20

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ МОРСКОЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Информационные технологии» архитектура компьютеров

Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников

Специальность 6.080401 <<Информационные управляющие системы

и технологии >>

Одесса - 2005

Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников подготовил кандидат технических наук Вычужанин Владимир Викторович – доцент кафедры «Информационные технологии» Одесского национального морского университета в соответствии с учебными планами на основе соответствующей программы курса.

Учебное пособие для изучения курса и выполнения контрольных заданий студентами заочного факультета одобрено кафедрой «Информационные технологии» ОНМУ 30 декабря 2004 года (протокол №4).

Рецензент: профессор кафедры «Техническая кибернетика» ,

к.т.н. Челабчи. В.Н.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Синтез комбинационного устройства на основе ПЗУ..……………….…….3

Принцип синтеза КУ на основе ПЗУ……………………………………….……3

Пример синтеза КУ на основе ПЗУ……………………………………………..4

2.Расчет производительности процессора.…………...5

Основные теоретические положения……………………5

Выбор структуры процессора………………………………………………….10

Пример расчета производительности процессора…13

Выбор алгоритма и временных диаграмм выполнения основных операций………………………………………….14

ВВЕДЕНИЕ

Значительное место в освоении курса “Архитектура компьютеров” отводится практическим занятиям, целью которых является закрепление ключевых положений теоретического материала курса. Эта цель достигается самостоятельной проработкой соответствующих теоретических положений, решением примеров и выполнением контрольных заданий.

В данных методических указаниях приводятся методики и примеры разработки основных узлов, образующих архитектуру компьютера.

При изучении курса студенты должны выполнить контрольные задания, входящие в соответствующие разделы методического указания. Вариант задания выбирается по последней цифре шифра зачетной книжки.

1. Синтез комбинационного устройства на основе пзу Принцип синтеза ку на основе пзу

Известно, что любое КУ с n-входами (Х={X_n-1 X_n …… X₁ X₀}) и m-выходами (Y={Y_m-1 Y_m …… Y₁ Y₀}) можно описать таблицей истинности. Если ПЗУ имеет емкость 2ⁿ x m - разрядных слов, т. е. 2ⁿ адреса А, в каждом из которых сохраняется одно n - разрядное слово данных D, то между независимым изменением X_i и адресом A_i, а также между логической функцией Y_i и D_i можно провести полную аналогию (X_i = A_i; Y_i = D_i). Это означает, что таблица истинности функции Y(x), которую необходимо синтезировать на ПЗУ, можно считать таблицей программирования данного ПЗУ. В соответствии с этим, если функция однозначна, ее можно реализовать на одноразрядном ПЗУ (n х 1), а многозначную функцию или систему функций – соответственно на многоразрядном ПЗУ (n x m). Все это справедливо для случая, когда размеры накопителя ПЗУ не меньше размера (как по горизонтали, так и по вертикали) таблицы программирования. Если число входов N и число выходов M синтезированного КУ больше соответственно чисел n и m ПЗУ, необходимо использовать принцип декомпозиции, который заключается в том, что систему M-булевых функций N-переменных разбивают на подсистемы, каждая из которых содержит в себе не более m функций и может быть реализована на одной БИС ПЗУ. В этом случае начальная численность ПЗУ КУ определяется числами N/n или M/m (ближайшие большие до целых дополнительных чисел).

Если число заданных переменных КУ Nn ПЗУ, тогда на неиспользованные (N-n) свободные входы ПЗУ прикладывают постоянные уровни напряжения (контакты 0 или 1), которые не влияют на работу КУ, а выходы всех ПЗУ соответственно объединяют с помощью логического элемента ИЛИ. Однако в большинстве случаев приходится синтезировать КУ, когда N>n. Реализацию таких КУ выполняют функциональной декомпозицией, подавая заданную функцию как суперпозицию подфункции меньших размерностей. Декомпозицию подфункций выполняют так, чтобы каждую из них можно было реализовать на одном ПЗУ. Далее составляют таблицу программирования каждого ПЗУ и соединяют соответствующие выходы всех ПЗУ. Последняя процедура может выполняться разными способами. Изображенная на рис. 1 схема КУ на ПЗУ реализует функции

Y₀ = f(X₀, … , X_n-1);

Y₁ = f(X_n, … , X_n-1, Z_k(X₀, … , X_n-1), X_k-1, … , X_2n-1);

………………………………………………………

Y_m-1 = f(X_n, … , X_k-1, Z_k(X₀, … , X_n-1), X_k+1, … , X_2n-1);

Y_m = f(X₀, … , X_n-1).

Рис. 1

Пример синтеза КУ на основе ПЗУ

На основе ПЗУ (16 х 4 → 2ⁿ x m) реализовать КУ, имеющий число входов N=8 и число выходов M=4.

Решение. В данном случае N>n, M=m=4. Наращением числа входов от 4 до 8 можно реализовать 4 функции

Y_i = f_i(X₀, X₁, X₂, X₃, X₄, X₅, X₆, X₇),

i = 0, 1, 2, 3

с помощью четырех ПЗУ следующим образом. Одно ПЗУ, что отвечает, например, за первые четыре переменные Х₀, Х₁, Х₂, Х₃, которые можно использовать как декодер работы остальных трех ПЗУ (при ), четыре входа (Х₄, Х₅, Х₆, Х₇) и четыре выхода (Y₀, Y₁, Y₂, Y₃), которых следует запараллелить. Таблица программирования ПЗУ – декодера (ROM1) – таблица 1. Т. е. на одном из четырех выходов схемы (рис. 2) можно получить значения заданной функции:

Y_i = f_i{Z_i-1, { X₀, X₁, X₂, X₃}, X₄, X₅, X₆, X₇}

При выходном коде ПЗУ ROM1 {Z₂, Z₁, Z₀} = {011} работает ПЗУ ROM2, который реализует:

Y_{0, 1, 2, 3} = f_{0, 1, 2, 3}(0, 1, 1, , , , );

при {Z₂, Z₁, Z₀} = {101} – ПЗУ ROM3;

Y_{0, 1, 2, 3} = f_{0, 1, 2, 3}(1, 0, 1, , , , );

при {Z₂, Z₁, Z₀} = {110} – ПЗУ ROM4;

Y_{0, 1, 2, 3} = f_{0, 1, 2, 3}(1, 1, 0, , , , )

Таблица 1

Адрес слова				Состояние ROM1
X3	X2	X1	X0	Z2	Z1	Z0
0	0	0	0	0	1	1
0	0	0	1	1	0	1
0	0	1	0	1	1	0

Как видно из таблицы 1 программирования запоминающие элементы, что находятся по адресу {1, 1, X₁, X₀} накопителя ПЗУ ROM1, не используются. Также не используется четвертый выход ПЗУ ROM1.

Порядок выбора варианта задания

Вариант задания выбирается по номеру зачетной книжки по 2 последним цифрам, каждая из которых приравнивается к ближайшему четному числу. М – последняя цифра, N – предпоследняя.

Е

Y₃

Y₂

Y₁

Y₀

мкость ПЗУ (2ⁿ x m) выбирается из условий: N>n, M=m.