СИНТЕЗ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ (УУ) С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИНЦИПА СХЕМНОЙ ЛОГИКИ
Nbsp; Федеральное агентство связи ГОУ СПО «Чебоксарский электротехникум связи» Вычислительная техника Методическое пособие для выполнения курсовой работы студентами заочного отделения специальностей: 210404 – «Многоканальные телекоммуникационные системы» 210406 – «Сети связи и системы коммутации» Чебоксары 2010 год Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Вычислительная техника» Для специальностей 210404, 210406 рассмотрены на заседании цикловой комиссии «Информационные технологии» Протокол № 6 от 16 февраля 2010 года Председатель цикловой комиссии В.М. Бакина Составитель: преподаватель Давыдова А.И. 1. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ Порядок выполнения курсовой работы Целью курсовой работы является закрепление знаний по разработке схемы цифрового автомата на основе микросхем малой степени интеграции. В ходе выполнения работы проводятся типовые расчеты и схема цифрового автомата на микросхемах заданной серии. По структуре курсовая работа состоит из: - введения, в котором раскрывается актуальность разрабатываемой темы, формулируются цели и задачи работы; - основной части; - заключения - списка используемой литературы; - приложения. Основная часть состоит из двух разделов. В первом разделе содержатся теоретические основы разрабатываемой темы. Второй раздел содержит практическую часть, которая состоит из следующих пунктов: - алгоритм функционирования микропрограммного автомата (МПА); - определение состояний МПА; - кодирование состояний, описание заданного триггера; - построение графа; - таблица функционирования МПА; - запись логических выражений для комбинационного узла; - построение схемы МПА; - схема цифрового автомата; - перечень элементов; Описание работы на переходе. Приведенное выше не является названием разделов, а только отражает содержание пояснительной записки. Распределить материал по разделам студент обязан самостоятельно, при чем названия разделов не должны совпадать с названием курсовой работы. При оформлении графического материала необходимо соблюдать требования ГОСТ 2.743-91, ГОСТ 19.701-90, гост 2.105-95. Варианты задания на курсовую работу приведены в табл. 1.1. Каждый вариант содержит: - алгоритм функционирования МПА с указанием сигналов на входе и выходе (выберите Ваш вариант из приложения А); - серию микросхем, элементы которых используются для построения схемы МПА; - тип триггера для построения регистра состояний. Начальное состояние цифрового автомата для всех вариантов – а0. Таблица 1.1. Варианты заданий № алгоритма Серия микросхем Тип триггера 1 К155 ТМ2 2 К555 ТВ9 3 КР1533 ТМ8 4 КР1533 ТВ11 5 530 ТВ10 6 КР1531 ТВ15 7 К564 ТВ1 8 КР1531 ТВ10 9 КР1531 ТМ9 10 К555 ТВ6 1.2 Структура процессорного устройства. Понятие микропрограммного автомата. ЭВМ состоит из ряда устройств, взаимодействующих друг с другом в процессе решения задачи. Ядром ЭВМ является процессор, который состоит из: арифметико - логического устройства (АЛУ) и устройства управления (УУ). АЛУ предназначено для выполнения в ЭВМ арифметических и логических операций. УУ, посылая в определенной временной последовательности управляющие сигналы в устройства ЭВМ, обеспечивает их соответствующее функционирование и взаимодействие друг с другом. На рис. 1.2 приведена структурная схема процессора. Входные данные Выходные данные Рис. 1.2 Операционное устройство (ОУ) – устройство в котором выполняются операции. Оно состоит из регистров, сумматоров, каналов передачи информации, мультиплексоров для коммутации каналов, шифраторов, дешифраторов и т.д. Устройство управления (УУ) – координирует действия узлов операционного устройства и вырабатывает в некоторой временной последовательности управляющие сигналы, под действием которых в узлах ОУ выполняются требуемые действия. В процессе работы ОУ, в его узлах выполняется последовательность элементарных действий. Например: 1. Установка регистра в нулевое состояние (R1 0). 2. Пересылка содержимого одного регистра в другой ( R2 R1). 3. Процесс счета , при котором содержимое СТ увеличивается (уменьшается) на 1 (Сч (Сч + 1)). Такая совокупность одновременно выполняемых микроопераций называется микрокомандой, а весь набор микрокоманд, предназначенных для решения определенной задачи, - микропрограммой. Таким образом, в ОУ можно выполнить n различных микроопераций, при этом из УУ по управляющей цепи подать управляющий сигнал (лог. 1) для выполнения соответствующей микрооперации. т.к. УУ определяет микропрограмму, т.е. какие и в какой временной последовательности должны выполняться микрооперации, УУ получило название микропрограммного автомата (МПА). Два подхода к построению УУ Существует два принципиально разных подхода к проектированию микропрограммного автомата (УУ): использование принципа схемной логики и использование принципа программируемой логики. В первом случае (принцип схемной логики) в процессе проектирования подбирается некоторый набор цифровых микросхем (обычно малой и средней степени интеграции) и определяется такая схема соединением их выводов, которая обеспечивает требуемое функционирование. УУ построенное по принципу схемной логики обладает высоким быстродействием при заданном типе технологии элементов. Но в этом случае возникает трудность в использовании БИС и СБИС, т.к. для каждого типа процессора потребуется индивидуальный тип БИС. Промышленность должна будет выпускать большое количество типов БИС, а потребность в каждом типе низкая, что окажется экономически невыгодно. Во втором случае(принцип программируемой логики) использует универсальное устройство на одной или нескольких БИС, в котором требуемое функционирование обеспечивается программой (или микропрограммой) занесенной в память. В зависимости от введенной программы такое УУ обеспечивает требуемое управление ОУ при решении самых разнообразных задач. В этом случае число типов БИС будет небольшим, а потребность в каждом типе высокая, что экономически выгодно для выпуска их промышленностью. 1.4 Понятие цифрового автомата Цифровой автомат (ЦА) под действием входных сигналов принимает состояния в соответствии с набором значений входных сигналов и выдает сигнал, зависящий от внутреннего состояния либо от внутреннего состояния и входных сигналов. ( примером ЦА является процессор, который осуществляет прием, хранение и преобразование цифровой информации по некоторому алгоритму). Работа ЦА происходит на трех множествах: - множестве входных сигналов Х1, Х2, …., Хn; - множестве внутренних состояний А0, А1, А2, …. Аn; (А0 – начальное, исходное состояние) - множестве возможных выходных сигналов У1, У2, …, Уn. Работа автомата определяется следующими функциями: - функцией переходов f, которая определяет состояние автомата А (t+1) в момент времени t+1 в зависимости от состояния автомата А(t) и значения входного сигнала Х (t) в момент времени t, т.е. А (t+1) = f (А(t);Х (t)). - функцией выходов φ, которая определяет зависимость выходного сигнала автомата У(t), от состояния автомата А (t) и входного сигнала Х (t), т.е. У(t)= φ (А(t);Х (t)). Автомат с такой функцией выходов называют автоматом Мили. Существует другой тип автомата – автомат Мура, в котором выходной сигнал зависит только от внутреннего состояния и не зависит от входного сигнала. Для автомата МУРа функция переходов и выходов имеют вид: А (t+1) = f (А(t);Х (t)); У(t)= φ (А(t)).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СИНТЕЗ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ (УУ) С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИНЦИПА СХЕМНОЙ ЛОГИКИ
2.1. Построение схемы алгоритма.
При практическом построении цифрового автомата обычно задается его словесное описание. Затем следует процесс формализации задачи. В предлагаемой работе задание уже формализовано и представлено в виде алгоритма, где блок решение (символ - ромб) какой входной сигнал (признак) определяет условие перехода, блок процесс (символ -прямоугольник) определяет какие выходные сигналы при данном переходе должен сформировать автомат.
Схема алгоритма приведена на рис. 2.1.
 |
 |
 |
Рис. 2.1
2.2 Разметка состояний ЦА по алгоритму
Устройство управления (УУ) − это устройство последовательностного типа, которое имеет некоторое число устойчивых состояний. Для определения числа состояний УУ производят разметку алгоритма следующим образом.
Начало и конец отмечают символом а0. Блок 1 является операторным блоком, поэтому символом а1 отмечается вход следующим за ним блок 2 условного перехода по признаку х2 . Затем выбирается следующий операторный блок- блок 4 и символом а2 отмечается вход следующего за ним блока 5. Таким образом полученные отметки а0, а1, а2 соответствуют состояниям устройства и таким образом УУ имеет 3 состояния.
2.3 Построение графа функционирования МПА
Состояния УУ в графе представляются узлами (изображаемыми кружками с записью внутри них обозначений соответствующих состояний). Дуги соединяющие узлы показывают возможные переходы из одного состояния в другое, на дугах записываются условия (признаки), поступающие на входы УУ с ОУ и МК которая должна выдаваться УУ. Отсутствие признака или МК обозначается знаком « - ». Граф синтезируемого УУ приведен на рис. 2.2.
 |
Х2 ; −
Х2;Х1; У1,У2, У5, У7
− ; У4 ,У6
 |
Х2 ; Х1; У3
−; У1, У2, У5, У7
 |
Рис. 2.2
2.4 Кодирование состояний УУ
При кодировании каждому состоянию УУ присваивается некоторая кодовая комбинация. Число разрядов кода выбирается исходя из соотношения: М < 2к, где к – минимальное целое число; М – число состояний. В рассматриваемом случае М = 3; то к= 2. Таким образом, состояния УУ отображаются двухразрядными кодовыми комбинациями. Следовательно для хранения двухразрядных комбинаций потребуется двухразрядный регистр.
Приведем таблицу состояний УУ и кодовых комбинаций.
Таблица 2.1
| Состояние устройства | Кодовые комбинации | |
| Q2 | Q1 | |
| А0 | 0 | 0 |
| А1 | 0 | 1 |
| А2 | 1 | 0 |
2.5 Структурная схема УУ
Структурная схема УУ представлена на рис. 2.3 и содержит регистр состояний на RS – триггерах и комбинационный узел.
Регистр является регистром текущего состояния (напр. зафиксируем состояние 00) Это состояние с выходов регистра Q2 и Q1 поступает в комбинационный узел и в соответствии со значениями условий Х1 и Х2 с выхода ОУ определяется новое состояние УУ (напр. 01) при этом формируются сигналы S2, R2; S1,R1 которые в момент фронта синхроимпульса С устанавливают в регистре новую кодовую комбинацию, соответствующую следующему состоянию устройства. Комбинационный узел также формирует управляющие сигналы У1 ….У7, под действием которых в ОУ выполняются микрооперации.
 |
Х1
 |
Х2
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 743; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!