Московский Авиационный институт

(государственный технический университет)

КАФЕДРА 403

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетно-пояснительная записка

к курсовой работе по дисциплине

Вычислительные системы и микропроцессорная техника

 

 

 

выполнила: студентка гр. 04-512

Добринская О.А.

 

 

проверил: Кондратьев Р.М.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

МОСКВА 2007

Содержание

1. Задание 3

2. Уточнение задания 3

3. Регистровая реализация вычислительного устройства 4

1. Блок-схема алгоритма функционирования устройства 4

2. Микропрограмма 1 5

3. Микропрограмма 2 6

4. Функциональная схема устройства 7

   1. Операционный автомат 7

   2. Управляющий автомат с жесткой логикой 8

Автомат Мура 8

Автомат Мили 9

Граф автомата Мура 10

Граф автомата Мили 10

Функциональная схема УА 12

1. Управляющий автомат с программируемой логикой 13

УА с естественной адресацией 13

УА с принудительной адресацией 13

Формат команды с принудительной адресацией 14

Формат команды с естественной адресацией 15

Функциональная схема УА с принудительной адресацией 16

4. Построение принципиальной схемы 17

5. Список используемой литературы 18

1. Задание

На входе А{1:16}и В{1:16}. Посчитать количество несовпадений по разрядам. На выходе сформировать учетверенное значение этого числа.

2. Уточнение задания

Для выполнения данной задачи необходимо устройство, имеющее два входа и один выход. Примем, что источник входного кода гарантирует правильность выставленной информации во время действия стробирующего импульса СТРОБ, а само устройство подтверждает выдачу выходного кода генерацией сигнала УСЧИТ, который также подтверждает готовность устройства к приёму входного кода. Выберем внешнюю синхронизацию с частотой 5 МГц.

Будем считать, что смена кодов А и В осуществляется по положительному фронту импульсов ГТИ (генератора тактовых импульсов), длительность импульсов СТРОБ и УСЧИТ равна периоду тактовой последовательности и положительные фронты этих импульсов появляются вслед за положительным фронтом импульсов ГТИ.

Выходной код С{1:7}– 7 – разрядный т.к на 16 битах может быть максимум 16 несовпадений. Если рассмотреть учетверенное значение, то максимум 64. (64)₁₀=(1000000)₂.

Представим функциональную схему:

3. Регистровая реализация вычислительного устройства

3.1 Блок-схема алгоритма функционирования устройства

В блок-схеме применены следующие обозначения:

РГДА{1:16}, РГДВ{1:16} – регистры данных А и В; СЧБи{5}- счетчик бит; СЧНе{1:5} – счетчик количества несовпадений.

3.2 Микропрограмма 1

Микропрограмма число_НЕсовпадений

Переменные

Входные: A{1:16}, B{1:16}, СТРОБ;

Внутренние: РГДА{1:16}, РГДВ{1:16}, СЧБи{5}, СЧНе{1:5};

Выходные: C{1:7}; УСЧИТ;

Признаки:

Р1= СТРОБ;

Р2= СЧБи{5};

Р3= РГДА{1}= =РГДВ{1};

Процедура:

М1 если Р1, то М1;

УНСЧНе: СЧНе{1:5}=0;

УЗПA: РГДА{1:16}=А{1:16};

УЗПB: РГДВ{1:16}=В{1:16};

УНСБи: СЧБи{1:5}=0;

М2 если Р2, то М5;

М3 если Р3, то М4;

усчНе: СЧНе{1:5}= СЧНе{1:5}+1;

М4 усчБи: СЧБи{1:5}= СЧБи{1:5}+1;

УСДВА: РГДА{1:16}= РГДА{2:16}.0;

УСДВВ: РГДВ{1:16}= РГДВ{2:16}.0;

Идти к М2

М5 УСЧИТ: С{1:7}= СЧНе{1:5}.00;

Конец.

Анализ микропрограммы показывает, что УНСЧНе , УЗПA, УЗПB и УНСБи эквивалентны и их можно заменить одним сигналом УЗП: УЗП = УНСЧНе =УЗПA = УЗПB = УНСБи.

Сигналы усчБи, УСДВА и УСДВВ также эквивалентны и их можно аналогично заменить одним сигналом усчСДВ: усчСДВ = усчБи = УСДВА = УСДВВ.

3.3 Микропрограмма 2

Микропрограмма число_НЕсовпадений

Переменные

Входные: A{1:16}, B{1:16}, СТРОБ;

Внутренние: РГДА{1:16}, РГДВ{1:16}, СЧБи{5}, СЧНе{1:5};

Выходные: C{1:7}; УСЧИТ;

Признаки:

Р1= СТРОБ;

Р2= СЧБи{5};

Р3= РГДА{1}= =РГДВ{1};

Процедура:

М1 если  Р1, то М1;

УЗП: СЧНе{1:5}=0; РГДА{1:16}=А{1:16};

РГДВ{1:16}=В{1:16}; СЧБи{1:5}=0;

М2 если Р2, то М5;

М3 если Р3, то М4;

усчНе: СЧНе{1:5}= СЧНе{1:5}+1;

М4 усчСДВ: СЧБи{1:5}= СЧБи{1:5}+1;

РГДА{1:16}= РГДА{2:16}.0;

РГДВ{1:16}= РГДВ{2:16}.0;

Идти к М2

М5 УСЧИТ: С{1:7}= СЧНе{1:5}.00;

Конец.

3.4 Функциональная схема устройства

3.4.1 Операционный автомат

Анализ микропрограммы позволил получить такую функциональную схему операционного автомата:

Задачи, решаемые управляющим автоматом, следующие: он генерирует сигнал обнуления счетчиков и записи УЗП после появления признака Р1.

Далее после появления признаков Р2 и Р3 формирует сигналы УСЧСДВ и УСЧИТ. При появлении признака Р2 формируется сигнал УСЧИТ. При появлении Р3 – УСЧСДВ. Управляющий автомат может быть построен как с жесткой, так и с программируемой логикой. Рассмотрим оба способа реализации.

3.4.2 Управляющий автомат с жесткой логикой.

Построим управляющий автомат с жесткой логикой. Конечный автомат может быть построен и как автомат Мура, и как автомат Мили. Построение графов переходов и выходов управляющего автомата осуществляется на основании граф-схем алгоритмов изображенных ниже.

Автомат Мура

Автомат Мили

Граф автомата Мура

Граф автомата Мили

Будем строить управляющий автомат как автомат Мили, так как он имеет только два состояния и реализуется на 1 триггере в отличие от автомата Мура, который имеет шесть состояний. В качестве триггера возьмем D-триггер. На основании графа построим таблицу переходов и выходов автомата.

Воспользуемся таблицей кодирования внутренних состояний автомата

a(t)	Q(t)
а0	0
а1	1

Матрица переходов автомата Мили

а(t) Признак	а0	а1
Р1	а1	—
	УЗП
P1	а0	—
	—
P2	—	а0
		УСЧИТ
P2P3	—	а1
		УСЧНе,УСЧСДВ
P2Р3	—	а1
		УСЧСДВ

Кодированная таблица переходов и выходов автомата

а(t) Признак	а0	а1
Р1	1	—
	УЗП
P1	0	—
	—
P2	—	0
		УСЧИТ
P2P3	—	1
		УСЧНе,УСЧСДВ
P2Р3	—	1
		УСЧСДВ

Кодированная табличная матрица переходов и выходов автомата

Q(t)	Q(t+1)	Признак/Упр. сигнал
0	0	Р1
0	1	Р1/УЗП
1	0	Р2/УСЧИТ
1	1	P2P3/УСЧНе,УСЧСДВ V P2Р3/УСЧСДВ

Поскольку, для реализации автомата Мили выбран D – триггер, то на основании кодированной табличной матрицы переходов и выходов УА определим для него функцию возбуждения триггера и выражения для управляющих сигналов.

D(t)= Р₁ + Q

УЗП = Р₁

УСЧИТ = P₂Q

УСЧНе = Q

УСЧСДВ = Q

Функциональная схема управляющего автомата приведена ниже, сигнал СБРОС является установочным и формируется при включении питания или от кнопки.

3.4.3 Управляющий автомат с программируемой логикой

Управляющий автомат с естественной адресацией

Составим каноническую форму микропрограммы синтезируемого операционного устройства в виде таблицы:

Номер	Метка	Управляющие сигналы	Переход
0	М1		если  Р1, то М1
1		УЗП
2	М2		если Р2, то М5
3	М3		если Р3, то М4
4		УСЧНе
5	М4	УСЧСДВ
6			Идти к М2
7	М5	УСЧИТ
8			Конец

В случае принудительной адресации строки 5 и 6, 7 и 8 можно объединить. Тогда каноническая форма операционного описания будет на две строки короче.

Управляющий автомат с принудительной адресацией

Номер	Метка	Управляющие сигналы	переход
0	М1		если  Р1, то М1
1		УЗП
2	М2		если Р2, то М5
3	М3		если Р3, то М4
4		УСЧНе
5	М4	УСЧСДВ	Идти к М2
6	М5	УСЧИТ	Конец

Формат команды с принудительной адресацией

	Код операции
МК	узп	УСЧНе	УСЧСДВ	УСЧИТ
Разряды МК	1	2	3	4

Маска признаков			Адрес
Х	Х	Х	А2	A1	A0
5	6	7	8	9	10

Формат команды состоит из операционной и адресной части. Операционная часть предназначена для формирования управляющих сигналов. В данном случае операционная часть – разряды с 1 по 4 и соответствующие разрядам управляющие сигналы: Узп, УСЧНе, УСЧСДВ, УСЧИТ. Остальные разряды микрокоманды являются адресной частью. Адресная часть определяет какой будет выполняться следующая микрокоманда. Поле Х – поле признака, разряды с 5 по 7. При Х=1 осуществляется выбор, а при Х=0 выбора нет. Осведомительный сигнал Р определяет по какому адресу будет выполняться следующая микрокоманда.