2. Рекомендации по проектированию узлов и блоков принципиальных электрических схем эвм

2.1. Разработка структурно-функциональной схемы

Разработка структурно-функциональной схемы состоит в следующем:

1) анализируя задание, выявить основные функциональные узлы с учётом их связей и путей передачи информации;

2) полученные результаты отобразить в виде схемы, состоящей из структурных элементов со связями между ними,

3) уточнить выполняемые функции структурными элементами и схемой в целом, если необходимо, то разбить структурные элементы на более мелкие структурно-функциональные элементы (блоки, узлы).

В результате указанных действий должна быть получена схема, состоящая из структурных элементов с указанием функций, выполняемых каждым элементом, и с информационными связями между элементами. Также необходимо рассмотреть все необходимые управляющие сигналы.

2.2. Выбор элементной базы

Этот раздел проекта должен состоять из двух параграфов: выбор серии интегральных микросхем; выбор в серии конкретных микросхем для построения схем узлов и блоков.

Выбор серии интегральных микросхем должен производиться в соответствии с целями, поставленными проектировщиком, с учетом следующих характеристик серий: быстродействие (время прохождения сигнала через функциональный элемент), электрическая мощность, потребляемая схемой от источников питания, стоимость. Например, проектировщик стремится создать устройство среднего быстродействия и минимальной стоимости , в этом случае наиболее целесообразно использовать серию интегральных микросхем 155 , К155 или КМ155.

Выбор конкретных микросхем для построения принципиальных схем блоков и узлов должен осуществляться в зависимости от функций, реализуемых проектируемым блоком или узлом. Так, для блока регистров необходимо выбрать микросхемы регистров в зависимости от функций, выполняемых данным блоком регистра. Если этот регистр выполняет только функцию хранения, то нужно выбрать микросхемы параллельных регистров с как можно большим количеством разрядов. Количество микросхем определяется разрядностью хранимого слова, деленной на разрядность микросхемы регистра. Часто приходится добавлять один или два разряда регистра, это можно сделать, добавляя регистр отдельными триггерами. При этом нужно выбирать триггеры таким образом, чтобы управление триггерами было таким же, как и у регистра (управление записью осуществляется уровнем или переходом, имеется ли управление выходом и как оно осуществляется). Если в данном регистровом блоке необходимо выполнять сдвиг слова относительно разрядной сетки регистра, нужно выбирать микросхему сдвигового регистра.

Подобным образом необходимо пройти по всем структурным элементам логической схемы (блокам и узлам электрической схемы) и выбрать микросхемы для их реализации.

2.3. Построение принципиальной электрической схемы

Построение принципиальной электрической схемы нужно начинать с построения уточненной логической схемы. При выполнении этой части работы за основу принимается имеющаяся логическая схема, в которую нужно добавить структурные элементы ввода операндов.

Обычно для ввода исходных данных для расчетов (операндов) применяют набор тумблеров или клавиш, которые подключают к входам регистров операндов. Перед построением схемы нужно разработать алгоритм ввода. Можно все операнды набрать на клавишном наборе, а затем осуществить пуск схемы на выполнение. В этом случае устройство должно отработать до конца, до получения результата расчета, если не будет какого- либо останова. В другом случае можно набирать операнды последовательно - сначала набираются два операнда, с которых начинаются вычисления, (по окончании операций над этими операндами необходим останов и ожидание набора следующих операндов), далее следует пуск и т.д.

Следующим уточнением логической схемы является решение проектировщика об электрическом соединении узлов схемы. Нужно учитывать, что соединять выходы логических элементов в ТТЛ схемотехнике запрещено, а при построении электрической схемы получается, что два регистра (или больше) своими выходами подключаются к входам одного устройства (сумматора). Таким образом, выходы регистров электрически соединяются. Чтобы при этом получить работоспособное устройство необходимо, либо выходы регистров подключать ко входам сумматора через мультиплексоры, либо использовать регистры с третьим стабильным состоянием выхода или с открытым коллектором. При любом решении требуется введение новых (дополнительных) управляющих сигналов. По окончании работы устройства результат должен быть выведен на электрическое разъемное соединение (разъем), через которое предполагается подключение системы индикации. После уточнения логической схемы устройства нужно откорректировать выбор элементной базы (с учетом принятых решений).