Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана.

	Утверждено:
	Виноградов В. И.
	« »_________2005г.
	_________________

Курсовая работа на тему

«Проектирование вычислительного устройства»

Вариант №118

Выполнила:

студентка группы ИУ5-52

Кожевникова Марина

« »_________2005г.

_________________

Содержание

Содержание 2

1. Постановка задачи 3

2. Микропрограммы машинных операций. 3

3. Разработка обобщённой микропрограммы. 7

4. Обобщённый список слов, полей, логических условий

и управляющих сигналов. 8

5. Закодированный граф микропрограммы 9

6. Структурая схема операционного автомата. 10

7. Синтез операционных элементов. 11

8. Функциональная схема управляющей части 14

9. Составление списка переходов 15

10. Программирование ПЛМ 17

11. Определение числа машинных тактов, необходимых для выполнения каждой

операции 21

12. Расчет максимально возможной частоты работы вычислительного устройства 22

13. Список использованной литературы 23

Задача №1

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.

Состав шин интерфейса:

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

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

3.Шина адреса разрядностью 6.

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/.

Таблица №1

Закодированный вариант задания.

Вариант	Выполняемые операции							Разрядность операндов	Код	Серия микросхем
118	У	С2	А1	А3	Л1	Л2	Л3	8	П	К133

Таблица №2

Расшифровка перечисленных в задании операций.

№	Операция	Обозначение Операции	№	Операция	Обозначение операции
1.	Умножение	У	5.	A /\ B	Л1
2.	Сдвиг логический	С2	6.	A  B	Л2
3.	Сложение	А1	7.	_______ A /\ B	Л3
4.	Вычитание обратное	А3

1. Микропрограммы машинных операций.

Для реализации вычислительного устройства, выполняющего операции, указанные в задании к курсовой работе (см. предыдущий пункт), 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

ПРГОТ – сигнал, выставляемый внешним устройством на шину управления,

ЗАН – сигнал занятости вычислительного устройства,

ША=N – условие совпадения адреса, передаваемого внешним устройством на адресные шины и адреса вычислительного устройства.

Если выражение принимает значение равное 1, то осуществляется подключение 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 (более подробное описание условий приведено в следующем пункте данного документа). 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. Если для выполнения операции необходимо два операнда, то для считывания второго слова данных процедура считывания повторяется.

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=1, 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 процедура повторяется. После окончания выдачи результата выполняется микропрограмма отключения вычислительного устройства. При необходимости передать по шине данные, разрядность которых превышает 8, сначала передаётся младший байт, а потом старший.

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

Разработанные микропрограммы выполнения машинных операций, с учетом всего вышесказанного, приведены на рисунках приложения 1

Алгоритм умножения.

П ри умножении два числа записываются в регистры А и В. Затем, если число отрицательное, оно переводится в прмой код. После этого в регистр Е записывается значение регистра А, а в А будет записываться произведение. Сч=7 для повторения 7-ми раз цикла, в котором С=А+В, если в нулевом разряде Е стоит 1. Затем А=С, содержимое В сдвигается влево, а содержимое Е-вправо. После выхода из цикла, если знак результата оказался отрицательным, то число переводят в дополнительный код и отсылается в шину выхода.

Алгоритм обратного вычитания.

Вычитание здесь происходит как обычно, но, т.к. АЛУ организует только вычитание «А-В», вначале мы записываем число в регистр В, а затем другое число в регистр А производим вычитание.

Алгоритм логического сдвига.

При логическом сдвиге в зависимости от значения КОП[3] производится сдвиг в сдвиговом регистре А на столько разрядов сколько записано в D(4:7).

3. Разработка обобщённой микропрограммы.

Обобщенная микропрограмма составляется на основании микропрограмм машинных операций.

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, то в зависимости от условий В1 – В7 выбора конкретной операции к выполнению, запускается лишь одна из имеющихся микропрограмм.

Вычисление условий В1 – В7 осуществляется по следующим формулам:

В1 = |(D(0))  |(D(1))  |(D(2));

В2 = |(D(0))  |(D(1))  D(2);

В3 = |(D(0))  D(1)  |(D(2));

В4 = |(D(0))  D(1)  D(2);

В5 = D(0)  |(D(1))  |(D(2));

В6 = D(0)  |(D(1))  D(2);

В7 = D(0)  D(1)  |(D(2));

где D(0), D(1), D(2) – разряды кода операций.

Для формирования осведомительных сигналов, определяющих выполнение той или иной микропрограммы, используется дешифратор. Анализ КОП с помощью дешифратора позволяет существенно упростить логику работы устройства.

Следует заметить так же, что в силу идентичности выдачи результата выполнения операций отрицания, конъюнкции, отрицания конъюнкции, логического сдвига, сложения, вычитания модулей и обратного вычитания модулей выдача результатов этих операций на внешнюю шину реализуется одним и тем же блоком микроопераций.

Разработанная в соответствии с вышеперечисленными условиями и замечаниями обобщённая микропрограмма представлена в приложении рисунок 1 «Обобщенный граф микропрограммы».

4. Обобщённый список слов, полей, логических условий

и управляющих сигналов.

Обобщённый список слов, полей, логических условий и управляющих сигналов составляется на основании обобщенной микропрограммы. Построение таблицы микроопераций, осуществляется следующим образом. Выписываются все использованные виды микроопераций, каждому виду микроопераций ставится в соответствие индекс – Уi, который является обозначением управляющего сигнала, закрепленного за данным видом микроопераций. Вид микроопераций объединяет все одинаковые микрооперации (микрооперации с идентичной структурой, но разными операндами), встречающиеся в обобщенной микропрограмме.

Список используемых в микропрограмме слов и полей составляется следующим образом. Выписываются все слова, а также самостоятельно использующиеся при выполнении микроопераций поля слов. Затем каждому слову ставится в соответствие регистр. В результате получается таблица, в которой перечислены все используемые в микропрограмме слова, самостоятельно используемые поля этих слов, а также названия регистров, поставленных в соответствие каждому из этих слов.

Составление списка логических условий осуществляется следующим образом. Выписываются все виды логических условий, использованных в обобщенной микропрограмме и ставится каждому из них в соответствие индекс хi, который является обозначением соответствующего осведомительного сигнала,, закрепленного за данным видом логических условий.

Обобщённый список слов приведён в таблице 3, логических условий в таблице 4 и управляющих сигналов в таблице 5.

Таблица № 3. (Обобщённый список слов)

Описание Слов

Cч(4:0)

А(15:0)

В(15:0)

C(15:0)

D(15:0)

Е(7:0)

Таблица № 4. (Обобщённый список логических условий)

x1	ПРОГОП^(ША=N)^(|ЗАН)	x11	А=0
x2	КОП	x12	В=0
x3	ДАННЫЕ	x13	A[7]=1
x4	В1	x14	B[7]=1
x5	В2	x15	Е[0]=1
x6	В3	x16	CЧ=0
x7	В4	x17	РЕГЗН:=1
x8	В5	x18	ПРРЕЗ
x9	В6	x19	КОП[3]
x10	В7

Таблица № 5. (Обобщённый список управляющих сигналов)

y1	Готовность = 1	y17	А:=0	Y33	A[7]:=0
y2	Готовность = 0	y18	СЧ:=7	Y34	B[7]:=0
y3	D:=ШВХ	y19	С:=А+В	Y35	C:=!(A/\B)
y4	ЗАН:=1	y20	В:=L1(B.0)	Y36	C:=A\/B
y5	ЗАН:=0	y21	Е:=R1(O.Е)	Y37	С:=0
y6	ЗАПР:=1	y22	СЧ:=СЧ-1	Y38	E:=C
y7	ЗАПР:=0	y23	С:=А+1
y8	А:=ШВХ	y24	C[15]:=1
y9	В:=ШВХ	y25	ШВЫХ:=С(0:7)
y10	D:=А(7)XORВ(7)	y26	ШВЫХ:=С(8:15)
y11	С:=А-1	y27	РЕЗ:=1
y12	А:=С	y28	РЕЗ:=0
y13	С:=A/\B	y29	СЧ:=D(4:7)
y14	С:=А	y30	A:=R1(0.A)
y15	С:=В	y31	A:=L1(A.0)
y16	В:=С	y32	C:=A-B

5. Закодированный граф микропрограммы

Закодированный граф микропрограммы составляется на основе графа обобщенной микропрограммы и обобщённого списка слов, полей, логических условий и управляющих сигналов.