close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Курсовой Наташа1

код для вставкиСкачать
Министерство образования РФ
Московский авиационный институт
(государственный технический университет)
филиал "Восход"
Кафедра ВТ "Утверждаю"
Преподаватель _______ Бахрамова Л.Л.
"____"__________2003г.
Контроллер АЛУ для сложения чисел в коде (8-4-2-1)+3
Курсовая работа
по курсу: Архитектура ЭВМ и порядков
ОТЧЁТ
выполнил: ст. гр. ДВМ 4-54______ Фархутдинов Р.Р
"____"___________2003 г.
Байконур 2003
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 1 РАЗРАБОТКА СРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ОПЕРАЦИОННОГО УСТ- РОЙСТВА 2 РАЗРАБОТКА МИКРОПРОГРАММЫ РАБОТЫ ОПЕРАЦИОННО-
ГО УСТРОЙСТВА 3 ИНТЕРПРЕТАЦИЯ МИКРОПРОГРАММЫ В ГРАФЫ АВТОМА-ТОВ
4 СИНТЕЗ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ПО ГРАФАМ Интерпретация микропрограммы в автомат Мура 4.2 Интерпретация микропрограммы в автомат Мили 5 РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ УУ 6 ПОСТРОЕНИЕ ВРЕМЕННЫХ ДИАГРАММ ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ ВВЕДЕНИЕ
В процессе выполнения данной курсовой работы был разработан контроллер АЛУ для сложения чисел в коде (8-4-2-1)+3. Разработка устройства управления (УУ) производилась с использованием автоматов Мура и Мили. Исходя из критерия максимального быстродействия, УУ было синтезировано на основе автомата Мура, являющегося более производительным относительно своего предшественника.
В ходе курсовой работы разработана структурная схема, микропрограмма работы операционного устройства, функциональная схема и построены временные диаграммы работы устройства управления.
1 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ОПЕРАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА
Структурная схема АЛУ для сложения чисел в коде (8-4-2-1)+3 представлена на рисунке 1.1. Рисунок 1.1 - Структурная схема АЛУ для сложения чисел в коде (8-4-2-1)+3
Структурная схема включает в себя следующие элементы:
- ШинВх - шина входа, по которой данные поступают на входные регистры Рг1 и Рг2;
- СчЦ - счетчик цикла, содержит значение количества байт, поступающих на шину входа;
- Рг1 - входной регистр первого слагаемого;
- Рг2 - входной регистр второго слагаемого;
- РгА1 и РгВ1 - входные регистры сумматора СМ1. В каждой тетраде регистра РгА1 содержится число 3 (в коде (8-4-2-1) это число 00110011). В регистре РгВ1 содержится байт первого слагаемого в коде (8-4-2-1);
- СМ1 - сумматор, прибавляющий к байту первого слагаемого число 3;
- РгСМ1 - регистр разрядностью 1 байт, содержащий байт первого слагаемого в коде (8-4-2-1)+3;
- РгА2 и РгВ2 - входные регистры сумматора СМ2. В каждой тетраде регистра РгА2 содержится число 3 (в коде (8-4-2-1) это число 00110011). В регистре РгВ2 содержится байт второго слагаемого в коде (8-4-2-1);
- СМ2 - сумматор, прибавляющий к байту второго слагаемого число 3;
- РгСМ2 - регистр разрядностью 1 байт, содержащий байт второго слагаемого в коде (8-4-2-1)+3;
- DСМ - десятичный сумматор разрядностью 1 байт, выполняющий сложение соответствующих байтов первого и второго слагаемых;
- РгDСМ - регистр десятичного сумматора, содержащий не откорректированный результат сложения байтов слагаемых;
- P' - фиксирует межбайтный перенос;
- P" - фиксирует межтетрадный перенос;
- РгВ3 и РгА4 - регистры, содержащие старшую и младшую тетрады байта - не откорректированного результата сложения слагаемых;
- РгА3 и РгВ4 - регистры, разрядностью 4 бита, содержащие число 3 или 13 в зависимости от того, возникают ли при сложении перенос в старшую тетраду или потетрадный перенос;
- СМ3 - сумматор, выполняющий коррекцию старшей тетрады результата сложения байтов слагаемых; - СМ4 - сумматор, выполняющий коррекцию младшей тетрады результата сложения байтов слагаемых; - РгСМ - регистр, содержащий в итоге результат сложения в коде (8-4-2-1)+3;
- ШинВых - шина выхода.
Алгоритм функционирования ОУ следующий:
ШинВх имеет разрядность 16 бит. Основу АЛУ составляет десятичный сумматор DCM, разрядность которого равна 1 байту. Счетчик цикла СчЦ определяет количество байт, поступающих на ШинВх. Значения P' и P" первоначально равны нулю. По ШинВх поочередно поступают: первое слагаемое в Рг1, второе слагаемое в Рг2 в коде (8-4-2-1). Разрядность каждого регистра Рг1 и Рг2 16 бит. Затем в РгВ1 и РгВ2, разрядностью 8 бит, поступают байты первого и второго слагаемых, т.е. биты с 8 по 15. В РгА1 и РгА2 заносится значение 00110011. СМ1 и СМ2 выполняют прибавление тройки к каждой тетраде регистров РгВ1 и РгВ2 . Таким образом, в регистры РгСМ1 и РгСМ2 поступают байты первого и второго слагаемых в коде (8-4-2-1)+3. Далее производится побайтное сложение на десятичном сумматоре DCM, который строится на основе двоичных сумматоров. В результате сложения фиксируются два переноса: межбайтный перенос в Р' из нулевого разряда и межтетрадный перенос в Р'' из четвёртого разряда. Значение из DCM поступает на регистр сумматора РгDСМ. СМ3 и СМ4 используются для выполнения коррекции. Биты с 0 по 3 из РгDCM поступают в РгВ3, биты с 4 по 7 из РгDCM поступают в РгА4. В регистры РгА3 и РгВ4 заносятся значения 3 (0011) или 13 (1101) в зависимости от того, возникают ли при сложении перенос в старшую тетраду или потетрадный перенос. Если при сложении не возникает переноса в старшую тетраду, то выполняется коррекция вычитанием 3 (1101), если возникает потетрадный перенос, то коррекция выполняется прибавлением 3. Тетрады после коррекции поступают из СМ3 и СМ4 на регистр РгСМ в разряды с 0 по 3 и с 4 по 7 соответственно. После каждого такта СчЦ уменьшается на 1. Затем выполняется сдвиг РгСМ на 8 разрядов вправо для освобождения разрядов с 0 по 8, используемых в следующем такте, а регистры Рг1 и Рг2 сдвигаются на 8 разрядов вправо для того, чтобы выполнить выше описанные действия над следующими байтами, содержащимися первоначально в битах: 0 - 7. Когда СчЦ станет равен 0 в РгСМ будет содержаться результат сложения двух чисел в коде (8-4-2-1)+3, который выдаётся на ШинВых.
2 РАЗРАБОТКА МИКРОПРОГРАММЫ РАБОТЫ ОПЕРАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА
В соответствии с алгоритмом функционирования ОУ его работу можно описать блок-схемой микропрограммы, представленной на рисунке 2.
Рисунок 2 - Блок-схема микропрограммы функционирования контролера АЛУ
Микропрограмма функционирования разрабатываемого АЛУ, представленная на рисунке 2 основывалась на алгоритме сложения чисел в коде (8-4-2-1)+3.
3 ИНТЕРПРЕТАЦИЯ МИКРОПРОГРАММЫ В ГРАФЫ АВТОМАТОВ
Микропрограмма работы ОУ представляет собой последовательность управляющих сигналов, выдаваемых блоком УУ (устройства управления). Управляющий автомат типа Мура или Мили строится по этой микропрограмме в два этапа: получение граф - схемы алгоритма и построение графа автомата.
При использовании автомата Мура для построения схемы УУ микропрограмма работы ОУ представляется в виде граф - схемы алгоритма в соответствии с рисунком 3. Рисунок 3 - Граф - схема алгоритма для автомата Мура На этом рисунке приняты следующие обозначения: Q0 - Q26 - микрокоманды (состояния автомата); V1 - V33 - управляющие сигналы, которые должны быть выданы блоком УУ; U1 - U3, U1 - U3 - переменные, обозначающие выполнение или не выполнение условий переходов из одного состояния в другое; Z1 - Z3 - переменные значения, обозначающие условия, которые характеризуют состояния ОУ (входные сигналы). Начало и конец микропрограммы обозначены одинаково - Q0.
При использовании автомата Мили для построения схемы УУ микропрограмма работы ОУ представляется в виде граф - схемы алгоритма в соответствии с рисунком 4. Рисунок 4 - Граф - схема алгоритма для автомата Мили
На этом рисунке приняты следующие обозначения: А0 - А21 - микрокоманды (состояния автомата); V1 - V33 - управляющие сигналы, которые должны быть выданы блоком УУ; U1 - U3, U1 - U3 - переменные, обозначающие выполнение или не выполнение условий переходов из одного состояния в другое; Z1 - Z3 - переменные значения, обозначающие условия, которые характеризуют состояния ОУ (входные сигналы). Начало и конец микропрограммы обозначены одинаково - А0.
3.1 Интерпретация микропрограммы в граф автомата Мура
Построение графа автомата Мура осуществляется в соответствии с рисунком 5. На этом рисунке вершины графа автомата Мура - это состояния автомата Qi. Вершины графа помечены выходными сигналами Vi. Дуги графа (дуга - это переход из Qi в Qj) помечены входными сигналами (условиями переходов из одного состояния в другое: 1, Ui или Ui).
3.2 Интерпретация микропрограммы в граф автомата Мили
Построение графа автомата Мили осуществляется в соответствии с рисунком 6. Рисунок 6 - Граф автомата Мили
На этом рисунке вершины графа автомата Мили - это состояния автомата Аi. Дуги графа помечены входными сигналами (условиями переходов из одного сос-
тояния в другое: 1, Ui или Ui) и выходными сигналами Vi. 4 Синтез устройства управления по графам
Устройство управления можно рассматривать как управляющий автомат типа Мура или Мили. Число состояний автомата определяет число элементарных автоматов (триггеров), требуемых для представления состояний автомата. В данном случае требуется пять D-триггеров для автомата Мура, поскольку автомат Мура имеет двадцать семь состояний от Q0 до Q26. Для автомата Мили, также требуется пять D-триггеров, так как у него двадцать два состояния от А0 до А21.
D-триггер - это элемент задержки. Он имеет один информационный вход D, один информационный выход S (S - выход, инверсный выходу S) и вход синхронизации C. D-триггер осуществляет задержку сигнала, поступившего на его вход, на один такт. Условное графическое обозначение D-триггера представлено на рисунке 7.
Рисунок 7 - D-триггер
Работа D-триггера полностью определяется его таблицей истинности, то есть таблицей переходов. Таблица 1 - Таблица переходов D-триггера
D St St+1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 В соответствии с таблицей 1: St - это логический уровень на прямом выходе до подачи импульса синхронизации, St+1 - логический уровень на этом выходе после подачи импульса синхронизации.
4.1 Синтез устройства управления по графу автомата Мура
Закон функционирования автомата Мура задается уравнениями:
Q(t+1)=δ[Q(t), Z(t)]; V(t)=f[Q(t)], t=0, 1, 2,(1)
В автомате Мура выходной сигнал зависит только от состояния. Для автомата представленного на рисунке 4 имеются следующие функции выходов:
V1=Q1
V2=Q1
V3=Q1
V4=Q2
V5=Q3
V6=Q4
V7=Q5
V8=Q6
V9=Q7
V10=Q8
V11=Q8V12=Q9
V13=Q9
V14=Q10
V15=Q11
V16=Q12
V17=Q12
V18=Q13
V19=Q14
V20=Q15
V21=Q16
V22=Q17V23=Q18 V24=Q19 V25=Q20 V26=Q21
V27=Q22
V28=Q22
V29=Q23 V30=Q24 V31=Q25
V32=Q26
V33=Q26 Состояния автомата Мура кодируются в соответствии с таблицей 2.
Таблица 2 - Состояния автомата Мура
СостояниеТриггерD5D4D3D2D1Q000000Q100001
Q200010Q300011Q400100Q500101Q600110Q700111Q801000Q901001Q1001010Q1101011Q1201100Q1301101Q1401110Q1501111Q1610000Q1710001Q1810010Q1910011Q2010100Q2110101Q2210110Q2310111Q2411000Q2511001Q2611010
Функционирование управляющего автомата типа Мура представляется в виде таблицы переходов на основании графа, представленного на рисунке 5 и таблицы 2 состояний автомата Мура. В таблице переходов указываются все возможные переходы и соответствующие им условия. По этой таблице устанавливаются значе-
чения сигналов на входах триггеров, при которых осуществляются переходы, то есть определяются функции возбуждения триггеров.
Таблица 3 - Таблица переходов автомата Мура
Исходные состоянияИсходные состояния триггеровСостояния триггеров после переходовУсловие переходаУстановочные сигналы триггеровD5D4D3D2D1D5D4D3D2D1D5D4D3D2D1Q00000000001100001Q10000100010100010Q20001000011100011Q30001100100100100Q40010000101100101Q50010100110100110Q60011000111100111Q70011101000101000Q80100001001101001Q90100101010U101010Q90100101011 ___
U101011Q100101001100101100Q110101101100101100Q120110001101101101Q130110101110U201110Q130110101111U201111Q140111010000110000Q150111110000110000Q161000010001110001Q171000110010U110010Q171000110011 __
U110011Q181001010100110100Q191001110100110100Q201010010101110101Q211010110110110110Q221011010111110111
Q231011111000U311000Q231011111001 ___
U311001Q241100000000100000Q251100111010111010Q261101000110100110
Функции возбуждения:
D1=Q0Q2Q4Q6Q8Q9U1Q12Q13U2Q16Q17U3Q20Q22 Q23U4Q26;
D2=Q1Q2Q5Q6Q9U1Q9U1Q13U2Q13U2Q17U3Q17U3
Q21Q22Q24Q25Q26=Q1Q2Q5Q6Q9Q13Q17Q21Q22Q24Q25Q26;
D3=Q3Q4Q5Q6Q10Q11Q12Q13U2Q13U2Q18Q19Q20
Q21Q22=Q3Q4Q5Q6Q10Q11Q12Q13Q18Q19Q20Q21Q22; D4=Q7Q8Q9U1Q9U1Q10Q11Q12Q13U2Q13U2Q23U4Q23
U4Q24Q25Q26=Q7Q8Q9Q10Q11Q12Q13Q23Q24Q25Q26;
D5=Q14Q15Q16Q17U3Q17U3Q18Q19Q20Q21Q22Q23U4Q23U4Q24Q25Q26=Q14Q15Q16Q17Q18Q19Q20Q21Q22
Q23Q24Q25Q26;
4.2 Синтез устройства управления по графу автомата Мили
Закон функционирования автомата Мили задается уравнениями:
A(t+1)=δ[A(t), Z(t)]; V(t)=f[A(t), Z(t)], t=0, 1, 2,(2)
В отличие от автомата Мура, выходной сигнал которого зависит только от состояния, выходной сигнал автомата Мили зависит от состояния и от входного сигнала. Для автомата представленного на рисунке 6 имеются следующие функции выходов:
V1=A0
V2=А0
V3=А0
V4=А1
V5=А2
V6=А3
V7=А4
V8=А5
V9=А6
V10=А7
V11=A7V12=А8
V13=А8
V14=А9U1
V15=А9U1
V16=А10
V17=А10
V18=А11
V19=А12U2
V20=А12U2
V21=А13
V22=A14V23=А15U3
V24=А15U3
V25=А16
V26=А17
V27=А18
V28=А18
V29=А19
V30=А20U4
V31=А20U4
V32=А21
V33=A21 Состояния автомата Мили кодируются в соответствии с таблицей 3.
Таблица 3 - Состояния автомата Мили
Состояние Триггер D5 D4 D3 D2 D1 A0 0 0 0 0 0 A1 0 0 0 0 1 A2 0 0 0 1 0 A3 0 0 0 1 1 A4 0 0 1 0 0 A5 0 0 1 0 1 A6 0 0 1 1 0 A7 0 0 1 1 1 A8 0 1 0 0 0 A9 0 1 0 0 1 A10 0 1 0 1 0
A1101011A1201100A1301101A1401110A1501111A1610000A1710001A1810010A1910011A2010100A2110101
Функционирование управляющего автомата типа Мили представляется в виде таблицы переходов на основании графа, представленного на рисунке 6 и таблицы 3 состояний автомата Мили.
Таблица 4 - Таблица переходов автомата Мили
Исходные
СостоянияИсходные состояния триггеровСостояния
триггеров после переходаУсловие переходаУстановочные сигналы триггеровD5D4D3D2D1D5D4D3D2D1D5D4D3D2D1А00000000001100001А10000100010100010А20001000011100011А30001100100100100А40010000101100101А50010100110100110А60011000111100111А70011101000101000А80100001001101001
А90100101010U101010А90100101010U101010А100101001011101011А110101101100101100А120110001101U201101А120110001101U201101А130110101110101110А140111001111101111А150111110000U310000A150111110000U310000A161000010001110001A171000110010110010A181001010011110011A191001110100110100A201010010101U410101A201010000000U400000A211010110110110110
Функции возбуждения триггеров:
D1=A1A2A4A6A8A10A12U2A12U2A14A16A18A20U4=A1A2A4A6A8A10A12A14A16A18A20U4;
D2=A1A2A5A6A9U1A9U1A10A13A14A17A18A21=A1
A2A5A6A9A10A13A14A17A18A21;
D3=A3A4A5A6A11A12U2A12U2A13A14A19A20U4A21=
A3A4A5A6A11A12A13A14A19A20U4A21;
D4=A7A8A9U1A9U1A10A11A12U2A12U2A13A14=A7A8
A9A10A12A13A14;
D5=A15U3A15U3A16A17A18A19A20U4A21=A15A16A17
A18A19A20U4A21;
4.3 Выбор управляющего автомата
Для проектирования схемы УУ используется автомат Мура. Это следует из того, что критерием при выборе автомата является минимум аппаратных затрат.
Теоретически нужно взять автомат Мили, так как этот автомат имеет меньшее число состояний, чем автомат Мура. В данном случае автомат Мили имеет 21 состояние, а автомат Мура 26. Но, при проектировании УУ с помощью автомата Мили в схеме УУ выходной сигнал зависит как от входного сигнала в данный момент времени, так и от выходного сигнала в предшествующий момент времени. Вследствие чего, при работе контроллера АЛУ могут возникнуть такие ситуации, когда автомат ещё не успел перейти в новое состояние, а на его вход пришёл новый сигнал. Для предотвращения таких ситуаций в схему следует ввести элемент задержки D-триггер. А это приводит к следующему недостатку. Так как элементов задержки в схеме получается столько же, сколько переходов в автомате Мили, то аппаратные затраты схемы УУ при использовании автомата Мили велики по сравнению с аппаратными затратами схемы УУ при использовании автомата Мура. Поэтому лучше использовать автомат Мура.
Но так как основным критерием при разработке контроллера БЗУ является максимальное быстродействие, то, несмотря на большее количество состояний, логично использовать автомат Мура, в котором выходной сигнал зависит только от внутреннего состояния, следовательно, элемент задержки не нужен. Отсюда время переключения из одного режима в другой при работе устройства естественно уменьшится, что приведет к максимальному быстродействию.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы: Учеб. Пособие для вузов. - М.: Энергия, 1979.
2. Майоров С. А. Структура электронных вычислительных машин. - Л. Машиностроение. Ленинградское отделение, 1979.
Рисунок 8 - Временная диаграмма 
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
45
Размер файла
706 Кб
Теги
наташа, курсовой
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа