Разработка процессорного модуля
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ
ОА - операционный автомат
УА - управляющий автомат
УУ - устройство управления
Р-автомат - управляющий автомат в программируемой логикой
ГСА - граф-схема алгоритма
ВВЕДЕНИЕ
Высокий уровень внедрения компьютерных систем в жизнь человека требует от специалистов по компьютерной технике все больше практических знаний и умений в построении сложных компьютерных систем.
В современном мире информации становится все больше: контент производится пользователями компьютеров ежесекундно и в огромном количестве. Вместе с количеством информации растет и ее ценность. Соответственно, человечеству необходимо все больше устройств обработки информации, выполняющих разнообразные задачи и имеющих следующие характеристики: высокую отказоустойчивость, надежность, производительность.
Очевидно, что задача обработки информации является комплексной и может быть разбита на несколько подзадач: организация именно обработки информации, повышение надежности системы, улучшение функциональных характеристик. Все эти задачи обуславливают потребность в профессиональных инженерах, которые будут заниматься проектированием электронных систем, выполняющих обработку инфорамции.
Обработка информации - очень обобщенный термин, который включает в себя множество всевозможных операций. Совокупность многих операций и закон их последовательного выполнения могут быть описаны граф-схемой алгоритма (ГСА), в которой присутствуют операторные (изменение информации) и условные вершины (реализация ветвлений алгоритма).
В процессе выполнения данного курсового проекта будет осуществлено проектирование процессорного модуля - независимого устройства, которое может выполнять два заданных действия над операндами. Результатом проекта будет схема устройства, отвечающего требованиям к системам обработки информации.
1 АНАЛИЗ ЗАДАЧИ
Электронная система, реализующая сложный алгоритм обработки данных, может быть условно разделена на две функционально связанные подсистемы - управляющий и операционный автомат. Взаимодействие двух этих подсистем приведено на рисунке 1.1.
процессный модульоперационный программируемый
Рисунок 1.1 - Декомпозиция электронной системы на операционный и управляющий автомат.
Управляющий автомат определяет порядок реализации вычислительных операций и отображает граф-схему функционирования электронной системы. Входной информацией для управляющего автомата является множество осведомительных сигналов {X} и множество внешних флагов ветвления {F}, результатом функционирования - множество признаков выполняемых микроопераций {Y}.
Операционный автомат осуществляет вычислительные действия над операндами. Структурно операционный автомат состоит из элементов памяти (регистров), осуществляющих хранение значений операндов, и комбинационных схем, отвечающих за выполнение микроопераций. Входной информацией для операционного автомата являются линии данных {D} и множество выполняемых в данном такте микроопераций {Y}, выходами являются линии результата {R} и выработанные признаки результата {X}, используемые в управляющем автомате.
Согласно полученного задания необходимо реализовать процессорный модуль, выполняющий алгоритмы следующих действий: умножение целых двоичных беззнаковых чисел, начиная с младших разрядов множителя, умножение целых двоичных знаковых чисел.
На рисунках 1.2 и 1.3 приведены ГСА действий, которые должен выполнять проектируемый процессорный модуль.
0
1
0
1
Рисунок 1.2 - ГСА умножения целых двоичных беззнаковых чисел, начиная с младших разрядов множителя
Рисунок 1.3 - ГСА умножения целых двоичных знаковых чисел
Для выполнения поставленной задачи необходимо объединить две ГСА, т.к. проектируемый процессорный модуль должен выполнять две операции. Для выбора одной из операций в объединенную ГСА, которая изображена на рисунке 1.4 добавлена условная вершина проверяющего состояние регистра OРP (operation). Данные в ОРР являются, как и операнды, входной информацией для проектируемого процессорного модуля.
Таким образом, при проектировании процессорного модуля необходимо использовать объединенную ГСА, описывающую алгоритмы выполнения предусмотренных действий. Процессорный модуль будет логически разбит на две подсистемы - операционный автомат (ОА) и управляющий автомат ( УА), которые будут проектироваться как независимые устройства.
2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПЕРАЦИОННОГО АВТОМАТА
2.1 Общие вопросы функционирования операционных атоматов
Функции ОА сводятся к вводу-выводу и хранению слов информации, выполнению микроопераций и вычислению логических условий. Чтобы реализовать эти действия, необходим набор элементов, достаточный для построения структур с заданными функциями. Такой набор элементов называется структурным базисом ОА.
Основными операционными элементами, используемыми в ОА, являются:
управляемые шины, обеспечивающие передачу информации;
регистры;
комбинационные схемы, используемые для выполнения преобразований и формирования логических условий.
В общем виде структура ОА представлена на рисунке 2.1, где Ф - комбинационные схемы, выполняющие преобразование, S - памят