R4 определяет входное сопротивление пробника, что позволяет изменять его чувствительность. При перемещении движка резистора влево по схеме (увеличении сопротивления):

увеличивается чувствительность к обратным токам и уменьшается прямой ток при проверке полупроводников;
увеличивается чувствительность входа для определения полярности;
увеличивается время зарядки при проверке конденсаторов.

По моменту загорания светодиодов при вращении движка R1 можно оценить значение напряжения или сопротивление прозваниваемой цепи (резистора), а отсчитывая время горения HL1 при проверке конденсаторов – оценить их емкость.

Дополнительно пробник можно использовать для:

для прозвонки цепей с максимальным сопротивлением от 3 – 6 кОм до 30 – 50 кОм в разных положениях движка R1 и для оценки сопротивления резисторов;
оценки емкости конденсаторов по яркости свечения светодиодов при подключении их к XP1 и XS3. Диапазон – от нескольких тысяч пФ до долей мкФ при разных положениях движка резистора R1;
проверять на слух акустические излучатели (динамики, телефоны и т. п.), подключив их к XP1 и XS3;
проверять прохождение сигнала в усилителях ЗЧ (и даже ПЧ 455/465 кГц, т. к. гармоники прямоугольных импульсов генератора пробника простираются до сотен кГц). Используются также XP1 и XS3. Сигнал следует подавать через разделительный конденсатор 0,1 – 1 мкФ;
проверять работу ИК пультов дистанционного управления. Для этого к XP1 и XS3 необходимо подключить фотодиод (еще лучше фототранзистор). Пульт следует держать на расстоянии нескольких см от фотодиода. В такт нажатия кнопок исправного пульта можно наблюдать мерцание одного из светодиодов пробника (другой может светиться постоянно).

Детали и конструкция

Критичных деталей в пробнике нет. Все зависит от требований. Можно сделать его в виде маленького щупа или даже браслета, используя элементы для поверхностного монтажа, встроить в часто используемый измерительный прибор (тестер) и т. д.

Транзисторы можно заменить на КТ315/КТ361 или КТ3102/КТ3107. Светодиоды – любые, если их яркость достаточна при токе 0,5 мА (например, КИПД-05А). Микросхему К564ЛА7 можно заменить на К561ЛА7. Резистор R1 типа СП3-41. Кроме малых размеров (диаметр 8 мм) он еще имеет оцифровку на регулировочном диске. Гнезда XS1 – XS3 – контакты от ламповых панелей. В качестве источника питания можно использовать практически любые "часовые" элементы или один 3-вольтовый литиевый элемент. Потребляемый пробником ток в дежурном режиме 6 – 7 мкА, в рабочем 0,5 – 1,5 мА, так что, например, элементы типоразмера 7,9*3,6 мм (СЦ-21) прослужат несколько месяцев.

Подобные пробники, выполненные по разным схемам используются мной с 1993 г. Вот еще одна, более сложная, но обеспечивающая больший ток светодиодов:

Усложненная принципиальная схема пробника

Если имеется незначительная подсветка светодиодов в дежурном режиме, между базами и эмиттерами транзисторов VT1, VT2 следует подключить конденсатор емкостью около 100 пФ.

На рисунке изображен один из вариантов оформления пробника.

Автор: elec
Хафизов Разил,
г. Сарапул, Удмуртия