Проектирование микропроцессорных систем

1. Схемотехническое проектирование

Начало любой разработки подразумевает определённую культуру разработки, которая регламентирует ход разработки. На начальном этапе производится схемотехническое проектирование, которое обрисовывает общую тематики разработки и его тему.

1. Этапы проектирования микропроцессорных систем

Различные количественные и качественные изменения элементных баз средств различной вычислительной техники(ВТ) привели к изменению принципов проектирования таких систем (такими изменениями стали: как жесткая структура, последовательное центральное управление, организация памяти и отсутствие различные возможности адаптации структуры ЭВМ к особенностям решаемой в данном случае задачи).

На смену фоннеймановским принципам организации вычислительных систем(ВС) пришли идеи микропроцессорных систем(МПС), различным способам обработки информации такие как параллельная и конвейерная обработка информации, использование табличных методов обработки данных, принципы регулярности и однородности структур МПС; Поэтому в настоящее время при проектировании ВС на основе МПС получил применение так называемый принцип «трёх М»:

1. Магистральность: Магистральный способ обмена информацией предполагает в отличие от способа организации различных произвольных связей (по принципу «каждый с каждым») позволяет их изменить что приведёт к их упорядоченности, а, следовательно, и минимизировать число связей в МПС. Такой способ обеспечивает обмен информацией между множествами функциональных и конструктивных модулей различного уровня с помощью магистралей, объединяющих входные и выходные шины. Различают 1х, 2х, 3х и много магистральные связи. Нужно отметить взаимосвязь между схемотехническими и структурными решениями, которые проявляются при реализации данного способа обмена в виде создания специальных двунаправленных буферных каскадов с тремя устойчивыми состояниями и использовании временного мультиплексирования каналов обмена.
2. Модульность: Принцип модульной организации предполагает построение различных МПС на основе набора модулей: которые являются конструктивно, функционально и электрически законченными вычислительными устройствами, позволяющих самостоятельно или сообща с другими модулями решать задачи различных классов. Модульный подход при проектировании микро-ЭВМ позволяет обеспечить создание семейств МПС, отличающихся функциональными возможностями и характеристиками, что создаёт универсальность микро-ЭВМ в различных диапазонах применений, способствует сокращению затрат на проектирование, а также упрощает различные конфигурационные действия.
3. Микропрограммируемость: Микропрограммное управление обеспечивает наибольшую гибкость при организации многофункциональных модулей и позволяет осуществить проблемную ориентацию МПС, а также использовать в них макрооперации, которые эффективнее использования стандартных подпрограмм. Кроме этого, передача управляемых слов в виде зашифрованных кодовых последовательностей соответствует условиям минимизации числа выводов СБИС и сокращению числа меж соединений в модулях.

Вместе с перечисленными выше основными особенностями проектирования МПС, следует отметить принцип регулярности, который представляет из себя закономерную повторяемость элементов структуры МПС и связей между ними. Применение данного принципа на практике позволяет увеличить интегральную плотность, уменьшить длину связей на кристалле, уменьшить число пересечений и типов функциональных и конструктивных элементов.

Системный этап:

При разработке архитектуры МПС необходимо затронуть и решить следующие задачи:

1. дать описание концептуальной структуры функционального поведения системы с позиций технического задания (ТЗ) на систему, формально излагаемого в курсовом проекте.;
2. определение структуру, номенклатуру и особенности построения программных и микропрограммных средств;
3. описать характеристики внутренней организации потоков данных и управляющей информации;

Основные этапы проектирования МПС приведены на рис. 1.

На начальной стадии проектирования МПС описана на одном из следующих концептуальных уровней: “черный ящик”, структурный, программный, логический, схемный.

На уровне “черного ящика” МПС описывается внешними спецификациями, где перечисляются внешние характеристики.

[pic 1]

Рисунок. 1.1 - Этапы проектирования МПС

Структурный уровень создается аппаратными компонентами МПС, которая описывается функциями отдельных устройств, их взаимосвязью и информационными потоками.