Московский Государственный Технический Университет им. Н. Э. Баумана
Факультет «Информатики и систем управления»
Кафедра ИУ5
Пояснительная записка курсовой работы
по предмету
«Вычислительные средства асоиу» Вариант №40 Выполнил Принял
Студент группы ИУ5-52 Преподаватель кафедры ИУ-5
Секирин Павел Спиридонов Сергей
Алексеевич Борисович
____________________ ____________________
«___» декабря 2014г. «___»_______________2014г.
Москва, 2014 г.
Содержание.
Постановка задачи
Микропрограммы машинных операций
Обобщенная микропрограмма.
Списки слов, операций и логических условий.
Закодированный граф микропрограммы.
Синтез операционных элементов.
Разработка структурной схемы операционного автомата.
Разработка функциональной схемы операционного автомата.
Список переходов.
Разработка ПЛМ.
Разработка функциональной схемы управляющего автомата .
Расчет длительности машинного такта.
Заключение.
Список использованной литературы.
1. Постановка задачи
Спроектировать вычислительное устройство для выполнения заданного множества операций.
Состав шин интерфейса:
1.Шины прямой передачи входных данных разрядностью 10 бит.
2.Шины обратной передачи выходных данных разрядностью 10 бит.
3.Шина адреса разрядностью 8.
4.Управляющие шины:
- проверка готовности устройства /ПРГОТ/,
- сигнал занятости устройства /ЗАН/,
- код операции /КОП/,
- передача данных по входным шинам /ДАННЫЕ/,
- передача результата по выходным шинам /РЕЗ/,
- запрос на передачу данных /ЗАПР/,
- подтверждение приема результата /ПРРЕЗ/,
- готовность устройства /ГОТ/.
Таблица №1
Расшифровка перечисленных в задании операций.
№ |
Операция |
Обозначение Операции |
1. |
Умножение |
У |
2. |
Сложение |
A1 |
3. |
Вычитание обратное |
А3 |
4. |
!(A B) |
Л3 |
5. |
!A |
Л5 |
6. |
A !B |
Л7 |
7. |
A !B |
Л9 |
Разрядность операндов – 10, код – дополнительный.
Для проектирования вычислительного устройства используются микросхемы серии к155.
Микропрограммы машинных операций.
Для реализации вычислительного устройства, выполняющего операции, указанные в задании к курсовой работе (см. предыдущий пункт), необходимо разработать микропрограммы для каждой из операций. Микропрограмма должна обеспечивать корректное считывание операндов с входной шины данных, выполнение самой операции и выдачу результата на выходную шину данных. При этом необходимо учесть, что работа вычислительного устройства должна быть согласована с работой внешнего устройства.
Для выполнения этой задачи используются микропрограммы подключения и отключения вычислительного устройства от интерфейса.
Микропрограмма подключения опрашивает шины адреса и шину управления ПРГОТ. При этом вычисляется значение выражения ПРГОТ !ЗАН (ША=N), где
ПРГОТ – сигнал, выставляемый внешним устройством на шину управления,
ЗАН – сигнал занятости вычислительного устройства,
ША=N – условие совпадения адреса, передаваемого внешним устройством на адресные
шины и адреса вычислительного устройства.
Если выражение принимает значение равное 1, то осуществляется подключение путем формирования сигнала готовности (для этого предусмотрена микрооперация ГОТ=1), который указывает инициирующему устройству о готовности к работе. Далее выполнение микропрограммы приостанавливается до получения сигнала КОП=1, передаваемого внешним устройством по шине управления. Как только сигнал КОП=1 получен, производится считывание команды с входной шины данных, формируется сигнал ГОТ=0 и устанавливается сигнал ЗАН=1. На этом микропрограмма подключения заканчивает свою работу.
Микропрограмма выполнения одной из семи указанных операций выполняется при выполнении одного из семи логических условий (микропрограммы и условия сопоставлены взаимно однозначно), которые формируются на основании анализа кода операции, указанного в команде (более подробное описание условий приведено в следующем пункте данного документа). При выполнении условия микропрограмма любой операции принимает операнды, которые считываются с входной шины данных. Далее вычисляется результат, который затем выдается на выходные шины данных.
Считывание слова данных реализовано следующим образом. Микропрограмма операции генерирует сигнал запроса (для этого предусмотрена микрооперация ЗАПР=1), который осведомляет внешнее устройство о готовности вычислительного устройства к приему данных. В ответ внешнее устройство передает слово данных на входную шину данных, генерируя при этом сигнал ДАННЫЕ=1. Пока сигнал ДАННЫЕ не поступит на управляющую шину, выполнение микрооперации приостанавливается, как только сигнал будет получен, вычислительное устройство производит считывание слова данных, при этом снимается сигнал запроса данных (для этого предусмотрена микрооперация ЗАПР=0). В ответ внешнее устройство устанавливает сигнал ДАННЫЕ=0. Если для выполнения операции необходимо два операнда, то для считывания второго слова данных процедура считывания повторяется.
Выдача слова данных в интерфейс производится следующим образом. Микропрограмма формирует сигнал результата (для этого предусмотрена микрооперация РЕЗ=1). Затем выполнение микрооперации приостанавливается до получения сигнала ПРРЕЗ=1, которым внешнее устройство информирует об успешном принятии результата вычислений. Как только ПРРЕЗ = 1 вычислительное устройство устанавливает сигнал результата в ноль (для этого предусмотрена микрооперация РЕЗ=0) и выставляет результат на выходные шины данных. При необходимости выдачи второго слова данных процедура повторяется. После окончания выдачи результата выполняется микропрограмма отключения вычислительного устройства. При необходимости передать по шине данные, разрядность которых превышает 10, сначала передаются младшие 10 бит, а потом старшие.
Микропрограмма отключения вычислительного устройства, снимает сигнал занятости устройства (для этого предусмотрена микрооперация ЗАН=0).
Разработанные микропрограммы выполнения машинных операций, с учетом всего вышесказанного, приведены на рисунках.
Алгоритм главной программы.
Рис1. Алгоритм главной программы
Алгоритмы реализуемых операций:
«Умножение»
Умножение выполняется над целыми двоичными числами со знаком, представленными в дополнительном коде.
По каждой паре сигналов ЗАПР-ДАННЫЕ передается слово разрядностью 10 бит. ВУ выставляет на шину управления сигнал запроса данных ЗАПР и ждет от устройства А сигнала ДАННЫЕ. По этому сигналу ВУ принимает с входной шины переданные данные и снимает с шины управления сигнал ЗАПР.
Множители состоят из одного слова.
Произведение состоит из двух слов, сначала передаётся старшая часть произведения, а потом младшая.
Так как операнды представлены в дополнительном коде, то при умножении они предварительно приводятся к своим модулям (при этом их начальные знаки запоминаются) и умножаются в соответствии с алгоритмом деления для положительных чисел, приведенным в [1]. Если результат - число положительное, то оно не изменяется, а отрицательное – преобразуется, путём инвертирования и прибавления 1. Знак произведения вычисляется как сумма по модулю 2 знаков множителей.
При выполнении умножения подсчет тактов умножения на цифры второго множителя и микрооперации сложения с помощью микросхемы ALU.
Вывод данных из ВУ в устройство А производится по сигналу РЕЗ /результат/. ВУ выдает на шины управления ШУ сигнал РЕЗ и одновременно выставляет данные /результат/ на выходную шину ШВЫХ. Устройство А принимает данные и подтверждает прием результата сигналом ПРРЕЗ, после чего ВУ снимает с шины управления сигнал РЕЗ.
По каждой паре сигналов РЕЗ-ПРРЕЗ на выходную шину выдается слово разрядностью 10 бит.
На выходную шину данных сначала выдаются старшие разряды произведения(слово), а затем – младшие.
Алгоритм
микропрограммы операции "умножение"
представлен на рисунке:
Рис2. Алгоритм операции «Умножение»
"Сложение"
Сложение выполняется над целыми двоичными числами со знаком, представленными в дополнительном коде.
По каждой паре сигналов ЗАПР-ДАННЫЕ передается слово разрядностью 10 бит. ВУ выставляет на шину управления сигнал запроса данных ЗАПР и ждет от устройства А сигнала ДАННЫЕ. По этому сигналу ВУ принимает с входной шины переданные данные и снимает с шины управления сигнал ЗАПР.
Оба слагаемых имеют длину по одному слову.
По паре сигналов ЗАПР-ДАННЫЕ с входной шины принимаются слагаемые (А и B).
Операция сложения производится в АЛУ. Вывод данных из ВУ в устройство А производится по сигналу РЕЗ /результат/. ВУ выдает на шины управления ШУ сигнал РЕЗ и одновременно выставляет данные /результат/ на выходную шину ШВЫХ. Устройство А принимает данные и подтверждает прием результата сигналом ПРРЕЗ, после чего ВУ снимает с шины управления сигнал РЕЗ.
Разрядность выходного слова равна 10 бит.
Алгоритм
микропрограммы операции "Сложение"
представлен на рисунке:
Рис3. Алгоритм операции «Сложение»
"Вычитание обратное"
Обратное вычитание выполняется над целыми двоичными числами со знаком, представленными в дополнительном коде.
По каждой паре сигналов ЗАПР-ДАННЫЕ передается слово разрядностью 10 бит. ВУ выставляет на шину управления сигнал запроса данных ЗАПР и ждет от устройства А сигнала ДАННЫЕ. По этому сигналу ВУ принимает с входной шины переданные данные и снимает с шины управления сигнал ЗАПР.
Уменьшаемое (В) и вычитаемое (А) имеют длину по одному слову.
По первой паре сигналов ЗАПР-ДАННЫЕ с входной шины принимается вычитаемое (А), а по второй паре сигналов ЗАПР-ДАННЫЕ с входной шины принимается уменьшаемое (В).
У вычитаемого меняется знак на противоположный, после чего числа складываются.
Вывод данных из ВУ в устройство А производится по сигналу РЕЗ /результат/. ВУ выдает на шины управления ШУ сигнал РЕЗ и одновременно выставляет данные /результат/ на выходную шину ШВЫХ. Устройство А принимает данные и подтверждает прием результата сигналом ПРРЕЗ, после чего ВУ снимает с шины управления сигнал РЕЗ.
Разрядность выходного слова равна 8 бит.
Алгоритм
микропрограммы операции "вычитание
обратное" представлен на рисунке
Рис4. Алгоритм операции «Вычитание модулей»
"!(A B)"
Операция !(A B)выполняется над логическими данными.
По каждой паре сигналов ЗАПР-ДАННЫЕ передается слово разрядностью 10 бит. ВУ выставляет на шину управления сигнал запроса данных ЗАПР и ждет от устройтсва А сигнала ДАННЫЕ. По этому сигналу ВУ принимает с входной шины переданные данные и снимает с шины управления сигнал ЗАПР.
Оба операнда (А и В) имеют длину по одному слову.
По первой паре сигналов ЗАПР-ДАННЫЕ с входной шины принимается первое логическое слово (А), а по второй паре сигналов ЗАПР-ДАННЫЕ с входной шины принимается второе логическое слово (В).
После того, как операнды были приняты с входной шины, над ними в АЛУ производится машинная операция A B и результат присваивается С. Затем в АЛУ производится операция C := !C
Вывод данных из ВУ в устройство А производится по сигналу РЕЗ /результат/. ВУ выдает на шины управления ШУ сигнал РЕЗ и одновременно выставляет данные /результат/ на выходную шину ШВЫХ. Устройство А принимает данные и подтверждает прием результата сигналом ПРРЕЗ, после чего ВУ снимает с шины управления сигнал РЕЗ.
Разрядность выходного слова равна 10 бит.
Алгоритм
микропрограммы операции "!(A
B)" представлен на рисунке:
Рис5. Алгоритм операции «!(A /\ B)»
"!А"
Операция "!А" выполняется над логическими данными.
По сигналу ЗАПР-ДАННЫЕ передается слово разрядностью 10 бит. ВУ выставляет на шину управления сигнал запроса данных ЗАПР и ждет от устройтсва А сигнала ДАННЫЕ. По этому сигналу ВУ принимает с входной шины переданные данные и снимает с шины управления сигнал ЗАПР.
Операнд (А) имеют длину одно слово.
После того, как операнд был принят с входной шины, над ним в АЛУ производится машинная операция !А и результат присваивается С.
Вывод данных из ВУ в устройство А производится по сигналу РЕЗ /результат/. ВУ выдает на шины управления ШУ сигнал РЕЗ и одновременно выставляет данные /результат/ на выходную шину ШВЫХ. Устройство А принимает данные и подтверждает прием результата сигналом ПРРЕЗ, после чего ВУ снимает с шины управления сигнал РЕЗ.
Разрядность выходного слова равна 10 бит.
Алгоритм
микропрограммы операции "!А"
представлен на рисунке:
Рис6. Алгоритм операции «A \/ B»
"A !B"
Операция "A !B" выполняется над логическими данными.
По каждой паре сигналов ЗАПР-ДАННЫЕ передается слово разрядностью 10 бит. ВУ выставляет на шину управления сигнал запроса данных ЗАПР и ждет от устройтсва А сигнала ДАННЫЕ. По этому сигналу ВУ принимает с входной шины переданные данные и снимает с шины управления сигнал ЗАПР.
Оба операнда (А и В) имеют длину по одному слову.
По первой паре сигналов ЗАПР-ДАННЫЕ с входной шины принимается первое логическое слово (А), а по второй паре сигналов ЗАПР-ДАННЫЕ с входной шины принимается второе логическое слово (В).
После того, как операнды были приняты с входной шины, над ними в АЛУ производится
машинная операция "A !B" и результат присваивается С.
Вывод данных из ВУ в устройство А производится по сигналу РЕЗ /результат/. ВУ выдает на шины управления ШУ сигнал РЕЗ и одновременно выставляет данные /результат/ на выходную шину ШВЫХ. Устройство А принимает данные и подтверждает прием результата сигналом ПРРЕЗ, после чего ВУ снимает с шины управления сигнал РЕЗ.
Разрядность выходного слова равна 10 бит.
Алгоритм
микропрограммы операции представлен
на рисунке:
Р
ис7.
Алгоритм операции «A
!B»
"A !B"
Операция "A !B" выполняется над логическими данными.
По каждой паре сигналов ЗАПР-ДАННЫЕ передается слово разрядностью 10 бит. ВУ выставляет на шину управления сигнал запроса данных ЗАПР и ждет от устройcтва А сигнала ДАННЫЕ. По этому сигналу ВУ принимает с входной шины переданные данные и снимает с шины управления сигнал ЗАПР.
Оба операнда (А и В) имеют длину по одному слову.
По первой паре сигналов ЗАПР-ДАННЫЕ с входной шины принимается первое логическое слово (А), а по второй паре сигналов ЗАПР-ДАННЫЕ с входной шины принимается второе логическое слово (В).
После того, как операнды были приняты с входной шины, над ними в АЛУ производится машинная операция A !B и результат присваивается С.
Вывод данных из ВУ в устройство А производится по сигналу РЕЗ /результат/. ВУ выдает на шины управления ШУ сигнал РЕЗ и одновременно выставляет данные /результат/ на выходную шину ШВЫХ. Устройство А принимает данные и подтверждает прием результата сигналом ПРРЕЗ, после чего ВУ снимает с шины управления сигнал РЕЗ.
Разрядность выходного слова равна 10 бит.
Алгоритм
микропрограммы операции "
A
!B " представлен на рисунке:
Рис8. Алгоритм операции «
»