Курсовые работы по информатике
  • Регистрация
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голоса)

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовому проекту по дисциплине «Цифровые ЭВМ» на тему «Проектирование операционного устройства».

Содержание

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

1.  Постановка задачи……………………………………………………………4

2.  Описание команд и данных………………………………………………….5

2.1 Описание форматов команд…………………………………………..5

2.2 Описание команд………………………………………………………5

3.  Алгоритмы исполнения команд……………………………………...……...8

4.  Разработка алгоритма функционирования УА……………………………..9

5.  Разработка структурной схемы ОУ………………………………………..10

6.  Структурный синтез УА……………………………………………………14

7.  Построение принципиальной схемы УА…………………………………..19

8.  Расчет временных характеристик ОУ……………………………………...20

9.  Моделирование работы УА…………………………………………………21

Заключение……………………………………………………………………...23

Библиографический список…………………………………………………….24

Приложение А. Перечень элементов ………………………………………….25
Введение

Внутренняя организация ЦВМ строится и описывается на трех уровнях: микропрограммном, логическом и электрическом. Принцип микропрограммной организации (микропрограммного управления) является наиболее значительным, поскольку только на его основе можно результативно определить, как и какими средствами выполняются действия в ЦВМ. Организация ЦВМ на уровне логических и электрических схем базируется на принципах теории цифровых автоматов и цифровой электроники.

Часть цифрового вычислительного устройства, предназначенная для выработки последовательностей управляющих сигналов, называется управляющим автоматом, разработку которого и предлагает данное курсовое проектирование.

Курсовое проектирование преследует следующие цели: повторение и закрепление основных разделов курса "Архитектура ЭВМ", приобретение навыков проектирования узлов ЦВМ и изготовление соответствующей конструкторской документации, ознакомление с функциональной организацией ЭВМ Единой системы (ЕС ЭВМ).

1. Постановка задачи.

Необходимо разработать операционное устройство, реализующее следующие команды:

Код команды

Мнемокод

Формат

Название

3B

SER

RR

Вычитание с нормализацией

короткие операнды

28

LDR

RR

Загрузка

длинные операнды

59

С

RX

Сравнение

07

BCR

RR

Условный перход

Операционное устройство должно обеспечивать выполнение последовательности следующих действий:

1.  Выборку команд из оперативной памяти (ОП) в соответствии с ее форматом;

2.  Расшифровку кода операции и загрузку АЛУ операндами, если это устройство участвует в выполнении операции;

3.  Инициирование операции в АЛУ;

4.  Фиксацию результатов в ОП или в регистровой памяти (РП) в соответствии с описанием команды;

5.  Подготовку ЭВМ к выполнению следующей команды.

Таким образом, в качестве элементов структуры используются АЛУ, ОП, РП. Их функциональные возможности определяются в процессе проектирования в соответствии со списком исполняемых команд. Операционное устройство должно обеспечивать правильную реакцию на особые ситуации, которые могут возникнуть в процессе исполнения команды (неправильная адресация, неправильная спецификация, переполнение и др.), за исключением действий, связанных с защитой памяти и со схемным контролем.

Управляющий автомат операционного устройства строится по схеме с жесткой логикой.

2. Описание команд и обрабатываемых данных.

2.1 Описание форматов команд.

Описание форматов команд взято из [1].

Операционное устройство должно работать с командами двух видов.

RR

RX

В поле R1 указывается адрес регистра (РОН или РПЗ в зависимости от типов операндов), содержащего первый операнд.

В формате RR поле R2 указывает адрес регистра (РОН или РПЗ в зависимости от типов операндов), в котором находится второй операнд.

В формате RX для получения адреса второго операнда содержимое регистров, заданных полем X2 и полем B2, складывается с полем D2.

2.2 Описание команд.

Описание команд взято из [1].

Операционное устройство должны обеспечить возможность выполнения четырех команд.

Команда ВЫЧИТАНИЕ С НОРМАЛИЗАЦИЕЙ

(SUBSTRACT NORMALIZED)

Мнемоника: SER.

Формат: RR (короткие операнды)

0

 

7

8

 

11

12

 

15

R1

R2

Второй операнд вычитается из первого операнда, и нормализованная разность помещается на место первого операнда.

При операциях с обычной точностью содержимое младших 32 разрядов регистров плавающей запятой игнорируется и остается без изменения.

Признак результата:

0 Мантисса результата равна нулю

1 Результата меньше нуля

2 Результат больше нуля

3 Переполнение порядка результата

Прерывания программы:

Адресация

Спецификация

Значимость

Переполнение порядка

Исчезновение порядка

Команда ЗАГРУЗКА (LOAD)

Мнемоника: LDR.

Формат: RR (длинные операнды)

0

 

7

8

 

11

12

 

15

28

R1

R2

Второй операнд помещается на место первого операнда.

Второй операнд не изменяется. При операциях с обычной точностью 32 младшие 32 разряд регистра результата остаются без изменения. Переполнения порядка, исчезновения порядка или потери значимости не произойти не может.

Признак результата остается без изменения.

Прерывания программы:

Спецификация.

Команда СРАВНЕНИЕ (COMPARE)

Мнемоника: С.

Формат: RX

0

 

7

8

 

11

12

 

15

16

 

19

20

 

31

59

R1

X2

B2

D2

Первый операнд сравнивается со вторым, и в зависимости от результата сравнения устанавливается признак результата.

Сравнение выполняется алгебраически, сравниваемые операнды рассматриваются как целые числа со знаком. В результате операции исходные операнды в общих регистрах и в памяти не изменяются.

Признак результата:

0 Операнды равны

1 Первый операнд меньше

2 Первый операнд больше

3 –

Прерывания программы:

Адресация

Спецификация

Команда УСЛОВНЫЙ ПЕРЕХОД (BRACH ON CONDITION)

Мнемоника: BCR.

Формат: RR

0

 

7

8

 

11

12

 

15

07

M1

R2

Продвинутый адрес команды замещается адресом перехода, если значение признака результата соответствует коду, указанному в поле М1; в противном случае продолжается выполнение обычной последовательности команд с использованием продвинутого адреса.

Поле М1 используется в качестве четырехразрядной маски. Четыре разряда маски соответствуют слева направо четырем значениям признака результата (0, 1, 2, 3):

Признак результата

Разряды команды

0

8

1

9

2

10

3

11

Переход происходит, когда значение соответствующего разряда маски равно единице.

Признак результата: остается без изменения.

Прерывания программы: отсутствуют.

Замечание.

Когда во всех четырех разрядах маски находятся единицы, происходит безусловный переход. Если же во всех четырех разрядах маски находятся нули или поле R2 в формате RR содержит нули, то команда эквивалентна отсутствию операции.

В случае поступления на регистр команд неизвестного кода команды управляющий автомат должен обеспечить формирование прерывания работы «неизвестная команда».

3. Алгоритмы исполнения команд.

Схемы выполнения команд приведены в обобщенной ГСА на чертеже СевНТУ.2004.М44.12.01.

1. Команда вычитание с нормализацией.

Производится проверка на корректность адреса РПЗ, адрес должен быть равен одному из значений: 0, 2, 4 ,6.

Чтение операнда из РПЗ.

Загрузка операнда в СМ.

Чтение второго операнда из РПЗ.

Загрузка операнда в РАЛУ.

Выполнение операции в АЛУ.

Загрузка РгПР, РгФЛ.

Сохранение результата в РПЗ.

Проверка на установленные биты прерывания в РгФЛ.

Если прерывания произошли вызов обработки.

2. Команда загрузка.

Производится проверка на корректность адреса РПЗ, адрес должен быть равен одному из значений: 0, 2, 4 ,6.

Чтение первого слова из РПЗ по адресу находящемуся в поле второго операнда РК.

Запись первого слова по адресу находящемуся в поле первого операнда РК.

Чтение второго слова из РПЗ по адресу находящемуся в поле второго операнда РК.

Запись второго слова по адресу находящемуся в поле первого операнда РК.

3. Команда условный переход.

1. Проверка на то, что поле М равно 0. Если да, то выход.

2. Проверка на то, что поле М равно Fh.

3. Если да п.

4. Проверка на равенство нулю второго операнда. Если да, то выход.

5. Проверка на равенство поля М и РгПР. Если нет, то выход.

6. Выборка из РОНа по адресу находящемуся в поле второго операнда РК.

7. Загрузка в СЧАК выбранного адреса.

8. Установка ТП в единицу.

4. Разработка алгоритма функционирования УА.

Алгоритм функционирования УА представлен в виде ГСА на чертеже СевНТУ.2004.М44.12.01.

ГСА строилась исходя из предположения, что все средства ОА готовы к работе. Прерывания происходящие во время работы УА, не обрабатываются в рамках приведенного алгоритма и поэтому обозначены вершиной «прерывание». В соответствии с объеденной ГСА составляется список микроопераций и логический условий и строится структурная схема процессора. Алгоритм выборки команд является тривиальным и описан в [1].

5. Разработка структурной схемы ОУ.

Операционное устройство состоит из отдельных блоков. Структурная схема операционного устройства приведена на плакате СевНТУ.2004.М44.12.02

Управляющий автомат.

Управляющий автомат руководит действиями всех операционных блоков, воспринимая входные сигналы множества {X} и формируя выходные сигналы множества {Y}.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ).

Условное обозначение АЛУ показано на рисунке 5.1.

0 РАЛУ 31

Z алу

АЛУ ШАЛУ

ОАЛУ

0 СМ 31

Рис. 5.1. Условное обозначение арифметико-логического устройства

АЛУ реализуемого операционного устройства предназначено для проведения арифметических и логических операций над целыми числами и числами с плавающей точкой длиной 32 разряда. Оба регистра АЛУ (РАЛУ, СМ), предназначенные для загрузки одного из операндов и вывода результата, имеют разрядность 32. Управляющие сигналы инициируют следующие операции:

Ÿ  ВычНК - вычитание с нормализацией (короткое);

Ÿ  СлФТ - сложение с фиксированной точкой;

Ÿ  ВычФТ - вычитание с фиксированной точкой;

Осведомительный сигнал (ZАЛУ) предназначен для фиксации момента выполнения операции в АЛУ. ZАЛУ = 1, когда АЛУ занято исполнением операции; ZАЛУ = 0, когда АЛУ свободно и находится в состоянии ожидания. Кроме проведения арифметических и логических операций АЛУ формирует признаки их результата с занесением в свою 6-ти разрядную шину ШАЛУ.

Значение разрядов:

0 – признак 0;

1 – признак 1;

2 – переполнение числа с фиксированной точкой;

3 – переполнение порядка;

4 – исчезновение порядка;

5 – потеря значимости.

Оперативная память (ОП).

Оперативная память процессора реализована в виде отдельного блока. Он имеет входной регистр адреса ячейки оперативной памяти (РАОП) и регистр слова оперативной памяти (РСОП).

Условное обозначение ОП приведено на рис. 5.2.

Рис. 5.2 Условное обозначение оперативной памяти

Длина слова ОП равна 4 байтам. Слово читается и записывается в ОП целиком, за одно обращение к ОП. Адрес слова, к которому приводится обращение, указывается в регистре адреса ОП - РАОП. Длина РАОП равна 16 бит. Слово информации, которое записывается в ОП или читается из ОП, размещается на регистре РОП. Операция в ОП инициируется сигналами чтения ЧтОП или записи ЗпОП. Момент окончания в ОП отмечается сигналом Zоп = 0.

Регистровая память (РП).

Регистровая память состоит из регистров общего назначения (РОН) и регистров с плавающей запятой (РПЗ).

Условное обозначение регистровой памяти представлено на рис. 5.3.

0 РРП 31

ЧТРП

РП

ЗПРП

0 АРП 4

Рис 5.3. Условное обозначение регистровой памяти.

РОНы используются в качестве индекс-регистров, базовых регистров, а также для хранения слов и полуслов, участвующих в операциях с фиксированной запятой. РОНы представляют собой 32х разрядные регистры и адресуются числами от 0 до 15. Для обращения к РОНам в командах отводится 4-хразрядное поле.

При выполнении операции с плавающей запятой один или оба операнда могут располагаться на РПЗ. Всего используется 4 регистра длиной 8 байтов каждый с адресами 0, 2, 4, 6.

РОНы и РПЗ структурно объединены в 24х регистровую память РП., регистры 0-15 которой представляют РОНы, а остальные 8 регистров с номерами 16-23 используются как четыре 8ми байтных регистра с плавающей запятой

Длина регистра РП (РРП) равна 32 разрядам. Адрес регистра указывается на 5ти разрядном регистре адреса АРП. Операнд, который записывается или считывается из РП, помещается в регистр РРП. Чтение и запись иниицируются соответственно сигналами ЧтРП и ЗпРП и выполняются за один такт работы ОУ. Обмен информацией с регистрами длинной в 8 байт осуществляется с помощью двух обращений к РП.

Регистр команд (РК).

Регистр команд (РК) предназначен для хранения текущей команды, выбранной из оперативной памяти. РК имеет разрядность 32 бита и допускает операции записи и чтения.

Условное обозначение регистра команд представлено на рисунке 5.4.

0 РК 31

 

Рис. 5.4 Условное обозначение регистра команд.

Буферный регистр (БР).

Шестнадцатиразрядный буферный регистр БР используется для хранения полуслова памяти прочитанного на предыдущем машинном цикле.

Условное обозначение буферного регистра представлено на рисунке 5.5.

0 БР 15

 

Рис. 5.5 Условное обозначение буферного регистра.

Счетчик адреса команд (СчАК).

Счетчик адреса команд предназначен для хранения, приема и увеличения на 2 или 4 адреса исполняемой команды. Для увеличения адреса используются внешние сигналы управления СчАК:=СчАК+2 и СчАК:=СчАК+4. СчАК имеет разрядность 24.

Условное обозначение буферного регистра представлено на рисунке 3.6.

 

0 СЧАК 23

 

+2

 +4

Рис. 5.6 Условное обозначение буферного регистра.

Регистр признака результата (ПР).

Четырехразрядный регистр ПР используется для указания значения результата выполнения команды. Он может принимать следующие значения:

0000 – результат равен нулю;

0001 – результат меньше нуля;

0010 – результат больше нуля;

0100 – в результате выполнения команды произошло переполнение.

Значение регистра ПР используется в командах условного перехода.

Выбор 4-разрядного регистра а не 2-разрядного обусловлено тем, что в случае 2-разрядного регистра необходимо применять дополнительное оборудование при сравнении с 4-разрядным полем М команды условного перехода.

Регистр флагов (РФ).

Регистр содержит значения флагов признака результата, которые поступают с ШАЛУ[2:5].

Триггер К.

Триггер взводится если при выполнении программы обнаружена неизвестная команда.

Триггер А.

Триггер взводится, если произошло нарушение адресации.

Триггер S.

Триггер взводится, если произошло нарушение спецификации.

Триггер ТП.

Триггер перехода. Хранит признак того что предыдущая команда, была командой перехода.

Триггер Е

Триггер взводится при завершении работы ОУ.

6. Структурный синтез УА.

Управляющий автомат c жесткой логикой можно представить как две основные части: комбинационная часть вырабатывающая сигналы управления и значения функций возбуждения триггеров и запоминающая часть, представляющая собой элементы памяти хранящие текущее состояние автомата. В синтезируемом УА был использован дешифратор состояние, позволяющий значительно сократить комбинационную часть.

Необходимо выбрать одну из двух математических моделей автомата: модели Мура и модели Мили. Модель Мили позволяет сократить число состояний автомата и при ее использовании было получено 24 состояния. При использовании модели Мура получилось 35 состояний, это привело к увеличению числа переменных используемых для кодирования состояния, а значит и числа запоминающих элементов. Тем не менее была выбрана модель Мура, так как она упрощает комбинационную часть УА. При использовании модели Мура при формировании управляющих сигналов нет необходимости использовать осведомительные сигналы, что значительно упрощает комбинационную часть.

Таблица управляющих сигналов и функций ОА.

 

Управляющий сигнал

Функция

y1

РК(0:15) := БР(0:15)

y2

СЧАК := СЧАК + 2

y3

РК(0:15) := РС(16:31)

y4

ТП := 0

y5

А := 1

y6

РА(0:16) := СЧАК(5:21)

y7

ЧтОП

y8

РК(16:31) := РС(0:15)

y9

БР(0:15) := РС(16:31)

y10

РК(0:15) := РС(0:15)

y11

АРП(0:4) := 1.РК(8:11)

y12

ВчФТ

y13

S := 1

y14

АРП(0:4) := 1.РК(12:15)

y15

ЧтРП

y16

СМ(0:31) := РРП(0:31)

y17

РРП(0:31) := СМ(0:31)

y18

РАЛУ(0:31) := РРП(0:31)

y19

SER

y20

РгРП(0:3) := ШАЛУ(0:3)

y21

РгФЛ(0:3) := ШАЛУ(4:7)

y22

ЗпРП

y23

АРП(0:4) := 1.РК(12:14).1

y24

АРП(0:4) := 1.РК(8:10).1

y25

АРП(0:4) := 0.РК(12:15)

y26

СЧАК(5:23) := РРП(13:31)

y27

ТП := 1

y28

СМ(0:31) := 0..0.РК(20:31)

y29

АРП(0:4) := 0.РК(16:19)

y30

СЛФ

y31

АОП(0:16) := СМ(13:29)

y32

СМ(0:31) := РОП(0:31)

y33

АРП(0:4) := 0.РК(8:11)

y34

K := 1

y35

yk

y36

СЧАК := СЧАК + 4

 

Таблица 4.1.

Таблица осведомительных сигналов.

x1

ТП

x2

СЧАК[22]

x3

СЧАК[23]

x4

СЧАК[0:4] = 0

x5

Zоп

x6

РС(0:1) := 0

x7

РК(0:7) = 07

x8

РК[8]vРК[11]

x9

РК(0:7) = 28

x10

РК(0:7) = 3В

x11

Zалу

x12

РгФЛ(0:3) = 0

x13

РК(8:11) = 0

x14

РК(8:11) = F

x15

РК(12:15) = 0

x16

РК(8:11) = РгРП(0:3)

x17

РК(0:7) = 59

x18

РК(16:19) = 0

x19

СМ(0:12) = 0

x20

СМ(30:31) = 0

Таблица 4.2.

Структурная таблица переходов и выходов управляющего автомата.

Nпер

ИС

код ИС

СП

код СП

Вх С

Вых С

Вх Эл Пам

1

S0

_000000

S1

_000001

!x1,x2

 

_000001

d6

2

S0

_000000

S8

_001000

x1,!x3,!x4

 

_001000

d3

3

S0

_000000

S8

_001000

!x1,!x2,!x3,!x4

 

_001000

d3

4

S0

_000000

S9

_001001

!x1,!x2,!x3,x4

 

_001001

d3 d6

5

S0

_000000

S9

_001001

x1,!x3,x4

 

_001001

d3 d6

6

S0

_000000

S10

_001010

!x1,!x2,x3

 

_001010

d3 d5

7

S0

_000000

S10

_001010

x1,x3

 

_001010

d3 d5

8

S1

_000001

Q1

 

x6

y1,y2

   

9

S1

_000001

S3

_000011

!x6,!x4

y1,y2

_000011

d5 d6

10

S1

_000001

S4

_000100

!x6,x4

y1,y2

_000100

d4

11

S2

_000010

Q1

 

x6

y3,y2,y4

   

12

S2

_000010

S3

_000011

!x6,!x4

y3,y2,y4

_000011

d5 d6

13

S2

_000010

S4

_000100

!x6,x4

y3,y2,y4

_000100

d4

14

S3

_000011

S35

_100011

1

y5

_100011

d1 d5 d6

15

S4

_000100

S5

_000101

1

y6,y7

_000101

d4 d6

16

S5

_000101

S22

_010110

x17

y8,y9,y2,y4

_010110

d4 d5

17

S5

_000101

S33

_100001

!x17

y8,y9,y2,y4

   

18

S6

_000110

S22

_010110

x17

y11,y36,y4

_010110

d2 d4 d5

19

S6

_000110

S33

_100001

!x17

 

_100001

d1 d6

20

S7

_000111

Q1

 

1

y10,y9,y2,y4

   

21

Q1

 

S11

_001011

!x7,!x8

 

_001011

d3 d5 d6

22

Q1

 

S12

_001100

!x7,x8

 

_001100

d3 d4

23

Q1

 

S20

_010100

x7,!x13,!x14,!x15,!x16

_010100

d2 d4

24

Q1

 

S20

_010100

x7,!x13,x14

 

_010100

d2 d4

25

Q1

 

S0

_000000

x7,!x13,!x14,!x15,x16

 

_000000

 

26

Q1

 

S0

_000000

x7,!x13,!x14,x15

 

_000000

 

27

Q1

 

S0

_000000

x7,x13

 

_000000

 

28

S8

_001000

S2

_000010

x2

y6,y7

_000010

d5

29

S8

_001000

S6

_000110

!x2,!x6

y6,y7

_000110

d4 d5

30

S8

_001000

S7

_000111

!x2,x6

y6,y7

_000111

d4 d5 d6

31

S9

_001001

S35

_100011

1

y5

_100011

d1 d5 d6

32

S10

_001010

S35

_100011

1

y13

_100011

d1 d5 d6

33

S11

_001011

S35

_100011

1

y13

_100011

d1 d5 d6

34

S12

_001100

S34

_100010

!x9,!x10

y14,y15

_100010

d1 d5

35

S12

_001100

S13

_001101

!x9,x10

y14,y15

_001101

d3 d4 d6

36

S12

_001100

S17

_010001

x9

y14,y15

_010001

d2 d6

37

S13

_001101

S14

_001110

1

y16

_001110

d3 d4 d5

38

S14

_001110

S15

_001111

1

y11,y15

_001111

d3 d4 d5 d6

39

S15

_001111

S16

_010000

1

y18,y19

_010000

d2

40

S16

_010000

S0

_000000

x12

y20,y21,y17,y22

_000000

 

41

S16

_010000

S35

_100011

!x12

y20,y21,y17,y22

_100011

d1 d5 d6

42

S17

_010001

S18

_010010

1

y11,y22

_010010

d2 d5

43

S18

_010010

S19

_010011

1

y23,y15

_010011

d2 d5 d6

44

S19

_010011

S0

_000000

1

y24,y22

_000000

 

45

S20

_010100

S21

_010101

1

y25,y15

_010101

d2 d4 d6

46

S21

_010101

S0

_000000

1

y26,y27

_000000

 

47

S22

_010110

S23

_010111

!x18

y28,y7

_010111

d2 d4 d5 d6

48

S22

_010110

S25

_011001

x18,!x15

y28,y7

_011001

d2 d3 d6

49

S22

_010110

S27

_011011

x18,x15,x19,x20

y28,y7

_011011

d2 d3 d5 d6

50

S22

_010110

S31

_011111

x18,x15,!x19

y28,y7

_011111

d2 d3 d4 d5 d6

51

S22

_010110

S32

_100000

x18,x15,x19,!x20

y28,y7

_100000

d1

52

S23

_010111

S24

_011000

1

y29,y15

_011000

d2 d3

53

S24

_011000

S25

_011001

!x15

y18,y30

_011001

d2 d3 d6

54

S24

_011000

S27

_011011

x15,x19,x20

y18,y30

_011011

d2 d3 d5 d6

55

S24

_011000

S31

_011111

x15,!x19

y18,y30

_011111

d2 d3 d4 d5 d6

56

S24

_011000

S32

_100000

x15,x19,!x20

y18,y30

_100000

d1

57

S25

_011001

S26

_011010

1

y25,y15

_011010

d2 d3 d5

58

S26

_011010

S27

_011011

x19,x20

y18,y30

_011011

d2 d3 d5 d6

59

S26

_011010

S31

_011111

!x19

y18,y30

_011111

d2 d3 d4 d5 d6

60

S26

_011010

S32

_100000

x19,!x20

y18,y30

_100000

d1

61

S27

_011011

S28

_011100

1

y31,y7

_011100

d2 d3 d4

62

S28

_011100

S29

_011101

1

y32,y33,y15

_011101

d2 d3 d4 d6

63

S29

_011101

S30

_011110

1

y18,y12

_011110

d2 d3 d4 d5

64

S30

_011110

S0

_000000

1

y20

_000000

 

65

S31

_011111

S35

_100011

1

y5

_100011

d1 d5 d6

66

S32

_100000

S35

_100011

1

y13

_100011

d1 d5 d6

67

S33

_100001

S35

_100011

1

y34

_100011

d1 d5 d6

68

S34

_100010

S35

_100011

1

y34

_100011

d1 d5 d6

69

S35

_100011

S0

_000000

1

y35

_000000

 

Таблица 5.1

Построение канонических уравнений автомата по структурной таблице переходов и выходов.

Построение уравнений функций управляющих сигналов.

 

y1=S1

y2=S1vS2vS5

y3=S2

y4=S2vS5vS7

y5=S3

y6=S4vS8

y7=S4vS8vS22vS27

y8=S5

y9=S5vS7

y10=S7

y11=S6vS14vS17

y12=S29

y13=S10vS11vS32

y14=S12

y15=S12vS14vS18vS20vS23vS25vS28

y16=S13

y17=S16

y18=S24vS26vS29

y19=S15

y20=S16vS30

y21=S16

y22=S16vS17vS19

y23=S18

y24=S19

y25=S20vS25

y26=S21

y27=S21

y28=S22

y29=S23

y30=S24vS26

y31=S27

y32=S29

y33=S28

y34=S33vS34

y35=S35

y36=S6

 

В качестве элементов памяти выбран D-триггер.

Построение уравнений функций возбуждения D-триггеров.

D1= x15x19!x20(S22x18 v S24) v S3 v S6!x17 S9 v S10 v S11 v S12!x9!x10 v S16!x12 v S26x19!x20 v S31 v S32 v S33 v S34

D2=S5x17 v S6x17 v f(Q1)x7!x13!x14!x15!x16 v f(Q1)x7!x13x14 v S12x9 v S15 v S17 v S18 v S20 v S22!x18 v S22x18!x15 v S22x18x15x19x20 v S22x18x15!x19 v S23 v S24!x15 v S24x15x19x20 v S24x15!x19 v S25 v S26x19x20 v S26!x19 x S27 v S28 v S29

D3= S0x1(!x3!x4 v x3x4) v S0!x1!x2 v f(Q1)!x7 v x15x19x20(S22x18 v S24) v x15!x19(S22x18 v S24) v S22x18!x15 v S12!x9x10 v S26!x19 v S26x19x20 v S24!x15 v S25 v S27 v S28 v S29 v S13 v S14 v S23

D4= S1!x6!x4 v S2!x6x4 v f(Q1)(!x7x8 v x7!x13!x14!x15!x16 v x7!x13!x14) v S8!x2(!x6 v x6) v S12!x9x10 v S13 v S14 v S20 v S22!x18 v S26!x19 v S27 v S28 v S29

D5=S0x3(!x1x2 v x1) v x6!x4(S1 v S2) v S22 (!x18 v x15x18x19x20 v x15x18!x19) v S26x19x20 v S24x15!x19 v S12!x9!x10 v S24x15x19x20 v S26!x19 v S16!x12 v S5x17 v S6x17 v f(Q1)!x7!x8 v S8x2 v S8!x2!x6 v S9 v S10 v S11 v S13 v S14 v S17 v S18 v S25 v S29 v S31 v S32 v S33 v S34 v S3

D6= S0 x3(!x1!x2x4 v x1x4) v! x6!x4(S1 v S2) v S22x15x18(x19x20 v! x19) v x19x20(S24x15 v S26) v S8!x2x6 v S12!x9x10 v S16!x12 v S22!x18 v S22x18!x15 v S24!x15 v S24x15!x19 v S26!x19 v S6!x17 v f(Q1)!x7!x8 v S12x9 v S3 v S4 v S9 v S10 v S11 v S14 v S18 v S20 v S28 v S31 v S32 v S33 v S34

7. Построение принципиальной схемы УА

Принципиальная схема УА представлена на чертеже СевНТУ.2004.М44.12.03. Функции управляющих сигналов и возбуждения триггеров построены на элементах И-НЕ. В УА поступают осведомительные сигналы от ОА через разъем XS2 и их инверсии через разъем XS4. УА вырабатывает управляющие сигналы которые передаются к ОА через разъем XS1. Также на УА подаются через разъем XS2 сигнал установки в начальное состояние! B, тактирующий сигнал C, питание +5V и общий провод схемы GND. Для фильтрации высокочастотных помех используются 7 конденсаторов емкостью по 0.02 мкФ. Для фильтрации низкочастотных помех используется один конденсатор емкостью 10 мкФ. Полный перечень элементов приведен в приложении А.

8. Расчет временных характеристик ОУ.

Чтобы определить частоту подачи тактовых сигналов, нужно определить время выполнения самой длинной команды ОУ. Это время складывается из времени работы управляющего и времени работы операционного автоматов.

Toy = Tуа + Тоа

Время работы УА складывается из времени работы дешифратора, задержки сигнала комбинационной части, времени переключения триггера.

Время работы ОА складывается из времени исполнения максимально длинной команды и времени выработки осведомительных сигналов.

Все времена берутся максимально возможными.

Время работы дешифратора 32 нс.

Времена срабатывания элементов взяты из [3].

Максимальная ветвь комбинационной части УА составляет 5 элементов, время прохождения сигнала 110 нс.

Время переключения триггера 40нс.

Туа = 182 нс.

Самой долгой операцией является операция СЧАК = СЧАК + 4. 24-х разрядный счетчик адреса команд строится из 6 4-х разрядных счетчиков. Выполнение операции счетчиком занимает 290 нс. Самой долгой выработкой осведомительного сигнала является выработка сигнала с дешифратора распознающего команду 72 нс.

Тоа = 290 + 72 = 362нс.

Тоу = 182 + 362 = 544нс.

Частота задающего генератора должна быть не больше F.

F = 1/Тоу = 1/544нс =1.83 МГц.

9. Моделирование работы УА.

Для проверки правильности работы УА необходимо провести его моделирование. Моделирование будет проведено на двух переходах имеющих условные вершины.

переход S0 -> S8 x1 = 1; x3 = 0; x4 = 0

a1…a6

!S1…!S35

Y

DD68.1.5 = 0

DD1.1 = 0

-

DD682.9 = 0

DD1.2 = 1

 

DD69.1.5 = 0

DD1.3 = 1

 

DD692.9 = 0

 

DD69.1.5 = 0

DD3.3 = 1

 

DD692.9 = 0

   

 

D - цепь

D - контакт(DD)

Значение

D11

16,1,8

1

D12

38,2,12

1

D13

61,1,6

1

D14

64,2,6

1

D15

61,2,8

1

D111

22,2,2

1

D112

22,3,4

1

D1

64,3,8

0

     

D21

30,1,6

1

D22

19,2,8

1

D23

20,2,6

1

D24

20,3,8

1

D25

20,4,11

1

D26

28,1,3

1

D27

21,2,6

1

D28

21,3,8

1

D29

29,1,12

1

D221

51,2,4

1

D222

51,3,6

1

D2

29,2,6

0

     

D31

29,3,8

0

D32

30,2,8

1

D33

34,1,12

1

D34

34,2,6

1

D35

35,2,6

1

D36

34,3,8

1

D37

43,1,12

1

D38

35,3,8

1

D39

43,2,6

1

D331

35,4,11

0

D332

51,5,10

1

D333 = S23

39,2,4

1

D3

43,3,8

1

     

D41

38,1,8

1

D42

25,1,6

1

D43

24,3,8

1

D44

17,2,6

1

D45

24,4,11

1

D46

41,1,3

1

D441

40,5,10

1

D442

40,6,12

1

D4

41,2,6

0

     

D51

44,1,12

1

D52

44,2,6

1

D53

45,4,11

1

D54

46,2,6

1

D55

46,3,8

1

D56

49,1,12

1

D57

47,2,8

1

D58

48,1,3

1

D59

48,2,6

1

D510

48,3,2

1

D511

49,2,6

1

D512

48,4,11

1

D513

49,3,8

1

D551

51,6,12

1

D552

67,1,2

1

D553

67,2,4

1

D554

54,1,12

1

D5

56,1,6

0

     

D61

54,3,8

1

D62

57,1,12

1

D63

56,2,8

1

D64

57,2,6

1

D65

57,3,8

1

D66

59,1,12

1

D67

58,4,11

1

D68

60,1,3

1

D69

59,2,6

1

D610

60,2,6

1

D611

59,3,8

1

D612

60,3,8

1

D613

60,4,11

1

D614

61,3,12

1

D615

64,4,3

1

D661

67,3,6

1

D662

67,4,8

1

D663

67,5,10

1

D664

67,6,12

1

D6

66.1.8

0

 

переход S8 -> S2 x2 = 1

a1…a6

!S1…!S35

y

DD68.1.5 = 0

DD1.1 = 1

y6 DD11.1.3 = 1

DD682.9 = 0

DD1.2 = 1

y7 DD4.6 = 1

DD69.1.5 = 0

 

DD692.9 = 0

DD1.6 = 1

 

DD69.1.5 = 1

DD1.7 = 0

 

DD692.9 = 0

DD1.8 = 1

 
 

 
 

DD3.2 = 1

 

 

D - цепь

D - контакт(DD)

значение

D11

16,1,8

1

D12

38,2,12

1

D13

61,1,6

1

D14

64,2,6

1

D15

61,2,8

1

D111

22,2,2

1

D112

22,3,4

1

D1

64,3,8

0

     

D21

30,1,6

1

D22

19,2,8

1

D23

20,2,6

1

D24

20,3,8

1

D25

20,4,11

1

D26

28,1,3

1

D27

21,2,6

1

D28

21,3,8

1

D29

29,1,12

1

D221

51,2,4

1

D222

51,3,6

1

D2

29,2,6

0

     

D31

29,3,8

1

D32

30,2,8

1

D33

34,1,12

1

D34

34,2,6

1

D35

35,2,6

1

D36

34,3,8

1

D37

43,1,12

1

D38

35,3,8

1

D39

43,2,6

1

D331

35,4,11

1

D332

51,5,10

1

D333 = S23

39,2,4

1

D3

43,3,8

0

     

D41

38,1,8

1

D42

25,1,6

1

D43

24,3,8

1

D44

17,2,6

1

D45

24,4,11

1

D46

41,1,3

1

D441

40,5,10

1

D442

40,6,12

1

D4

41,2,6

0

     

D51

44,1,12

1

D52

44,2,6

1

D53

45,4,11

1

D54

46,2,6

1

D55

46,3,8

1

D56

49,1,12

1

D57

47,2,8

1

D58

48,1,3

1

D59

48,2,6

1

D510

48,3,2

1

D511

49,2,6

1

D512

48,4,11

0

D513

49,3,8

1

D551

51,6,12

1

D552

67,1,2

1

D553

67,2,4

1

D554

54,1,12

1

D5

56,1,6

1

     

D61

54,3,8

1

D62

57,1,12

1

D63

56,2,8

1

D64

57,2,6

1

D65

57,3,8

1

D66

59,1,12

1

D67

58,4,11

1

D68

60,1,3

1

D69

59,2,6

1

D610

60,2,6

1

D611

59,3,8

1

D612

60,3,8

1

D613

60,4,11

1

D614

61,3,12

1

D615

64,4,3

1

D661

67,3,6

1

D662

67,4,8

1

D663

67,5,10

1

D664

67,6,12

1

D6

66.1.8

0

 

В ходе моделирования было выяснено, что УА правильно работает на данных входных наборах.
Заключение.

В ходе курсового проектирования был спроектирован ОА, выполняющий заданный набор команд. Был разработан алгоритм функционирования УА и отдельных команд. Разработана структурная схема ОУ и построена электрическая принципиальная схема УА, рассчитана тактовая частота задающего генератора. Все алгоритмы и схемы приведены на чертежах. Также было произведено моделирование работы автомата, на двух различных наборах входных данных, что соответствовало двум переходам. Моделирование работы не выявило ошибок, что свидетельствует о том, что на этих переходах автомат работает правильно.
Библиография.

1. Вычислительная система IBM/360. Пер. с англ. Под ред. Штаркмана В. С., М.: “Советское радио”,–440с.

2.Шульгин А. О., Шульгина И. Б., Воробьев А. Б. Справочник по цифровым логическим микросхемам (часть 1): CD.

3. Методические указания к курсовому проектированию по курсу “Теория и проектирование ЦВМ”.

Приложение А. Перечень элементов.

 

 

 

Поз.
обозначение

Наименование

Кол.

Примечание

       

C1...C7

К10-17б-М1500-20 нФ-5,0-В ОЖО.460.107 ТУ

7

 

C8

К50-35-6.3В-10 мкФ ОЖО.464.214 ТУ

1

 
       
       

DD1...DD3

К155ИД3 бК0.348.006-24ТУ

3

 

DD4

К155ЛА6 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD5

К155ЛА4 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD6

К155ЛН1 бК0.348.006-14ТУ

1

 

DD7

К155ЛА2 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD8

К155ЛН1 бК0.348.006-14ТУ

1

 

DD9

К155ЛА4 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD10

К155ЛН1 бК0.348.006-14ТУ

1

 

DD11

К155ЛА3 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD12,DD13

К155ЛН1 бК0.348.006-14ТУ

2

 

DD14,DD15

К155ЛА2 бК0.348.006-01ТУ

2

 

DD16

К155ЛА1 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD17

К155ЛА4 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD18

К155ЛА3 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD19

К155ЛА4 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD20

К155ЛА3 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD21

К155ЛА4 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD22,DD23

К155ЛН1 бК0.348.006-14ТУ

2

 
       

Поз.
обозначение

Наименование

Кол.

Примечание

       

DD24

К155ЛА3 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD25

К155ЛА1 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD26,DD27

К155ЛА2 бК0.348.006-01ТУ

2

 

DD28

К155ЛА3 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD29

К155ЛА4 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD30

К155ЛА1 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD31

К155ЛА3 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD32

К155ЛА2 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD33

К155ЛА3 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD34

К155ЛА4 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD35

К155ЛА3 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD36,DD37

К155ЛА2 бК0.348.006-01ТУ

2

 

DD38

К155ЛА4 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD39,DD40

К155ЛН1 бК0.348.006-14ТУ

2

 

DD41

К155ЛА3 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD42

К155ЛН1 бК0.348.006-14ТУ

1

 

DD43,DD44

К155ЛА4 бК0.348.006-01ТУ

2

 

DD45

К155ЛА3 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD46

К155ЛА4 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD47

К155ЛА1 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD48

К155ЛА3 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD49

К155ЛА4 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD50

К155ЛА2 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD51

К155ЛН1 бК0.348.006-14ТУ

1

 

DD52,DD53

К155ЛА2 бК0.348.006-01ТУ

2

 

DD54

К155ЛА4 бК0.348.006-01ТУ

1

 
       

DD55

К155ЛА3 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD56

К155ЛА1 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD57

К155ЛА4 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD58

К155ЛА3 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD59

К155ЛА4 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD60

К155ЛА3 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD61

К155ЛА4 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD62,DD63

К155ЛА2 бК0.348.006-01ТУ

2

 

DD64

К155ЛА3 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD65

К155ЛА2 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD66

К155ЛА1 бК0.348.006-01ТУ

1

 

DD67

К155ЛН1 бК0.348.006-14ТУ

1

 

DD68...DD70

К155ТМ2 бК0.348.006-01ТУ

3

 
       

R0

С2-33Н-1Вт-1 кОм +-5%-А-В-В ОЖО.467.173ТУ

1

 
       

XS1

Розетка 2РМД45Б50Г8В1 ГЕ0.364.126 ТУ

3

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

По темам:

История Украины

Культурология

Высшая математика

Информатика

Охотоведение

Статистика

География

Военная наука

Английский язык

Генетика

Разное

Технологиеские темы

Украинский язык

Филология

Философия

Химия

Экология

Социология

Физическое воспитание

Растениевосдство

Педагогика

История

Психология

Религиоведение

Плодоводство

Экономические темы

Бухгалтерские темы

Маркетинг

Иностранные языки

Ветеринарная медицина

Технические темы

Землеустройство

Медицинские темы

Творчество

Лесное и парковое хозяйство