Проектирование операционного устройства

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра «Электронные вычислительные машины»

Курсовой проект

по дисциплине «Теория автоматов»

Проектирование операционного устройства.

Выполнил

ст. гр. ИНФО-810

Бабкин А. Н.

Проверил

Ефимова Р. С.

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2000

В вычислительной технике применяются так называемые операционные устройства. Эти устройства могут выполнять различные операции над кодовыми словами. Любая операция может быть представлена конечной последовательностью действий, эти действия называются микрооперациями.

В данной работе проводится проектирование операционного устройства, выполняющего операцию сложения двоичных чисел с фиксированной запятой в обратных кодах.

Содержание

Введение.________________________________________________________________4

1. Разработка структурной схемы операционного автомата.

1.1. Разработка содержательного графа операции

сложения двоичных чисел в обратных кодах._____________________________5

1.2. Разработка структурной схемы операционного автомата.__________________8

2. Разработка функциональной схемы операционного автомата.

2.1. Синтез блока П._____________________________________________________10

2.2. Синтез блока C._____________________________________________________11

3. Разработка функциональной схемы управляющего автомата.

3.1. Структурная схема управляющего автомата._____________________________28

3.2. Закодированная граф-схема работы управляющего

автомата и граф управляющего автомата.________________________________28

3.3. Синтез комбинационных схем, реализующих функции возбуждения

элементов памяти управляющего автомата.______________________________31

4. Функциональная схема операционного устройства.

4.1. Организация связей между ___________________________________________33

операционным и управляющим автоматами.

4.2. Описание работы операционного устройства

на заданном отрезке времени.__________________________________________33

Заключение.______________________________________________________________34

Литература.______________________________________________________________34

Приложение._____________________________________________________________35

Введение

Задачей данного курсового проекта является разработка операционного устройства для выполнения заданной операции сложения с фиксированной запятой чисел, представленных обратными двоичными кодами

на уровне логических схем. Эта задача разбивается на две: разработку схем операционного автомата и управляющего автомата.

Все непосредственные операции действий над словами, вычисления логических условий, хранения данных возлагаются на операционный автомат.

Управляющий автомат вырабатывает последовательность управляющих сигналов в соответствии микропрограммой функционирования операционного устройства. Эти управляющие сигналы поступают на вход операционного устройства.

.

1. Разработка структурной схемы операционного автомата

1.1. Разработка содержательного графа операции сложения двоичных чисел в обратных кодах

Для составления формального описания работы операционного устройства (ОУ) необходимо проанализировать словесное описание алгоритма выполнения заданной операции и с учетом исходных данных дать описание с помощью Ф-языка:

• слов (наименование, тип, формат);

• микроопераций;

• логических условий;

Описание слов показано в табл. 1.

Таблица 1

Слово Назначение слова Тип слова

А(1:25) Первое слагаемое Входное, внутреннее

В(1:25) Второе слагаемое Входное, внутреннее

С(1:26) Результат Внутреннее, выходное

П(1) Признак переполнения Внутреннее, выходное

Описание микроопераций дано в табл. 2.

Таблица 2

Пункт алгоритма Словесное описание Условное

обозначение Формальное описание

1 Начало y0

2 Присвоение слову П(1) и старшему разряду слова С(1:26) значение нуля y1 П(1):=0

С(1):=0

3

4.1 Слову С(1:26) присвоить значение суммы слов В(1:25) и А(1:25) с инверсией числовых разрядов последнего y2 C(1:26):=00.В(2:25)+01.А(2:25)

5.1 Слову С(1:26) присвоить значение суммы слов А(1:25) и В(1:25) с инверсией числовых разрядов последнего y3 C(1:26):=00. А(2:25) + 01.В(2:25)

6.1 К слову С(1:26) прибавить единицу младшего разряда y4 С(1:26):= С(1:26)+1

7.1 Образование в С(1:26) прямого кода результата y5 С(1:26):= С(1:2).С(3:26)

8 Слову С(1:26) присвоить значение суммы слов А(1:25) и В(1:25) y6 C(1:26):=00. А(2:25) + 00.В(2:25)

9.1 Слову П(1) присваивается значение единицы y7 П(1):=1

9.2 Знаковому разряду слова С(1:26) присвоить значение знакового разряда слова А(1:25) y8 С(2):=А(1)

10 Конец y0

Логические условия, под действием которых вырабатываются управляющие сигналы, описаны в табл. 3.

Таблица 3

Пункт алгоритма Словесное описание логических условий Условное

обозначение Формальное описание

3 Проверка знака слова А(1:25) x1

4,5 Проверка знака слова В(1:25) x2

6 Проверка старшего разряда слова С(1:26) x3

7,9 Проверка знака слова С(1:26) x4

Для проектирования ОУ необходимо удостоверится в правильности алгоритма, для этого "прогонка" (проверка) алгоритма проводилась по всем возможным случаям знака множителей, а также на случай переполнения. В результате этой проверки выяснено, что алгоритм верен, и на его основе можно ОУ (см. Приложение табл. 20).

Чтобы связи между ступенями алгоритма представлялись яснее, весь алгоритм можно изобразить в виде содержательного графа, который дает визуальное представление об алгоритме данной операции. Содержательный граф-схема микрооперации предсталена на рис. 1.1.1.

1.2

В структурном отношении операционный автомат может быть разбит на блоки, каждый из которых содержит в себе элементы памяти и комбинационные схемы, количество блоков определяется количеством слов с памятью.

Память – это регистр, длина которого совпадает с длиной слова.

Если микрооперации выполняются над отдельными разрядами слова и при этом различны в разных разрядах, то в регистре выделяются так называемые поля, то есть совокупности разрядов объединенных общей совокупностью микроопераций или общим участием в формировании условий. Например, поле знаковых разрядов.

Разбиение на поля данных слов при заданной операции описано в табл. 4.

Таблица 4

Имя блока Множество микроопераций в блоке Множество логических условий Поля

А x1 А(1), А(2:25)

В x2 В(1), В(2:25)

С y1, y2, y3, y4, y5, y6, y8 x3, x4 С(1), С(2), С(3:25), С(26)

П y1, y7 П(1)

1.2 Разработка структурной схемы операционного автомата.

Структурная схема дает представление о количестве блоков, входящих в структуру, их назначении, описание особенностей и о связях между блоками в процессе реализации функций устройства.

Количество блоков равно количеству слов с памятью, то есть необходимо четыре блока.

Связь между блоками (регистрами) осуществляется при передаче информации из блока в блок или при занесении информации извне.

Входными сигналами в операционный автомат являются сигналы из управляющего автомата, они дают команду на выполнение микроопераций над словами. Выходными сигналами из операционного автомата являются значения логических условий, которые в свою очередь поступают на входы управляющего автомата.

Тогда с помощью данных из таблиц 1, 2, 3, 4 можно составить структурную схему операционного автомата, которая представлена на рис. 1.2.1.

Рис. 1.2.1.

2. Разработка функциональной схемы операционного автомата

2.1. Синтез блока П

Для синтеза комбинационной схемы каждого разряда необходимо четко знать какие микрооперации выполняются в блоке, какие логические условия вычисляются в нем и какие поля выделены.