Введение к работе
Актуальность темы. В связи с последними достижениями в тех-іологиж изготовления интегральных схем (ИС), больших к сверхболь-ІНХ иитегральнні схем(БИС и СБИС), возникла необходимость пере-еіютреть некоторые установившиеся метода и принципы создания устройств управления электронно-вычислительных ыаиня (ЭВМ). Устройство управления, являясь базовым функциональным узлом ЭВМ различаем класса: микро-, мини-, супер-ЭВМ и ЭВМ средней производитель-яости реализуется как микропроцессор» центральный процессор, процессор н т.д. От структурного построения и проектирования данного Іушсционального узла зависит создаваемая будущая архитектура вычислительного устройства или системы и организации всего вычислительного процесса в системе! Устройство организуется как аппаратным способом управления, так и микропрограммным принципом управления, в зависимости от способа хранения управлявшей информации в памяти 'ВШ, где содержится кодовая комбинация сигналов управления. Имея большие преимущества (система с микропрограммным управлением очень гибкая, технология изготовления и наладки устройства или системы по сравнению с аппаратной логикой несложная) перед устройством с аппаратным способом управления устройство микропрограммным принципом управления получило наибольшее применение в микропрограммируе-мнх архитектурах.
Проектирование и исследование устройств с микропрограммным иржшцшом управления становится особенно актуальным в условиях постоянного усложнения управления специализированных процессоров и процессорных элементов для цифровой обработки сигналов, изображений 'И. Т.Д.' '"';
С особой необходимость!) возникла задача системного подхода к
проектирование устройств с микропрограммным принципом управления
ж блока микропрограммного управления (БШЧ, который является базо
вим, блоком устройства. . ' ff
Работа выполнена в соответствии с темой "Исследование и раз
работка специализированного процессорного элемента (СПЭ>" (дого
ворі* 5 от 08.01.1Э88г> . ~
Цедъв диссертационной работы является исследование и разработка способа проектирования; и синтез устройства микропрограммного управления, его qchobhux блоков на основе базового матричного кристалла (ЕМК).
. -4
Основные задачи исследования: Для достижения поставленной цех решены следующие задачи:
-
Исследованы принципы организации устройств микропрограммню управлением и проанализированы существующие большие интегральные схемы (БИС) ЕМУ.
-
Разработан способ проектирования устройства микропрограюі-иого управления.
-
Синтезированы архитектуры устройства микропрограммного управления и БМУ. '
-
Сформированы исходные данные для проектирования функциональных блоков БМУ.
-
Синтезированы основные функциональные блоки (ФБ) БМУ.
-
Логически смоделированы функциональные блоки БМУ на базе БМК 1515ХМ1'(БСЭ.БИБ) .
Методы исследования основаны.на использовании теории управляющих автоматов, графов, математической логики и вычислительных систем, а также методов схемотехники.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Поставлена и решена задача системного подхода к проектируемому блоку: БМУ рассматривается как базовый функциональный блок устройства микропрограммного управленая (УМУ) и как типовой БИС.
-
Ередложены архитектуры УМУ: с последовательной обработкой микрокоманд, с двухуровневой и трехуровневой конвейерной обработкоі микрокоманд.
-
Предложен способ проектирования УМУ,определяющий.последовательность синтеза УМУ, БНУ Я его ФБ.
4. Синтезирован принципиально новый секпионно-наращйваемнй Бй ЕМУ с разрядностью их 14р, где И - необходимое число наращивания
-
Предложено новое техническое решение в построении УМУ: аппаратный сброс и конвейерная обработка микрокоманд.
-
Синтезированы новые функциональные блоки: регистр адреса -- счетчик циклов, микропрограммный счетчик, .местное устройство управления, коммутатор адреса, указатель стека, стек "UFA * и форми рователь признака нуля.
Практическая ценность работы заключается в,следующем:
-
Предложенные методы синтеза функциональных блоков позволяю: синтезировать БМУ и спроектировать другие необходимые цифровые БИС
-
На основе синтезированной архитектуры УМУ можно проектиро-
5 . ать специализированные процессоры и процессорные элементы с кон-ейіврной обработкой команд.
-
Синтезированная и моделированная структура ЕМУ, ври условия го изготовления по технологии ШОй 1515ХИ1 как БИС БМУ, является ппаратно і программно совместимым с микропроцессорным комплектом І804'(ТТШ I и аппаратно совместимым с другими ИС с ТТЛ - уровнями [апряхення.
-
При соответствующей технологии возможно серийное изготовлв-1ие функциональных блоков БИУ для различного применения в радио-цектронной аппаратуре (РЗА) и электронно-вычислительной аппарату->е (ЭВА).''.,':
; Раучные положения, выносимые на защиту:
-
Предложенный/способ проектирования устройствамикропрог->аммного управления позволяет синтезировать УМУ и блок микропрограммного управления с учетом особенностей проектирования БИС.
-
Разработанный метод синтеза архитектуры БИУ и его функциональных блоков основан на использований-системы автоматизации про-їктирования для ЪБИ типа "VAX".
' . 3-. Йредяохённый способ формирования исходных данных для проек-гировааия *БЕ1!У обеспечивает простоту представления информации и использования систем автоматизации проектирования. .
4. і!етод синтеза архитектуры УМУ и ЕМУ на перспективных эле-иентнах базах типа БІЙ 1Б15ХЫ1 ( БСЭ.БИБ) позволяет разработать схема в микроминиатюрном исполнении.
5* Предложенный способ наращивания микропрограммного счетчика позволяет- синтезировать ЕМУ, УМУ я построить устройство формирования адресов для процессоров с разрядностью и х 14, где и - необходимое число наращивания.
6. Предложенный способ соединения элемента ИЛИ-НЕ и регистра
исполнительного адреса и введения их в структуру УМУ позволяет ап-
Ьаратный сброс и конвейерную обработку микрокоманд, что повышает
быстродействие устройства.: о
Реализация и внедрение результатов исследования. Результаты . джссертационнрЗ работы нашли применение при проектировании специализированного процессорного элемента' для цифровой обработки сигналов.
Результат внедрения подтвержден соответствующим актом.
Адробадия работы. Основные результаты диссертационной работы Докладывались на: 2-Всесоюзной школе "Автоматизация создания мате-
6 .
матического обеспечения и архитектуры систем реального времени", г.Иркутск, 199U г.; научных семинарах лаборатории "ВТ и САШ" Ж с ВЦ ТэНПО "Кибернетика", отдела 129 СПКБ АиВГ, УзЖГО "Кибернетика", кафедр: "РИС", "КТРЭС", "ВЇЖСС" и "ПЭ" ТашГТУ им.Беруни.
Публикации. По результатам выполненной раооти получены авторское свидетельство н ПАТЕНТ на изобретение, зарегистрированы три отчета НИР н отчет о патентном исследовании, техническое задание, опубликованы тезисы доклада и препринт.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, че-тырех глав, заключения и списка литературы, включающего 92 наименований. Основная часть работн изложена на 130 страницах машинописного текста. Работа содержит 32 рисунка, 17 таблиц и приложение.
