МУ проектЭВМ с приложениями_new ver

Методика расчетов с учетом вероятностей может варьироваться в зависимости от подходов к выполнению команды. Чаще принято делить все команды на команды с обращением к памяти и без обращения к памяти. Такое деление связано с существенным ускорением выполнения команд без обращения к памяти. Затем учитываются все возможные комбинации вероятностей появления команд с разным количеством адресов, различными видами адресации и разрядностью данных. Для удобства расчетов рекомендуется привести в данном разделе следующие таблицы:

вероятности адресаций в двухадресных командах;

вероятности адресаций в одноадресных командах;

вероятность типов команд;

среднее количество тактов для простых и сложных арифметико-

логических команд.

В результате расчетов вероятности получается среднее вероятностное число тактов на каждом из этапов выполнения команды. В случае использования классической структуры процессора, для получения среднего времени выполнения команды достаточно сложить число тактов всех этапов, и перемножить на выбранное время машинного такта. При использовании конвейерной обработки команды следует складывать этапы, одновременно выполняющиеся на одной ступени (см п.4.7.). В качестве среднего времени выполнения команды берется время самой медленной из ступеней конвейера (с максимальным количеством тактов).Внимание! Для эффективной

загрузки конвейера необходимо стремиться уравнивать время задержек на всех ступенях! Так, если при введении трехступенчатого конвейера времена задержек распределились, как приведено в таблице 6, то эффективность конвейера падает на 75% (две ступени из трех простаивают каждый такт).

Таблица 6 - пример не равномерной загрузки конвейера

Для уравнивания времён задержек следует перераспределить этапы обработки команды между ступенями (см. п.4.7).

В качестве проверки полученного номинального быстродействия можно воспользоваться ГСА командного цикла. Каждый операторный блок в ГСА КЦ выполняется в течении машинного такта (если специально не оговорено обратного). Таким образом, количество последовательных операторных блоков с учетом операторов ветвления (например, необходимости записи результата в память) позволяет приблизительно оценить соответствие разработанной структурной схемы и полученного номинального быстродействия.

Заданное в техническом задании быстродействие считается достигнутым, если полученное номинальное быстродействие укладывается в 10% погрешность.

Расчет потребляемой мощности и характеристик надежности для устройств, разрабатываемых на функциональном уровне. Несмотря на то, что современные процессоры производятся на кристалле, иногда возникает необходимость разработки отдельных, по отношению к базовой архитектуре процессора, устройств. Поэтому подразумевается, что устройства, разрабатываемые на функциональном уровне, будут подключаться к процессору через специальный разъем на материнской плате. Разработчику процессорных систем необходимо уметь оценивать потребляемую мощность для разработанных схем и их характеристики надежности.

Расчет потребляемой мощности производится исходя из количества используемых схем и потребляемого ими тока. Для удобства организации расчета все данные сводятся в таблицу (см. таблицу 7).

Таблица 7 – пример исходных данных для расчета потребляемой мощности

Расчет надежности устройства, проектируемого на функциональном уровне, затруднительно оценить точно, так как для этого необходимо знать точные значения интенсивности отказов для отдельных микросхем. Данные значения получаются путем накопления информации об ошибках отдельных микросхем на производстве и являются, по сути, инструментом для оценки безотказности работы производимых устройств, следовательно, относится к разряду закрытой информации.

В данном курсовом проекте используются усредненные значения интенсивности отказов, в зависимости от сложности схем (см. таблицу 8). Таблица 8 – значения интенсивности отказов

4.11 Заключительным пунктом пояснительной записки к курсовому проекту является разработка элементарной функции для сопроцессора. Данная функция подчеркивает специфику разрабатываемого процессора и реализуется на ассемблере сопроцессора, который входит в систему команд (см. п.4.3.). Стандартно, математический аппарат реализуемой функции заключается в разложении тригонометрической функции или иррационального выражения в ряд ([3] стр. 553, [5]) и кодирование обработки ряда, с помощью ранее разработанной системы команд.

При разработке элементарной функции следует обратить внимание на следующие моменты:

способ вызова функции программистом;

процедуру загрузки операнда с плавающей запятой и записью результата.

Можно выделить три основных способа вызова функции: с помощью прерывания, с помощью отдельной команды, с помощью вызова подпрограммы. Каждый из способов имеет свои преимущества и недостатки: прерывание требует отдельного места в таблице прерываний, команда – место в системе команд, подпрограмма – механизма определения адреса вызова.

Не менее важен вопрос получения операнда из оперативной памяти, так как обычно разрядность числа с ПЗ больше разрядности внутренних интерфейсов процессора. Очевидно, что имеется два способа передачи операнда:

напрямую из ОП, зная адрес операнда;

используя промежуточные регистры, например РОН.

Проблема первого способа заключается в протоколе взаимодействия сопроцессора и ОП, а также в записи результата. Трудность второго способа

– распределение, например, 80 битного числа с ПЗ в 32-х разрядных регистрах.

5.Оформление курсового проекта

5.1. Курсовой проект представляется в виде твердой копии на бумажном носителе. Формат текста должен набираться в текстовом редакторе «Microsoft Word » со следующими параметрами:

Размер( формат) бумаги – А4 (21.0см* 29.7см);

Поля: верхнее – 2.5 см, нижнее - 2.0 см, левое – 3.0 см, правое

–1.5 см;

Шрифт – Times New Roman;

Высота шрифта – 14, допускается 12 при согласовании с руководителем;

Красная строка – 0.5 – 1.5 см;

Межстрочный интервал – 1.5 см;

Выравнивание – по ширине.

5.2.Объем курсового проекта – 40 – 50 страниц без учета приложений.

5.3.Каждый раздел (главу) необходимо начинать с нового листа. Заголовки помещаются симметрично тексту, а подзаголовки – с абзаца. Переносы слов в заголовках не допускаются. Если в заголовке два предложения, то между ними ставится точка. Подчеркивание заголовков не допускается.

5.4.Страницы нумеруются арабскими цифрами в нижнем колонтитуле. На титульном листе, реферате, ведомости и содержании номер не ставится. Нумерация приложений должна быть сквозной.

5.5.Все разделы нумеруются в пределах всего проекта. Введение и заключение не нумеруются.

5.6.В текст пояснительной записки следует помещать только наиболее важные таблицы, а вспомогательный, второстепенный материал желательно переносить в приложения. Иллюстрации необходимо располагать сразу после первого их упоминания и обозначать словом «Рисунок х.х», где х – это цифры, первая – номер главы, а вторая – номер иллюстрации. Если иллюстрация только одна, она не подписывается и не нумеруется.

5.7.Таблицы нумеруются аналогично, т.е. двумя цифрами Например, запись типа «Таблица 5.1» означает : первая таблица пятого раздела. Одиночная таблица не подписывается и не нумеруется. При переносе части таблицы на следующую страницу необходимо использовать надпись типа «Продолжение таблицы 5.1». На все таблицы в тексте проекта должны быть ссылки.

5.8.Важной составной частью проекта является библиографический список, содержащий перечень источников, используемых в процессе работы над проектом. При его заполнении следует соблюдать требования ГОСТ 1.5- 2002 «Общие требования к построению, изложению, оформлению, содержанию и обозначению»

5.9.Графический материал д.б. представлен в рамке с левым полем 20

мми остальными полями по 5 мм на листах формата А1. Допускается (по согласованию с научным руководителем) использование листов формата А2 и А3. Ссылаясь на плакаты, студент логично выстраивает доклад, не углубляясь в детали. На одном плакате, если позволяет место, допускается размещать разные иллюстрации. Заголовки плакатов размещаются в верхней

части, а подзаголовки – непосредственно над иллюстрациями. В правом нижнем углу каждого листа проставляется угловой штамп стандартного вида.

6. График выполнения курсового проекта

В соответствии с учебным планом для выполнения курсового проекта отводится 7-й семестр. Процесс проектирования распределен на составные отрезки времени для поэтапного контроля со стороны научного руководителя и самооценки студента. Примерный календарный план хода проектирования приведен в приложении 1.

В качестве критериев оценки можно рассмотреть следующий перечень:

способность к работе с библиографическими источниками, справочной и энциклопедической литературой и Интернет-ресурсами;

владение базовыми знаниями в профессиональной области и способность применять их на практике;

способность к анализу и обобщению информационного

материала;

навыки составления отчетных материалов, в том числе с применением стандартных пакетов прикладных программ;

навыки публичных выступлений.

контроль и оценивание хода проектирования и конечного

результата.

Для контроля процесса достижения поставленной перед студентом цели используют следующие формы:

самооценивание (этапное и итоговое);

контроль руководителя (этапный и итоговый);

итоговое оценивание в виде защиты курсового проекта.

Самооценивание и контроль проекта осуществляется на каждом этапе на основе вышеприведенных критериев. Руководитель в процессе работы над проектом анализирует результаты самооценивания и данные личного контроля и в случае необходимости вносит коррективы в работу студента. По результатам проектирования студент готовит презентацию с частичным или полным отражением содержания проекта на слайдах для публичной защиты.

7. Задания повышенной сложности В данном курсовом проектировании возможны три направления

заданий повышенной сложности:

проектирование ARM процессора с последующим использованием в курсовом проектировании по дисциплине микропроцессорные системы;

проектирование многоядерных процессоров;

проектирование универсального процессора с аппаратной

поддержкой отдельных технологии (многозадачного режима, с встроенной (аппаратной) поддержкой видео высокого разрешения (например, технология SandyBridge Intel) и т.п.).

В первом направлении подразумевается, что команда разработчиковстудентов уже определилась с направлением своих исследований в области микропроцессорных систем. Обычно в рамках данного задания уже известен прототип микропроцессора (реальная микросхема). В задачу разработчиков входит не только изучить структуру и функциональность прототипа исследуемого ARM процессора, но и дополнить их для выполнения требований технического задания.

Во втором направлении основное дополнение к типичному курсовому проекту – необходимость обеспечения общей КЭШ памяти для ядер. Следовательно, более детальная разработка потребуется для разделов «разработка системы управления памятью» и «разработка КЭШ памяти». Очевидно, что при наличии двух и более ядер в процессоре будет недостаточно одного уровня КЭШ памяти. Введение многоуровневой иерархии памяти приводит к возникновению проблемы когерентности данных. Решение данной проблемы компиляторами практически невозможно. В [2] описаны современные подходы к решению данной проблемы.

Третье направление является наиболее широким и сложным, так как подразумевает глубокую разработку не просто одного устройства, а аппаратной системы поддержки определенной технологии. Другими словами, выбор данного направления подразумевает углубленное изучение отдельных дисциплин. Например, для разработки аппаратной поддержки многозадачности необходимы хорошие знания технологии переключения задач из дисциплины «Операционные системы», принципы организации странично-сегментной организации памяти из дисциплины «Организация ЭВМ» и т.д. Тем не менее, данное направление является наиболее современным в области технологий, используемых в процессора последних поколений.

Выбор задания повышенной сложности не освобождает от разработки какого-либо из вышеперечисленных разделов пояснительной записки. Не допускается выдача задания повышенной сложности на индивидуальную разработку. Техническое задание повышенной сложности обговаривается с ведущим преподавателем индивидуально. Допускается курирование заданий повышенной сложности преподавателями не входящими в комиссию по защите курсовых проектов.

Наиболее эффективными мотивами для выполнения заданий повышенной сложности являются:

последующее выполнение курсового, а после дипломного проекта с использованием (на базе) микропроцессорных систем;

желание стажироваться (проходить преддипломную практику) в профильных организациях (например, Intel, CraftWay);

участие в различных конкурсах (УМНИК, школа Intel, Зворыкинский проект и т.п.) с проектом на базе ARM процессоров;

желание в будущем разрабатывать новые процессоры.

Независимо от мотивов, необходимо учесть, что задания повышенной

сложности потребуют значительно большего объема самостоятельной работы, и более тесного и ответственного подхода в координации работы команды разработчиков.

Приложение 1 График выполнения курсового проекта

Студент……………………………………………………………………………

Факультет…………………………………………………………………………...

Кафедра…………………………………………………..Группа…………………

Направление ( специальность ) …………………………………………………..

Руководитель………………………………………………………………………

Дисциплина…………………………………………………………………………

Наименование темы……Проектирование универсального процессора

Руководитель……………

Студент………………….

Приложение 2 Образец титульного листа

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Вятский государственный университет»

Факультет автоматики и вычислительной техники Кафедра «Электронные вычислительные машины»

ДОПУСКАЮ К ЗАЩИТЕ

Руководитель работы

______ __________________

подпись фамилия, инициалы

"_____"___________ _____ г.

Проектирование универсального процессора

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Курсовой проект по дисциплине «Проектирование ЭВМ и систем»

ТПЖА 230101.001 ПЗ

Разработали студенты группы ВМ-4х _____________ ________________