Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Московский технический университет связи и информатики
Волго-Вятский филиал
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине
«Вычислительная техника и информационные технологии»
Нижний Новгород 2012 г.
I. Задание на курсовую работу
Курсовая работа предусматривает:
- изучение принципа действия упрощенной модели автоматического вычислителя типа программируемого микрокалькулятора, структурная схема которого изображена на рис. 1;
программирование в двоичных кодах алгоритма вычислений, предписываемых функцией F=f к (a, b, c, d) из таблицы 10 методических указаний, где индекс k задает номер варианта и определяется предпоследней i=1 и последней j=4 цифрами моего варианта:
1)
2) ;
) a=N+15=49; b=N+13=47; c=N+5=39; d=N=34.
При этом программу следует разместить в память команд (ПК), начиная с ячейки № i=3, а операнды a, b, c и d — в память данных (ПД), начиная с ячейки № j=4;
- синтез конечного автомата (КА), реализующего функции устройства управления (УУ) на рис.1;
- выполнение вручную всех расчетов согласно в двоичной системе счисления с выдачей всех промежуточных и окончательного результатов.
Рисунок 1 — Структурная схема вычислителя
II. Теоретическая часть
1. Состав вычислителя
В состав вычислителя входят: арифметико-логическое устройство АЛУ (ALU), регистр RgQ, память команд ПК, память данных ПД, устройство управления УУ (конечный автомат КА), мультиплексор MS, элементы управляющей логики И1, И2.
2. Принцип работы вычислителя
В ПК записываются команды, в ПД — операнды (данные).
Управление ПК и ПД осуществляется с помощью УУ сигналами V1-V7, которые подаются в виде 0 и 1 на указанные устройства.
Сначала выполняется первая (верхняя) команда (она записана в регистрах (строчках) ПК) и по указанным в ней адресам выбирает из ПД нужные данные (числа) для операндов X и Y (аргументов, над которыми выполняются заданные операции).
Для выполнения необходимой операции над X и Y в АЛУ подается КОП (код операции).
Информатика и управление в технических системах
... работ является получение практических навыков по программированию операций ввода-вывода на уровне аппаратных интерфейсов (на уровне портов). Программирование ведется на языке ассемблера для процессора i8086 в среде операционной системы ... в эту ВМ требуемую прикладную программу, утилиту или систему программирования; Инициирование управления операционной системой ... перекодировки данных ... в то место памяти, ...
Полученный результат из АЛУ выдается в регистр результата RgQ. Если этот результат промежуточный, то он записывается в ПД в ячейку (РОН) с адресом, который указан в команде. Если результат конечный, то он из RgQ подается на выход (например, на дисплей).
Устройство управления (УУ) главным образом определяет очередность выбора команд. В данном случае это последовательный переход по счету от одной команды к другой (от одного адреса к другому).
Поэтому УУ представляет собой счетчик, на выходе Q которого появляется двоичная комбинация, определяющая число сосчитанных входных импульсов. Управление заключается в подаче импульса запуска и выключении УУ после выполнения всех операций по заданной функции.
III. Практическая часть
- Присвою данным операндам определенные РОН
«а» помещаю в ячейку РОНj=РОН4;
- РОНj+1=РОН5;
- «с»? РОНj+2=РОН6;
«d»? РОНj+3=РОН7
Введу вспомогательные переменные:
e = ? РОН8
f = ? РОН9
g = ? РОН10
h = ? РОН11
l=
АЛУ выполняет следующие операции:
- , код операции — 010;
- , код операции — 011;
- , код операции — 100;
- , код операции — 101;
- Составляю блок-схему алгоритма вычисления.
Алгоритм вычислений реализуется последовательным выполнением команд K1,…,K9, каждая из которых обеспечивает выполнение операций.
Таблица 1 — блок-схема работы вычислителя.
1K1 РОН4 РОН5вычисление e = и размещение результата в RgQK2(РОН8) ¬ RgQперезапись e из RgQ в РОН8.2K3вычисление f = и размещение результата в RgQK4(РОН9) ¬ RgQперезапись f из RgQ в РОН93K5вычисление g = и размещение результата в RgQK6(РОН10) ¬ RgQперезапись g из RgQ в РОН10.4К7 вычисление h = и размещение результата в RgQК8(РОН11) ¬ RgQперезапись h из RgQ в РОН11.5К9 вычислениеl=
- Программирование сводится к записи кодов всех перечисленных команд в той же последовательности
Заполняю таблицу команд программы (хранящейся в памяти команд).
Таблица 2
КомандаАдрес в ПКТип перехода от одной команды к другойКОП ALUАдрес (в ПД) (РОН)Адрес (в ПД) (РОН)Доп. уровни в УУV 5V4V3V2V1P2P1P0K2K1K0AyAxV6V7К100011111110001010010001К200100111хxxxxхxх0100010К300101111010ххххх0100001К400110111хxxxxxхх0100110К500111111100001110011001К601000111xхxхxxхх0101010К701001111010ххххх0101001К801010111хxxxxxxх0101110К901011Стоп011010010101101
4. Создание (синтез) УУ — устройства, выполняющего команды V0-V7.
a) Структурная схема УУ.
Управляющее устройство содержит комбинационные устройства КУ1 и КУ2, память и схему запуска.
Схема микропроцессора
... объединенных общим функциональным признаком. В микропроцессорной схеме используется три вида шин: ... команды и формирует сигналы, необходимые для выполнения той или иной операции. Каждая команда представляет собой небольшую программу, состоящую из элементарных операций. Последовательность таких команд ... обработки информации и временного хранения результатов, схема микропрограммного УУ, а также БИС, ...
Комбинационное устройство КУ1 формирует сигналы q1 , q2 , q3 , q4 управляющие триггерами T1, T2, T3, Т4 памяти УУ, что обеспечивает переход УУ из состояния a0 в состояние a1 , из a1 в a2 и т.д.
Рисунок 2 — Структурная схема УУ.
б) Считаем, что переключающее устройство строится на триггерах с выходами Q. Определю необходимое количество триггеров для выполнения всех команд:
где М — количество рабочих состояний (тактов).
Также учитывается 1 состояние покоя.
,т.е. m= 4.
После подачи импульса запуска КА должен отработать полный рабочий цикл, выдавая на каждом из тактов требуемые уровни выходных сигналов V1 — V7. В конце 9 такта КА должен сформировать сигнал W=1 сброса, которым он будет переведен в состояние покоя.
в) Составляю таблицу функционирования УУ.
Таблица 3.
Такт (состояние)Текущее состояние КАВыходные сигналыQ4Q3Q2Q1V5V4V3V2V1V6V7W00000XXXXXXXХ10001000110102001000100100300110010101040100001101005010100111010601100100010070111010010108100001010100910010101101110-15ОстальныеХХХХХХХХ
г) Алгоритм работы КА можно представить и в виде графа:
Рисунок 3
Здесь а1…а9 — рабочие состояния КА, а0 — состояние покоя.
д) Построю комбинационное устройство КУ, которое вырабатывает сигналы V1-V7 и W, имея на входах сигналы Q1-Q4. Т.е. синтезирую счетчик на основе JK-триггеров.
Таблица 4
Такт JПредшествующие состояния триггеров (входные сигналы КУ1) на j-тактеПоследующие состояния триггеров на (j+1)-тактеВыходные сигналы КУ1 (управляющие триггерами) на j-тактеQ 4(tj)Q3(tj)Q2(tj)Q1(tj)Q4Q3Q2Q1q4q3q2q100000000100011000100100011200100011000130011010001114010001010001501010110001160110011100017011110001111810001001000191001XXXXXXXX10/15остальныеХXXXХXXX
е) По таблице 4 составляю комбинационную схему в СДНФ. Видно, что q1=1. Выпишу СДНФ для q2,q3,q4 и минимизирую их с помощью карт Карно-Вейча.
Для минимизации выражений также использую безразличные состояния Х.
q1, q2 ,q3, q4
Рисунок 4 — Схема синтезированного устройства КУ1 — счетчика с параллельным переносом
ж) Аналогично составляю функции для V1-W в СДНФ и синтезирую КУ2,используя таблицу 3.
1=V7
Минимизирую выражения с помощью карт Карно-Вейча:
Получаю МДНФ:
Рисунок 5 — Схема КУ2
з) Строю схему запуска и сброса.
Разработка генератора сигналов на цифровых микросхемах
... цифровых измерительных устройств. Как показано на структурной схеме (рис.1.1) цифровой измерительный прибор состоит из АЦП и устройства цифровой ... (А1-А2); например, здесь производится масштабирование входного сигнала, преобразование напряжения, сопротивления, емкости и других величин ... устройства содержат диск или маску с кодовым рисунком; дискриминаторы, позволяющие установить в каждом из разрядов ...
Рисунок 6 — Схема запуска
микрокалькулятор счетчик вычислитель триггер
КА работает в том случае, если на его вход подаются тактовые импульсы ТИ, которые считаются счетчиком и заставляют его срабатывать. Таким образом, должна присутствовать схема запуска, которая подает ТИ от генератора на УУ. Еe выключение прекращает подачу ТИ.
Схема запуска и сброса может быть организована на ЛЭ «И» и RS-триггере (рис.6).
Если на вход S триггера подать запускающий импульс, то на выходе Q появляется 1 и открывает схему «И». Когда вырабатывается команда СТОП, на вход R триггера подается сигнал W=1, на выходе Q появляется 0, и схема «И» перестает пропускать ТИ. Одновременно сигнал W подается на R-асинхронные входы триггеров, осуществляя их сброс (обнуление).
Рисунок 7 — Общая схема УУ
и) Проведу контрольные расчеты в двоичной системе счисления по заданной функции вычислителя.
Литература
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovaya/vyichislitelnaya-tehnika-i-informatsionnyie-tehnologii/
