МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Севастопольский национальный технический университет

Кафедра кибернетики и вычислительной техники

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

По дисциплине «Цифровые ЭВМ»

для студентов заочной формы обучения

специальности 7.091501 – «Компьютерные системы и сети»

Севастополь

2002

Методические указания утверждены на заседании кафедры КиВТ

«», протокол №

Составитель: профессор, к.т.н. Апраксин Ю.К.

Рецензент: к.т.н. Замятин А.Г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение стр.

1. Синтез управляющего автомата

1. Управляющие автоматы с жесткой логикой

   1. Задание на выполнение контрольной работы № 1

   2. Проектирование УА в заданном базисе логических элементов

   3. Проектирование УА на ПЛМ

   4. Проектирование УА на основе распределителей сигналов

2. Управляющие автоматы с программируемой логикой

   1. Задание на выполнение контрольной работы № 2

   2. Кодирование поля микроопераций микрокоманды. Структура формирователя сигналов микроопераций

   3. Способы адресаций микрокоманды. Структура формирователя адреса

   4. Синхронизация работы микропрограммного автомата. Структура блока синхронизации

   5. Контроль работы ПМК. Схема контроля

   6. Техника построения микропрограмм

1. Синтез операционного автомата

   1. Типовые структуры операционных автоматов. Этапы синтеза ОА.

      1. Задание на выполнение контрольной работы № 3

      2. Методика выполнения типовых операций

      3. Принципы функционирования операционных автоматов

2. Память обрабатывающего устройства

   1. Организация памяти обрабатывающих устройств

      1. Задание на выполнение контрольной работы № 4

      2. Оперативные запоминающие устройства…

      3. Постоянные запоминающие устройства……………………………………………..

3. Задание на курсовое проектирование……………………………………………………

4. список вопросов для подготовки к экзаменам ………………………………………….

ВВЕДЕНИЕ

По дисциплине «Цифровые ЭВМ» студенты-заочники специальности – «Компьютерные системы и сети» в течении двух семестров самостоятельно выполняют 4 контрольные работы и курсовой проект, основное содержание которых связано с практическим освоением методов системотехнического проектирования операционных и запоминающих устройств, представляющих собой как основу ЭВМ, так и любой системы на базе ЭВМ. Взаимосвязь этих устройств отображена на рисунке 1.к числу запоминающих устройств (ЗУ), предназначенных для задания, записи и чтения информации, относятся : ОЗУ – оперативное ЗУ, СОЗУ – сверхоперативное ЗУ и ПЗУ – постоянное ЗУ. ОЗУ обеспечивает хранение больших объемов информации (2^m1 n-разрядных слов, где m₁ – 15+20). Поиск, выработка и занесение информации в ОЗУ осуществляется обычно за промежуток времени, превышающий машинный такт. Поэтому завершение выполнения операций в ОЗУ сопровождается выработкой специального сигнала, который разрешает выполнение операций «чтение» или «запись», инициируемых соответственно сигналами Чт. и Зп. Отсутствие такого сигнала характеризует недоступность ОЗУ для инициализации как операции «чтение» так и «запись». СОЗУ обычно используют для хранения небольших объемов (2^m1 (m₁ = 4+6) n-разрядных слов) информации, часто используемой при функционировании ЭВМ. Назначение СОЗУ – повышение производительности ЭВМ. В структурном плане СОЗУ состоит из 2^m2 n-разрядных регистров, доступ к которым аналогично как для ОЗУ инициируется сигналами Чт (операция «чтение») Зп (операция «запись»). Время выполнения как одной так и другой операции в СОЗУ не превышает одного такта работы операционного устройства. СОЗУ может выполнять либо функции буфера между ОЗУ и операционным устройством, либо иметь особое назначение, связанное со специфическими процедурами обработки данных. Для хранения постоянной для обрабатывающего устройства информации (константы, таблицы, микропрограммы) используют ПЗУ. В процессе функционирования обрабатывающего устройства доступ к ПЗУ возможен только в режиме «чтение», поэтому, по сравнению с ОЗУ, ПЗУ значительно проще, дешевле и надежнее, т.к. в нем отсутствуют схемы для записи информации, а для хранения применяются более простые и дешевые элементы памяти. Объем хранимой в ПЗУ информации может быть значительным и сравни с ОЗУ. В своей совокупности ОЗУ, СОЗУ и ПЗУ образуют память обрабатывающего устройства.

Являясь основным блоком обрабатывающего устройства, память обеспечивает хранение информации; главным же блоком является так называемое операционное устройство (ОУ) обеспечивающее преобразование информации. В ОУ с точки зрения функционального назначения выделяют два блока: операционный автомат (ОА) и управляющий автомат (УА). ОА представляет собой устройство, в котором непосредственно выполняются все действия по преобразованию информации. Оно включает в себя в качестве узлов всевозможные операционные элементы, такие как регистры, счетчики, сумматоры, дешифраторы и шифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры, компараторы, шины и т.д. УА координирует действия ОА. Он вырабатывает в определенной временной последовательности управляющие сигналы, под действием которых в узлах ОА выполняются требуемые действия. Процесс функционирования ОА распадается на последовательность элементарных действий в его узлах. Каждое такое действие, выполняемое в одном из узлов ОА в течение одного тактового периода, называется микрооперацией. Например:

а) установка регистра в некоторое состояние:

R1:=0 – запись в регистр R1 числа 0;

б) инвертирование содержимого разрядов регистра:

__

R1:=R1 – изменение каждого разряда регистра на противоположное;

в) пересылка содержимого одного регистра в другой : R1:=R2 – содержимое регистра R2 пересылается в регистр R1;

г) сдвиг содержимого одного регистра влево (вправо) на К разрядов:

R1:=SLK(R1), 0..0 содержимое регистра R1 сдвигается влево на К разрядов, а освобождающиеся К правых разрядов заполняются нулями (1≤ K ≤ n, где n – количество разрядов в регистре);

д) счет: Сч:=Сч ± 1 – содержимое счетчика возрастает или убывает на 1;

е) суммирование: См:=См+R1 – к содержимому сумматора См добавляется содержимое регистра R1;

ж) сравнение одного из операционных элементов с числом или содержимым другого операционного элемента:

1, если См > R1

F:= –вычисление функции

0, если См ≤ R1

F, принимающей значение 1, если содержимое сумматора больше содержимого регистра R1, и принимающей значение 0 в противном случае;

з) выполнение логической операции (дизъюнкция, конъюнкция и др.)

R1:=R1 \/ R2 – выполнение логической операции «дизъюнкции» над одноименными разрядами регистров R1 и R2 с занесением результата в регистр R1.

Замечание. После указания имени операционного элемента обычно в скобках указывается его разрядность, например: R1 (1: n) – n-разрядный регистр, разряды которого пронумерованы от 1 до n слева направо.

В определенные тактовые периоды одновременно могут выполнятся несколько микроопераций. Эта совокупность одновременно выполняемых микроопераций называется микрокомандой. Для управления порядком следования микрокоманд (микроопераций) используют логические условия, которые в зависимости от результатов преобразования информации в ОА могут принимать значения 1 или 0. значение логических условий характеризуется осведомительными сигналами X_i (i=1,2,…), поступающими из ОА в УА. Для инициализации той или иной микрооперации в ОА управляющий автомат вырабатывает управляющие сигналы Y_j (j=1,2,…). Значит, если в ОА предусматривается возможность выполнение s различных микроопераций, то из УА должно выходить s управляющих цепей, кажлая из которых соответствует определенной микрооперации, т.е., чтобы инициировать выполнение некоторой микрооперации в ОА, достаточно из УА по определенной управляющей цепи, соответствующей данной микрооперации, подать сигнал (например, напряжение уровня логической 1). Целенаправленный процесс последовательного выполнения микрокоманд в ОА описывается в виде алгоритма, представленного в терминах микроопераций и логических условий. Такая форма представления алгоритма называется микропрограммой. Инициирование выполнения той или иной микропрограммы осуществляется подачей на УА внешних сигналов f_k (k=1,2,…), каждый из которых интерпретируется как команда на выполнение определенной микропрограммы.

Исходные данные для обработки в ОУ выбираются из памяти, а результаты обработки в случае необходимости могут быть занесены в ОЗУ или СОЗУ.