509 lines
22 KiB
HTML
509 lines
22 KiB
HTML
<html lang="en">
|
||
|
||
<head>
|
||
<meta charset="UTF-8">
|
||
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
|
||
<title>Document</title>
|
||
<link rel="stylesheet" type="text/css" href="index.css">
|
||
<link rel="preconnect" href="https://fonts.googleapis.com">
|
||
<link rel="preconnect" href="https://fonts.gstatic.com" crossorigin>
|
||
<link href="https://fonts.googleapis.com/css2?family=Tinos:ital,wght@0,400;0,700;1,400;1,700&display=swap"
|
||
rel="stylesheet">
|
||
<script src="https://fred-wang.github.io/TeXZilla/TeXZilla-min.js"></script>
|
||
</head>
|
||
|
||
<body>
|
||
<section class="col x-between">
|
||
<div class="center">
|
||
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»<br>
|
||
Институт интеллектуальных кибернетических систем<br>
|
||
Кафедра №12 «Компьютерные системы и технологии»
|
||
</div>
|
||
<header class="center">
|
||
Курсовой проект<br>
|
||
"Проектирование процессора"
|
||
</header>
|
||
<div class="col">
|
||
<div class="row x-end">
|
||
<div class="right">
|
||
Студент:<br>
|
||
Группа:<br>
|
||
Преподаватель:
|
||
</div>
|
||
<div>
|
||
Литвинов В.А.<br>
|
||
Б23-503 <br>
|
||
Ядыкин И.М.
|
||
</div>
|
||
</div>
|
||
<div class="center">Москва — 2025/2026</div>
|
||
</div>
|
||
</section>
|
||
<section style="background-image: url('README.jpg'); background-size: cover;">
|
||
</section>
|
||
<section class="col">
|
||
<h1>Проектирование блока операций</h1>
|
||
<h2>Формат данных</h2>
|
||
<p>4-х разрядное слово представлено целыми числами с фиксированной запятой в прямом коде. Старший разряд отводится
|
||
под знак числа. Результат операции умножение - двойное слово, операции установки бита - одинарное слово.
|
||
</p>
|
||
<span class="tex">
|
||
$$[A]_{\text{п}} = a_3, a_2 a_1 a_0$$
|
||
$$[R]_{\text{п}} = r_7, r_6 r_5 r_4 r_3 r_2 r_1 r_0$$
|
||
</span>
|
||
<h2>Примеры и алгоритмы выполнения операций</h2>
|
||
<h3>Алгоритм операции УМНОЖЕНИЕ</h3>
|
||
<p>
|
||
Умножение выполняется по алгоритму умножения с младших разрядов множителя и сдвигом
|
||
суммы частичных произведений вправо с одним корректирующим шагом. Данный алгоритм при
|
||
представлении сомножителей в прямом коде можно выразить следующей формулой:
|
||
</p>
|
||
<div class="tex">
|
||
$$[A]_{\text{п}} \cdot [B]_{\text{п}} = (..((0 + A \cdot b_0) \cdot p^{-1} + A \cdot b_1) \cdot p^{-1} + ... + A
|
||
\cdot b_{n-1}) \cdot p^{3}$$
|
||
</div>
|
||
<div class="row">
|
||
<div class="tex col" style="flex: 1">
|
||
Пример 1:
|
||
$[\mathrm{A}]_\mathrm{п} = 0.111 = 7$
|
||
$[\mathrm{B}]_\mathrm{п} = 0.111 = 7$
|
||
$\mathrm{Зн} = 0 \oplus 0 = 0$
|
||
$[\mathrm{A} \cdot \mathrm{B}]_\mathrm{п} = 0.0110001 = 49$
|
||
</div>
|
||
<div class="tex col" style="flex: 1">
|
||
Пример 2:
|
||
$[\mathrm{A}]_\mathrm{п} = 0.111 = 7$
|
||
$[\mathrm{B}]_\mathrm{п} = 1.101 = -5$
|
||
$\mathrm{Зн} = 1 \oplus 0 = 1$
|
||
$[\mathrm{A} \cdot \mathrm{B}]_\mathrm{п} = 1.0100011 = -35$
|
||
</div>
|
||
</div>
|
||
<div class="row">
|
||
<table data-tag="bo-mul-test-1" data-alt="Пример умножения 1" data-gen="
|
||
,RR$C,4$,RB$C,4$,;;
|
||
,0,1,1,1,$C,4$,RA;
|
||
b0=1,0,1,1,1,$C,4$,RB;;
|
||
$R,2$+,0,0,0,0,0,0,0,0,RR=0;
|
||
0,1,1,1,$C,4$,RA;;
|
||
b1=1,0,1,1,1,0,0,0,0,RR+=RA;
|
||
$R,2$+,0,0,1,1,1,0,0,0,RR>>1;
|
||
0,1,1,1,$C,4$,RA;;
|
||
b2=1,1,0,1,0,1,0,0,0,RR+=RA;
|
||
$R,2$+,0,1,0,1,0,1,0,0,RR>>1;
|
||
0,1,1,1,$C,4$,RA;;
|
||
,1,1,0,0,0,1,0,0,RR+=RA;
|
||
,0,1,1,0,0,0,1,0,RR>>1;;
|
||
Зн=0,0$c,b$,0,1,1,0,0,0,1,Зн>>RR;
|
||
" class="center" style="flex: 1"></table>
|
||
<table data-tag="bo-mul-test-2" data-alt="Пример умножения 2" data-gen="
|
||
,RR$C,4$,RB$C,4$,;;
|
||
,0,1,1,1,$C,4$,RA;
|
||
b0=1,1,1,0,1,$C,4$,RB;;
|
||
$R,2$+,0,0,0,0,0,0,0,0,RR=0;
|
||
0,1,1,1,$C,4$,RA;;
|
||
b1=0,0,1,1,1,0,0,0,0,RR+=RA;
|
||
$R,2$,0,0,1,1,1,0,0,0,RR>>1;
|
||
$C,10$пропуск такта суммирования;;
|
||
b2=1,0,0,1,1,1,0,0,0,RR;
|
||
$R,2$+,0,0,0,1,1,1,0,0,RR>>1;
|
||
0,1,1,1,$C,4$,RA;;
|
||
,1,0,0,0,1,1,0,0,RR+=RA;
|
||
,0,1,0,0,0,1,1,0,RR>>1;;
|
||
Зн=1,1$c,b$,0,1,0,0,0,1,1,Зн>>RR;
|
||
" class="center" style="flex: 1"></table>
|
||
</div>
|
||
</section>
|
||
<section class="col">
|
||
<p>TODO Рассмотренный алгоритм умножения представлен на рисунке <span data-ref="bo-mul"></span>.</p>
|
||
<div class="col y-center">
|
||
<img alt="Блок схема умножения" data-tag="bo-mul" src="img/bo-mul.png" style="width: 50%">
|
||
</div>
|
||
<h3>Проверка бита с установкой его в единицу</h3>
|
||
<p>Операция проверяет бит в RB на позиции RA, устанавливает флаг CF, если значение бита в операнде 1, значение
|
||
бита в операнде устанавливается в 1.</p>
|
||
<div class="row y-center">
|
||
<div style="flex: 1"></div>
|
||
<div style="flex: 2" class="col x-center">
|
||
<div class="tex col">
|
||
Пример 1:
|
||
$A = 0000$
|
||
$B = 0001$
|
||
$-$
|
||
$i = 0$
|
||
$CF = RB_0 = 0$
|
||
$RB_0 = 1$
|
||
$RB = 0001$
|
||
</div>
|
||
<div class="tex col">
|
||
Пример 2:
|
||
$A = 0001$
|
||
$B = 0001$
|
||
$-$
|
||
$i = 1$
|
||
$CF = RB_1 = 0$
|
||
$RB_1 = 1$
|
||
$RB = 0011$
|
||
</div>
|
||
</div>
|
||
TODO
|
||
<img style="flex: 2" src="img/bo-set.png" data-tag="bo-set" alt="Блок схема проверки бита с установкой в единицу">
|
||
<div style="flex: 1"></div>
|
||
</div>
|
||
</section>
|
||
<section class="col">
|
||
<h2>Функциональная схема блока операций</h2>
|
||
<div class="col y-center">
|
||
<img style="width: 75%" src="img/bo-func.drawio.svg" alt="Функциональная схема блока операций" data-tag="bo-func">
|
||
</div>
|
||
<p>Функциональная схема блока операций представлена на рисунке <span data-ref="bo-func"></span>, в таблице <span
|
||
data-ref="bo-func-table"></span> приведены все элементы функциональной схемы блока операций с их функциями и
|
||
назначением.</p>
|
||
<table data-alt="Функциональное назначение блоков" data-tag="bo-func-table">
|
||
<tr class="center">
|
||
<th>Обозначение блока</th>
|
||
<th>Назначение</th>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td class="center">RA</td>
|
||
<td>Регистр первого операнда, 4 разряда, хранение, параллельная загрузка A</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td class="center">RB</td>
|
||
<td>Регистр второго операнда / младшей части результата, 4 разряда, хранение, параллельная загрузка B,
|
||
логический сдвиг вправо, формирование сигнала F0</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td class="center">RR</td>
|
||
<td>Регистр старшей части результата, 4 разряда, хранение, параллельная загрузка, логический сдвиг вправо с
|
||
переносом в RB, синхронный сброс в 0</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td class="center">CS1</td>
|
||
<td>Формирование знака произведения</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td class="center">CS2</td>
|
||
<td>Формирование флага CF (значения бита из B на позиции A)</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td class="center">CS3</td>
|
||
<td>Формирование нового значения B с установленным битом на позиции A</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td class="center">CS4</td>
|
||
<td>Выбор данных для загрузки в RB: B или CS3</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td class="center">SM</td>
|
||
<td>Сумматор, 4 разряда</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td class="center">TCF</td>
|
||
<td>Регистр флага CF (значения бита из B на позиции A), 1 разряд, хранение, загрузка</td>
|
||
</tr>
|
||
</table>
|
||
</section>
|
||
<section class="col">
|
||
<h2>Проектирование логических элементов блока операций</h2>
|
||
<h3>Регистр первого операнда RA</h3>
|
||
<p>Данный регистр является четырёхразрядным регистром хранения. Наиболее подходящим для реализации функций регистра
|
||
RA является регистр FD4CE.</p>
|
||
<div class="row y-center">
|
||
<table class="center" style="flex: 1" data-alt="Таблица управляющих сигналов RA">
|
||
<tr>
|
||
<th>Обозначение</th>
|
||
<th rowspan="2">Назначение</th>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>Y1</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>0</td>
|
||
<td>Хранение</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>1</td>
|
||
<td>Параллельная загрузка</td>
|
||
</tr>
|
||
</table>
|
||
TODO
|
||
<img style="flex: 1" src="img/bo-ra.png" alt="Логическая схема RA">
|
||
</div>
|
||
<h3>Регистр второго операнда / младшей части результата RB</h3>
|
||
<p>Данный регистр должен выполнять микрооперации хранения, параллельной загрузки и логического сдвига вправо (с
|
||
заполнением старшего бита младшим разрядом из RR). Для
|
||
реализации выбран универсальный сдвиговый регистр SR4CLE. Младший бит выхода RB_Q0 формирует сигнал F0.</p>
|
||
<div class="row y-center">
|
||
<table class="center" style="flex: 1" data-alt="Таблица управляющих сигналов RB">
|
||
<tr>
|
||
<th colspan="2">Обозначение</th>
|
||
<th rowspan="2">Назначение</th>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>Y2</td>
|
||
<td>Y3</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>0</td>
|
||
<td>0</td>
|
||
<td>Хранение</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>1</td>
|
||
<td>0</td>
|
||
<td>Параллельная загрузка</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>0</td>
|
||
<td>1</td>
|
||
<td>Логический сдвиг вправо</td>
|
||
</tr>
|
||
</table>
|
||
TODO
|
||
<img style="flex: 1" src="img/bo-rb.png" alt="Логическая схема RB">
|
||
</div>
|
||
</section>
|
||
<section class="col">
|
||
<h3>Регистр старшей части результата RR</h3>
|
||
<p>Данный регистр должен выполнять микрооперации хранения, параллельной загрузки, логического сдвига вправо (c
|
||
коммутацией младшего бита в старший разряд RB) и синхронного сброса в 0. Для реализации выбран универсальный
|
||
сдвиговый регистр SR4RLE.</p>
|
||
<div class="row y-center">
|
||
<table class="center" style="flex: 1" data-alt="Таблица управляющих сигналов RHI">
|
||
<tr>
|
||
<th colspan="3">Обозначение</th>
|
||
<th rowspan="2">Назначение</th>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>Y4</td>
|
||
<td>Y5</td>
|
||
<td>Y6</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>0</td>
|
||
<td>0</td>
|
||
<td>0</td>
|
||
<td>Хранение</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>1</td>
|
||
<td>0</td>
|
||
<td>0</td>
|
||
<td>Параллельная загрузка</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>0</td>
|
||
<td>1</td>
|
||
<td>0</td>
|
||
<td>Логический сдвиг вправо</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>0</td>
|
||
<td>0</td>
|
||
<td>1</td>
|
||
<td>Синхронный сброс в 0</td>
|
||
</tr>
|
||
</table>
|
||
TODO
|
||
<img style="flex: 1" src="img/bo-rhi.png" alt="Логическая схема RHI">
|
||
</div>
|
||
<h3>Регистр флага TCF</h3>
|
||
<p>Отвечает за хранение значения бита операнда B на позиции A.</p>
|
||
<div class="row y-start">
|
||
<table class="center" style="flex: 1" data-alt="Таблица управляющих сигналов TCF">
|
||
<tr>
|
||
<th>Обозначение</th>
|
||
<th rowspan="2">Назначение</th>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>Y8</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>0</td>
|
||
<td>Хранение</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>1</td>
|
||
<td>Загрузка</td>
|
||
</tr>
|
||
</table>
|
||
TODO
|
||
<img style="flex: 1" data-style="width: 50%" src="img/bo-tcf.png" alt="Логическая схема TCF">
|
||
</div>
|
||
<div class="col" style="flex: 1">
|
||
<h3>Комбинационная схема CS1</h3>
|
||
<p>Отвечает за формирование знака произведения.</p>
|
||
<img data-style="width: 30%" src="img/bo-cs1.png" alt="Логическая схема CS1">
|
||
</div>
|
||
</section>
|
||
<section class="col">
|
||
<div class="row">
|
||
<div class="col" style="flex: 1">
|
||
<h3>Сумматор SM</h3>
|
||
<p>4-х битный сумматор ADD4.</p>
|
||
TODO
|
||
<img src="img/bo-sm.png" alt="Логическая схема SM">
|
||
</div>
|
||
<div class="col" style="flex: 1">
|
||
<h3>Комбинационная схема CS2</h3>
|
||
<p>Отвечает за формирование флага CF (бита из B на позиции A).</p>
|
||
TODO
|
||
<img src="img/bo-cs2.png" alt="Логическая схема CS3">
|
||
</div>
|
||
</div>
|
||
<div class="row">
|
||
<div class="col" style="flex: 1">
|
||
<h3>Комбинационная схема CS3</h3>
|
||
<p>Отвечает за формирование нового значения B с установленным битом на позиции A.</p>
|
||
TODO
|
||
<img src="img/bo-cs3.png" alt="Логическая схема CS2">
|
||
</div>
|
||
<div class="col" style="flex: 1">
|
||
<h3>Комбинационная схема CS4</h3>
|
||
<p>Отвечает за выбор данных для загрузки в RB: B или CS3.</p>
|
||
TODO
|
||
<img src="img/bo-cs4.png" alt="Логическая схема CS2">
|
||
</div>
|
||
</div>
|
||
</section>
|
||
<section class="col">
|
||
<h2>Логическая схема блока операций</h2>
|
||
TODO
|
||
<img src="img/bo-logic.png" alt="Логическая схема блока операций">
|
||
</section>
|
||
<section class="col">
|
||
<h2>Микропрограммы выполнения операций</h2>
|
||
<h3>Определение сигналов блока операций</h3>
|
||
<div class="row y-start">
|
||
<table data-alt="Таблица управляющих сигналов" style="flex: 2">
|
||
<tr>
|
||
<th>Сигнал</th>
|
||
<th>Операция</th>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td class="center">Y1</Type>
|
||
<td>Загрузка A в RA</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td class="center">Y2</td>
|
||
<td>Загрузка CS4 в RB</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td class="center">Y3</td>
|
||
<td>Логический сдвиг вправо RB</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td class="center">Y4</td>
|
||
<td>Загрузка значения на выходе SM в RR</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td class="center">Y5</td>
|
||
<td>Логический сдвиг вправо RR</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td class="center">Y6</td>
|
||
<td>Синхронный сброс RR</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td class="center">Y7</td>
|
||
<td>Вход EN для CS1</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td class="center">Y8</td>
|
||
<td>Загрузка признака на выходе CS2 в TCF</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td class="center">Y9</td>
|
||
<td>Выбор данных для загрузки в RB: B или CS3</td>
|
||
</tr>
|
||
</table>
|
||
<table data-alt="Таблица сигналов-признаков БО" style="flex: 1">
|
||
<tr>
|
||
<th>Сигнал</th>
|
||
<th>Операция</th>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td class="center">F1</td>
|
||
<td>Младший разряд B</td>
|
||
</tr>
|
||
</table>
|
||
</div>
|
||
<h3>Алгоритм микропрограммы УМНОЖЕНИЕ</h3>
|
||
<img data-style="width: 65%" src="img/bo-signal-mul.drawio.svg" alt="Микропрограмма операции УМНОЖЕНИЕ"
|
||
data-tag="bo-signal-mul">
|
||
</section>
|
||
<section class="col">
|
||
<h3>Примеры микропрограммы УМНОЖЕНИЕ</h3>
|
||
<p>Пример 1 микрооперации УМНОЖЕНИЕ приведен в таблице <a data-ref="bo-mul-test-1"></a>.</p>
|
||
TODO
|
||
<img src="img/bo-mul-test-1.png" alt="Временная диаграмма примера 1 УМНОЖЕНИЕ">
|
||
</section>
|
||
<section class="col">
|
||
<p>Пример 2 микрооперации УМНОЖЕНИЕ приведен в таблице <a data-ref="bo-mul-test-2"></a>.</p>
|
||
TODO
|
||
<img src="img/bo-mul-test-2.png" alt="Временная диаграмма примера 2 УМНОЖЕНИЕ">
|
||
</section>
|
||
<section class="col">
|
||
<h3>Алгоритм микрооперации УСТАНОВКА БИТА</h3>
|
||
<img data-style="width: 20%" src="img/bo-signal-set.drawio.svg" alt="Микропрограмма операции УСТАНОВКА БИТА">
|
||
<h3>Примеры микрооперации УСТАНОВКА БИТА</h3>
|
||
TODO
|
||
<img src="img/bo-set-test.png" alt="Примеры 1,2 микрооперации установка бита">
|
||
</section>
|
||
<section class="col">
|
||
<table data-tag="muu-cs1-table" data-alt="Таблица истинности CS1" data-gen="
|
||
COP,D1,D0,F1,FC,,Q1,Q0,наборы;;
|
||
0,0,0,x,x,,0,1,0\, 1\, 2\, 3;
|
||
0,0,1,0,0,,0,1,4;
|
||
0,0,1,1,0,,1,0,6;
|
||
0,0,1,x,1,,0,0,5\, 7;
|
||
0,1,0,x,x,,0,1,8\, 9\, 10\, 11;;
|
||
1,0,0,x,x,,0,1,16\, 17\, 18\, 19;
|
||
1,0,1,x,x,,0,0,20\, 21\, 22\, 23;
|
||
" class="center"></table>
|
||
<div class="tex col">
|
||
$Q_1 = \overline{COP} \cdot D_0 \cdot F_1 \cdot \overline{FC}$
|
||
$Q_0 = \overline{D_0} + \overline{COP} \cdot \overline{F_1} \cdot \overline{FC}$
|
||
</div>
|
||
<table data-tag="muu-cs2-table" data-alt="Таблица истинности CS2" data-gen="
|
||
$C,4$,,RA,,RB$C,2$,,RR$C,3$,,TS,TCF,,CS4,,;
|
||
COP,Q1,Q0,F1,,Y1,,Y2,Y3,,Y4,Y5,Y6,,Y7,Y8,,Y9,FS,наборы;;
|
||
0,0,0,x,,1,,1,0,,0,0,1,,x,x,,0,0,0\, 1;
|
||
0,0,1,0,,0,,0,1,,0,1,0,,x,1,,x,1,2;
|
||
0,0,1,1,,0,,0,0,,1,0,0,,x,x,,x,0,3;
|
||
0,1,0,x,,0,,0,1,,0,1,0,,x,1,,x,1,4\, 5;;
|
||
1,0,0,x,,1,,1,0,,x,x,x,,x,x,,0,x,8\, 9;
|
||
1,0,1,x,,x,,1,0,,x,x,x,,1,x,,1,x,10\, 11;
|
||
" class="center"></table>
|
||
<div class="row">
|
||
<div class="tex col" style="flex: 1">
|
||
$Y_1 \supset Y_6$
|
||
$Y_2 \supset Y_1,Y_6,Y_7$
|
||
$Y_3 \supset Y_5,Y_8,FS$
|
||
$Y_5 \supset Y_8,FS$
|
||
$Y_9 \supset Y_7$
|
||
$FS \supset Y_8$
|
||
</div>
|
||
<div class="tex col" style="flex: 1">
|
||
$Y_1, Y_6, Y_7 := Y_2$
|
||
$Y_5, Y_8, FS := Y_3$
|
||
</div>
|
||
<div class="tex col" style="flex: 1">
|
||
$Y_2 = COP + \overline{Q_1} \cdot \overline{Q_0}$
|
||
$Y_3 = Q_1 + \overline{COP} \cdot Q_0 \cdot \overline{F_1}$
|
||
$Y_4 = F_1 \cdot Q_0$
|
||
$Y_9 = Q_0$
|
||
</div>
|
||
</div>
|
||
</section>
|
||
<section class="col">
|
||
<h1>Проектирование местного устройства управления</h1>
|
||
<p>Для реализации местного устройства управления MUU с "жёсткой" логикой разработана функциональная схема,
|
||
представленная на рисунке <a data-ref="muu-func"></a>.</p>
|
||
<img src="img/muu-func.drawio.svg" data-tag="muu-func" alt="Функциональная схема МУУ">
|
||
</section>
|
||
<script src="index.js" type="module"></script>
|
||
</body>
|
||
|
||
</html>
|