Московский Авиационный Институт (Технический Университет)

Кафедра 403

Расчетно - пояснительная записка

к курсовой работе по дисциплине

«Вычислительные системы и микропроцессорная техника»

Выполнил

студент группы 04-401 ____________________________Пронин М.С.

Консультировал ____________________________Щеглов А.В.

Москва, 2005.

Содержание

1. Задание на проектирование

2. Уточнение задания

3. Регистровая реализация устройства

   1. Схема алгоритма

   2. Микропрограмма на языке операционного описания, получение оптимальной микропрограммы

   3. Функциональная схема операционного автомата

   4. Управляющий автомат с жесткой логикой

      1. Автомат Мура, отмеченная схема алгоритма и граф переходов и выходов

      2. Автомат Мили, отмеченная схема алгоритма и граф переходов и выходов

      3. Получение функций внешних переходов, функций возбуждения триггеров, выражений для управляющих сигналов

      4. Функциональная схема управляющего автомата с жесткой логикой

   5. Управляющий автомат с программируемой логикой

      1. Управляющий автомат с принудительной адресацией

      2. Функциональная схема управляющего автомата с программируемой логикой

   6. Построение принципиальной схемы устройства

4. Комбинационная реализация устройства

5. Литература

1. Задание на проектирование

В параллельном 48-разрядном коде определить число комбинаций вида 101 и установить номера разрядов, где расположены нули этих комбинаций.

2. Уточнение задания

Задание на проектирование может быть выражено в виде функциональной схемы и эпюр напряжения, изображенный на рис. 2.1.

Рис. 2.1.

На рис. 2.1.:

• ГИ – источник, устройство преобразования информации и потребитель информации синхронизируются единой внешней тактовой последовательностью ГИ. Смена кодов осуществляется по положительному фронту импульсов ГИ.

• СТРОБ – входной сигнал, во время действия которого источник входого кода гарантирует правильность выставленной на шине А{47:0} информации, то есть можно произвести запись входного кода в регистр.

• А{47:0} – информационный вход устройства

• КОЛ{4:0} – выходной код - число комбинаций вида 101 (максимально возможное количество таких комбинаций в 48-разрядном коде – 24, значит для кодирования этого количества нужно использовать 5 разрядов)

• НОМ {5:0} – выходной код, по которому последовательно передаются номера разрядов, в которых расположены нули комбинаций вида 101, встречающихся во входном коде. Т.к. максимально возможный номер такого разряда – 46, требуется 6 разрядов для кодирования номеров нулей.

• УСЧИТК – выходной осведомительный сигнал, активное значение которого показывает, что преобразования выполнены и сформировано значение выходного сигнала КОЛ{4:0}, соответствующее входному сигналу A{47:0}, то есть подсчитано число комбинаций вида 101 и выданы через шину НОМ{5:0} все номера нулей.

• УСЧИТН – выходной осведомительный сигнал, при активном значении которого можно считывать очередной номер разряда, в котором расположен ноль комбинации 101; этот номер устанавливается на выходе НОМ{5:0}; при пассивном значении сигнала происходит смена значения на выходе НОМ{5:0} на номер следующего нуля.

3. Регистровая реализация устройства

Для того чтобы подсчитать количество комбинаций вида 101, необходимо последовательно со сдвигом на разряд проверить каждые три разряда поступившего кода на равенство комбинации 101. Для этой цели будем использовать сдвигающий регистр, в который запишем значение входного кода. К первым трем разрядам подключим функциональную схему, определяющую равенство этих разрядов комбинации 101, и, последовательно на каждом такте сдвигая содержимое регистра на один разряд в сторону меньших разрядов, проверим весь входной код. Для этого также необходимо предусмотреть счетчик циклов и счетчик для подсчета числа найденных комбинаций. Значение счетчика циклов, соответствующее номеру среднего разряда в проверяемой комбинации, будем использовать для определения номера нуля в текущей комбинации, выдавая активное значение сигнала УСЧИТН, если комбинация обнаружена.

3.1. Схема алгоритма

Схема алгоритма преобразования по выбранному варианту изображена на рис. 3.1.

1. Микропрограмма на языке операционного описания, получение оптимальной микропрограммы

МИКРОПРОГРАММА КОЛ_КОМБ101

ПЕРЕМЕННЫЕ

ВХОДНЫЕ: А{47:0}, СТРОБ;

ВНУТРЕННИЕ: РГА{47:0}, СЧКОЛ{4:0}, СЧНОМ{5:0};

ВЫХОДНЫЕ: КОЛ{4:0}=СЧКОЛ{4:0}, НОМ{5:0}=СЧНОМ{5:0}, УСЧИТК,
УСЧИТН;

ПРИЗНАКИ

Р1= ;

Р2=(СЧНОМ= = 47);

Р3= ;

УПРАВЛЯЮЩИЕ СИГНАЛЫ: УЗАП, УН1, 1Н2, УСЧ1, УСЧ2, УСДВ, УСЧИТН,
УСЧИТК;

ПРОЦЕДУРЫ

М1 ЕСЛИ Р1 то М1;

УЗАП: РГА{47:0}:=А{47:0}

УН1: СЧКОЛ:=0;

УН2: СЧНОМ:=1;

М2 ЕСЛИ Р2 то М4;

ЕСЛИ Р3 то М3;

УСЧ1: СЧКОЛ:=СЧКОЛ+1;

УСЧИТН: ;

М3 УСЧ2: СЧНОМ:=СЧНОМ+1;

УСДВ: РГА{47:0}:=0.РГА{47:1};

ИДТИ К М2;

М4 УСЧИТК: ;

КОНЕЦ

Получим теперь оптимальную микропрограмму, объединив совместные микрооперации и доведя до реализации все признаки. Так как (47)₁₀=(101111)₂, признак Р2 будем реализовывать как конъюнкцию всех разрядов шины СЧНОМ (четвертый разряд – с отрицанием), которая равна 1, если на выходе счетчика СЧНОМ установилось значение 47. Таким образом,

Р2=(СЧНОМ==47)=

= СЧНОМ{0}&СЧНОМ{1}&СЧНОМ{2}&СЧНОМ{3}& &СЧНОМ{5};

Признак Р3 равен нулю, если в текущих трех разрядах обнаружена комбинация вида 101, он реализуется как отрицание конъюнкции трех младших разрядов регистра (первый – с отрицанием, нулевой и второй – без), то есть: Р3= = .

МИКРОПРОГРАММА КОЛ_КОМБ101

ПЕРЕМЕННЫЕ

ВХОДНЫЕ: А{47:0}, СТРОБ;

ВНУТРЕННИЕ: РГА{47:0}, СЧКОЛ{4:0}, СЧНОМ{5:0};

ВЫХОДНЫЕ: КОЛ{4:0}=СЧКОЛ{4:0}, НОМ{5:0}=СЧНОМ{5:0}, УСЧИТК,
УСЧИТН;

ПРИЗНАКИ

Р1= ;

Р2=СЧНОМ{0}&СЧНОМ{1}&СЧНОМ{2}&СЧНОМ{3}& &СЧНОМ{5};

Р3= ;

УПРАВЛЯЮЩИЕ СИГНАЛЫ: УЭ1, УЭ2, УСЧИТН, УСЧИТК;

ПРОЦЕДУРЫ

М1 ЕСЛИ Р1 то М1;

УЭ1: РГА{47:0}:=А{47:0}, СЧКОЛ:=0, СЧНОМ:=1;

М2 ЕСЛИ Р2 то М4;

ЕСЛИ Р3 то М3;

УСЧИТН: СЧКОЛ:=СЧКОЛ+1;

М3 УЭ2: СЧНОМ:=СЧНОМ+1, РГА{47:0}:=0.РГА{47:1};

ИДТИ К М2;

М4 УСЧИТК: ;

КОНЕЦ

3.3. Функциональная схема операционного автомата

Функциональная схема операционного автомата, составленная в соответствии с оптимальной микропрограммой, изображена на рис. 3.3.

3.4. Управляющий автомат с жесткой логикой

Построим УА с жесткой логикой как конечный автомат. Рассмотрим варианты автомата Мура и автомата Мили и построим для них отмеченные схемы алгоритма и графы переходов и выходов.

Отмеченная схема алгоритма и граф переходов и выходов для автомата Мура (Рис.3.4.1):

Рис.3.4.1

Отмеченная схема алгоритма и граф переходов и выходов для автомата Мили (Рис.3.4.2):

Рис.3.4.2

Будем строить УА как автомат Мили, поскольку он имеет только два состояния и реализуется на одном триггере. Для реализации выберем D-триггер.

3.4.3. Получение функций внешних переходов, функций возбуждения триггеров, выражений для управляющих сигналов

Построим таблицу переходов и выходов УА и получим выражения для управляющих сигналов и функцию возбуждения триггера.

а(t)	а0	а1
	a0
Р1
Р2

Кодирование символов алфавита состояний:

Q(t)	0	1
	0
Р1
Р2

а	Q
а0	0
а1	1

Кодированная таблица переходов и выходов:

Выражения для управляющих сигналов:

УЭ1=

УСЧИТК=

УСЧИТН=

УЭ2= =

Функция возбуждения триггера:

D= =УЭ1+УЭ2

3.3.4. Функциональная схема управляющего автомата с жесткой логикой

Теперь на основании полученных выражений построим функциональную схему УА с жесткой логикой (Рис. 3.3.4).

Рис. 3.3.4