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.ùА(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.ùВ(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).ùС(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 | $IMAGE6$ |
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.
$IMAGE7$
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.
