Курсовик ТА готовый

Министерство Образования Российской Федерации

Московский Государственный Институт Радиотехники Электроники и Автоматики (Технический Университет)

Студент: Ленский Владимир Михайлович

Группа: ВВ-62-02

Шифр: 021115

Курсовой проект по Теории Автоматов

Москва 2004 год.

ФИО: Ленский Владимир Михайлович

Группа/Шифр: ВВ-62-02/.

Разработать вычислительное устройство, состоящее из двух взаимосвязанных частей: операционного и управляющего автоматов и выполняющее следующие операции:

1. Сложение и вычитание целых чисел в дополнительном коде.

2. Сложение и вычитание десятичных чисел со знаком.

УА. Схема с частичной записью адреса, последовательный вариант.

Числа 32 разрядные.

Суммарное число входных и выходных контактов ≤ 40.

Должны быть разработаны и представлены:

1. Интерфейс разрабатываемого устройства.

2. Математические обоснования используемых алгоритмов.

3. Тестовые примеры.

4. Микропрограммы в содержательном виде.

5. Таблицы заполнения управляющей памяти.

6. Функциональные схемы операционного и управляющего автоматов.

Функциональные схемы разрабатываются с использованием многоразрядных канонических мультиплексоров, дешифраторов, сумматоров, регистров, счётчиков, ПЗУ с чётким указанием информационных, управляющих и синхронизирующих входов.

Вычислительное устройство должно состоять из трёх частей: операционный автомат, реализующий первую операцию, операционный автомат, реализующий вторую операцию и управляющий автомат, обрабатывающий сигналы операционных автоматов, вырабатывающий управляющие сигналы и организующий ввод и вывод информации.

Разработку вычислительного устройства можно разбить на четыре этапа:

1. Разработка первого операционного автомата.

2. Разработка второго операционного автомата.

3. Разработка управляющего автомата.

4. Разработка схемы взаимодействия первых трёх автоматов.

Интерфейс разрабатываемого устройства

Операционный автомат № 1

Первый операционный автомат должен реализовывать сложение и вычитание целых чисел в дополнительном коде.

Числа 32 разрядные. Первый разряд знаковый. Для выполнения арифметической операчии сложения должна быть предусмотрена возможность изменения знака обоих чисел.

Алгоритм сложения:

1. Если требуется, смена знака первого числа.

2. Если требуется, смена знака второго числа.

3. Сложение чисел на сумматоре.

4. Перевод мантиссы в дополнительный код.

Блок-схема преобразования:

Разработка функциональной схемы

• Регистры А и В используются для записи исходных чисел.

• Инвертор и инкрементор переводят число А в дополнительный код из прямого (в прямой из дополнительного, смена знака). Мультиплексор МХ1 выбирает в соответствии с управляющим сигналом Y1 пропускать число А с изменением знака или без.

• Изменение знака числа В можно реализовать прямо на сумматоре, используя сложение по модулю 2 для инверсии всех разрядов числа если есть единица на Y2. Этот же сигнал идёт на вход Carry сумматора для реализации изменения знака.

• Управляющие сигналы Y3 и Y4 разрешают запись на RG_A и RG_B, пропуская к ним синхросигнал.

Управляющие сигналы:

Y1 – изменение знака числа А (0 – нет, 1 – да)

Y2 – изменение знака числа В (0 – нет, 1 – да)

Y3 – разрешение на запись в RG_A (0 – нет, 1 – да)

Y4 – разрешение на запись в RG_B (0 – нет, 1 – да)

Описание работы автомата

Перед началом сложения необходимо записать в регистры оба числа. В зависимости от управляющих сигналов Y1, Y2 меняются знаки чисел, после чего происходит сложение на сумматоре.

Заметка:

• При вычитании двоичных чисел, используя сложение числа в прямом коде с числом в дополнительном коде перенос из старшего разряда суммы отбрасывается.

• При сложении двух чисел в прямом коде или двух чисел в дополнительном коде он может стать знаковым разрядом при переполнении. Если переполнения не было, он отбрасывается.

Операционный автомат № 2

Второй операционный автомат должен реализовывать сложение и вычитание десятичных чисел со знаком. Для работы с десятичными числами используем код 8421.

Алгоритм сложения (8421):

1. К одному из чисел потетрадно прибавляем 0110 (6), переносов быть не должно.

2. Выполняем обычное сложение с межтетрадными переносами.

3. Перенос из старшей (знаковой) тетрады при сложении прибавляем к младшей тетраде.

4. Тетрады, из которых не было переносов, корректируем вычитанием 0110 (6).

Алгоритм смены знака (8421):

• Отрицательные числа кодируются как дополнение тетрад до 1001 (9).

• Таким образом –А = 1001 (9) – А (А – тетрада).

• Или, используя дополнительный код –А = A’ + 1010 (10) (А’ – инверсия А)

• При сложении не использовать перенос в старшие тетрады.

Алгоритм вычитания (8421):

• Изменения знака вычитаемого числа.

• Сложение.

• Возможно сложение двух отрицательных чисел.

Составим блок-схему преобразования:

Разработка функциональной схемы

• Регистры А и В используются для записи исходных чисел.

• Элемент –Х используется для изменения знака одной тетрады числа. Он инвертирует входной сигнал и прибавляет 1010 (10). Для изменения знака всего числа нужно расположить его на каждой тетраде. Мультиплексор МХ выбирает в соответствии с управляющими сигналами Y1, Y2 пропускать числа А, В с изменением знака или без.

• Элемент ±6 прибавляет или вычитает 0110 (6) из тетрады без переносов в старшие тетрады. Вход Р определяет будет ли сложение или вычитание (1 – вычитание, 0 – сложение). Для прибавления 0110 (6) ко всем тетрадам необходимо разместить этот элемент на каждой тетраде.

• Элемент SUM10 выполняет несколько функций. Первый сумматор, при соединении элементов в каскад, выполняет обычное сложение (нельзя использовать обычный сумматор, потому что у него не выводятся единицы переноса между разрядами). Результат идёт на второй сумматор, который прибавляет единицу переноса (если она есть) из старшего знакового разряда первого каскада к младшей тетраде второго каскада (нельзя использовать обычный инкрементор, потому что у него не выводятся единицы переноса между разрядами). Третья часть элемента находит те разряды, в которых ни в первом, ни во втором каскаде не было переноса, и корректирует их вычитанием 0110 (6), используя элемент ±6 для вычитания и мультиплексор для выбора пропускать тетраду с вычитанием или без. Для нормального функционирования эти элементы должны быть соединены так, чтобы образовались каскады обоих сумматоров, и перенос из старшего знакового разряда первого каскада был подан на вход второго каскада.

Управляющие сигналы:

Y1 – изменение знака числа А (0 – нет, 1 – да)

Y2 – изменение знака числа В (0 – нет, 1 – да)

Y3 – разрешение на запись в RG_A (0 – нет, 1 – да)

Y4 – разрешение на запись в RG_B (0 – нет, 1 – да)

Описание работы автомата

Перед началом сложения необходимо записать в регистры оба числа. В зависимости от управляющих сигналов Y1, Y2 меняются знаки чисел, после чего происходит сложение.

Заметка:

• При сложении двух положительных или двух отрицательных чисел при переполнении знаковый разряд будет потерян. Для его восстановления можно использовать эту логическую схему:

• На неё подаются старшие разряды старших тетрад обоих чисел (после изменения знаков), и схема создаст ещё одну дополнительную тетраду, содержащую 1001 при сложении двух отрицательных чисел и 0000 при сложении двух положительных.

Управляющий автомат

По условию должен быть управляющий автомат с частичной записью адреса, последовательный вариант. При этом способе адресации альтернативные адреса отличаются только одним разрядом (в данном варианте - младшим), формируемым входным сигналом. Остальные разряды адреса указываются вместе с микрокомандой в одной и той же микроинструкции. При безусловном переходе в данном варианте схемы младший разряд также указывается в микроинструкции.

Следовательно нужно использовать схему, содержащую регистр состояний, мультиплексор входных сигналов и ROM микрокоманд.

В операционных автоматах отсутствуют признаки. Работой управляющего автомата должны управлять входные сигналы.

К – код операции (0 – операция 1, 1 – операция 2)

Д – действие (0 – сложение, 1 – вычитание)

N – начать новую операцию (на стадии ответа)

Заполнение памяти ROM
S’q’	Y	S	H	e	Описание
0000	M0	001	01	X	Начальное состояние
0010	M1	010	10	X	Запись первой операции
0011	M2	110	10	X	Запись второй операции
0100	M3	100	00	0	Сложение первой операции
0101	M4	100	00	0	Вычитание первой операции
1100	M5	111	00	0	Сложение второй операции
1101	M6	111	00	0	Вычитание второй операции
1000	M7	100	11	X	Ответ первой операции
1110	M8	111	11	X	Ответ второй операции
1001	M9	000	00	0	Переход первой операции
1111	M10	000	00	0	Переход второй операции

Таблицы заполнения памяти