- •1.Сведения об эумк
- •1.1Методические рекомендации по изучению дисциплины
- •1.2Рабочая учебная программа
- •1.3Основы компьютерной техники
- •Протокол согласования учЕбной программы по изучаемой учебной дисциплине с другими дисциплинами специальности
- •Пояснительная записка
- •Содержание дисциплины
- •1. Наименование тем, их содержание
- •1. Лабораторные занятия, их характеристика
- •2. Контрольные работы, их характеристика
- •3. Курсовая работа, ее характеристика
- •3. Литература
- •1.21.1.1.1.1Основная
- •Дополнительная
- •4. Перечень компьютерных программ, наглядных и других пособий, методических указаний и материалов и технических средств обучения
- •2.Арифметические основы эвм
- •2.1 Системы счисления
- •2.2 Перевод чисел из одной системы счисления в другую
- •2.2.1 Метод преобразования с использованием весов разрядов
- •2.2.2Метод деления (умножения) на новое основание
- •2.2.3Метод с использованием особого соотношения оснований заданной и искомой систем счисления
- •2.3Арифметические операции над положительными числами
- •2.3.1Операции сложения в двоичной системе счисления.
- •2.3.2Операция вычитания
- •2.3.3Операция умножения
- •2.3.4Деление двоичных чисел
- •2.3.5Арифметика с положительными двоично-десятичными числами.
- •2.3.6 Арифметика с алгебраическими числами
- •2.3.6.1Кодирование алгебраических чисел
- •2.3.6.2 Дополнительный и обратные коды двоичных чисел
- •2.3.6.3Операции с двоичными числами в дополнительном коде.
- •2.3.6.4Операции с двоичными числами в обратном коде
- •2.3.6.5Модифицированные коды
- •2.3.6.6 Арифметика с алгебраическими двоично-десятичными числами
- •2.3.7Логические операции с двоичными кодами
- •2.4 Представление чисел с фиксированной точкой
- •2.4.1Арифметические операции над числами, представленными с фиксированной точкой
- •2.4.1.1Деление с фиксированной точкой
- •2.5 Представление чисел с плавающей точкой
- •2.5.1Арифметика с плавающей точкой
- •2.5.1.1 Операция сложения.
- •2.5.1.2 Операция умножения
- •2.5.1.3 Операция деления.
- •2.5.2 Представление данных в компьютере.
- •3.Алгебра логики
- •3.1Основные понятия алгебры логики
- •3.2Элементы алгебры Буля
- •3.2.1Законы и правила алгебры Буля
- •3.2.2Формы представления логических функций
- •3.2.3Синтез логических схем по логическим выражениям
- •3.2.4Минимизация логических выражений
- •3.2.4.1Минимизация методом Квайна
- •3.2.4.2Минимизация с диаграммами Вейча
- •3.2.5Логические базисы и-не, или-не
- •4.Схемотехнические основы эвм
- •4.1Элементы эвм
- •4.1.1Логические элементы.
- •4.1.2Запоминающие элементы
- •3.2. Узлы эвм
- •3.2.1 Комбинационные узлы
- •4.2Накапливающие узлы
- •3.3. Элементы теории цифровых автоматов
- •4.2.1Основные определения
- •Задание цифрового автомата с помощью графа
- •4.2.2Переход от одной формы задания автомата к другой
- •3.3. 2. Синтез цифрового автомата
- •5.Устройства эвм
- •4.1 Арифметико-логическое устройство эвм
- •4.2 Граф-схема алгоритма выполнения операции
- •4..3. Построение блока управления
- •4.3.1 Аппаратный принцип построения блока управления.
- •4.4. Микропрограммный принцип построения блока управления
- •1 Таблица 4.4.1
- •4.5. Процессор
- •4.6.Запоминающие устройства
- •4.5.1. Оперативная память
- •4.5.1. Постоянные запоминающие устройства
- •Индивидуальные задания
- •6.1.1.2Теоретическая часть (вопросы)
- •6.1.1.3Практическая часть
- •6.1.1.3.1Контрольное задание №1. Организация распределения продукции в логистической системе
- •Исходные данные к контрольному заданию №1
- •Методические указания
- •6.1.1.3.2Контрольное задание №2. Организация материальных потоков в производственно-сбытовой системе
- •Исходные данные к контрольному заданию №2
- •Методические указания
- •Методические указания по работе с комплексом материалов по дисциплине о и ф эвм
- •Задачи для самоподготовки
- •1.Арифметические основы эвм.
- •1.1.Системы счисления.
- •2.Алгебра логики
- •3. Схемотехнические основы эвм
- •Раздел 1.
- •1000.0010 Первая смешанная дробь
- •00 1.0100 Вторая смешанная дробь
- •Индивидуальные задания
- •Вопросы для повторения
- •Тесты по разделам
- •Раздел 1.3.
- •Раздел 1.4.
- •Раздел 2.
- •Раздел 3.3
- •Раздел 3.4.
- •Сколько микрокоманд потребуется в микропрограмме, реализующий заданную граф-схему алгоритма (гса)?
- •Чем определяется длина операционной микрокоманды?
- •Вопросы для экзаменационных билетов
4..3. Построение блока управления
Устройство управления вообще и блок управления АЛУ в частности могут строиться или на принципе микропрограммирования (программируемая логика), или на принципе с жесткой логикой (аппаратный принцип). В любом случае удобной формой задания поведения управляемого объекта является кодированная ГСА.
При использовании микропрограммного принципа, выработка необходимой последовательности сигналов управления имеющимся объектом выполняется за счет реализации микропрограммы, разработанной в соответствии с заданной ГСА. При использовании аппаратного принципа, блок управления строится в виде цифрового автомата, который, построенный в соответствии с заданной ГСА, вырабатывает последовательность выходных сигналов, используемых для управления объектом.
4.3.1 Аппаратный принцип построения блока управления.
Блок управления аппаратного принципа может строиться или на базе цифрового автомата Мили или Мура. Наличие большого количества входных сигналов и состояний цифрового автомата, а также значительного числа пар «входной сигнал - состояние» делает затруднительным использования классического подхода синтеза цифрового автомата, рассмотренного в разделе «Элементы теории цифровых автоматов». Поэтому в данном случае синтез цифрового автомата, реализующего блок управления, осуществляется по несколько отличному принципу и включает следующие этапы:
построение графа выбранного типа цифрового автомата на основе ГСА функционирования имеющегося объекта;
составление объединенной кодированной таблицы переходов и выходов цифрового автомата;
составления логических выражений для сигналов управления памятью и выходных сигналов цифрового автомата;
синтез логических схем на основании полученных логических выражений в заданном логическом базисе.
Построение управления на базе автомата Мура
Рассмотрим построение управления на базе автомата Мура для объекта, работа которого задается ГСА, приведенной на рис.4.3.1. Формирование графа автомата Мура, соответствующего ГСА выполнения операции в управляемом объекте, выполняется следующим образом:
объединяются операционные вершины ГСА, для которых имеет место однозначная связь по входу и выходу, при условии, что результат выполнения микрооперации в предыдущей вершине не используется при выполнении микрооперации в последующей вершине;
устраняются замкнутые пути из одной логической вершины ГСА в другую логическую вершину, минуя операторные вершины, посредством введения в этот путь пустой операторной вершины;
каждой операторной вершине ГСА ставится в соответствие вершина графа автомата Мура.
Используя указанные правила, ГСА на рис. 4.3.1 преобразуется в граф автомата Мура, приведенный на рис. 4.3.2. Вершинами графа Аi являются операционные вершины исходной ГСА. Данный граф формируется из исходной при условии, что микрооперации У15 и У11 не допускают одновременное выполнение; через Уп обозначена фиктивная (пустая, т.е. «ничего не делать») микрооперация. Микрооперация У0 выполняется при инициализации цифрового автомата.
Вершинами графа Аi являются операционные вершины исходной ГСА. Данный граф формируется из исходной при условии, что микрооперации У4 и У11 допускают одновременное выполнение; через Уп обозначена фиктивная (пустая, т.е. «ничего не делать») микрооперация. Микрооперация У0 выполняется при инициализации цифрового автомата.
Объединенная кодированная таблица переходов и выходов цифрового автомата строится за счет нахождения всех существующих путей из каждой вершины имеющегося графа в ближайшую другую вершину с указанием условий, при которых имеет место данный путь, и вырабатываемых выходных сигналов, которые в автомате Мура однозначно определяются конечным состоянием (конечной вершиной пути):
Аi{xss, xpp ... xff, уn(А J),... уm(А J)} А J,
где:
Аi, АJ - соответственно, начальная и конечная вершина пути;
xss, xpp ... xff - условия, через которые проходит путь из Аi в АJ;
уn(АJ),... уm(АJ) - выходные сигналы, однозначно зависящие от состояния АJ.
Объединенной кодированной таблицы переходов и выходов цифрового автомата составляется на основе всех возможных путей из всех вершин графа автомата. В табл.4.3.1 приведена объединенная кодированная таблицы переходов и выходов для графа автомата Мура.
При формировании этой таблицы использовалась кодировка состояний цифрового автомата двоичными эквивалентами их индексов, а разряды четырех битового кода состояния обозначены как Q1Q2Q3Q4. В качестве элемента памяти использован D-триггер, имеющий вход qD1.
.
Рис. 4.3.1.
Каждому из имеющихся путей из вершин графа автомата в таблице соответствует одна строка, что позволяет кодировать код начала пути (четырех битовый код в графе 3) и условие (подмножество условий, лежащих на этом пути, в графе 6) единым числом - номером соответствующей строки в таблице.
. Рис. 4.3.2
Таблица 4.3.1
N |
Начало пути |
Конец пути |
логическое |
выход. |
Управление памятью |
|||||
п.п |
Ан |
код Ан Q1 Q2 Q3Q4 |
Ак |
код Ак Q1 Q2 Q3Q4 |
условие |
сигнал |
qD1 |
qD2 |
qD3 |
qD4 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
1 |
A0 |
0000 |
A8 |
1000 |
_ _ _ _ х1 х3 х5 х7 |
У15 |
1 |
0 |
0 |
0 |
2 |
|
|
A9 |
1001 |
_ _ _ х1 х3 х5 х7 |
У31 |
1 |
0 |
0 |
1 |
3 |
|
|
A6 |
0110 |
_ _ х1 х5 х7 |
У15. У16 |
0 |
1 |
1 |
0 |
4 |
|
|
A3 |
0011 |
_ х1 х5 |
У15. |
0 |
0 |
1 |
1 |
5 |
|
|
A1 |
0001 |
х5 |
У19. |
0 |
0 |
0 |
1 |
6 |
A1 |
0001 |
A5 |
0101 |
_ х6 |
У40 |
0 |
1 |
0 |
1 |
7 |
|
|
A2 |
0010 |
х6 |
- |
0 |
0 |
1 |
0 |
8 |
A2 |
0010 |
A5 |
0101 |
_ х6 |
У40 |
0 |
1 |
0 |
1 |
9 |
|
|
A2 |
0010 |
х6 |
- |
0 |
0 |
1 |
0 |
10 |
A3 |
0011 |
A4 |
0100 |
1 |
У11. |
0 |
1 |
0 |
0 |
11 |
A4 |
0100 |
A7 |
0111 |
1 |
У19 |
0 |
1 |
1 |
1 |
12 |
A5 |
0101 |
A7 |
0111 |
1 |
У19 |
0 |
1 |
1 |
1 |
13 |
A6 |
0110 |
A10 |
1010 |
_ х 15 |
Ук |
1 |
0 |
1 |
0 |
14 |
|
|
A8 |
1000 |
_ _ _ _ х1х3х5х7х15 |
У15 |
1 |
0 |
0 |
0 |
15 |
|
|
A9 |
1001 |
_ _ _ х1х3х5 х7х15 |
У31 |
1 |
0 |
0 |
1 |
16 |
|
|
A6 |
0110 |
_ _ х1 х5 х7х 15 |
У15. У16. |
0 |
1 |
1 |
0 |
17 |
|
|
A3 |
0011 |
_ х1 х5 х 15 |
У15. |
0 |
0 |
1 |
1 |
18 |
|
|
A1 |
0001 |
х5 х 15 |
У19. |
0 |
0 |
0 |
1 |
19 |
A7 |
0111 |
A10 |
1010 |
_ х 15 |
Ук |
1 |
0 |
1 |
0 |
20 |
|
|
A8 |
1000 |
_ _ _ _ х1х3х5х7х15 |
У15 |
1 |
0 |
0 |
0 |
21 |
|
|
A9 |
1001 |
_ _ _ х1х3х5х7х15 |
У31 |
1 |
0 |
0 |
1 |
22 |
|
|
A6 |
0110 |
_ _ х1 х5 х7 х 15 |
У15. У16 |
0 |
1 |
1 |
0 |
23 |
|
|
A3 |
0011 |
_ х1 х5 х 15 |
У15. |
0 |
0 |
1 |
1 |
24 |
|
|
A1 |
0001 |
х5 х 15 |
У19. |
0 |
0 |
0 |
1 |
25 |
A8 |
1000 |
A10 |
1010 |
_ х 15 |
Ук |
1 |
0 |
1 |
0 |
26 |
|
|
A8 |
1000 |
_ _ _ _ х1х3х5х7х15 |
У15 |
1 |
0 |
0 |
0 |
27 |
|
|
A9 |
1001 |
_ _ _ х1х3х5х7х15 |
У31 |
1 |
0 |
0 |
1 |
28 |
|
|
A6 |
0110 |
_ _ х1 х5 х7 х 15 |
. У15. У16 |
0 |
1 |
1 |
0 |
29 |
|
|
A3 |
0011 |
_ х1 х5 х 15 |
У15. |
0 |
0 |
1 |
1 |
30 |
|
|
A1 |
0001 |
х5 х 15 |
У19. |
0 |
0 |
0 |
1 |
31 |
A9 |
1001 |
A10 |
1010 |
1 |
Ук. |
1 |
0 |
1 |
0 |
На основании составленной таблицы логические выражения для выходных сигналов и сигналов управления памятью имею вид:
+ .
После записи дизъюнктивной логической функций для сигналов управления разрядами памяти в скобках приведен перечень кодов используемых в этом выражении конъюнкций (номеров строк).
Построение логической схемы цифрового автомата на базе ПЛМ будет рассмотрено на примере построения автомата Мили.
Построение управления на базе автомата Мили
Рассмотрим построение управления на базе автомата Мили для объекта, работа которого задается ГСА, приведенной на рис. 4.3.1. Формирование графа автомата Мили, соответствующего ГСА выполнения операции в управляемом объекте, осуществляется следующим образом:
объединяются операционные вершины ГСА, для которых имеет место однозначная связь по входу и выходу, при условии, что результат выполнения микрооперации в предыдущей вершине не используется при выполнении микрооперации в последующей вершине;
устраняются замкнутые пути из одной логической вершины ГСА в другую логическую вершину, минуя операторные вершины, посредством введения в этот путь пустой операторной вершины;
во множество вершин графа автомата Мили включают начальную и конечную вершины ГСА;
кроме того, в качестве вершин графа автомата рассматриваются выходы операционных вершин ГСА (если выходы операционных вершин сходятся, то они рассматриваются как одна вершина графа цифрового автомата).
Используя указанные правила, ГСА на рис. 4.3.1, преобразуется в граф автомата Мили, приведенный на рис. 4.3.3.
Данный граф формируется из исходной ГСА при условии, что микрооперации у15 и у11 не допускают одновременное выполнение, а через уп обозначена фиктивная вершина, содержащая пустую микрооперацию.
Микрооперация у0 выполняется при инициализации цифрового автомата.
На основании графа автомата Мили, объединенная кодированная таблица переходов и выходов цифрового автомата строится за счет нахождения всех существующих путей из каждой вершины графа в другую вершину с указанием условий, при которых имеет место данный путь. Кроме того, для всех путей находятся выходных сигналов, которые определяются микрооперациями, указанными в операционной вершинах, через которую проходит данный путь:
Аi{xss, xpp ...xff, уn ,.. уn}А J, где
Аi, АJ - соответственно, начальная и конечная вершина пути;
xss, xpp ...xff - условия, через которые проходит рассматриваемый путь из одной вершины графа автомата Мура в другую;
уn,...уn - выходные сигнал автомата, определяемые операционной вершиной, через которую проходит путь.
На пример, для вершины В2 имеют место два путя:
_
В2{х6, У40}В4;
В2{х6, Уп}В2.
.
Рис. 4.3.3
Объединенной кодированной таблицы переходов и выходов цифрового автомата составляется на основе всех существующих путей из вершин графа автомата. В табл.4.3.2 приведена объединенной кодированной таблицы переходов и выходов для графа автомата Мили, соответствующего ГСА на рис.4.3.3.
Таблица 4.3.2
N
|
Начало пути |
Конец пути |
логическое |
вых.
|
Упр.памятью |
||||
п.п. |
B(t) |
код B(t) |
B(t+1) |
код А(t+1) |
условие |
сигнал |
qD1 |
qD2 |
qD3 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
1 |
В1 |
001 |
В5 |
101 |
_ _ _ _ х1 х3 х5 х7 |
У15. |
1 |
0 |
1 |
2 |
|
|
В6 |
110 |
_ _ _ х1х3 х5 х7 |
У31. |
1 |
1 |
0 |
3 |
|
|
В5 |
101 |
_ _ х1 х5 х7 |
. У15. У16 |
1 |
0 |
1 |
4 |
|
|
В3 |
011 |
_ х1 х5 |
У15. |
0 |
1 |
1 |
5 |
|
|
В2 |
010 |
х5 |
У19. |
0 |
1 |
0 |
6 |
В2 |
010 |
В4 |
100 |
_ х6. |
У40. |
1 |
0 |
0 |
7 |
|
|
В2 |
010 |
х6. |
- |
0 |
1 |
0 |
8 |
В3 |
011 |
В4 |
100 |
1 |
У11. |
1 |
0 |
0 |
9 |
В4 |
100 |
В5 |
101 |
1 |
У19 |
1 |
0 |
1 |
10 |
В5 |
101 |
В7 |
111 |
_ х15 |
Ук. |
1 |
1 |
1 |
11 |
|
|
В5 |
101 |
_ _ _ _ х1х3х5х7 х 15 |
У15. |
1 |
0 |
1 |
12 |
|
|
В6 |
110 |
_ _ _ х1х3х5х7 х15 |
У31. |
1 |
1 |
0 |
13 |
|
|
В5 |
101 |
_ _ х1 х5 х7 х15 |
У15. У16 |
1 |
0 |
1 |
14 |
|
|
В3 |
011 |
. _ х1х5 х15 |
У15. |
0 |
1 |
1 |
15 |
|
|
В2 |
010 |
х5 х15 |
У19. |
0 |
1 |
0 |
16 |
В6 |
110 |
В7 |
111 |
1 |
Ук. |
1 |
1 |
1 |
При формировании этой таблицы использовалась кодировка состояний цифрового автомата двоичными эквивалентами их индексов. В качестве элемента памяти использован D- триггер.
На основании составленной таблицы логические выражения для выходных сигналов и сигналов управления памятью имею вид:
После записи дизъюнктивной логической функций для выходных сигналов и сигналов управления разрядами памяти в скобках приведен перечень кодов используемых в этом выражении конъюнкций. В качестве этих кодов использованы номера строк в таблице, в которых отражается соответствующий путь.
На рис.4.3.4 приведена логическая схема, реализующая цифровой автомат, заданный графом на рис.4.3.2.. Обратные значения условий х1, х3, х5, х6, х7, х15 формируются с помощью шести схем НЕ.
На схеме каждый выход конъюнктивной части ПЛМ (горизонтальные линии) помечен кодом конъюнкции (номером строки в таблице), формируемой на этом выходе. Выходом схемы является множество сигналы микроопераций у11, у15, у16, у31, у40, ук.
Рис. 4.3.4
В
СИ