Орлов,курсовая (Вариант 52)

Задание.

Вариант №52.

На устройство по шине A{1:16}побайтно приходит 32-разрядный код С_а, а по шине N{5:0} параллельный код двоичного позиционного числа. Если k-ый и k+1-ый разряды кода С_а совпадают, то сформировать номер старшей единицы кода С_а, в противном случае – младшей единицы кода С_а.

Уточнение задания.

Для выполнения поставленной задачи необходимо устройство, имеющее два входа и один выход. На первый вход подается 32-разрядный код A{1:16}, на второй - параллельный код N{5:0}. Т. к. максимальный номер разряда в 32- разрядном слове 32, то для формирования выходного сигнала потребуется 6- разрядное слово В{5:0}. Для данного устройства выберем внешнюю тактовую синхронизацию, она будет общей для источника, устройства преобразования и потребителя информации.

Пусть смена кодов А и N происходит по положительному фронту внешних синхронизирующих импульсов. Длительность импульсов СТРОБ и УСЧИТ равна периоду тактовой последовательности и положительные фронты этих импульсов появляются вслед за положительным импульсом внешней синхронизации ГТИ.

Примем, что источник входного кода гарантирует правильность выставленной информации во время действия стробирующего импульса СТРОБ, а само устройство подтверждает выдачу кода числа единичных символов генерацией импульса считывания

УСЧИТ.

Схема устройства:

F

А{1:16}

В{5:0}

N{5:0}

СТРОБ

УСЧИТ

Эпюры напряжений:



ГИ

t

СТРОБ

t

А

t

t

N

B

t

t

УСЧИТ

Разработка схемы устройства начинается с главного вопроса – определения метода построения устройства как комбинационного или как регистрового.

Комбинационная реализация вычислительного устройства.

Согласно заданию устройство преобразует входной параллельный код в выходной, поэтому оно может быть построено и как комбинационное, и как регистровое. Сначала рассмотрим комбинационную реализацию.

При построении устройства в виде комбинационной схемы надо решить задачу нахождения нужного разряда кода С_а, заданного кодом N{5:0}, а также проверка найденного разряда на совпадение со следующим, и в зависимости от результата проверки сформировать и вывести на выход номер старшей или младшей единицы кода С_а. Для комбинационной реализации поставленной задачи используем такие элементы, как приоритетные шифраторы, мультиплексоры и логические элементы.

Функциональная схема устройства приведена ниже:

Мультиплексор MUX1 предназначен для нахождения нужного разряда, заданного входным словом N{5:0}, во входном слове A{1:16}. Для этого на информационные входы подается A{1:16}, а на адресные N{5:0}. Найденный разряд передается на выход D, который является управляющим для мультиплексора MUX2. Приоритетный шифратор PRCD1 определяет номер старшей единицы, для этого на его входы подается входное слово A{1:16}и на выходе получаем номер единицы с наивысшим приоритетом, которая является старшей в слове A{1:16}. Приоритетный шифратор PRCD2 определяет номер младшей единицы, для этого на его входы подается входное слово A{1:16}так, что более старшие разряды входного слова подаются на более младшие входы приоритетного шифратора, и на выходе получаем номер единицы с наивысшим приоритетом, которая является младшей в слове A{1:16}. Выходы с приоритетных шифраторов подаются на информационные входы мультиплексора MUX2, который в зависимости от значения на выходе мультиплексора MUX1, т. е. в зависимости от того в заданном разряде 0 или 1, подключает одну из входных шин к выходу.

Для построения данного устройства потребуется 21 корпус микросхем. Из них: по 2 микросхемы 155КП1и 555КП16 (мультиплексоры), 10 микросхем 155ИВ1 (приоритетные шифраторы), остальные – логические элементы, количество и функции которых могут измениться при окончательной разработке принципиальной схемы.

Далее рассмотри регистровую реализацию устройства.

Регистровая реализация вычислительного устройства.

Блок-схема алгоритма функционирования устройства.

нет

да

нет

да

нет

нет

да

да

нет

УСЧИТ

да

нет

да

В блок-схеме применены следующие обозначения:

РгА A{1:16} – регистры данных;

РгС{5:0}, РгМ{5:0} – регистры номера старшей и младшей единиц кода С_а;

Счр{5:0} – счетчик разрядов кода С_а;

СчN{5:0} – счетчик номера разряда в коде С_а, заданного кодом N;

Тр - триггер.

Описание алгоритма:

Устройство находится в начальном состоянии и в нем не производится никаких операций до тех пор, пока не придет сигнал стробирования СТРОБ. По приходу сигнала СТРОБ происходит запись в регистр Рг A{1:16}входного слова С_а, а в счетчик СчN{5:0} слова N. Счетчик Счр{5:0} устанавливается в единицу, а регистры РгС{5:0}, РгМ{5:0} и триггер Тр устанавливаются в нуль. Далее происходит проверка Счр{5:0} равенству 33, т. е. произошел ли просмотр и выполнение соответствующих действий со всеми регистрами в слове А. Если условие выполняется, то в соответствие с полученными значениями в РгС{5:0}, РгМ{5:0}и Тр формируется выходное слово В, которое считывается при появлении сигнала УСЧИТ. Если условие не выполняется, то далее уменьшаем значение СчN{5:0} на единицу и проверяем равенству СчN{5:0}последующему значению. Если равно, то мы дошли до заданного N разряда, Триггеру присваивается значение РгА{1}.Если условие не выполняется переходим к следующему условию. Далее проводим проверку на нуль РгА{1}. Если РгА{1}=0, то сдвигаем РгА на разряд вправо, увеличиваем значение Счр на единицу и возвращаемся к проверке условия Счр{5:0} равенству 33. Если РгА{1} не равно 0, то при первом прохождении этого цикла (пока РгМ=0) записываем значение счетчика Счр в регистры РгС, РгМ, при последующих проходах этого цикла РгМ не будет равно 0 и запись значения счетчика Счр будет производиться только в регистр РгС. Далее сдвигаем РгА на разряд вправо, увеличиваем значение Счр на единицу и возвращаемся к проверке условия Счр{5:0} равенству 33.

Составление микропрограммы на языке операционного описания.

Микропрограмма НОМЕР_РАЗРЯДА;

Переменные

Входные: A{1:16},СТРОБ,N{5:0};

Внутренние: СЧР{5:0},СЧN{5:0},РГМ{5:0},РГС{5:0},Тр;

Выходные: B{5:0}=(Тр&РГС)(Тр&РГМ), УСЧИТ;
Признаки:
Р1=СТРОБ;

Р2= СЧР{5:0}=33;

Р3= СЧN{5:0}=0;

Р4=РГА{1}=0;

P5=РГМ{5:0}=0;

Процедура

М1 если Р1, то М1;

УЗАП: РГА:=А;

УНА: СЧР:=1;

УНБ: СЧN:=N;

УНВ: РГМ:=0;

УНГ: РГС:=0;

УНД: Тр=0;

М2 если Р2, то М7;

УСЧN: СЧN:=СЧN-1;

если Р3, то М3;

УСТР: Тр:=РГА{1};

М3 если Р4, то М5;

если Р5, то М4;

ЗАПМ: РГМ:=СЧР;

М4 ЗАПС: РГС:=СЧР;

М5 УСДВ: РГА:=0.РГА{16:2};

УСЧР: СЧР:=СЧР+1;

Идти к М2;

М6 УСЧИТ;

Конец.

Анализ микропрограммы показывает, что сигналы УЗАП, УНА, УНБ, УНВ, УНГ и УНД эквивалентны и их можно заменить одним сигналом УЗП: УЗП = УЗАП = УНА = УНБ = УНВ = УНГ = УНД. Сигналы УСДВ и УСЧР также эквивалентны и их можно аналогично заменить одним сигналом УСД: УСД = УСДВ = УСЧР. Проверку на единицу содержимого регистров можно осуществить с помощью операции ИЛИ:

Р3= /СЧN{5:0};

P5= /РГМ{5:0};

Окончательный вариант микропрограммы представлен ниже.

Микропрограмма НОМЕР_РАЗРЯДА;

Переменные

Входные: A{1:16}, СТРОБ, N{5:0};

Внутренние: СЧР{5:0}, СЧN{5:0}, РГМ{5:0}, РГС{5:0}, Тр;

Выходные: B{5:0}=(Тр&РГС)(Тр&РГМ), УСЧИТ;
Признаки:
Р1=СТРОБ;

Р2= СЧP{0}&CЧP{5};

Р3= /СЧN{5:0};

Р4= РГА{1};

P5= /РГМ{5:0};

Процедура

М1 если Р1, то М1;

УЗП: РГА:=А, СЧР:=1, СЧN:=N, РГМ:=0 , РГС:=0, Тр=0;

М2 если Р2, то М7;

УСЧN: СЧN:=СЧN-1;

если Р3, то М3;

УСТР: Тр:=РГА{1};

М3 если Р4, то М5;

если Р5, то М4;

ЗАПМ: РГМ:=СЧР;

М4 ЗАПС: РГС:=СЧР;

М5 УСД: РГА:=0.РГА{16:2}СЧР:=СЧР+1;

Идти к М2;

М6 УСЧИТ;

Конец.

Функциональная схема устройства.

Операционный автомат.

Функциональная схема операционного автомата, составленная в соответствии с микропрограммой, представлена ниже:

Задачи, решаемые управляющим автоматом, достаточно просты: он генерирует сигналы записи УЗП после появления признака Р1, после чего генерирует сигнал УСЧN и до появления признака Р3 формирует сигнал УСТР. Далее до появления признаков Р4 и Р5 формирует сигналы ЗАПМ, ЗАПС и УСД. При появлении признака Р4 формирует только сигнал УСД. При появлении Р5 – ЗАПС и УСД. После чего генерирует импульс считывания УСЧИТ. Управляющий автомат может быть построен как с жесткой, так и с программируемой логикой. Рассмотрим оба способа реализации.