Министерство образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

СИНТЕЗ УПРАВЛЯЮЩИХ АВТОМАТОВ

С ЖЁСТКОЙ ЛОГИКОЙ

Методические указания к лабораторной работе

по курсу «Организация ЭВМ и систем»

для студентов специальности 220400

Одобрено

редакционно-издательским советом

Саратовского государственного

технического университета

Саратов, 2003 г.

Введение

Данная лабораторная работа предназначается для студентов специальности ПВС по курсу «Организация ЭВМ и систем». Она рассчитана на восемь аудиторных часов. Самостоятельная работа по изучению литературы, программирование и оформление отчёта составляют ещё восемь часов.

Объект исследования - цифровые управляющие автоматы с жёсткой логикой.

Цель работы - изучение методики объединения графов алгоритмов и построения логической схемы управляющего автомата.

Метод базируется на теории алгоритмов, теории графов и структурных автоматов.

Работа проводится с помощью ПЭВМ в дисплейном классе. Характер исследований состоит в сочетании теоретической разработки с программированием и моделированием на ПЭВМ.

1. Содержание работы

ЭВМ представляет собой совокупность многочисленных устройств самого разного назначения, но основу ЭВМ составляет процессор, выполняющий команды системы команд ЭВМ. Процессор состоит из двух главных устройств: управляющего автомата (УА) и операционного автомата (ОА). Операционный автомат реализует микрооперации, из которых состоят команды, а управляющий автомат организует работу ОА. Таким образом, ни УА, ни ОА не могут функционировать по отдельности - их совокупность образует операционное устройство, иначе говоря, - процессор.

Команды, выполняемые ЭВМ, могут быть описаны разными способами; наиболее наглядным является описание с помощью графов. В дальнейшем мы будем рассматривать графы команд. Графы строятся по определённым правилам. Эти правила позволяют формализовать процесс синтеза УА и ОА и строить автоматизированные системы проектирования (САПР) цифровых устройств. В графе обязательно должны быть следующие вершины: вершина «начало», которая характеризуется тем, что у неё нет ни одного входа и только один выход, операторные вершины, которые имеют множество входов и только один выход, и условные вершины, у которых множество входов и два выхода. В операторную вершину записывается оператор, выполняющий некоторую микрооперацию. В условную вершину записывается условие, которое может быть истинным или ложным и в зависимости от этого из условной вершины осуществляется переход по одному из возможных направлений. Граф обязательно содержит конечную вершину, имеющую множество входов и ни одного выхода. Граф строится таким образом, чтобы из любой его вершины имелся хотя бы один путь в конечную вершину.

Системы команд ЭВМ достаточно обширны - их порядка 150. Для каждой команды существует граф, полностью её описывающий, но УА должен реализовывать все команды ЭВМ, поэтому возникает необходимость объединения графов команд формальными средствами, обеспечивающими минимум операторных и условных вершин в объединённом графе. В данной работе предстоит объединить три графа, заданных в варианте задания, пользуясь известной методикой.

Для объединённого графа строится логическая схема, состоящая из памяти автомата (ПА) и комбинационной схемы (КС). Для чего опять применяется известная методика. В результате мы получаем логическую схему УА, которая реализует заданные графы команд.

Объединённый граф размечается состояниями автомата определённым образом. Переходы из состояния в состояние соответствуют работе УА и могут быть смоделированы на ПЭВМ, что также входит в данную лабораторную работу, для чего составляется соответствующая программа или в DELPHI, или в BUILDER, или в системах VISUAL, по усмотрению студента.