Курсач_96 (Курсовой проект (готовый) вариант 96 ещё один)

Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана

Утверждено:

Виноградов В. И.

« »_________2003г.

_________________

Курсовая работа на тему

«Проектирование вычислительного устройства»

по дисциплине «Архитектура ЭВМ»

Вариант №96

Выполнила:

студентка группы

ИУ5-54

Раковец Е. В.

« »_________2003г.

_________________

Москва – 2003

Содержание:

1. Постановка задачи ……………………………………………………………………………………...3

2. Микропрограммы машинных операций…………………………………………………………….….3

3. Разработка обобщённой микропрограммы…………………………………………………………….4

4. Обобщённый список слов, полей, логических условий и управляющих сигналов. ………………..5

5. Закодированный граф микропрограммы……………………………………………………………....5

6. Каноническая структура операционного автомата…………………………………………………....6

7. Синтез операционных элементов. …………………………………………………………….………..6

8. Структурная схема операционного автомата………………………………………………………….12

9. Функциональная схема операционной части ВУ……………………………………………………..13

10. Составление списка переходов…………………………………………………………….……….…13

11. Программирование ПЛМ…………………………………………………………….………………..13

12. Функциональная схема управляющей части ВУ……………………………………………………14

13. Определение числа машинных тактов, необходимых для выполнения каждой операции……….14

Список используемой литературы…………………………………………………………….………….15

Приложение № 1

Приложение № 2

Приложение № 3

Приложение № 4

Приложение № 5

Приложение № 6

Приложение № 7

Приложение № 8

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

Спроектировать вычислительное устройство для выполнения заданного множества операций. Вычислительное устройство должно состоять из операционной части и блока управления и подключаться к интерфейсу.

Таблица №1

Закодированный вариант задания.

Таблица №2

Расшифровка перечисленных в задании операций.

Операнды поступают в прямом коде (П), их разрядность 8, тип микросхем К555.

Cостав шин интерфейса:

1.Шины прямой передачи данных /входные/ разрядностью 8 бит.

2.Шины обратной передачи данных /выходные/ разрядностью 8 бит.

3.Шины адреса разрядностью 6 бит.

4.Управляющие шины:

- проверка готовности устройства /ПРГОТ/,

- сигнал занятости устройства /ЗАН/,

- код операции /КОП/,

- передача данных по входным шинам /ДАННЫЕ/,

- передача результата по выходным шинам /РЕЗ/,

- запрос на передачу данных /ЗАПР/,

- подтверждение приема результата /ПРРЕЗ/,

- готовность устройства /ГОТ/,

- сигнал прерывания при делении на нуль /ПР/.

2. МИКРОПРОГРАММЫ МАШИННЫХ ОПЕРАЦИЙ.

Для реализации вычислительного устройства, выполняющего операции указанные в задании (см. п. 1) к курсовой работе необходимо разработать микропрограммы для каждой из операций. Микропрограмма должна обеспечивать корректное считывание операндов с входной шины данных, выполнение самой операции и выдачу результата на выходную шину данных. При этом необходимо учесть, что работа вычислительного устройства должна быть согласована с работой внешнего устройства. Для выполнения этой задачи используются микропрограммы подключения и отключения вычислительного устройства от интерфейса.

Микропрограмма подключения опрашивает шины адреса и шину управления ПРГОТ. При этом вычисляется значение выражения ПРГОТ  ЗАН  (ША=N), где N - тумблерный регистр, ПРГОТ -сигнал выставляемый внешним устройством на шину управления, ЗАН - сигнал занятости вычислительного устройства. Обобщенная микропрограмма включается при значении этого логического выражения, равном 1. Сравнение адресов /вычисление значения операции отношения ША=N производится поразрядным сравнением адресов по формуле:

₅

 [ША(i) N(i)]

ⁱ⁼⁰

Значение функции равно 1 при совпадении адресов.

Подключение осуществляется путем формирования сигнала готовности (для этого предусмотрена микрооперация ГОТ=1), который указывает инициирующему устройству о готовности к работе. Далее выполнение микропрограммы приостанавливается до получения сигнала КОП=1, передаваемого внешним устройством по шине управления. Как только сигнал КОП=1 получен, производится считывание команды с входной шины данных, формируется сигнал ГОТ=0 и устанавливается сигнал ЗАН=1. На этом микропрограмма подключения заканчивает свою работу.

Микропрограмма выполнения одной из семи указанных операций выполняется при выполнении одного из семи логических условий (микропрограммы и условия сопоставлены взаимно однозначно), которые формируются на основании анализа кода операции, указанного в команде. При выполнении условия микропрограмма любой операции принимает операнды, которые считываются с входной шины данных. Далее вычисляется результат, который затем выдается на выходные шины данных.

Считывание слова данных реализовано следующим образом. Микропрограмма операции генерирует сигнал запроса (для этого предусмотрена микрооперация ЗАПР=1), который осведомляет внешнее устройство о готовности вычислительного устройства к приему данных. В ответ внешнее устройство передает слово данных на входную шину данных, генерируя при этом сигнал ДАННЫЕ=1. Пока сигнал ДАННЫЕ не поступит на управляющую шину, выполнение микрооперации приостанавливается, как только сигнал будет получен, вычислительное устройство производит считывание слова данных, при этом снимается сигнал запроса данных (для этого предусмотрена микрооперация ЗАПР=0).В ответ внешнее устройство устанавливает сигнал ДАННЫЕ=0. Для выполнения первых 2-7 операций необходимо два операнда—происходит считывание операндов для бинарной операции, то для операции деление в качестве первого операнда требуется двойное слово , а следовательно необходимо ввести еще и делитель (слово) и процедура запроса данных с ШВх повторяется для операций 2-7 – 2 раза, для операции 1 – 3 раза. Непосредственное выполнение операции реализуется различными способами в зависимости от смысла операции вплоть до получения результата, который может быть представлен в виде одного или двух слов данных (для операций 2-7 – выводится слово результата С, для 1 операции – в А помещается остаток от деления, в В находится частное).

Выдача слова данных в интерфейс производится следующим образом. Микропрограмма формирует сигнал результата (для этого предусмотрена микрооперация РЕЗ=1). Затем выполнение микрооперации приостанавливается до получения сигнала ПРРЕЗ, которым внешнее устройство информирует об успешном принятии результата вычислений. Как только ПРРЕЗ = 1 вычислительное устройство устанавливает сигнал результата в ноль (для этого предусмотрена микрооперация РЕЗ=0) и выставляет результат на выходные шины данных. При необходимости выдачи второго слова данных (для операции деление) процедура повторяется. После окончания выдачи результата выполняется микропрограмма отключения вычислительного устройства.

Микропрограмма отключения вычислительного устройства, снимает сигнал занятости устройства (для этого предусмотрена микрооперация ЗАН=0).

Разработанные микропрограммы выполнения машинных операций приведены на рисунках в Приложении №1:

1. Микропрограмма операции «Деление» — рисунок 1.

2. Микропрограмма операции «Сдвиг циклический»— рисунок 2.

3. Микропрограмма операции «Вычитание»— рисунок 3.

4. Микропрограмма операции «Вычитание обратное»— рисунок 4.

5. Микропрограмма операции «Конъюнкция»— рисунок 5.

6. Микропрограмма операции «Отрицание конъюнкции»— рисунок 6.

7. Микропрограмма операции «Отрицание дизъюнкции»— рисунок 7.

8. Микропрограмма подключения к внешнему устройству – рисунок 8.

3. РАЗРАБОТКА ОБОБЩЁННОЙ МИКРОПРОГРАММЫ.

Обобщенная микропрограмма является основой работы вычислительного устройства, являясь отправной точкой при выборе структуры операционного автомата и при программировании соединений программируемых логических матриц управляющего аппарата.

Обобщенная микропрограмма составляется на основании микропрограмм машинных операций ( см. рис.1-8, Приложение №1).

Обобщенная микропрограмма объединяет все микропрограммы операций с целью реализации четкой логической структуры выполнения микропрограмм в зависимости от кода операции команды, а также включает микропрограммы подключения вычислительного устройства к интерфейсу и отключения от него.

Первоначально выполняется операция подключения, если результат операции положителен и подключение осуществлено, выполняется ввод операнда «А» т.к. все микропрограммы работают хотя бы с одним операндом (для микропрограммы «деление» операнд А является старшим словом делимого), далее вводится второй операнд «В» т.к. все другие микропрограммы выполняют операции над двумя словами (для микропрограммы «деление» операнд B является старшим словом делимого), далее в зависимости от условий В1 – В7 выбора конкретной операции к выполнению, запускается лишь одна из имеющихся микропрограмм (схема «Микропрограммы операций»).

Вычисление условий В1 - В7 осуществляется по следующим формулам:

где D(0:2) - поле кода операции в команде

(D(0), D(1), D(2) - разряды кода операций.)

При выполнении микропрограммы «Деление» в слове А формируется остаток, а в слове В формируется частное (сначала выводится В, затем А).

При выполнении остальных микроопераций формируется слово С=опер[С,B].