Курсовая работа: Синтез керуючих автоматів

Курсовая работа: Синтез керуючих автоматів

ВСТУП

Принцип мікропрограмного керування припускає, що цифровий пристрій складається з двох частин: операційний автомат (ОА) і керуючий автомат (КА). ОА виконує найпростіші операції (мікрооперації) типу зсув, алгебраїчне додавання, кон’юнкція, диз’юнкція і т.п. КА формує послідовність керуючих символів в ОА, під впливом яких ОА реалізує більш складні алгоритми. Такі послідовності операцій називаються мікропрограмами та, звичайно, записуються у вигляді граф-схеми алгоритму.

КА розділяються на дві великі групи: автомати з жорсткою логікою та автомати з програмованою логікою. У свою чергу автомати з жорсткою логікою підрозділяються на автомати, виконані за схемою Мілі (КА Мілі) і за схемою Мура (КА Мура), автомати з програмованою логікою – на автомати з примусовою адресацією та з природною адресацією.

В автоматах з жорсткою логікою схема автомата однозначно інтерпретує граф-схему мікропрограми. В автоматах із програмованою логікою граф-схема інтерпретується у вигляді програми, що зберігається в пам’яті автомата.

1. СИНТЕЗ ОПЕРАЦІЙНОГО АВТОМАТА

1.1 Аналіз вхідних даних

 

 Загальна формула для обчислювання результату S має такий вигляд:

Формулі ,  та  згідно з варіантом завдання:

             

Загальний алгоритм для обчислювання формули S приведений на рисунку 1.1.

Для обчислювання формули S використовується ІМp-модель (Individual Mutual with Parallel part - IMp).

Рис. 1.1 – Загальний алгоритм для обчислювання формули S

Схему взаємодії операційного та керуючої частин у цифровому просторі зображено на рисунку 1.2.

 

                    

                                          

Рис. 1.2 – Структура цифрового пристрою

Структурна схема ІМp - моделі зображена на рисунку 1.3

                                                                                             

 

 

 

 

Рис. 1.3 – Структура операційного пристрою

Пам’ять автомата складається з регістрів загального призначення R1, ... , Rn.

Локальні шини А1, А2, A3 призначені для прийому інформації з пам’яті та передачі її на комбінаційні схеми (КС).

В даному випадку використовуються КС двох типів: одномісні та двомісні.

Рис. 1.4 – Приклад комбінаційних схем

Однак, у даному ОА використовуються лише деякі з них.

 

1.2  Розробка функціонального алгоритму

Функціональна і структурна організація операційних пристроїв (ОУ) базується на принципі мікро програмного керування, сформульованому в 1951 році М. Уилксом.  Відповідно до цього принципу будь-яка машинна операція розділяється на послідовність елементарних дій по обробці інформації – мікро операцій (МО). Порядок проходження мікро операцій визначається спеціальними логічними умовами  (ЛУ), що у залежності від значень оброблюваної інформації приймають значення "істина" (1) або "неправда" (0). Алгоритм операцій в ОУ, записаний у термінах мікро операцій і логічних умов, що відбиває порядок проходження мікро операцій у часі, називається мікропрограмою.

Функція УА – це оперативна схема алгоритму, операторами якої є символи

, що ототожнюються з МО, виконуваними ОА, як логічні умови використовуються  булеві перемінні  . Найбільше часто операторна схема алгоритму представляється у виді граф-схеми алгоритму (ГСА).

Граф-схема алгоритму. Орієнтований зв'язаний граф – граф, що містить одну початкову вершину, одну кінцеву вершину, довільну безліч умовних і операторних вершин.

Будова ІМр автомата дозволяє паралельно виконувати одномісну та двумісну операції, тобто можливо виконувати за одне завантаження автомату завантаження двох операнд. Наприклад, у п’ятій вершині зроблено саме так.

Кожній дії, завантаженню автомата, відповідає Y[і].

Ідентичні дії відповідають однаковим командам, Y[і].

Логічні умови позначаються – XL, однаковим умовам відповідають однакові XL.

Функціональний алгоритм приведений на рисунку 1.5.

Рис. 1.5 – Функціональний алгоритм

1.3  Розробка структурної схеми автомата

 

1.3.1. Визначення набору регістрів пам’яті:

Rg : {RA, RB, RC, RS1, RS2, RS3}

 

1.3.2. Набір комбінаційних схем:

Одномісні: КС1 : {L1, L2, L3, R1, R2, R3}

На шину C повинні поступати всі аргументи одномісних операцій.

Двомісні: КС2: {Sum, Sub}

Припустимо, що операція відіймання виконується наступним чином:

Sub := B - A, тому від’ємне завжди повинно знаходитись на шині B, а від’ємник на шині А. В іншій двомісній операції Sum порядок операндів значення не має.  

Рис. 1.6 – Структурна схема автомата

 

1.3.3. Зв'язки між регістрами та локальними шинами

Наша схема має три шини: А та B – двомісні, та шина C – одномісна.

A {RA, RB, RC, RS1, RS2, RS3}

B {RA, RB, RC, RS1, RS2, RS3}

C {RA, RB, RC, RS1, RS2, RS3}

1.3.4.  Зворотні зв'язки шин Z1 та Z2 з регістрами пам’яті

Шини, що є результативними:

Z1 – результати одномісних операцій, а Z2 – двомісних операцій.

Z1 {RA, RB, RC, RS1, RS2, RS3}

Z2 {RA, RB, RC, RS1, RS2, RS3}

Кожний елемент, котрий діє у схемі може виконуватись тільки при наявності відповідного керуючого сигналу y[n].

у1, у2, у3 – завантаження початкових даних на шини.

у4 – у15 – завантаження даних  у регістри пам'яті.

у16–у33 – завантаження з пам'яті на локальні шини А, B, C.

у34, у39 – завантаження результатів одномісних операцій на шину Z1.

y40–у41 – завантаження результатів двомісних операцій на шину Z2.

Отримані таким чином дані заносимо до таблиці 1.1

Табл. 1.1 –Таблиця мікрооперацій

Мікрооперація

A

B

C

Z1

Z2

Result

Y

формула

регістр

y

регістр

y

регістр

y

форм.

y

форм.

y

регістр

y

1

RA := <A> RB := <B>

<B>

y2

<A>

y1

RA:=Z2 RB:=Z1

y4 y7

2

RC := <C>

<C>

y3

RC:=Z2

y8

3

RS3 := RA + RB

RA

y17

RB

y21

RA+RB

y40

RS3:=Z2

y14

4

RS2 := RA – RB

RB

y20

RA

y18

RA-RB

y41

RS2:=Z2

y12

5

RS1 := L3(RS2)

RS2

y28

L3(RS2)

y36

RS1:=Z1

y11

6

RS1 := RS1 – RS2

RS2

y29

RS1

y27

RS1-RS2

y41

RS1:=Z2

y10

7

RS2 := L2(RA)

RA

y16

L2(RA)

y35

RS2:=Z1

y13

8

RS3 := L1(RB)

RB

y19

L1(RB)

y34

RS3:=Z1

y15

9

RS1 := RS2 – RS3

RS3

y32

RS2

y30

RS2-RS3

y41

RS1:=Z2

y10

10

RS1 := L2(RA)

RA

y16

L2(RA)

y35

RS1:=Z1

y11

11

RS1 := RS1 – RA

RA

y17

RS1

y27

RS1-RA

y41

RS1:=Z2

y10

12

RS1 := R1(RS1)

RS1

y25

R1(RS1)

y37

RS1:=Z1

y11

13

RS1 := RS1 – RB

RB

y20

RS1

y27

RS1-RB

y41

RS1:=Z2

y10

14

RS3 := RB – RA

RA

y17

RB

y21

RB-RA

y41

RS3:=Z2

y14

15

RS3 := R1(RB)

RB

y19

R1(RB)

y37

RS3:=Z1

y15

16

RS2 := RA – RS3

RS3

y32

RA

y18

RA-RS3

y41

RS2:=Z2

y12

17

RS2 := RA + RB RS3 := L1(RC)

RA

y17

RB

y21

RC

y22

L1(RC)

y34

RA+RB

y40

RS2:=Z2 RS3:=Z1

y12 y15

18

RS2 := RS2 – RS3

RS3

y32

RS2

y30

RS2-RS3

y41

RS2:=Z2

y12

19

RS2 := RS2 – RC

RC

y23

RS2

y30

RS2-RC

y41

RS2:=Z2

y12

20

RS3 := L1(RB)

RB

y19

L1(RB)

y34

RS3:=Z1

y15

21

RS3 := RA – RS3

RS3

y32

RA

y18

RA-RS3

y41

RS3:=Z2

y14

22

RS2 := L3(RS3)

RS3

y31

L3(RS3)

y36

RS2:=Z1

y13

23

RS2 := RS2 – RS3

RS3

y32

RS2

y30

RS2-RS3

y41

RS2:=Z2

y12

24

RS2 := R3(RS2)

RS2

y28

R3(RS2)

y39

RS2:=Z1

y13

25

RS3 := RC + RB

RB

y20

RC

y24

RB+RC

y40

RS3:=Z2

y14

26

RS3 := L1(RS3)

RS3

y31

L1(RS3)

y34

RS3:=Z1

y15

27

RS3 := RS3 + RC

RS3

y32

RC

y24

RS3+RC

y40

RS3:=Z2

y14

28

RC := L2(RB) RS3 := RA – RB

RB

y20

RA

y18

RB

y19

L2(RB)

y35

RA-RB

y41

RC:=Z1 RS3:=Z2

y9 y14

29

RS3 := RS3 – RC

RC

y23

RS3

y33

RS3-RC

y41

RS3:=Z2

y14

30

RS3 := RC – RA

RA

y17

RC

y24

RC-RA

y41

RS3:=Z2

y14

31

RS3 := R2(RS3)

RS3

y31

R2(RS3)

y38

RS3:=Z1

y15

32

RS1 := L1(RS1)

RS1

y25

L1(RS1)

y34

RS1:=Z1

y11

33

RS1 := RS2 + RS1

RS1

y26

RS2

y30

RS1+RS2

y40

RS1:=Z2

y10

34

RS1 := RS2 – RS1

RS1

y26

RS2

y30

RS2-RS1

y41

RS1:=Z2

y10

35

RS1 := L2(RS3)

RS3

y31

L2(RS3)

y35

RS1:=Z1

y11

36

RS1 := RS2 + RS1

RS1

y26

RS2

y30

RS1+RS2

y40

RS1:=Z2

y10

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8