Методические указания (материалы по курсу - Вычислительные системы и микропроцессорная техника)
Описание файла
Файл "Методические указания" внутри архива находится в следующих папках: материалы по курсу - Вычислительные системы и микропроцессорная техника, MPT, VSMPT_MET_UKAZ. Документ из архива "материалы по курсу - Вычислительные системы и микропроцессорная техника", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "вычислительные сети и системы" из 7 семестр, которые можно найти в файловом архиве МАИ. Не смотря на прямую связь этого архива с МАИ, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "остальное", в предмете "вычислительные системы и микропроцессоры" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Методические указания"
Текст из документа "Методические указания"
681.142(075) М-545
УДК: 681.325.5:621.382.049.77+681.322(075)
Авторы-составители: Б.С. Мельников, А.В. Щеглов
Методические указания к курсовой работе по дисциплине "Вычислительные системы и микропроцессорная техника" / Авт.-сост.:
Б.С. Мельников, А.В. Щеглов. - М.: Изд-во МАИ, 1991. - 36 с.: ил.
Методические указания предназначены для студентов факультета радиоэлектроники летательных аппаратов, выполняющих курсовую работу по дисциплине "Вычислительные системы и микропроцессорная техника".
Определяются цели и задачи работы, направленные на закрепление у студентов знаний и навыков по построению цифровых устройств на современной элементной базе, порядок выполнения работы, требования к оформлению записки и порядок защиты.
Рассматривается пример построения цифрового устройства, на котором демонстрируется подход к выполнению курсовой работы.
Рецензенты: Г.Г. Брызгалова, Е.Ф. Юрков
-
ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ И ОФОРМЛЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
1.1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Курсовая работа по дисциплине "Вычислительные системы и микропроцессорная техника" способствует развитию у студентов навыков проектирования цифровых устройств на современной элементной базе (БИС и микропроцессорах). Она помогает закрепить полученные ранее теоретические знания по оптимальному построению разрабатываемых устройств и микропроцессорных вычислителей и применению этих знаний для решения нестандартных задач, ранее не описанных в литературе.
Необходимо не только построить реальное работающее устройство, но и доказать, что это устройство, в некотором смысле, является наилучшим - наиболее просто решающим поставленную задачу, поэтому многовариантность решения является обязательным условием, позволяющим достигнуть поставленной в работе цели.
1.2. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
Задание выдается в течение первой недели преподавателем-консультантом на вводной лекции, на которой каждый студент получает индивидуальное задание на курсовую работу. В задании указывается дата выдачи и защиты работы, приводятся исходные данные к разрабатываемому устройству.
Всякое цифровое устройство служит для преобразования входной информации в выходную, поэтому содержанием главной части задания является описание входной, выходной информации и требуемого закона преобразования. Возможны формы задания в виде: словесной формулировки, формулы преобразования, таблиц или графиков, эпюр напряжений, схемы алгоритма и др.
Как правило, главная часть задания сопровождается вспомогательными требованиями к проектируемому устройству. К ним можно отнести:
-
быстродействие, время задержки на формирование выходных сигналов и тактовую частоту устройства;
2) способ синхронизации с источником и потребителем информации;
3) наличие внутренней индикации;
4) способы схемного самоконтроля работоспособности устройства;
5) потребляемую мощность;
6) ограничения в выборе элементной базы;
7) наличие элементов ручного управления - кнопок, тумблеров, переключателей;
8) характер питания (автономное, общее);
9) инициализацию устройства при включении питания и т.д.
Некоторые вспомогательные требования могут не указываться. В этом случае студент либо уточняет эти требования вместе c преподавателем, либо аргументированно выдвигает эти требования самостоятельно.
Основная группа тем, выдаваемых преподавателем, связана с разработкой специализированных устройств обработки информации с различными законами преобразования входных кодов в выходные. Например, темы могут быть сформулированы следующим образом:
1. На вход устройства приходит код А{1:64}. Определить в этом коде Комбинации вида 11011 и установить номера разрядов, где расположены нули этих комбинаций.
2. Дан параллельный код А{1:64}. Разработать устройство, формирующее разность числа единиц и нулей кода, и выразить эту разность в прямом коде.
Этот список можно продолжить другими темами, в которых задаются различные законы преобразования кодов. Например, возможна разработка устройств для определения числа одинаковых кодов из ста приходящих на его вход параллельных кодов, кода с максимальным числовым эквивалентом среди множества двоичных позиционных кодов со знаком или без него и т.д. Все эти темы связаны с задачами специального вида обработки входной информации.
Наряду с ними могут выдаваться темы, связанные с разработкой отдельных узлов ЭВМ: арифметических устройств, множительных устройств с различными способами выполнения умножения, преобразователей десятичной информации в двоичную и обратно, интерфейсных устройств ввода-вывода информации и связи с внешними устройствами (преобразователями аналог-код, код-аналог, исполнительными устройствами и т.д.). Некоторые студенты самостоятельно изготавливают персональное компьютеры. В этом случае тема задания может отражать интересы студента в этой области и содержать разработку узлов этого компьютера.
Тема задания может определяться также и тематикой научно-исследовательской работы студентов на кафедрах или СКБ, если она связана с построением цифровых вычислителей и по своему уровню не ниже стандартного задания на проектирование по дисциплине "Вычислительные системы и микропроцессорная техника".
1.3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Работа с учетом многовариантности построения устройства включает в себя следующие этапы.
1.3.1. Уточнение задания
На этом этапе работа студент должен проанализировать задание, уточнить сведения о характеристиках и параметрах проектируемого устройства и определить дополнительную информацию, необходимую для реализации устройства в виде технического макета. Эта часть работы является наиболее ответственной, так как в правильной постановке задачи содержится 50% ее решения.
1.3.2. Выбор направления и обсуждение вариантов решения задачи
Прежде всего необходимо решить, к какому классу относится разрабатываемое устройство - к классу комбинационных или к классу регистровых (автоматных) устройств. Если оно может быть построено как в комбинационном, так и регистровом исполнении, то выбор метода реализации должен быть предельно полно обоснован. Допустима и двойная реализация устройства с последующим сравнительным анализом вариантов в курсовой работе.
При регистровом методе реализации цифрового устройства необходимо обосновать выбор одного оптимального варианта из нескольких возможных вариантов. Сравнение вариантов и выбор простейшего решения может производиться на различных этапах: составления схемы алгоритма, операционного описания устройства, разработки функциональной, а также принципиальной схемы устройства. Возможна реализация нескольких вариантов с последующим сравнительным анализом в конце курсовой работы.
Рекомендуется в качестве одного из направлений регистровой реализации использовать стандартную структуру микропроцессорного вычислителя на КР580ВМ80, для которой в обязательном порядке составляется программа на языке ассемблера [ 17, 18]. Могут быть использованы микропроцессоры K1810BM86, K1810BM88, KP1821BM85 [19, 22] и др. Программа отлаживается на персональных ЭВМ, микроЭВМ или на лабораторной микроЭВМ "Микролаб". В последнем случае ассемблерная программа вручную транслируется в программу на машинном языке в системе команд микропроцессора KP580BM80.
Обсуждение вариантов решения ведется в словесной форме, общей для различных методов технического решения задачи. При необходимости могут привлекаться методы задания комбинационных схем, алгоритмические и языковые средства описания функционирования операционных устройств.
1.3.3. Составление схемы алгоритма
Первоначальное формализованное описание функционирования устройства выполняется с помощью схемы алгоритма. Она включает в себя совокупность операторов преобразования и операторов перехода (рис. 1.1). Схема начинается с оператора "Начало", который может обозначать включение устройства, инициализацию начального состояния, начало обработки входных сигналов и т.д., и завершается оператором "Конец", который может обозначать окончание обработки очередного кода, переход в режим ожидания, выключение устройства и т.д. Рекомендуется использовать операторы переходов на два направления, хотя применение переключателей на большее число переходов также допустимо. На степень детализации алгоритма никаких ограничений не накладывается, необходимо следить лишь за тем, чтобы разветвления и циклы проявляли себя в схеме алгоритма явным образом.
Желательно, чтобы в операторах преобразования и переходов имена шин и операционных элементов использовались явно. Условия переходов должны записываться содержательно в виде логических или арифметических выражений, а не в виде переменной, обозначаемой Pi. Использование идентификаторов допустимо, если они являются именами разрядов устройств или шин. При составлении схемы алгоритма целесообразно отделять действия, выполняемые человеком-оператором, от действий, выполняемых устройством управления, так как только последние требуют технической реализации.
Если разрабатывается несколько алгоритмов, то их представление должно быть предельно идентичным, поскольку только в этом случае можно качественно и количественно сравнивать предлагаемые решения.
1.3.4. Составление операционного описания
Операционное описание синтезируемого устройства составляется на учебном языке операционного описания (УЯОО). Возможно использование языков описания цифровых устройств и языков регистровых передач, применяемых для моделирования сложных цифровых устройств - таких, как языки CDL, DDL [7, 10].
Операционное описание является выражением алгоритма в терминах действий, выполняемых операционными элементами, - микроопераций. Поэтому при описании внутренних переменных надо учитывать имеющуюся в распоряжении разработчика элементную базу. Для упрощения операционного описания допускается вводить в него нестандартные элементы, например трехвходовые сумматоры или регистры, осуществляющие сдвиг на n разрядов. Такие элементы должны быть описаны в виде программных модулей операционного описания.
При составлении операционного описания могут быть выявлены неточности в решающем алгоритме, которые потребуют либо изменения последовательности микрокоманд, либо включения новых микрокоманд. В этом случае исходный алгоритм обязательно исправляется. Таким образом, должно строго соблюдаться однозначное соответствие схемы алгоритма и операционного описания. Если замечено хоть малейшее отклонение одного от другого, то соответствие должно быть восстановлено изменением либо схемы алгоритма, либо операционного описания.
При переходе от схемы алгоритма к операционному описанию необходимо учитывать параллельность протекавших в устройстве процессов. Это обстоятельство заставляет особенно внимательно подходить к последовательной записи одновременно реализуемых операторов.
Для упрощения управляющего автомата выделяют совместные, условно-эквивалентные и эквивалентные по управлению микрокоманды. Операционное описание переписывают в терминах эквивалентных управляющих сигналов, учитывая, что условно-эквивалентные сигналы формируются непосредственно в операционном автомате.
1.3.5. Построение функциональной схемы операционного автомата
Функциональная схема операционного автомата (ОА) должна включать набор операционных элементов, связи между ними, связи этих элементов с входными и выходными шинами устройства, связи с управляющим автоматом (УА).
1.3.6. Построение функциональной схемы управляющего автомата
На этом этапе работы рекомендуется строить УА в двух вариантах - с жесткой и программируемой логикой.
При построении УА с жесткой логикой можно использовать как идеи классического синтеза конечных автоматов [13, 14], так и идеи реализации УА на счетчиках, распределителях импульсов и дешифраторах [16]. Выбор метода построения определяется вкусами разработчика.
Для построения управляющего автомата с жесткой логикой в виде конечного автомата следует получить граф переходов и выходов. Для этого необходимо построить граф-схему алгоритма. На схеме в операторах преобразования указываются только управляющие сигналы без перечисления выполняемых под их воздействием микроопераций; в операторах перехода указываются только переменные условия перехода, а направления переходов отмечаются значением этой переменной - 0 или 1. Переход от граф-схемы алгоритма к графу переходов и выходов автомата осуществляется в соответствии с методикой, изложенной в [l5]. Он составляется как для автомата Мура, так и автомата Мили, после чего выбирается лучший автомат с меньшим числом состояний.