Расчет многофункционального регистра (МФР) (стр. 1 из 4)
Содержание
Введение
1. Задание
1.1 Список микроопераций
2. Описание функционирования МФР, как основного узла ОА
3. Разбиение множества МО на подмножества, сегментация соответствующего формата данных
4. Формирование функций возбуждения для T триггера
4.1 Функции возбуждения
4.2 Сегментация
5. Синтез МФР
5.1 Краткое описание элементной базы К555
5.2 Описание структурной схемы МФР
6. Описание принципиальной схемы на элементах малой и средней степени интеграции
7. Описание принципиальной схемы на элементах малой и средней степени интеграции
7.1. Подготовка операндов
Введение
В данной курсовой работе рассчитан многофункциональный регистр (МФР). Задается 9 микроопераций (МО): 7 для входной шины и 2 для выходной шины.
Синтез регистра произведен на элементах малой и средней степени интеграции, а также на большой степени интеграции.
Использована различная элементная база: мультиплексоры, дешифратор, ПЗУ, программируемые логические матрицы, арифметико-логические устройства, элементы 2и 2и-не 3и 2или 2или-не 3или-не, и др.
По схеме с элементами большой степени интеграции рассчитана печатная плата, трассировка, расположение элементов и отверстий.
1. Задание
В данной курсовой работе необходимо спроектировать многофункциональный регистр (МФР), выполняющий заданный набор микроопераций, который и будет являться основным узлом синтезируемого операционного автомата. Вариант курсового проекта образуется путём задания определенного набора микроопераций (выбирается по таблице) и элементной базы.
1.1 Список микроопераций
Согласно варианта задан следующий список микроопераций
7,11,15 (n=2), 19 (n=3),3134,36,45,49
Операция выполняемая схемой контроля:
x1: 2R>m; x2: R=1. .1, где m - двоичное представление суммы, последних двух цифр номера зачетки и числа 23.
№ варианта - 23, следовательно m=23+23=46=001011102
Содержание МО:
Тип триггера: T
Серия элементов: K555
2. Описание функционирования МФР, как основного узла ОА
Назначение операционного устройства (ОУ) - обработка текущих операндов, в соответствии с заданной МО и выдача результатов этой обработки. ОА может быть представлен в виде двух взаимодействующих автоматов: УА и ОА. Синтез УА был рассмотрен ранее, в курсовом проекте по ПТЦА. ОА состоит из регистров, сумматоров и других узлов, производящих прием, хранение и обработку информации, а также выдачу результата обработки во внешнюю среду и выдачу в УА и внешнюю среду осведомительных сигналов об особых значениях операндов или их отдельных разрядов (о знаках операндов, о равенстве нулю результата операции, об окончании работы, переполнении и т.п.).
Процесс функционирования во времени ОУ состоит из последовательности тактовых интервалов, в которых ОА производит определенные элементарные операции обработки слов: ОА выполняет некоторый набор элементарных преобразований информации: передачи слова из регистра в регистр, взятие обратного кода, сдвиг кода и т.п. В общем случае ОА может выполнять множество таких МО, но на практике реализуются те микрооперации, которые должен выполнять ОУ, и их количество ограничено. В каждом такте выполняется только одна МО. Границы тактов задаются длительностью синхросигнала.
УА обычно представляется в виде регистровой структуры, то есть совокупности МФР со своими шинами, КС, предназначенными для формирования функций возбуждения триггеров и выходных сигналов ОА.
Под МФР подразумевают регистр, способный выполнить некоторое множество МО Y={y1, y2... ym} над входными словами, а также над словами, которые хранились в регистре до начала выполнения МО. В каждом машинном такте регистр может выполнить либо только одну МО, либо не выполнить ни одной. Кроме стандартного набора МО для обычного регистра, в МФР используются и другие МО, предусматривающие предварительную обработку входных данных (арифметическую или / и логическую).
Таким образом МФР - это автомат с памятью, у которого входными, являются переменные А1, А2,... Ак и множество МО Y, а выходными - В1, В2,... Вs и Х. Для синтеза такого автомата проводят его декомпозицию, крайнем случаем которой является разбиение данного автомата на элементарные одноразрядные автоматы; при этом рассматривается n - автоматов с двумя состояниями.
В большинстве реальных случаев нет необходимости в полной декомпозиции, поскольку МО, это совокупность действий над группами разрядов (сегментами); таким образом декомпозиция сводится к разбиению поля МФР на сегменты, внутри которых действия, выполняемые над разрядами сегмента, идентичны.
3. Разбиение множества МО на подмножества, сегментация соответствующего формата данных
Множество выполняемых регистром МО Y={ y1, y2, y3, y4, y5, y6, y7, y8, y9} условно можно разбить на два подмножества:
Y1={y1, y2, y3, y4, y5, y6, y7} и Y2={ y8, y9}.
Первое множество включает в себя такие МО, в результате выполнения которых происходят изменения содержимого регистра. Эти МО описываются оператором присваивания
Рг: =f (A1, A2,A3, Рг),
где f - некоторая функция от значений слов, поступающих по входным шинам - A1, A2,A3, а также от содержимого регистра Рг, которое существовало в нем до момента выполнения данной МО.
К подмножеству Y2 отнесем такие МО, в результате выполнения которых не происходит изменение содержимого регистра, но осуществляется передача в некоторую совокупность выходных шин кодов, которые зависят, в общем случае, и от содержимого регистра Рг, и от кодов на входных шинах. Эти МО описываются оператором присваивания вида:
В: = Ф (Рг,A3),
где В - выходная шина, Ф - некоторая функция от содержимого регистра Рг и входной шины А3.
Структура МФР с учётом разбиения множества МО Y на подмножества Y1 и Y2 представлена на рис.1. Здесь первая комбинационная схема (КС1) управляется микрооперациями из подмножества Y1, а вторая (КС2) - из подмножества Y2, собственно регистр может быть синхронным либо асинхронным. Схемой КС3 вырабатываются признаки Х результата обработки регистром входных переменных А и, возможно предыдущего значения регистра. Методика разбиения на сегменты, то есть сегментация, основана на том, что поочередно рассматривается каждая МО, выполняемая МФР или шиной, при этом выявляются разряды регистра (шины), которые выполняют одну и ту же функцию. Затем рассматривается вся совокупность МО (при синтезе КС1-Y1, KC2-Y2) и производится пересечение исходных сегментов: при этом образуются новые сегменты, которые также составляют разрядное поле МФР либо шины.
Рис.1. Структура МФР
4. Формирование функций возбуждения для T триггера
4.1 Функции возбуждения
По заданию: тип триггера - T (синхронный):
| Q (t) | Q (t + 1) | T |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Некоторые МО я выполняю как для Д триггера (для упрощения схемы). Доказательство связи Д и Т триггеров:
| Q (t) | Q (t+1) | T |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
| Q (t) | Q (t+1) |  |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Как видно из таблиц: Т триггер одинаков с "исключающим или".
где Q (t) = R и Q (t+1) = D
Синтез производился по следующему принципу:
Получаем то значение, в которое необходимо установить регистр.
Мультиплексором производим выборку нужного значения в зависимости от используемой микрооперации.
Значение разряда регистра полученное на выходе мультиплексора необходимо подать на соответствующий разряд триггера. Кстати необходимо отметить и то, что если не действует ни одна из микроопераций, регистр должен сохранять своё значение.
микрооперация Y1:
данные функции возбуждения будут реализованы на сумматоре S1 (i) =A1 (i-1) - R (i)
| S1 | R | R (t+1) | T |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
R (t+1) (i) =S1 (i), i=1: 7
T (i) =
1 (i) +S1 (i) = 1, i = 1: 7 
R (t+1) (8) = 0
| R | R (t+1) | T |
| 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
T (8) = R (8)
микрооперация Y2:
T (i) =
, i = 1: 8микрооперация Y3:
T (1) = A1 (1)
T (2) =
T (i) = A2 (i), i = 3: 8
микрооперация Y4:
T (i) = A1 (i)
R (i), i = 1: 3T (j) = A2 (j)
R (j), i = 4: 8