Синтез управляющего устройства процессора в форме Автомата Мили (стр. 1 из 4)

РОССИЯ

Федеральное агентство связи

Бурятский филиал ГОУ ВПО СибГУТИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Вычислительная техника»

на тему: Синтез управляющего устройства процессора в форме «Автомата Мили»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Руководитель работы:

Выполнил студент:

группы: 3М-07(2)

Улан-Удэ2008 г.

Содержание

Введение

1. Постановка задач

2. Основная часть

2.1 Теоретические основы процессоров

2.1.1. Построение процессоров

2.1.2. Общая структура процессоров

2.1.3. Цифровые автоматы

2.2. Практическая часть

2.2.1. Определение состояний ЦА

2.2.2. Расчёт количества триггеров и кодирование состояний ЦА

2.2.3. Структурная схема управляющего устройства

2.2.4. Построение графа функционирования устройства

2.2.5. Заполнение таблицы функционирования устройства

2.2.6. Запись логических выражений в заданном базисе

2.2.7. Выбор микросхем

2.2.8. Описание работы

3.Заключение

4. Список используемой литературы

Задание

Постановка задачи:

По заданному алгоритму функционирование управляющего устройства процессора с жесткой логикой синтезировать принципиальную электрическую схему на заданной серии интегральных микросхем и типы триггеров.

Начальное состояние цифрового автомата для всех вариантов взять а₀.

Исходные данные:

№ варианта	№ алгоритма	Серия ИМС	Тип триггера
3	3	КР1533	ТМ8

Введение

В наступившем двадцать первом веке человечество не мыслит себя без цифровых технологий. Цифровое телевидение, цифровая фото и видео съёмка, цифровая сотовая и стационарная связь и т. д.; человек пользуется этими благами цивилизации, не задумываясь о том, как и что там работает. А ведь там происходят очень сложные действия над информацией, представленной в двоичной системе счисления.

Устройства, которые обеспечивают цифровую обработку информации, называются цифровыми. Эти устройства выполнены на цифровых интегральных микросхемах, что позволяет значительно уменьшить габариты устройств, массу, потребляемую мощность, стоимость и намного улучшить надёжность. Применение технологий больших и сверхбольших интегральных микросхем позволило перенести компьютеры из лабораторий и специальных учреждений в каждый дом. Помимо улучшения качества и надёжности аппаратуры интегральные микросхемы также влияют на производительность и качество труда человека, посредством того, что работа становится автоматизированной и, следовательно, увеличивается в разы вычислительная способность и уменьшается риск ошибки.

С появлением цифровых устройств в технике связи стало возможным предоставление огромного числа услуг, улучшилось качество связи и увеличился объём передаваемой информации.

Вершиной цифровой техники является микропроцессор. Мало кто знает, что в современных японских автомобилях автоматической подкачкой колёс управляет микропроцессор.

Микропроцессорные устройства широко используются в аппаратуре, которая обеспечивает обмен, обработку, распределение информации. Поэтому нам, связистам необходимы знания в области вычислительной техники. Углубить полученные в курсе лекций знания нам поможет данная курсовая работа. Мы будем синтезировать управляющее устройство процессора и ознакомимся с принципом его работы.

2. Основная часть

2.1 Теоретическая часть

2.1.1 Построение процессоров

Существует два подхода к проектированию микропрограммного автомата: использование принципа схемной (жёсткой) логики или принципа программируемой логики.

При использовании процессора со схемной логикой при проектировании выбирается набор микросхем и выбирается та схема, которая обеспечивает требуемое функционирование. Устройства, построенные по такому принципу, способны обеспечить наивысшее быстродействие. Недостаток: трудность использования интегральных микросхем большой и сверхбольшой степени интеграции. Это связано с тем, что для разных процессоров потребуются различные БИС. Число БИС окажется большим, а потребность в каждом типе БИС окажется низкой.

Принцип программируемой логики предполагает использование одной или нескольких БИС некоторого универсального устройства, функционирование которого обеспечивается заключением в память устройства определённой программы. В зависимости от программы такое устройство может выполнить самые разнообразные функции. Число БИС окажется небольшим, а потребность БИС каждого типа высокой.

2.1.2 Общая структура процессоров

Процессор осуществляет непосредственно обработку данных и программное управление процессом обработки данных. Он синтезируется в виде соединения двух устройств: операционного и управляющего (рис. 1)

Вход данных

U₁ U_2..Un

Y₁Х₁

Y₂

x _s+1

Y_n X_S

X_L

Z₁ Z₂..Z_n

Выход данных

Операционное устройство (ОУ) – устройство, в котором выполняются операции. Оно включает в качестве узлов регистры, сумматоры, каналы передачи информации, мультиплексоры для коммутации каналов, шифраторы, дешифраторы и т. д. Управляющее устройство (УУ) координирует действия узлов операционного устройства; оно вырабатывает в некотором временной последовательности управляющие сигналы, под действием которых в узлах операционного устройства выполняются требуемые действия.

Процесс функционирования операционного устройства распадается на последовательность элементарных действий в его узлах:

1) установка регистра в некоторое состояние (например, запись в регистр R1 числа 0, обозначаемая R1 ← 0);

2) инвертирование содержимого разрядов регистра (например, если регистр R2 содержал двоичное число 101101, то после инвертирования его содержимое будет равно 010010; такое действие обозначают R2 ← (

));

3) пересылка содержимого одного узла в другой (например, пересылка содержимого регистра R2 в регистр R1, обозначаемая R1 ← (R2));

4) сдвиг содержимого узла влево, вправо (например, сдвиг на один разряд влево содержимого регистра R1, обозначаемый R1 ← СдвЛ (R1));

5) счет, при котором число в счетчике (регистре) возрастает или убывает на единицу (Сч ← (Сч ±1));

6) сложение (например, R2 ← (R2) + (R1));

7) сравнение содержимого регистра на равенство с некоторым числом; результат сравнения: лог.1 (при выполнении равенства) либо лог.0 (при невыполнении равенства);

8) некоторые логические действия (поразрядно выполняемые операции конъюнкции, дизъюнкции и др.).

Каждое такое элементарное действие, выполняемое в одном из узлов ОУ в течение одного тактового периода, называется микрооперацией.

В определенные тактовые периоды одновременно могут выполняться несколько микроопераций, например R2 ← 0, Сч ← (Сч)-1. Такая совокупность одновременно выполняемых микроопераций называется микрокомандой, а весь набор микрокоманд, предназначенный для решения определенной задачи, - микропрограммой.

Таким образом, если в операционном устройстве предусматривается возможность исполнения n различных микроопераций, то из управляющего устройства выходят n управляющих цепей, каждая из которых соответствует определенной микрооперации. И если необходимо в операционном устройстве выполнить некоторую микрооперацию, достаточно из управляющего устройства по определенной управляющей цепи, соответствующей этой микрооперации, подать сигнал (например, напряжение уровня лог.1). В силу того, что управляющее устройство определяет микропрограмму, т.е. какие и в какой временной последовательности должны выполняться микрооперации, оно получило название микропрограммного автомата.

Формирование управляющих сигналов Y₁,…,Y_n (рис.1) для выполнения микрокоманд может происходить в зависимости от состояния узлов операционного устройства, определяемого сигналами Х₁,…,Х_S, которые подают с соответствующих выходов операционного устройства на входы управляющего устройства. Управляющие сигналы Y₁,…,Y_nмогут также зависеть от внешних сигналов Х_S+1, …, Х_L.

Для сокращения числа управляющих цепей, выходящих из управляющего устройства (в тех случаях, когда оно конструктивно выполняется отдельно от операционного), микрокоманды могут кодироваться.

2.1.3 Цифровые автоматы.

Цифровые автоматы – это логическое устройство, в которых помимо логических элементов имеются элементы памяти. Значение выходных сигналов такого устройства зависит не только от аргументов на входе в данный момент времени, но и от предыдущего состояния автомата, которое фиксируется элементами памяти. В качестве элементов памяти могут использоваться триггеры. Каждое внутреннее состояние цифрового автомата определяется исходным состоянием триггеров и последовательностью входных сигналов, действующих на входе в данный момент времени, поэтому такие устройства называются последовательностными схемами. К последовательностным схемам можно отнести: триггеры, счетчики, регистры.

В общем случае структурная схема цифрового автомата может быть представлена в виде набора трех узлов: комбинационной схемы формирования выходных сигналов, комбинационной схемы формирования сигналов управления триггерами и, собственно, памяти (рис.2)