Структурно-алгоритмическое проектирование ЭВМ
Алгоритм работы и структура контроллера прерываний, в котором программно возможно настраивать две системы приоритетов. Структура контроллера прерываний микропроцессора на программном уровне управления. Принцип работы генератора тактовых импульсов.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 20.11.2013 |
| Размер файла | 222,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Пермский государственный технический университет
Кафедра Информационных технологий и автоматизированных систем
Курсовая работа
по дисциплине "Организация ЭВМ и систем"
тема: Структурно-алгоритмическое проектирование ЭВМ
Пермь-2007
Содержание
Задание
Введение
1. Исследование предметной области курсовой работы
1.1 Система прерываний программ в ПК
1.2 Общая характеристика системы прерываний
2. Разработка контроллера прерываний
2.1 Анализ исходных данных задания на курсовую работу
2.2 Спецификация устройства на уровне "черного ящика"
2.3 Представление "черного ящика" устройства в виде операционной и управляющей частей
2.4 Разработка структуры операционной части контроллера прерываний
2.5 Составление алгоритма работы системы прерываний с ЭВМ
2.6 Разработка схемы алгоритма работы контроллера прерываний
2.7 Составление спецификации устройства
2.8 Разработка фрагмента функциональной схемы управляющей части устройства
Заключение
Список использованной литературы
Задание
Разработать контролер прерываний на 6 входов. Предусмотреть возможность программной настройки 2х типов системы приоритетов: неизменного и изменяемого с циклической сменой приоритетов после каждого обслуживания.
Введение
Формат команды; разрядность операндов; способы адресации операндов; регистровая адресация памяти; косвенная регистровая адресация памяти; дешифратор.
Цель работы - разработка алгоритма работы и структуры контроллера прерываний на 6 входов, в котором программно можно настраивать 2 системы приоритетов: неизменного и изменяемого с циклической сменой приоритетов после каждого обслуживания.
При разработке устройства использовались концепции "черного ящика", т.е. первоначальное определение общих функций устройства и системы входных и выходных сигналов. В основе дальнейшей работы с "черным ящиком" использовался принцип декомпозиции, т.е. последовательное разложение функций на подфункции до получения описания функций на элементарном уровне.
В результате работы был составлен алгоритм работы и структура контроллера прерываний, в котором программно возможно настраивать две системы приоритетов.
1. Исследование предметной области курсовой работы
1.1 Система прерываний программ в ПК
Важнейшая роль в реализации сложных режимов работы лежит на системе прерывания программ.
Прерывание - это приостановка выполнения в процессоре программы с целью выполнения какой-то более важной или нужной в данный момент другой программы или процедуры, после завершения которой продолжается выполнение прерванной программы с момента ее прерывания. Прерывание позволяет компьютеру приостановить любое свое действие и временно переключиться на другое, как заранее запланированное, так и неожиданное, вызванное непредсказуемой ситуацией в работе машины или ее компонента. Каждое прерывание вызывает загрузку определенной программы, предназначенной для обработки возникшей ситуации, - программу обработки прерывания.
Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания. Он принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал прерывания в МП. Микропроцессор, получив этот сигнал, приостанавливает выполнение текущей программы и переходит к выполнению специальной программы обслуживания того прерывания, которое запросило внешнее устройство. После завершения программы обслуживания восстанавливается выполнение прерванной программы.
Контроллер прерываний является программируемым. Прерывания возникают при работе компьютера постоянно, достаточно сказать, что все процедуры ввода-вывода информации выполняются по прерываниям. Например, прерывания от таймера возникают и обслуживаются контроллером прерываний 18 раз в секунду (длятся эти прерывания тысячные доли секунды и поэтому пользователь их не замечает).
1.2 Общая характеристика системы прерываний
Комплекс программно-аппаратных средств для реализации прерываний называют системой прерываний. Параметры и характеристики системы прерываний:
- Тип прерываний - программный или аппаратный. При аппаратном - прерывания вызываются внешними по отношению к процессору сигналами запросов на прерывания, которые формируются в схемах устройств ЭВМ при возникновении определенных событий. При программных прерываниях эти события возникают в процессоре в ходе выполнения команд.
- Момент прерываний - этап работы процессора, после выполнения которого обрабатывается и обслуживается запрос на прерывания. Для микроЭВМ - это команда.
- Глубина прерываний - это число программ, которые могут последовательно прервать друг друга. Для ПЭВМ - одна программа.
- Время реакции - это интервал времени между моментом появления запроса на прерывание и началом выполнения прерывающей программы.
- Система приоритетов между источниками аппаратных прерываний - это правила выбора одного источника сигнала запрос на прерывание из всех источников, одновременно подавших такие сигналы.
Источниками аппаратных прерываний являются как порты, контроллеры и адаптеры, сообщающие о готовности принять/передать машинное слово или о завершении обмена массивом слов, так и другие устройства, требующие выполнения срочной программы, например, таймеры, контроллеры памяти и др.
В организации аппаратных прерываний важнейшей задачей является определение (идентификация) устройства, выставившего запрос. Возможны 3 метода идентификации аппаратных прерываний:
- Множественные линии прерываний, когда каждый запрос от своего источника прерываний (устройства) передается в процессор по своей линии ШУ.
- Программная идентификация, при которой каждый запрос от своего источника прерываний (устройства) передается в составе слова (байта) состояния устройства в процессор по ШД. Процессор программным путем, т.е. поочередно считывая и анализируя слова состояний, выявляет источник прерывания.
- Векторное прерывание, при котором устройство - источник прерываний выставляет для процессора на ШД специальное слово, называемое вектором прерываний, который указывает на адрес программы - обработчика прерываний.
В ПЭВМ наиболее часто использую векторные прерывания. Прием запросов от устройств ЭВМ, выбор приоритетного запроса и выдача вектора прерываний выполняется в специальном контроллере процессора, называемом контроллер приоритетных прерываний.
2. Разработка контроллера прерываний
2.1 Анализ исходных данных задания на курсовую работу
В задании сказано, что контроллер прерываний должен иметь 6 входов, следовательно, количество ПУ, которые могут послать запрос на прерывание в данный контроллер, тоже соответствует шести. Так же необходимо предусмотреть возможность программной настройки двух типов системы приоритетов. Это возможно осуществить с помощью регистра, находящегося в к. пр., в котором программным путем закодировано 2 состояния: неизменная или изменяемая система приоритетов.
2.2 Спецификация устройства на уровне "черного ящика"
"Черный ящик" контроллера прерываний рассмотрен во взаимодействии с процессором (рис. 1). Блок контроллера прерываний из множества поступивших на его входы запросов из портов (контроллеров, адаптеров) ПУ выбирает наиболее приоритетный и инициирует работу процессора сигналом INTR - Запрос на прерывание. Сигнал по завершению исполнения очередной команды проверяется в УУ процессора. Если прерывание в процессоре не было запрещено, то при наличии сигнала запрос на прерывание, следующим циклом работы пр. будет цикл обслуживания прерывания. В ходе цикла пр. готов принимает из контроллера вектор прерывания, указывающий на расположение прерывающей программы, о чем сообщает контроллеру сигналом подтверждения INTA. Далее по принятию вектора прерываний, содержимое этого адреса будет загружено в регистры CS и IP. контроллер прерывание алгоритм микропроцессор
В результате этого процессор начинает исполнять прерывающую программу. Любая прерывающая программа должна закончиться командой IRET, по которой из стека возвращаются CS и IP и регистр флагов. Процессор посылает сигнал EOI в к. пр. В результате этого пр. возвращается на прерванную программу.
Рис.1 - Схема работы ЭВМ с системой прерываний
2.3 Представление "черного ящика" устройства в виде операционной и управляющей частей
Упрощенно разрабатываемое устройство можно представить схемой рис. 2. ГТИ (Генератор тактовых импульсов) - генерирует последовательность электрических импульсов, частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту шины. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины.
Рис. 2 - Представление контроллера прерываний в виде операционной и управляющей частей
2.4 Разработка структуры операционной части контроллера прерываний
Пусть операнды размещаются в регистре А (уменьшаемое) и в регистре В (вычитаемое), как показано на рисунке П 4, причем, и М, и П - в дополнительных кодах. Выделим отдельные блоки обработки М и П. Тогда, если в каждом блоке обработки использовать комбинационный сумматор, оба операнда - в разных МО это или М, или П.- должны поступать на его входы одновременно, т.е. при одном и том же сигнале с ГТИ. В том же такте на выходе сумматора будет устанавливаться алгебраическая сумма (сумма дополнительных кодов слагаемых).
МВ из регистра В, если число В отрицательное, должна поступать на инвертор, где выполняется присвоение ей знака операции вычитания. Присвоение осуществляется инверсией знака МВ, т.е. преобразованием МВ в отрицательное число, если она была положительной и наоборот. Это выполняется, естественно, через преобразования в дополнительном коде. Как следует из п.1.2. и п.2.2. курсовой работы, блоки обработки М и П включают множество схем выполнения различных действий по преобразованию М и П. Но, поскольку алгебраическое суммирование М и П происходит в разные такты, можно для сокращения аппаратных затрат поставить один комбинационный сумматор. В сумматор поступают или М, или П. Результат операции выдается из сумматора в регистр С по выходной информационной шине. Упрощенная структура ОЧ приведена на рисунке П 4.
Рис. 3 - Упрощенная структура операционной части к.пр.
2.5 Составление алгоритма работы системы прерываний с ЭВМ
Схема алгоритма работы системы прерываний с ЭВМ представлена на рис.4. Схема состоит из 16 операторных и 2 логических блоков.
Рис.4 - Схема алгоритма работы ЭВМ с системой прерываний
2.6 Разработка схемы алгоритма работы контроллера прерываний
Схема алгоритма работы контроллера прерываний изображена на рис.5. Операторные блоки отмечены символами Yi, а логические блоки - символами Xi. Операторных блоков получилось 7, а логических - 2. То есть для ОЧ потребуется 7 сигналов управления из УЧ, а для УЧ - 2 осведомительных сигналов из ОЧ.
Рис.5 - Схема алгоритма работы контроллера прерываний
2.7 Составление спецификации устройства
Опишем в таблице все линии и сигналы, полученные в процессе разработки контроллера прерываний. Пусть активным для каждого сигнала является его высокий (единичный) уровень.
|
Имя сигнала/шины и разрядность |
Тип (In/Out) |
Назначение сигнала |
|
|
Y1 |
I для ОЧ |
||
|
Y2 |
I для ОЧ |
||
|
Y3 |
I для ОЧ |
||
|
Y4 |
I для ОЧ |
||
|
Y5 |
I для ОЧ |
||
|
Y6 |
I для ОЧ |
||
|
Y7 |
I для ОЧ |
||
|
X1 |
O для ОЧ |
||
|
X2 |
O для ОЧ |
Структура контроллера прерываний на микропрограммном уровне управления приведена на рис.6.
Рис. 6 - Структура контроллера прерываний на микропрограммном уровне управления
2.8 Разработка фрагмента функциональной схемы управляющей части устройства
Фрагмент схемы УЧ дан на рис.7. Схема составлена в соответствии с правилами п.2.9., данными в Методуказаниях.
Как следует из рис.5, всего в к.пр. 7 микроопераций. Значит, суммирующий счетчик должен считать до 7, поэтому он должен иметь 1 вход и log 28 = 3 выхода, а дешифратор должен выставить тактовые сигналы последовательно на каждый из 7 выходов.
Рис. 7 - Схема УЧ контроллера прерываний
Заключение
Задачей курсовой работы являлась разработка на структурно-алгоритмическом уровне контроллера прерываний на 6 входов, в котором программно можно настраивать две системы приоритетов.
Поставленная задача выполнена. В ходе курсовой работы была изучена специальная литература, разработана структура к. пр., разобран фрагмент функциональной схемы к. пр., изучен принцип работы и взаимодействия к. пр. с процессором и ПУ.
Список использованной литературы
Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. - М.: Питер, 2002 - 683 с.
Гук М.Ю. Аппаратные средства IBM PC. - М.: Питер, 2005 - 922 с.
Каган Б.М. ЭВМ и системы. - М.: Энергоатомиздат, 1991 - 592 с.
Мюллер. С. Модернизация и ремонт ПК. - М.: Вильямс, 2004 - 1321 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Принципы организации и особенности обработки прерываний на основе контроллера 8259A. Общая характеристика аппаратных средств системы прерываний PIC (Programmable Interrupt Controller). История разработки и порядок работы с технологией Plag and Play.
курсовая работа [305,1 K], добавлен 29.07.2010Разработка алгоритма работы и структуры контроллера кэш-памяти с полностью ассоциативным отображением основной памяти. Представление операционной и управляющей частей черного ящика устройства. Схема алгоритма контроллера кэш на уровне микроопераций.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 19.03.2012Прерывание и его природа. Контролер прерываний. Обработка прерываний в реальном режиме. Характеристики реального режима работы микропроцессора. Схема обработки прерываний в реальном режиме. Написание собственного прерывания. Разработка в общем случае.
доклад [347,0 K], добавлен 22.09.2008Структурная схема системы управления. Характеристики первичных датчиков, электронасоса, индикатора, микроконтроллера, системы прерываний. Работа регистров и аналого-цифрового преобразователя. Алгоритм работы микропроцессора - управляющего устройства.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 06.02.2013Принципы и алгоритмы обработки прерываний. Набор действий по реализации этапов обработки прерываний микропроцессора. Разработка структуры и алгоритма резидентной программы. Реализация программы на языке Ассемблер, методы её отладки и тестирования.
курсовая работа [348,7 K], добавлен 22.12.2014Изучение понятия, векторов и механизмов обработки прерываний; их классификация в зависимости от источника происхождения. Особенности реагирования аппаратной и программной частей операционной системы на сигналы о совершении некоторого события в компьютере.
реферат [995,8 K], добавлен 22.06.2011Создание и компиляция программ на ассемблере. Структура программ, использование специальных директив резервирования и инициализации данных. Организация ввода-вывода на ассемблере и организация вычислений. Команды передачи управления и обработки строк.
методичка [104,8 K], добавлен 02.12.2009Выбор и обоснование направления проектирования. Каскадное включение контроллеров. Интерфейс программы, шифратор приоритетов. Неадресуемый конец прерывания. Расчет затрат на оборудование и материалы, отчислений на страховые взносы, на заработную плату.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 29.12.2013Формирование тактовых импульсов микроконтроллера. Схемы входных и выходных устройств, источника напряжения питания. Проектирование модуля инициализации микроконтроллера, процедур обработки прерываний, процедур вывода информации и процедуры Main.
курсовая работа [273,1 K], добавлен 19.12.2010Описание функциональной схемы интеллектуального контроллера. Сравнительная характеристика выбранных устройств. Параметры электронных элементов микроконтроллера. Схема подключения к управляющей системе. Общий алгоритм функционирования системы управления.
курсовая работа [757,2 K], добавлен 26.12.2012Проектирование механизма обработки прерываний. Контроллер прерываний Intel 82C59A. Ввод-вывод по прерыванию. Программируемый контроллер интерфейса Intel 82C55A. Роль процессора в обработке прерывания ввода-вывода. Обзор алгоритма обработки прерывания.
контрольная работа [8,0 M], добавлен 19.05.2010Разработка программно управляющего задающего генератора пачек прямоугольных импульсов на микропроцессоре. Составление алгоритма и написание программы генерирования импульсов определённой длительности. Расчет временных соотношений и анализ погрешностей.
дипломная работа [3,2 M], добавлен 26.12.2011Этапы следования данных от центрального процессора системы до монитора. Архитектура простейших видеоадаптеров. Характеристика структуры видеопамяти. Внешние регистры: графического контроллера и ЭЛТ; синхронизатора. Регистры контроллера атрибутов.
реферат [12,9 K], добавлен 19.04.2010Выбор манипулятора-указателя, микропроцессора, интерфейса подключения к ПК. Обзор используемых команд. Проектирование функциональной и электрической принципиальной схемы контроллера трекбола. Разработка алгоритма и программы функционирования системы.
курсовая работа [453,3 K], добавлен 22.10.2012Описание функциональной схемы контроллера системы отопления, обеспечивающего многопозиционный контроль температуры и управление ветками отопления и котлом. Разработка принципиальной схемы. Обоснование выбора. Алгоритм работы устройства. Листинг программы.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 26.12.2012Организация центрального процессора. Подключение интерфейсных программируемых БИС. Методы адресации и примеры команд. Программирование таймера и контроллера прерываний. Программная модель микропроцессорной системы. Программирование на языке ассемблера.
реферат [82,6 K], добавлен 05.12.2010Функции ввода с клавиатуры и вывода на экран, алгоритм вывода чисел. Генерация звуковых сигналов в ПЭВМ. Принципы работы видеосистемы: адресация и режимы работы адаптера CGA, режим работы дисплея. Таблица векторов прерываний в работе клавиатуры.
отчет по практике [700,4 K], добавлен 23.11.2010Средства индикации, сигнализации, подключения. Датчики и исполнительные органы. Краткая характеристика технических средств и технологии отладки аппаратной и программной сред контроллера. Распределение адресного пространства. Алгоритм работы устройства.
курсовая работа [870,4 K], добавлен 16.01.2015Применение, функции и элементы контроллеров. Функциональная структура системы управления движением поездов. Этапы проектирования контроллера для модели железной дороги на основе микропроцессора. Реализация машинной модели, блок-схема и листинг программы.
курсовая работа [744,6 K], добавлен 08.11.2009Изучение механизма работы программных инструментов как трудная часть отладочного процесса. Отладчики пользовательского режима, их основные типы. Автоматический запуск приложений в отладчике. Быстрые клавиши прерываний. Отладка ядра операционной системы.
реферат [260,0 K], добавлен 25.11.2016
