Министерство образования Российской Федерации

Марийский Государственный Технический Университет

Синтез цифрового управляющего

микропрограммного автомата

Методические указания к курсовой работе

по дисциплине «Теория автоматов»

Йошкар-Ола

2002

1. Цели и задачи курсовой работы

Курсовая работа завершает изучение курса «Теория втоматов». Она предназначена для закрепления и углубления знаний по алгоритмам выполнения арифметических операций, основам алгебры логики, теории комбинационных схем, а также по методам структурного синтеза цифровых автоматов, полученных в процессе изучения курса. Выполнение курсовой работы способствует приобретению навыков практического применения полученных знаний при решении технических задач логического проектирования узлов и блоков ЭВМ.

Поставленные цели достигаются в процессе решения задачи разработки на заданном базисе логических элементов управляющего автомата, предназначенного для реализации заданной арифметической операции на заданном операционном автомате.

Знания и навыки, полученные в процессе выполнения курсовой работы, в дальнейшем послужат базой для изучения курсов «Расчёт и проектирование элементов ЭВМ», а также при курсовом и дипломном проектировании.

Для выполнения курсовой работы необходимо знание основных разделов курса «Теория автоматов». Курсовая работа выполняется по индивидуальным знаниям. Исходные данные для разработки выбираются из таблицы 1.1 и 1.2 приложения 1, в соответствии с номером варианта, задаваемым преподавателем.

Задания на курсовую работу разделяются по этапам:

1. Определение точности результата выполнения заданной математической операции на примере заданных десятичных чисел (таб. 1.1)

2. Разработка микропрограммы выполнения заданной математической операции (таб. 1.2)

3. Уточнение схемы операционного автомата в соответствии со своим вариантом

4. Построение граф-схемы алгоритма (ГСА) и логической схемы алгоритма (ЛСА)

2.Методические указания к выполнению курсовой работы

Операционные устройства ЭВМ (процессоры, каналы ввода-вывода, контроллеры, устройства управления внешними устройствами и т.п.) представляются в виде композиции операционного (ОА) и управляющего автоматов (УА).

y₁

y_n

x₁

x_n

Рис. 2.1. Структура операционного устройства

Операционный автомат служит для выполнения действия над операндами. Управляющий автомат вырабатывает управляющие сигналы, определяющие последовательность действий операционного автомата.

Множество микроопераций, реализуемых в ОА – Y={y₁, …, y_n}, возбуждаются управляющими сигналами из УА – y₁, y₂, …, y_n . Каждому управляющему сигналу соответствует определённая микрооперация.

ОА также вычисляет значения логических условий, которым ставится в соответствие множество осведомительных сигналов X={x₁, …, x_n}, являющихся входными сигналами УА. УА задаёт порядок выполнения микрокоманд в ОА, вырабатывая последовательность управляющих сигналов в зависимости от микропрограммы и значений логических условий.

Наименование операции, которую необходимо выполнить в операционном устройстве, задаётся кодом операции.

Структурная схема ОА для выполнения операций над числом с фиксированной запятой приведена на рисунке 2.1 приложения 2, а для чисел с плавающей запятой – на рисунке 2.2 Приложения 2.

Обозначения на рис. 2.1 и 2.2:

А и В – регистры операндов А и В;

СМ – сумматор;

СЧ – счётчик;

МА, МВ – регистры мантисс операндов А и В;

ПА и ПВ – регистры порядков операндов А и В;

СМП – сумматор порядков;

СММ – сумматор мантисс.

Микрооперации, которые необходимо реализовать в каждом из устройств операционного автомата, выбираются, исходя из заданного алгоритма реализации арифметической операции на заданном ОА (рис. 2.1, 2.2). Причём считается, что на регистрах помимо хранения информации могут быть реализованы микрооперации приёма информации, выдачи информации с указанного разряда прямыми или инверсными значениями, сдвига влево или вправо на заданное число разрядов, стирание ранее хранившейся информации. Сумматоры, помимо выполнения всех этих же микроопераций, что и регистры, могут выполнять и микрооперацию суммирования ранее хранившейся в них информации с содержимым одного из регистров и хранения полученного результата. Обычно в ОА используются сумматоры дополнительного или обратного кода. Тип используемого сумматора в заданном ОА указан в таблице 1.2. Счётчик может реализовать те же микрооперации, что и регистр (кроме сдвига), а также суммирование содержимого счётчика с +I или –I.

В таблице 1.2 также задаётся тип синтезируемого УА (автомат Мили или автомат Мура).

Операнды на входе ОА представлены в двоичной системе счисления. Если используется представление в форме с фиксированной запятой, то модуль числа должен быть меньше единицы. Под знак отводится один старший разряд, а под цифровую часть – 9 разрядов, т.е. n=10.

Если используется представление в форме с плавающей запятой, то для порядка отводится 5 разрядов (n=5), а для мантиссы – 9, причём, старшие из них знаковые (k=9). Разрядность сумматора и счётчика необходимо определить самостоятельно, исходя из алгоритма выполнения арифметической операции.

Микропрограммный управляющий автомат необходимо реализовать на одной из серий интегральных элементов: 134 или 135, затратив по возможности минимальное число корпусов.