Часть III. Описание архитектуры учебной эвм

• Название: Описание архитектуры учебной эвм
• Дата: 23.12.2022
• Размер: 2.15 Mb.
• Имя файла: Часть III.doc
• Тип: Практикум; #861303
• страница: 6 из 6

ГЛАВА 10
Курсовая работа
10.1. Цель и содержание работы

Целью курсовой работы является:

□ обобщение, закрепление и углубление знаний по дисциплинам, связанным с проектированием средств ВТ;

• 
  формирование навыков разработки и оформления текстовой и графической технической документации;
  

□ развитие навыков устных сообщений по содержанию работы.

Содержанием курсовой работы является разработка арифметико-логического устройства (АЛУ), реализующего заданный набор операций с учетом ограничений на код выполнения операций и способ построения управляющего автомата.

10.2. Задания

Задания на курсовую работу включают в себя некоторый набор исходных данных и ограничений для проектирования АЛУ. Все варианты задания све­дены в табл. 10.1. Строка таблицы представляет один вариант задания, при­чем номер варианта определяется номером группы (1—2) и порядковым но­мером студента по списку группы (1—25).

Разрабатываемое АЛУ должно выполнять одну арифметическую и одну по­разрядную бинарную логическую операцию, причем на способ выполнения арифметической операции заданием накладываются некоторые ограничения. Варианты операций обозначаются в табл. 10.1 следующим образом:

• 
  ± — алгебраическое сложение/вычитание;
  
• 
   — умножение обыкновенное;
  

Таблица 10.1. Варианты курсовых заданий

• 
  2 — умножение ускоренное (с анализом двух разрядов множителя);
  
• 
  1 —деление с восстановлением остатка;
  
• 
  2 — деление без восстановления остатка;
  
• 
   — дизъюнкция;
  
• 
  & — конъюнкция;
  
• 
   — неравнозначность;
  
• 
   — эквивалентность.
  

Для всех вариантов заданий исходные данные (операнды) поступают в фор­мате 16-разрядных двоичных чисел с фиксированной запятой, представлен­ных в прямом коде [a₀a₁…a₁₅]_d, [b₀b₁…b₁₅]_d причем нулевой разряд является знаковым и запятая фиксирована после знакового разряда. Таким образом, в арифметических операциях участвуют правильные дроби со своими знака­ми (в логических операциях, естественно, положение запятой и знак игнори­руются, операции выполняются над 16-разрядными двоичными векторами). Соответственно, результат операции должен быть представлен в той же фор­ме: [c₀c₁…c₁₅]_d.

В задании вводится ограничение на код выполнения операции (столбец Код ВО в табл. 10.1). Если код ВО отличается от прямого — обратный (ОК) или дополнительный (ДК), то при выполнении арифметической операции следу­ет перевести операнды в заданный код, выполнить в нем операцию, а резуль­тат вновь перевести в прямой код. Логические операции, естественно, выпол­няются без всякого преобразования.

Результатом выполнения операции в АЛУ должно быть не только значение суммы (произведения, конъюнкции и др.) но и признаки результата (флаги). Каждый вариант задания предполагает формирования двух различных флагов (заданных в столбце Флаги табл. 10.1) из приведенного ниже множества.

• 
  Z — признак нулевого результата;
  
• 
  Р — признак четности числа единиц в результате;
  
• 
  С — признак переноса (заема) из старшего разряда;
  
• 
  OV — признак арифметического переполнения.
  

В столбце Тип УА задан номер типа управляющего автомата, который не­обходимо использовать при проектировании заданного АЛУ. Список типов УА приведен ниже.

• 
  1 — "жесткая логика", автомат Мура;
  
• 
  2 — "жесткая логика", автомат Мили;
  
• 
  3 — программируемая логика, единый формат микрокоманды, принудительная адресация;
  
• 
  4— программируемая логика, единый формат микрокоманды, есте­ственная адресация;
  
• 
  5— программируемая логика, различные форматы для операционных микрокоманд и микрокоманд перехода, естественная адресация;
  
• 
  6 — программируемая логика, различные форматы для операционных микрокоманд и микрокоманд перехода, принудительная адресация.
  

В задании не определены ограничения на базис логических, операционных элементов и элементов памяти. Поэтому при разработке структурных и функциональных схем можно использовать любые стандартные логические и операционные элементы.

10.3. Этапы выполнения работы

В главе 4 настоящего пособия подробно рассматривается процесс проектиро­вания цифрового устройства. При проектировании его удобно представить в виде композиции операционного и управляющего автоматов (см. разд. 4.2). Тогда процесс проектирования устройства сводится к процедурам последова­тельного проектирования операционного и управляющего автоматов. Здесь можно выделить следующие этапы:

1. 
   Разработка алгоритмов выполняемых операций. На этом этапе следует оп­ределить список входных, выходных и внутренних переменных и выбрать коды выполняемых операций. Поскольку все задания предполагают реали­зацию одной/двух арифметических и одной логической операций, целесо­образно представить все алгоритмы в форме объединенной ГСА.
   
2. 
   Разработка структуры операционного автомата— определение состава элементов и связей между ними. Разработка структуры нестандартных элементов. Результатом работы на этом этапе должна стать структурная (функциональная) схема операционного автомата, а также функциональ­ные схемы всех использованных в ОА нестандартных элементов.
   
3. 
   Определение списка микроопераций и логических условий. Необходимо сопоставить каждому оператору из ГСА микрокоманду или группу микро­команд, обеспечивающих реализацию этого оператора на разработанной ранее структуре. На этом этапе возможно расширение набора элементов и/или связей структуры, если без такого расширения не удается реализо­вать все операторы ГСА. Кроме того, необходимо определить, где будут формироваться значения логических переменных, которые анализируются в логических вершинах ГСА и при необходимости предусмотреть специальные элементы структуры для формирования этих значений. Результат работы на этом этапе — списки микроопераций и логических условий ОА.
   
4. 
   Разработка микропрограммы выполнения заданных операций на выбран­ной структуре ОА. В простейшем случае можно сохранить топологию графа алгоритма и просто заменить операторы во всех операторных вер­шинах на соответствующие микрооперации, а условия, которые анализи­руются в условных вершинах — на соответствующие логические условия из списка, полученного на предыдущем этапе. Однако при переходе от ГСА к микропрограмме следует всегда стремиться к уменьшению числа (операторных) вершин, что, в свою очередь, приведет к упрощению схемы управляющего автомата. Достигнуть этого можно, например, совмещени­ем двух или более операторных вершин ГСА в одну вершину микропро­граммы, если смысл реализуемого алгоритма и разработанная ранее струк­тура операционного автомата позволяют выполнить эти действия одно­временно. Разработанная на этом этапе микропрограмма является исходной для проектирования управляющего автомата.
   

На этом заканчивается процесс разработки операционного автомата.

Этапы разработки управляющего автомата различны в зависимости от его типа. Для разработки микропрограммного автомата с "жесткой" логикой следует:

1. 
   Осуществить разметку микропрограммы. Эта процедура устанавливает соответствие между вершинами микропрограммы и состояниями автома­та. В разд. 4.4.1 настоящего пособия описано, как осуществлять разметку микропрограммы для проектирования автомата Мура и автомата Мили.
   
2. 
   Построить граф автомата. Граф автомата строят по размеченной микро­программе, причем вершины графа соответствуют состояниям автомата, а ребра — переходам, на этом этапе можно не показывать на графе функ­цию переходов.
   
3. 
   Выбрать тип элемента памяти, закодировать состояния автомата.
   
4. 
   Составить автоматную таблицу переходов. Пример построения такой таб­лицы для случая использования в качестве элементов памяти D-триггеров приведен в разд. 4.4.1. Аналогичный формат имеет таблица при использо­вании Т-триггеров. Если в качестве элемента памяти автомата выбран RS-триггер, в каждом разряде необходимо сформировать две функции возбу­ждения — для R- и S-входов.
   
5. 
   Определить функции возбуждения для переключения элементов памяти. Автоматная таблица может рассматриваться как таблица истинности, задающая функции возбуждения для входов элементов памяти автомата. Все функции возбуждения в общем случае зависят от значений элементов памяти Тj и значений логических условий Xj. При необходимости можно для каждой из функций построить карту Карно и записать ее минимальное выражение. Иногда проще бывает предварительно дешифрировать состоя­ния автомата и записать функции возбуждения в зависимости от текущего состояния автомата и слова логических условий.
   
6. 
   Определить функции выходов, формирующие значения микроопераций. Для автомата Мура функция выходов в каждом такте дискретного времени зависит только от текущего состояния автомата и значение выхода опре­деляется содержимым операторной вершины микропрограммы, соответст­вующей этому состоянию автомата. В автомате Мили выходное слово со­ответствует содержимому той операторной вершины микропрограммы, через которую осуществляется переход из текущего состояния автомата в следующее. Поэтому функция выходов автомата Мили, как и его функция переходов, зависит от текущего состояния автомата и слова логических условий.
   
7. 
   Построить функциональную схему УА. Получив выражения для функций возбуждения и выходов, можно построить функциональную схему управ­ляющего автомата с использованием выбранных элементов памяти и стан­дартного базиса логических и операционных элементов.
   

Для разработки микропрограммного автомата с программируемой логикой следует:

1. 
   Разбить множество микроопераций на подмножества попарно-несовместимых микроопераций (этот пункт не выполняется, если выбран "вертикальный" или "горизонтальный" способ кодирования поля микро­операций).
   
2. 
   Определить формат микрокоманды (микрокоманд).
   
3. 
   Разработать функциональную схему управляющего автомата.
   
4. 
   Заполнить таблицу программирования ПЗУ микрокоманд.
   

Проектирование управляющего автомата с программируемой логикой с раз­личными способами адресации микрокоманд и кодирования микроопераций подробно описаны в разд. 4.4.2.

10.4. Содержание пояснительной записки

Пояснительная записка к курсовой работе должна включать следующую ин­формацию (для вариантов с управляющими автоматами с "жесткой" логикой):

1. 
   Титульный лист.
   
2. 
   Задание на проектирование АЛУ.
   

1. 
   Форматы входных, выходных и внутренних переменных, с которыми опе­рирует АЛУ.
   
2. 
   ГСА выполняемых операций и объединенную ГСА.
   
3. 
   Структурную схему операционного автомата АЛУ.
   
4. 
   Функциональные схемы "нестандартных" элементов ОА. При необходи­мости привести процедуры синтеза операционных элементов (например, карты Карно для минимизации булевых функций).
   

7. 
   Список микроопераций, реализуемых в ОА.
   
8. 
   Список логических условий, формируемых в ОА.
   

7. 
   Микропрограмму выполняемых в АЛУ операций в терминах микроопе­раций и логических условий с разметкой состояний для проектирования управляющего автомата.
   

10. 
    Граф автомата.
    
11. 
    Таблицу кодирования внутренних состояний автомата.
    

10. 
    Описание выбранного элемента памяти (триггера) и его таблица функ­ционирования.
    

10. 
    Автоматную таблицу переходов.
    

10. 
    Выражения для функций возбуждения элементов памяти (при необходимости — процедуру минимизации).
    

15. 
    Выражения для функций выходов управляющего автомата.
    
16. 
    Функциональную схему управляющего автомата.
    
17. 
    Заключение.
    
18. 
    Библиографический список.
    

Для вариантов с управляющими автоматами с программируемой логикой вместо информации, приведенной в пп. 9—16, необходимо включить:

1. 
   Микропрограмму выполняемых в АЛУ операций в терминах микроопераций и логических условий.
   
2. 
   Формат или форматы микрокоманд с указанием размеров и назначения нолей.
   
3. 
   Разбиение множества микроопераций ОА на подмножества несовмести­мых микроопераций.
   
4. 
   Функциональную схему управляющего автомата.
   
5. 
   Таблицу программирования ПЗУ микрокоманд.