5.6. Проектирование компьютерных устройств. Система команд.

Синтез любого компьютерного устройства включает в себя следующие этапы проектирования.

Первый этап это системное проектирование. Основная задача, решаемая на данном этапе, состоит в разработке блочной структуры компьютера, то есть в получении абстрактной модели системы в виде графического изображения всех блоков и связей между ними. Для реализации данного этапа необходимо выполнить следующие действия:

1) четко определить область применения и условия эксплуатации техники;

2) выполнить анализ и синтез алгоритмов решения задач;

3) выбрать элементную базу для построения компьютера;

4) разработать блок-схему компьютера на уровне устройств.

Реализация первого этапа проектирования напрямую связана с вопросом исследования алгоритмов, их эффективности, с методами реализации алгоритмов в структурных схемах.

На втором этапе (структурное проектирование) предполагается представление всех устройств машины на уровне функциональных узлов. Для достижения поставленной цели выбирается внутренний язык компьютера, разрабатываются функциональные схемы всех устройств, а также интерфейс взаимодействия структурных компонентов в рабочих режимах. На данном этапе должны быть выбраны и определены:

1) системы команд;

2. структура и формат команд;

3. структура и формат обрабатываемых данных;

4) состав компьютера на уровне функциональных устройств и способ объединения этих устройств в систему (двухшинная, трехшинная или другая организация внутреннего интерфейса);

5. порядок взаимодействия во времени всех устройств компьютера.

Особенностью данного этапа является отсутствие точных методов синтеза практически всех перечисленных архитектурных составляющих. В связи с этим особую практическую важность приобретают различные способы анализа вариантов проектируемых систем и, в частности, моделирование схем компьютеров на универсальных вычислительных средствах. Второй этап является более конкретным с точки зрения структурной организации вычислительных устройств. Во всяком случае, вопросы выбора системы команд, очевидно, являются общими для всех компьютеров, а форматы команд, как правило, используются известные и стандартные. Данный факт требует рассмотрения классических форматов команд общеизвестных компьютеров, исследования процесса выбора системы команд, а также определения принципов отработки основных групп команд.

Третий этап – логическое проектирование. Исходными данными для логического проектирования являются результаты предыдущего этапа. При этом функциональные узлы системы интерпретируются соответствующими БИС и микропроцессорами с последующей композицией узлов в систему.

Результатом выполнения третьего этапа является набор графических описаний устройств компьютера на уровне БИС и схем средней степени интеграции. Здесь же необходимо четко конкретизировать интерфейс взаимодействия всех подсистем в различных режимах функционирования. Особенностью этапа логического проектирования, является отсутствие конкретных механизмов общетеоретического синтеза разветвленных структур.