Розрахунково-графічна робота з КС. Методичка

УДК 004.31’12:001.891 (072) ББК 74.586.29я7

В 751

Друкується за ухвалою редакційно-видавничої ради Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича

Воробець Г.І.

В 751 Комп'ютерна схемотехніка : Методичні рекомендації до виконання курсового проекту / Г.І. Воробець, О.І. Воробець, С.Е. Остапов. – Чернівці : Чернівецький нац. ун-т, 2012. – 64 с.

Запропоновані завдання і методичні вказівки до курсового проектування відповідають навчальній програмі дисципліни “Комп'ютерна схемотехніка” напряму “Комп'ютерна інженерія”. Розглянуто основні питання, які мають бути висвітлені в кожному з розділів альбому технічної документації до курсового проекту. Наведено приклад виконання та оформлення окремих розділів типового курсового проекту.

Для студентів вищих навчальних закладів, які навчаються за напрямом підготовки “Комп'ютерна інженерія”.

УДК 004.31’12:001.891 (072) ББК 74.586.29я7

©Чернівецький національний університет, 2012

©Воробець Г.І., Воробець О.І., Остапов С.Е., 2012

ВСТУП

Комп’ютерна схемотехніка є однією з базових дисциплін освітньопрофесійної програми (ОПП) для підготовки фахівців із напряму 6.050102 – комп’ютерна інженерія. Важливою складовою процесу формування висококваліфікованого фахівця з даного напряму є набуття студентом практичних навичок у проектуванні типових вузлів сучасних комп’ютерів, зокрема спеціалізованих обчислювачів, пристроїв для цифрової обробки, перетворення, захисту інформації та ін., які широко використовуються як базові вузли сучасних автоматизованих інформацій- но-вимірювальних, телекомунікаційних, телеметричних систем, а також

успеціалізованому обладнанні для комп’ютерних мереж. Тому метою курсового проектування з даної дисципліни є поглиблення і закріплення знань, одержаних студентами при вивченні курсу “Комп’ютерної схемотехніки”, а також набуття і розвиток навичок для формування усвідомленого систематизованого підходу до аналізу структури, особливостей функціонування та побудови працездатної моделі проектованого типового функціонального вузла комп’ютеризованої системи.

Для досягнення вказаної мети студентам пропонується виконати повний цикл робіт зі схемотехнічної розробки, моделювання й тестування певних вузлів комп’ютерної техніки, а результати розробки оформити

увигляді альбому конструкторсько-технічної документації, який містить пояснювальну записку і графічну частину. Завдання на курсове проектування складається з двох частин і передбачає: а) виконання розрахунко- во-графічної роботи з проектування базового вузла обробки цифрового коду, наприклад регістра, лічильника, пристрою перетворення коду, пристрою введення/виведення даних та ін.; б) проектування мікропроцесорного вузла арифметичної й логічної обробки даних, який містить операційну частину та пристрій керування. У запропонованому виданні описано завдання і рекомендації до виконання першої частини проекту.

Всі етапи розробки проекту мають бути відображені в пояснювальній записці. Правила її оформлення, вимоги до логічної структури, обсягу і вмісту звітної документації, поради щодо виконання завдань наведено в розділі загальних методичних рекомендацій до виконання курсового проекту.

Моделювання принципової схеми та аналіз функціонування пристрою пропонується здійснювати в одному з пакетів прикладних про-

грам: Multisim, Proteus, Active HDL, MicroCap або іншому. Описано та-

кож необхідні види функціонального аналізу схеми пристрою.

Для закріплення отриманих студентами під час вивчення дисциплін “Інженерна графіка” та “Основи конструювання обчислювальної техніки” навичок складання та оформлення конструкторської докумен-

4

тації всі матеріали, що стосуються розробленого в курсовому проекті пристрою, повинні бути оформлені відповідно до існуючих нормативних документів єдиної системи конструкторської (ЄСКД) і програмної (ЄСПД) документації, а також згідно з Державними стандартами України (ДСТУ).

Конструкторську документацію, зокрема технічні креслення структурних, функціональних, електричних принципових схем, алгоритмів функціонування пристрою рекомендовано оформляти з допомогою па-

кета програм Microsoft Visio.

Уметодичних рекомендаціях запропоновано 30 варіантів типових цифрових функціональних вузлів для виконання проектів. Використовуючи для проектування три різні логічні базиси заданих наборів інтегральних схем (наприклад, ТТЛ-ТТЛШ, МОН-КМОН, ЕЗЛ) і виконуючи моделювання принципових схем у різних пакетах вказаних прикладних програм, викладачем за потреби може бути сформульовано більше 400 різних варіантів завдань на курсове проектування.

Удодатку наведено приклад розробки типового функціонального вузла комп’ютерної схемотехніки та оформлення курсового проекту згідно з вимогами ЄСКД. Подано список рекомендованої для використання при виконанні курсового проекту літератури. Основні етапи, розвязувані задачі та графік виконання курсового проекту описано в технічному завданні прикладу, вміщеному в додатку до методичних рекомендацій.

5

ЗАВДАННЯ ДО КУРСОВОГО ПРОЕКТУВАННЯ З “КОМП’ЮТЕРНОЇ СХЕМОТЕХНІКИ”

Відповідно до заданого викладачем варіанта, провести повну технічну розробку функціонального вузла комп’ютерного пристрою, використовуючи вказану у варіанті елементну базу цифрових інтегральних схем та один із пакетів проектування. Для розв’язування даної задачі по-

трібно виконати такі завдання:

•провести аналітичний огляд літератури з поставленої задачі;

•розробити структурну та функціональну схеми заданого пристрою;

•розробити електричну принципову схему пристрою в логічному базисі заданого набору інтегральних схем (варіант №1 – К155, К555, К1531,

К1533; варіант №2 – К500, К1500; варіант №3 – К176, К561);

•побудувати часову діаграму функціонування пристрою;

•розрахувати складність і швидкодію (час максимальної затримки сигналів та граничну частоту обробки вхідних даних) окремих структурних одиниць і пристрою в цілому;

•провести моделювання пристрою засобами одного з пакетів програм-

ного забезпечення (Multisim, Proteus, Active HDL, MicroCap, P-CAD);

•підготувати технічний звіт у вигляді альбому курсового проекту, структура якого наведена в наступному розділі.

Перелік функціональних вузлів для проектування (варіанти завдань):

1.Універсальний пристрій зсуву 8-розрядного двійкового коду з послідовним завантаженням у 8-розрядний паралельний вхідний регістр та виведенням зсунутого коду через 4-контактне з’єднання.

2.Послідовний суматор двох 12-розрядних двійкових кодів з побайтним виведенням результату в паралельному коді.

3.12-розрядний регістр зсуву з дешифратором режиму роботи. Введення інформації – в послідовному коді або паралельному через 4- контактне з’єднання; виведення – у паралельному коді через 12розрядний роз’єм, або у послідовному коді через контакти старшого або молодшого розряду 12-розрядного роз’єму.

4.Реверсивний регістр зсуву. Введення інформації в паралельному і послідовному кодах. При введенні інформації в послідовному коді передбачити контроль за модулем 2. Кількість інформаційних розрядів – 16, контрольних – один.

5.Двійковий лічильник на 32 розряди з груповим переносом і можливістю установки нуля. Виведення – побайтно на 8-контактне з’єднання.

6.Двійково-десятковий лічильник у коді 8421 з попереднім встановленням нуля. Введення даних у число-імпульсному коді (нормовано-

6

му до 10). Розрядність – 4 декади. Виведення – на з’єднання у вигляді десяткового унітарного коду, подекадно.

7.Двійково-десятковий лічильник у коді 5211, розмірністю 4 декади. Введення даних у число-імпульсному коді (нормованому до 10). Розрядність – 4 декади. Виведення – на з’єднання у вигляді десяткового унітарного коду, подекадно.

8.Двійково-десятковий лічильник у коді 4221 з попереднім встановленням нуля. Введення даних у число-імпульсному коді (нормованому до 10). Розрядність – 4 декади. Виведення – на з’єднання у вигляді десяткового унітарного коду, подекадно.

9.Двійково-десятковий лічильник у коді 5211 з попереднім встановленням нуля. Введення даних у число-імпульсному коді (нормованому до 10). Розрядність – 4 декади. Виведення – на з’єднання у вигляді двійково-десяткового коду (8421), подекадно.

10.Регістр зсуву вправо на 2 розряди. Введення даних у паралельному коді, N=16. Виведення даних через 4-контактне з’єднання.

11.Реверсивний двійковий лічильник (N=32) з паралельним введенням даних і перевіркою на парність. Виведення – через з’єднання побайтно. Контрольний біт – 32-й.

12.Регістр зсуву вліво на 2 розряди з паралельним введенням/виведенням даних, контролем за непарністю у процесі передачі даних. Розрядність – N=24.

13.Регістр зсуву вправо на 2 розряди з виведенням інформації у паралельному коді через 4-контактне з’єднання. N=16. На виході регістра – дешифратор.

14.Двійковий реверсивний лічильник (N=16) з установкою в нуль і виведенням інформації в паралельному коді через 4-контактний роз’єм. На виході – дешифратор.

15.Двійковий суматор паралельної дії з груповим перенесенням (N=36). Перевірка правильності операції додавання – за контролем за модулем 2. Результати вивести на роз’єм.

16.Двійковий віднімаючий лічильник із груповим переносом. Введення інформації в послідовно-паралельному коді через 8-контактне з’єднання. N=32.

17.Паралельний суматор у двійково-десятковому коді 8421. Розмірність

– 4 декади. Виведення – подекадно, через 4-контактний роз’єм.

18.Паралельний пристрій віднімання у двійково-десятковому коді 8421. Розмірність – 4 декади. Виведення результату через 8-контактне з’єднання.

19.Перетворювач паралельного 32-розрядного двійкового коду в послідовність паралельних байтів для передачі по каналу зв’язку. Кожний байт доповнюється контрольним розрядом за непарністю.

7

20.Пристрій приймання для каналу зв’язку, по якому передається 9- розрядний паралельний двійковий код (9-й біт – контроль за непарністю). Буфер забезпечує приймання послідовності інформаційних байтів у 32-розрядний регістр і сигналізує про наявність чи відсутність помилок.

21.Функціональний пристрій, що забезпечує введення даних з десяткової клавіатури в регістр у паралельному коді 8421. Регістр містить 5 декад. Виведення – через 4-контактне з’єднання.

22.Пристрій для введення даних з десяткової клавіатури в регістр у паралельному двійково-десятковому коді 5211. Розмір регістра – 4 декади. Виведення даних – через 8-контактне з’єднання.

23.Пристрій для введення даних з десяткової клавіатури в регістр у паралельному двійково-десятковому коді 4221. Розмір регістра – 5 декад. Виведення даних – через 4-контактне з’єднання.

24.Пристрій для введення даних з десяткової клавіатури в регістр у паралельному двійково-десятковому коді 3321. Розмірність регістра – 6 декад. Виведення даних – через 8-контактне з’єднання.

25.16-розрядний двійковий суматор паралельної дії з послідовним перенесенням. Контроль суми – за модулем 2.

26.Паралельний суматор у двійково-десятковому коді 8421. Розмірність

–4 декади. Виведення суми – в десятковому коді, подекадно.

27.Функціональний пристрій, що забезпечує введення даних із десяткової клавіатури в регістр у паралельному коді 3321. Регістр містить 4 декади. Виведення – через 8-контактне з’єднання.

28.Пристрій перетворення 12-розрядного двійкового коду 8421 у код Грея. Вхідний код записується у паралельний регістр зберігання даних, а вихідний – у регістр з послідовним записом даних.

29.Пристрій перетворення 16-бітного коду Грея у двійковий код 3321. Вхідний код подається на пристрій у послідовному вигляді, вихідний

–зчитується побайтно у паралельний регістр.

30.Пристрій для перетворення базового алфавітно-цифрового ASCII ко-

ду в простий 5-елементний телеграфний код.

Варіанти завдань на курсовий проект вибираються так. Номер функціонального вузла для проектування відповідає номеру студента у списку академічної групи, а логічний базис інтегральних схем, в якому слід здійснювати розробку принципової схеми пристрою, та пакет прикладної програми, в якому має проводитися моделювання даної схеми, задаються керівником проекту.

8

СТРУКТУРА ЗВІТУ З КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

Курсовий проект є навчальним документом, що виконується в процесі вивчення дисципліни “Комп’ютерна схемотехніка”, тому повинен оформлятися відповідно до існуючих нормативних документів на оформлення технічної документації, а отже, має містити пояснювальну записку та обов’язковий графічний матеріал, що подається до захисту. Технічна документація до розробленого функціонального вузла оформляється відповідно до ЄСКД у вигляді альбому (технічного проекту), структура якого така:

1.Титульний лист.

2.Лист затвердження.

3.Завдання на курсовий проект (видається керівником).

4.Анотація.

5.Опис альбому технічної документації до курсового проекту.

6.Пояснювальна записка.

•Зміст.

•Вступ.

•1. Огляд літератури.

•2. Аналіз отриманого завдання на курсовий проект.

•3. Проектування структурної схеми пристрою.

•4. Проектування функціональної схеми пристрою.

4.1.Розробка окремих блоків функціональної схеми пристрою.

…

•5. Проектування принципової схеми пристрою.

5.1.Розробка окремих блоків принципової схеми пристрою.

…

•6. Аналіз роботи пристрою (побудова часових діаграм, розрахунок швидкодії граничної частоти та складності пристрою).

•7. Моделювання спроектованої схеми в одному з пакетів програм-

ного забезпечення Proteus, Multisim, MicroCap, Active HDL або VisSim.

•Висновки.

•Список використаних джерел.

7.Креслення структурної схеми пристрою.

8.Креслення функціональної схеми пристрою.

9.Креслення принципової схеми пристрою.

10.Перелік елементів до принципової схеми.

11.Часові діаграми роботи пристрою в цілому або окремих його складових частин.

12.Ілюстрації результатів моделювання роботи пристрою.

9