Geum.ru

Методические указания к курсовой работе Самара 2005 г

Вид материалаМетодические указания

Содержание


А.д. абрамов
Проектирование микропрограммного автомата
2. Объём курсовой работы
3.Задание на курсовую работу
4.Методика проектирования микропрограммного автомата (автомата)
4.5.Запись логических выражений
Библиографический список
Подобный материал:


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ


ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»


К а ф е д р а «Электронные системы и информационная безопасность»



ПРОЕКТИРОВАНИЕ

МИКРОПРОГРАММНОГО

АВТОМАТА

НА ОСНОВЕ СХЕМНОЙ ЛОГИКИ


Методические указания к курсовой работе


Самара 2005 г


Составитель А.Д. АБРАМОВ


УДК 681. 32


Проектирование микропрограммного автомата на основе схемной логики. Метод. указ. к курс. работе.

Самар. гос. тех. ун.

Сост. А.Д. АБРАМОВ. Самара, 2005;


Приводятся методики и задания для выполнения курсовой работы по проектированию микропрограммного автомата на основе схемной логики.


Рассчитаны на студентов специальностей 201500, 075400 и других родственных специальностей.


Ил.5. Табл.2. Библиогр.:3


Печатается по решению редакционно – издательского совета СамГТУ


Проектирование микропрограммного автомата

на основе схемной логики


Составитель АБРАМОВ Алексей Дмитриевич


Редактор Н.В. В е р ш и н и н а

Технический редактор В.Ф. Е л и с е е в а


Подписано в печать 21.09.05

Формат 60x84 1/6. Бумага офсетная.

Печать офсетная

Усл. п. л. – 2,09. Уч.-изд. 2,0

Тираж 50 экз. С. 301.

___________________________________________________

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования
«Самарский государственный технический университет»
443100. г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244.

Главный корпус.

Отпечатано в типографии

Самарского технического университета

443100. г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244.

Корпус № 8.


1. Цель работы

Целью работы является закрепление теоретического материала по дисциплине «Цифровые устройства и микропроцессоры» и приобретение навыков самостоятельной работы по проектированию управляющих устройств (микропрограммных автоматов) на основе схемной логики.

2. Объём курсовой работы

Курсовая работа посвящена разработке функциональной схемы микропрограммного автомата, в основе которого лежит принцип схемной логики.

Курсовая работа (КР) оформляется в виде пояснительной записки объёмом 12-15 страниц и должна состоять из введения (2-3 страниц), содержательной части (10-12 страниц) и заключения (1-2 страницы).

В начале пояснительной записки (ПЗ) приводится её содержание и внешний вариант задания в виде блок – схемы алгоритма. Во введении приводится общая структура процессора, состоящая из двух блоков: операционного и управляющего, и поясняется их взаимодействие. Даётся описание управляющих и оповещающих сигналов, понятие микрооперации, микрокоманды и микропрограммы, а также двух принципов, используемых при построении микропрограммных автоматов. В содержательной части выполняется собственно проектирование микропрограммного автомата, которое заканчивается построением его функциональной схемы, состоящей из необходимых логических элементов и других цифровых устройств. В заключении ПЗ необходимо привести структурную схему процессора, программируемого на языке команд, т.е. структуру, в которой для каждой команды предусмотрено своё управляющее устройство. В конце ПЗ приводится библиографический список, используемый при написании ПЗ. Вся ПЗ надёжно брошюруется в формате А 4 (для удобства работ и сохранности).

3.Задание на курсовую работу

Задания на курсовую работу приведены в приложении. Каждое

1

задание представляет собой блок – схему алгоритма в микрокомандах

которая описывает функционирование управляющего устройства при выполнении определённой команды. При необходимости студент консультируется у преподавателя в назначенное время по расписанию. Возможны консультации и по договорённости с преподавателем. После выполнения КР и написания ПЗ студент сдаёт её в назначенное расписанием время. Преподаватель может вернуть ПЗ студенту на доработку. После второго возврата студент должен получить новое задание по КР и выполнить его.

При защите КР оцениваются итоговой оценкой содержание ПЗ, доклад студента (~5 мин) на защите и ответы на вопросы как среднее арифметическое.

4.Методика проектирования микропрограммного автомата (автомата)

Процесс проектирования разобьём на этапы.

1.Построение графа функционирования.

Управляющее устройство является логическим устройством последовательного типа. Микрокоманда, выдаваемая в следующем тактовом периоде, зависит от того, какая микрокоманда выдаётся в текущем тактовом периоде, или, иначе, от состояния, в котором находится устройство. Для определения состояния устройства произведём разметку схемы алгоритма, представленного в микрокомандах (см. рис.4.1) по следующему правилу: Символом а0 отметим начало и конец схемы. Далее последовательно отметим символами а1,а2 входы блоков, следующих за операторными блоками. Операторный блок – это блок, содержащий микрокоманды. Блок 1 является операторным блоком, и поэтому отмечаем символом а1 вход следующего за ним блока 2. Затем выбираем следующий операторный блок 4 и отмечаем символом а2 вход следующего за ним блока 5. Таким образом, выполняется разметка конкретной блок-схемы алгоритма полученного задания. Полученные отметки а0,a1, а2 соответствуют состояниям устройства, т.е. устройство должно иметь три соединения. Теперь можно приступить к построению графа функционирования устройства. Состояния устройства в графе представляются узлами. Дугами, соединяющими узлы, показывают возможные переходы эти переходы соответствуют переходам между соответствующими отметками. На дугах записываем условия, при которых происходит переход, и какая микрокоманда должна выдаваться устройством. Полученный таким

2


31


30



Р и с. 4.1 Схема алгоритма в микрокомандах:

Yi- микрокоманда; yi- микрооперация

образом граф переходов приведён на рис.4.2.

4.2.Кодирование состояний устройства

В процессе кодирования каждому состоянию устройства должна быть поставлена в соответствии некоторая кодовая комбинация. Число разрядов кода выбирается из следующих соображений: если число состояний М, то для обеспечения М кодовых комбинаций требуется К- разрядный код, где К – минимальное целое число, при котором выполняется неравенство М≤2К.

Для нашего случая М=3 и, следовательно, К=2.Соответствие между состояниями устройства и кодовыми комбинациями в табл.4.1

4.3.Структурная схема управляющего устройства

Структурная схема проектируемого устройства приведена на рис.4.3.

Дальнейшие шаги по проектированию управляющего устройства сводятся к синтезу его комбинационного узла.

4.4. Построение таблицы функционирования комбинационного узла

Таблица функционирования комбинационного устройства должна содержать графы, в которые заносятся данные текущего состояния,

3



Р и с.4.2. Граф переходов для микропрограммного

автомата Мили.


Таблица 4.1.



Состояния
Кодовые комбинации

Q2
Q1

a0


a1


a2
0


0


1
0


1


0



4


Вариант 20

Построить функциональную схему управляющего автомата Мили для следующей микропрограммы:





29

Вариант 19

Построить функциональную схему управляющего автомата Мили

для следующей микропрограммы:





28



Р и с. 4.3 Структурная схема управляющего устройства


значения входных условий, данные следующего состояния, в которое должно перейти устройство, и выходные сигналы комбинационного узла. Функционирование комбинационного узла рассматриваемого нами управляющего устройства представлено в таблице 4.2.

По значению текущего состояния и поступающим из операционного устройства значениям условий Х1 и Х 2 в таблице определяются следующее состояние, сигналы J2, K2, J1, K1, необходимые для установки триггеров в следующее состояние, и управляющие сигналы У1…У7.



Таблица 4.2.


5

Заполнение таблицы производится следующим образом: в графе следующего состояния задаётся состояние а1. По графу переходов находится дуга, ведущая в узел а1 из узла а0 – текущего состояния. Переход из а0 в а1 безусловный. Заносим в таблицу кодовые комбинации состояний а0 и а1. При этом выясняется, что переход а0→а1 связан с переходом Q1, т.е. Q1 переходит из 0 в1. Следовательно, нужно вырабатывать сигнал J1=1 (K1=0). Кроме этого, на выходе комбинационного узла должны формироваться управляющие сигналы микрокоманды У1: У4, У6. Далее в следующую строку таблицы заносятся данные, соответствующие переходу а1→а0. Из графа переходов выясняется, что переход производит при выполнении условий Х2=1 без выдачи микро-команды. Принцип заполнения строки аналогичен рассмотренному выше. Каждой из дуг графа переходов соответствует отдельная строка. Таким образом заполняется вся таблица.

4.5.Запись логических выражений.

Для каждой строки таблицы записываем логическое выражение в следующей форме: в левой части выражения перечислим переменные, приведённые в графе выходных величин, в правой части – логическое выражение, представленное через текущее состояние аi и значения условий перехода. Для рассматриваемого комбинационного узла получаем следующие выражения:

1) J1; y4; y6 =a0;


2) K1= a1∙ X2;

__

3) J2,K1;y3 = a1∙X2∙X1;

__ __ (4.1)

4) J2,K1 = a1∙ X2∙X1;

  1. K2, J1; y1, y2, y5,y7 =a2.


Затем определяем логическое выражение каждой выходной величины. Для этого записываем равенство, в левой части которого указываем выходную величину, в правой части – связанные через операцию дизъюнкцию правые части тех выражений I , в которых приведена данная выходная величина

1) J1= a0 + a2;

6

Вариант 18

Построить функциональную схему управляющего автомата Мили для следующей микропрограммы:





27


Вариант 17

Построить функциональную схему управляющего автомата Мили

для следующей микропрограммы:





__ __ __ __ __

2) K1= a1∙X2 +a1∙X2∙X1+a1∙X2∙X1 = a1∙X2+a1∙X2(X1+X1) =

__ =a1(X2+X2)=a1;

т.е. К1=а1;

3) J2=a1∙X2∙X1+a1∙X2∙X1=a1∙X2;

4) K2=a2;


5) y4,y6=a0; (4.2)


6) y3=a1∙X2∙X1;



7) y1,y2.y5,y7=a2.


4.6. Построение функциональной схемы комбинационного узла

По полученным выражениям строим функциональную схему комбинационного узла. Входящие в выражения значения а0, а1, а2, определяемые комбинацией значений Q2 и Q 1 могут быть получены с помощью дешифратора, как показано на рис.4.3. Схема комбинационного узла рассматриваемого управляющего устройства приведена на рис.4.4.



Р и с.4.4. Функциональная схема управляющего устройства

(микропрограммного автомата).


7

Мы рассмотрели реализацию управляющего устройства для выполнения некоторой операции. Очевидно, могут быть построены подобные устройства для управления выполнением других операций. И если в управляющем устройстве процессора предусмотреть такие устройства, то, включая то или иное устройство, можно обеспечить выполнение различных операций на одном и том же оборудовании операционного устройства. Вид операции, подлежащий исполнению в процессоре, будем представлять командой. С помощью дешифратора код команды можно преобразовать в сигналы, производящие включение устройств, которые управляют выполнением соответствующих операций. Приведем структурную схему процессора, программируемого на языке команд.





Р и с.4.5. Структурная схема процессора.


Вопросы к защите курсовой работы


  1. На какие блоки можно условно разбить вычислительную систему?



  1. Что такое микрооперация, микрокоманда и микропрограмма?

8

Вариант 16

Построить функциональную схему управляющего автомата Мили

для следующей микропрограммы:





25

Вариант 15

Построить функциональную схему управляющего автомата Мили

для следующей микропрограммы:





24
  1. Как производится разметка блок- схемы алгоритма в микрокомандах?



  1. Как строится граф переходов автомата Мили?



  1. Какими символами помечаются дуги графа переходов автомата Мили?



  1. Как кодируются состояния автомата Мили?



  1. Какие устройства используются для представления состояний

микропрограммного автомата?

  1. Почему необходимо использовать синхронизируемые двух-

тактные триггера или триггера, с динамическим управлением для кодирования состояний?

  1. С помощью какого устройства выделяются состояния микро-

программного автомата?

  1. Как заполняется таблица функционирования микропрограм-

много автомата?

  1. Как определяются логические выражения для построения логического узла?


БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

        1. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника СПб.: БХВ –Сант-Петербург.
        2. Калабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение в системах и обработке сигналов: Учеб. пособ. для вузов. М.: Радио и связь, 1988. 368 с.
        3. Баранов С. И.: Синтез микропрограммных автоматов. М.: Радио и связь, 1986. 272с.



9

Приложение

варианты курсовых работ


Вариант 1

Построить функциональную схему управляющего автомата Мили

для следующей микропрограммы:





10

Вариант 14

Построить функциональную схему управляющего автомата Мили

для следующей микропрограммы:





23

Вариант 13

Построить функциональную схему управляющего автомата Мили

для следующей микропрограммы:





22

Вариант 2

Построить функциональную схему управляющего автомата Мили

для следующей микропрограммы





11

Вариант 3

Построить функциональную схему управляющего автомата Мили

для следующей микропрограммы





12


Вариант 12

Построить функциональную схему управляющего автомата Мили

для следующей микропрограммы:





21


Вариант 11

Построить функциональную схему управляющего автомата Мили

для следующей микропрограммы:





20

Вариант 4

Построить функциональную схему управляющего автомата Мили

для следующей микропрограммы:





13

Вариант 5

Построить функциональную схему управляющего автомата Мили

для следующей микропрограммы:





14

Вариант 10

Построить функциональную схему управляющего автомата Мили

для следующей микропрограммы:





19

Вариант 9

Построить функциональную схему управляющего автомата Мили

для следующей микропрограммы:





18

Вариант 6

Построить функциональную схему управляющего автомата Мили

для следующей микропрограммы:





15

Вариант 7

Построить функциональную схему управляющего автомата Мили для следующей микропрограммы:





16


Вариант 8

Построить функциональную схему управляющего автомата Мили

для следующей микропрограммы:





17