Вычислительная техника и информационные технологии

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

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=fк (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) N=10i+j=34;K=N=34;

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). 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;


"b"? 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=

и размещение результата в RgQ

. 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 УУV5V4V3V2V1P2P1P0K2K1K0AyAxV6V7К100011111110001010010001К200100111хxxxxхxх0100010К300101111010ххххх0100001К400110111хxxxxxхх0100110К500111111100001110011001К601000111xхxхxxхх0101010К701001111010ххххх0101001К801010111хxxxxxxх0101110К901011Стоп011010010101101

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.

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-тактеQ4(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.



Для формирования сигналов q1, q2 ,q3, q4 использую встроенную логику ЗИ JK- триггеров. В результате память КА, вместе с КУ1 превратится в счетчик с параллельным переносом. Комбинационное устройство КУ2, имея на своих входах сигналы Q1, Q2, Q3, Q4 должно формировать выходные сигналы V1, V2,…V7, W согласно таблице 3. Формулы для МДНФ выходных переменных V1, V2,…V7, W позволяют построить принципиальную схему КУ2, чем и завершается синтез УУ.


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.


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


1.Цифровая и вычислительная техника/Под ред. Э.В. Евреинова. - М.: Радио и связь, 1991. - 464 с.

2.Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы. - М.: Энернгоатомиздат, 1991. - 592 с.

.Скворцов Г.И. Вычислительная техника и информационные технологии -МТУСИ М. 2004 - 40 с.


Теги: Вычислительная техника и информационные технологии  Курсовая работа (теория)  Информационное обеспечение, программирование
Просмотров: 43730
Найти в Wikkipedia статьи с фразой: Вычислительная техника и информационные технологии
Назад