Прежде чем программировать ПЛМ, необходимо подсчитать требуемое их количество. При этом будем руководствоваться следующими соображениями:

Список переходов (Приложение №3 (таблица №2)) имеет 127 строк, тогда как выбранные мною ПЛМ (см. Спецификацию – Устройство Вычислительное) имеют всего 38, таким образом, таким образом исходя из количества управляющих сигналов а также количества выходов D можно прийти к выводу что нам потребуется 10 ПЛМ матриц

Таким образом, Управляющая часть ВУ состоит из набора ПЛМ.Мы выбирали ПЛМ следующей серии К556РТ1, у которых 16 входов, 8 выходов и 38 строк.

Программирование ПЛМ представлено в Приложении №2.

1.9. Составление спецификации

В спецификации должны быть перечислены все использованные в функциональной схеме элементы, а также те условные обозначения, которые соответствуют им на схеме.

Спецификация представлена в Приложении 1 (таблица3)

1.10. Определение числа машинных тактов, необходимых для выполнения каждой операции

Данная задача решается в соответствии с Обобщённой микропрограммой («Обобщённая микропрограмма»). Для подсчёта числа машинных тактов для определённой операции необходимо, «войдя» в микропрограмму виртуально выполнить весь набор микроопераций, необходимый для корректного выполнения данной операции. Во время виртуального выполнения операции, т.е. последовательного перемещения по вершинам графа микропрограммы с соблюдением логических условий, необходимо вести подсчёт пройденных вершин графа микропрограммы. Таким образом, будет получено число машинных тактов, необходимых для выполнения для выполнения данной операции. Соответственно для получения максимального (или минимального) числа машинных тактов, необходимо взять «наихудшие» («наилучшие») в смысле выполнения данной операции операнды.

При расчетах время на ожидание сигналов X принимаем равным 0 тактов.

1) Умножение:

T_min = 1, T_max = 128

2) Вычитание обратное:

T_min = 6, T_max = 12

3) Вычитание модулей:

T_min = 7, T_max = 14

4) А Ù В:

T_min = 6, T_max = 12

5) А Ú В:

T_min = 6, T_max = 12

6) `Сдвиг арифметический:

T_min = 6, T_max = 6

7) !(А Ú `В):

T_min = 7, T_max = 13

1.11. Расчет максимально возможной частоты работы Вычислительного Устройства

Расчет максимально возможной частоты работы Вычислительного Устройства. Для осуществления расчёта необходимо, сложить времена задержек микросхем, принимающих участие в реализации той или иной функции (все эти функции присутствуют в формуле, которая располагается ниже в этом пункте – вычисление логического условия, управляющее устройство, операционное устройство). Времена задержек микросхем взяты из справочной литературы [2] (См. список литературы). Расчёт производится по следующей формуле:

T_min=T_лу+T_уу+T_оу, где:

T_лу - минимально возможная длинна машинного такта,

T_лу - время, необходимое для вычисления логических условий,

T_уу - время, необходимое для выполнения своей задачи управляющим устройством,

T_оу - время, необходимое для выполнения своей задачи операционным устройством.

T_лу = t_здр(К555ЛЕ4) + 2*t_здр(К555ЛН1) + t_здр(К555ЛЛ1) + t_здр(К555ЛИ2) + t_здр(К555ЛЕ1) = 20 + 2*55 + 22 + 22 + 20= 184 нс

T_уу = t_здр(К556РТ1) + t_здр(К555ИД10) + t_здр (К155TV6) = 80 + 30 + 22 = 132 нс

T_оу = 3*t_здр(К155ИП3) + t_здр(К155ИР13) + t_здр(К155КП2) + max (t_здр(К155КП2), 4*t_здр(К155ЛЛ1)) = = 3*50 + 30 + 34 + max (34, 4*22) = 302 нс

T_min = 152 + 132 + 302 = 586 нс.

F_max = 1 / T_min

F = 1 / 536 нс = 1.7 МГц

F_max = 1.7 МГц

2. Задача №2

2.1. постановка задачи

Спроектировать генератор синхроимпульсов на базе мультивибратора, работающего в автоколебательном режиме, для следующих параметров:

1. Частота следования импульсов = 0.15*N [кГц], где N = 5 (№ варианта).

2. Скважность импульсов Q = t_u / T = 0.4, где:

t_u - длительность импульса,

T - период следования импульсов.

3. Генератор должен быть совместим по сигналам с ТТЛ-схемами.

4. Нагрузочная способность генератора - не менее 30 логических элементов серии К155.

5. Напряжение питания + 5 В.

2.2. вычисления

Рассчитаем требуемую частоту F следования импульсов:

F = 0.15 * 5 = 0.75 кГц

Будем строить генератор синхроимпульсов на основе интегральной микросхемы КР1006ВИ1, которая имеет следующие параметры:

• U_ип = +5…+15В

• Уровень выходных сигналов – ТТЛ

• I_{вых max} = 200 мА

• tвых^0/1, tвых^1/0 – 300 нс

Из приведённого выше списка параметров видно, что выбранная микросхема обеспечит выполнение всех требований задания.

К⁰_раз = I⁰_{вых. г} / I⁰_{вх. н}

К¹раз = I¹ _{вых. г} / I¹_{вх. н}

В качестве коэффициента разветвления выбирается меньший из К⁰_раз и К¹раз. В приведённых выше соотношениях I⁰_{вых. г} и I¹ _{вых. г} – значения выходных токов генератора соответственно в закрытом и открытом состоянии, а I⁰_{вх. н} и I¹_{вх. н} – значения входных токов микросхем-нагрузкок серии К155, которые берутся из справочника -1.6 мА и 0.04 мА соответственно. Таким образом, выбранная микросхема (КР1006ВИ1) обеспечит значительно больший, нежели заданный, коэффициент разветвления.

Принципиальная схема генератора синхроимпульсов представлена в Приложении №6 на Рис.1 «Схема генератора синхроимпульсов». Ниже приведён расчёт элементов, входящих в проектируемый генератор синхроимпульсов:

Диоды VD₁ и VD₂ служат для получения нужной скважности (Q < 0.4).

С₂ = 0.1 мкФ (см. Рис.1. в приложении).

Q = t_u / T = R₁ / (R₁ + R₂) Из этой формулы, принимая Q = 0.4, находим, что R₁ = (2/3)R2

Пусть R₁ = 1 кОм, тогда R₂ = 1.5 кОм.

С₁ = 1 / (0.76 * F * (R₁ + R₂)) = 1 / (0.76 * 750 * (1000 + 1500)) = 0.7 мкФ берём ближайший существующий номинал – 0.75 мкФ, таким образом С₁ = 0.75 мкФ

2.3. Расчёт погрешности частоты

На данном этапе необходимо рассчитать погрешность частоты генератора тактовых импульсов, которая может возникнуть из-за допусков на номиналы используемых в схеме элементов. Ниже приведены возможные отклонения, выраженные в процентах от номинала:

R₁ – 5%, R₂ – 5%, С₁ – 5%. Заданная частота – 0.75 кГц

Таким образом, можно посчитать погрешности частоты в двух предельных случаях:

• номиналы всех элементов отклонены в большую сторону:

F = 1 / (0.76 * С₁ * (R₁ + R₂) * 1.05) = 1 / (0.76 * 0.75 * 10^-6 * (1000 + 1500) * 1.05) = 0. 668 кГц

• номиналы всех элементов отклонены в меньшую сторону:

F = 1 / (0.76 * С₁ * (R₁ + R₂) * 0.95) = 1 / (0.76 * 0.75 * 10^-6 * (1000 + 1500) * 0.95) = 0. 738 кГц

После пересчёта в проценты получаем, что погрешность частоты будет составлять от -10.0% до -1.6%

3. Использованная при разработке литература

1. Дроздов Е.А., Комарницкий В.А., Пятибратов А.П. Электронные вычислительные машины Единой системы. М., Машиностроение, 1981.

2. Под ред. Тарабрина Б.В. Интегральные микросхемы. Справочник. М., Радио и связь, 1984, 584с.

3. Каган Б.М. ЭВМ и системы. М., Энергоатомиздат, 1985, 552с.

4. Курс лекций по курсу «Архитектура ЭВМ» за IV и V семестры.

3