ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФУНКЦИЙ ОПЕРАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА

ВВЕДЕНИЕ

Любой сложный преобразователь дискретный информации может быть представлен в виде совокупности операционных устройств (ОУ) и интерфейса (сопряжения этих устройств).

Функцией ОУ является выполнение фиксированного множества операций
F={f₁, f₂, .,f_G} над множеством входных слов D={d₁, d₂,…. d_H} для вычисления слов
R = {r₁, r₂,…,r_Q}, которые являются результатами операций из множества F. В течение определенного отрезка времени устройство может реализовать только одну операцию R=f_g(D), которая определяется кодом операции (номером) g=1, 2, ., G. Функцию ОУ можно представить в виде R=W(D).

ОУ объединяются в структуру с помощью цепей, по которым передаются электрические сигналы. Одна цепь передает в один момент времени бит информации (0 1). Совокупность цепей, связывающих два ОУ и алгоритм, определяющий порядок передачи информации между ОУ, называется интерфейсом. Обычно ОУ представляют в виде двух автоматов: операционного автомата (ОА) и управляющего автомата (УА). ОА выполняет действия над словами информации – хранение, реализацию МКО и вычисление ЛУ – и, таким образом, является исполнительной частью ОУ. УА генерирует последовательность управляющих сигналов, которая определена микропрограммой и соответствует значениям ЛУ и, следовательно, задает порядок выполнения МКО в ОА.

На рисунке 1 представлена упрощенная структура ОУ. D – множество входных слов, R – множество выходных слов, Y – множество микроопераций, X – множество логических условий, g – код операции f_g.

Рисунок 1 – Упрощенная структура ОУ

 

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФУНКЦИЙ ОПЕРАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА

Функциональная микропрограмма работы ОУ

Алгоритм выполнения операции представлен в виде содержательного графа микропрограммы (Рис. 2).

В таблице 2 приводятся описания слов, с которыми оперирует микропрограмма, представленная ранее (смотри рисунок 2).

 

Таблица 2. Описание слов в микропрограммах

 

Слово	Назначение	Тип	Комментарий
А (1:16)	Первый операнд	IL	Значение присваивается вне микропрограммы и используется внутри микропрограммы
В (1:16)	Второй операнд	IL	Значение присваивается вне микропрограммы и используется внутри микропрограммы
С (1:16)	Результат операции сложения	LO	Значение присваивается внутри микропрограммы и используется вне микропрограммы
C(0)	Признак переноса из С(1)	L	Значение присваивается внутри микропрограммы
П(1)	Признак переполнения	LO	Значение присваивается внутри микропрограммы и используется вне микропрограммы

 

 

 

Рисунок 2 – Содержательный граф микропрограммы

 

Синтез регистра A

Синтез поля A (1)

y_A : A(1):= d₁(1)                                                                                                                    (1)

 

Заполняется каноническая таблица 6 для нахождения функций возбуждения триггера.

Найдем их, используя карты Карно.

 

Таблица 6. Каноническая таблица для определения V_J и V_K

 

t		t+1	t
d1(1)	A(1)	A(1)	VJ	VK
0	0	0	0	0v1
0	1	0	0v1	1
1	0	1	1	0v1
1	1	1	0v1	0

 

V_J=d₁(1)                                                                                                                                      (2)

 

V_K=                                                                                                                                 (3)

 

y₄ : A(1):= d₁(1)                                                                                                                     (4)

 

Заполняется каноническая таблица 7 для нахождения функций возбуждения триггера.

 

Таблица 7. Каноническая таблица для определения V_J и V_K

 

t	t+1	t
A(1)	A(1)	VJ	VK
0	0	0	0v1
1	1	0v1	0

 

V_J=0, V_K=0                                                                                                                                 (5)

 

Окончательным результатом данного этапа работы является синтез функциональной схемы, для определения значения функции возбуждения элемента памяти A(1) регистра A, которая синтезируется по следующему выражению:

 

                                                                                               (6)

 

                                                                                                  (7)

 

Функциональная схема поля A(1) представлена на рисунке 5а, а на рисунке 5б представлено ее условное обозначение.

 

Рисунок 5а – Функциональная схема операционного элемента A(1) регистра А

 

 

 

Рисунок 5б – Условное изображение операционного элемента А(1)

Синтез поля A (2:16)

 

y₄ : A(i):= ù A(i)                                                                                                                           (8)

 

Заполняется каноническая таблица 8 для нахождения функций возбуждения триггера.

 

Таблица 8. Каноническая таблица для определения V_J и V_K

 

t	t+1	t
A(1)	A(1)	VJ	VK
0	1	1	0v1
1	0	0v1	1

 

V_J=1, V_K=1                                                                                                                                 (9)

 

Окончательным результатом данного этапа работы является синтез функциональной схемы для определения значения функций возбуждения элемента памяти A(i) регистра A, которые синтезируются по следующим выражениям:

 

                                                                                      (10)

 

                                                                                      (11)

 

Функциональная схема поля A(i) представлена на рисунке 6а, а на рисунке 6б представлено ее условное обозначение

 

 

Рисунок 6а – Функциональная схема операционного элемента A(i) регистра А
(поле А(2:16))

 

 

Рисунок 6б – Условное изображение операционного элемента А(i)

 

 

Синтез регистра B

Синтез поля B (1)

Синтез аналогичен синтезу поля A(1)

Окончательным результатом данного этапа работы является синтез функциональной схемы для определения значения функций возбуждения элемента памяти B(1) регистра B, которые синтезируется по следующему выражению:

 

                                                                           (12)

 

                                                                           (13)

 

Функциональная схема поля B(1) представлена на рисунке 7а, а на рисунке 7б представлено ее условное обозначение.

 

Рисунок 7а – Функциональная схема операционного элемента B(1) регистра B  

 

Рисунок 7б – Условное изображение операционного элемента B(1)

 

Синтез полей В(2:16) производится аналогично синтезу блока А с заменой нескольких аргументов в функциях возбуждения:  на ; на ;  на .

Условное изображение операционного элемента B(2:16) изображено
 на рисунке 8.

 

Рисунок 8 – Условное изображение операционного элемента B(2:16)

Синтез регистра С

Синтез поля C (0)

y₅: C(0):=P(0)                                                                                                                     (14)

 

Заполняется каноническая таблица 9 для нахождения функций возбуждения триггера.

 

Таблица 9. Каноническая таблица для определения V_J и V_K

 

t		t+1	t
P(0)	C(0)	C(0)	VJ	VK
0	0	0	0	0v1
0	1	0	0v1	1
1	0	1	1	0v1
1	1	1	0v1	0

V_J=P (0)y₅                                                                                                                          (15)

 

 

V_K= y₅                                                                                                                                                                        (16)

 

Функциональная схема поля C(0) представлена на рисунке 9а, а на рисунке 9б представлено ее условное обозначение.

 

 

 

Рисунок 9а – Функциональная схема операционного элемента С(0) регистра B

 

Рисунок 9б – Условное изображение операционного элемента С(0)

 

Синтез поля C (1)

y₅: C(1):= A(1)  B(1) P(1)                                                                                        (17)

 

Заполняется каноническая таблица 10 для нахождения функций возбуждения триггера.

 

Таблица 10. Каноническая таблица для определения V_J и V_K и P(0)

 

t				t+1	t
A(1)	B(1)	P(1)	C(1)	C(1)	VJ	VK	P(0)
0	0	0	0	0	0	0v1	0
0	0	0	1	0	0v1	1	0
0	0	1	0	1	1	0v1	0
0	0	1	1	1	0v1	0	0
0	1	0	0	1	1	0v1	0
0	1	0	1	1	0v1	0	0
0	1	1	0	0	0	0v1	1
0	1	1	1	0	0v1	1	1
1	0	0	0	1	1	0v1	0
1	0	0	1	1	0v1	0	0
1	0	1	0	0	0	0v1	1
1	0	1	1	0	0	0v1	1
1	1	0	0	0	0	0v1	1
1	1	0	1	0	0v1	1	1
1	1	1	0	1	1	0v1	1
1	1	1	1	1	0v1	0	1

 

Найдем их, используя карты Карно:

 

                                               (18)

 

                                                                   (19)

 

y₆ : С(1)=С(1)ÅP(1)                                                                                                                (20)

 

Заполняется каноническая таблица 11 для нахождения функций возбуждения триггера

 

Таблица 11. Каноническая таблица для определения V_J и V_K

 

t		t+1	t
P(1)	C(1)	C(1)	VJ	VK
0	0	0	0	0v1
0	1	1	0v1	0
1	0	1	1	0v1
1	1	0	0v1	1

 

Синтез аналогичен синтезу поля A(1)

 

V_J=0, V_K=0                                                                                                                               (21)

 

Окончательным результатом данного этапа работы является синтез функциональной схемы для определения значения функции возбуждения элемента памяти C(1) регистра C, которая синтезируется по следующему выражению:

 

                    (22)

 

                                        (23)

 

                                                                              (24)

 

Функциональная схема поля C(1) представлена на рисунке 10а, а на рисунке 10б представлено ее условное обозначение.

 

Рисунок 10а – Функциональная схема операционного элемента C(1) регистра C

б)

Рисунок 10б – Условное изображение операционного элемента C(1)

 

Синтез поля C (2:15)

 

y₅ :  C(i):= A(i) Å B(i)Å P(i) , где i={2,15}                                                                           (25)

 

Синтез аналогичен синтезу поля С(1).

 

y₆: C(i):= C(i) Å P(i)                                                                                                           (26)

 

Заполняется каноническая таблица 12 для нахождения функций возбуждения триггера и функций переноса.

 

Таблица 12. Каноническая таблица для определения V_J , V_K и P(i-1)

 

t		t+1	t
P(i)	C(i)	C(i)	VJ	VK	P(i-1)
0	0	0	0	0v1	0
0	1	1	0v1	0	0
1	0	1	1	0v1	0
1	1	0	0v1	1	1

 

V_J =P(i)                                                                                                                                     (27)

 

V_K=P(i)                                                                                                                                                 (28)

 

P(i-1)=                                                                                                                    (29)

 

y₈: C(i):=ùC(i)                                                                                                                      (30)

 

Синтез аналогичен синтезу поля A(i).

Окончательным результатом данного этапа работы является синтез функциональной схемы для определения функций возбуждения элемента памяти C(i) и функций переноса   P(i-1) регистра C, которые синтезируются по следующим выражениям:

              (31)

 

                                             (32)

 

                                                     (33)

 

Функциональная схема поля C(i) представлена на рисунке 11а, а на рисунке 11б представлено ее условное обозначение.

 Рисунок 11а – Функциональная схема операционного элемента C(i) регистра C (поле C(2:15))

 

 

Рисунок 11б – Условное изображение операционного элемента C(i)

Синтез поля С( 16 )

y₅: C(16):= A(16) Å B(16)                                                                                                      (34)

 

Заполняется каноническая таблица 13 для нахождения функций возбуждения триггера и функции переноса.

 

Таблица 13. Каноническая таблица для определения V_J , V_K и P(15)

 

t			t+1	t
A(16)	B(16)	C(16)	C(16)	VJ	VK	P(15)
0	0	0	0	0	0v1	0
0	0	1	0	0v1	1	0
0	1	0	1	1	0v1	0
0	1	1	1	0v1	0	0
1	0	0	1	1	0v1	0
1	0	1	1	0v1	0	0
1	1	0	0	0	0v1	1
1	1	1	0	0v1	1	1

 

Найдем их, используя карты Карно:

 

                                      (35)

 

                                   (36)

 

P(15)=A(16)B(16)                                                                                                                   (37)

 

y₆: C(16):= ùC(16)                                                                                                              (38)

 

Заполняется каноническая таблица 14 для нахождения функций возбуждения триггера и функции переноса.

 

 

Таблица 14. Каноническая таблица для определения V_J , V_K и P(15)

 

t	t+1	t
C(16)	C(16)	VJ	VK	P(15)
0	1	1	0v1	0
1	0	0v1	1	1

 

V_J=1, V_K=1                                                                                                                          (39)

 

P(15)=C(16)                                                                                                                            (40)

 

y₈: C(16):=ùC(16)                                                                                                                    (41)

 

Синтез аналогичен синтезу поля A(i).

Окончательным результатом данного этапа работы является синтез функциональной схемы для определения функций возбуждения элемента памяти C(16) и функции переноса P(15) регистра C, которые синтезируются по следующим выражениям:

 

                                                                          (42)

 

                                                                      (43)

 

                                                                                        (44)

 

Функциональная схема поля C(16) представлена на рисунке 12а, а на рисунке 12б представлено ее условное обозначение.

Рисунок 12а – Функциональная схема операционного элемента C(16) регистра С

Рисунок 12б – Условное изображение операционного элемента C(16)

Синтез регистра П

 

y₁: П(1):=0                                                                                                                                (45)

 

Заполняется каноническая таблица 15 для нахождения функций возбуждения триггера.

 

Таблица 15. Каноническая таблица для определения V_J , V_K  

 

t	t+1	t
П(1)	П(1)	VJ	VK
0	0	0	0v1
1	0	0v1	1

 

 

V_J=0, V_K=1                                                                                                                             (46)

 

y₇: П(1):=1                                                                                                                          (47)

 

Заполняется каноническая таблица 16 для нахождения функций возбуждения триггера.

 

Таблица 16. Каноническая таблица для определения V_J , V_K  

 

t	t+1	t
П(1)	П(1)	VJ	VK
0	1	1	0v1
1	1	0v1	0

 

V_J=1, V_K=0                                                                                                                               (48)

 

Окончательным результатом данного этапа работы является синтез функциональной схемы для определения значения функции возбуждения элемента памяти П(1) регистра П, которая синтезируется по следующему выражению:

 

                                                                                                             (49)

 

                                                                                                             (50)

 

Функциональная схема поля П(1) представлена на рисунке 13а, а на рисунке 13б представлено ее условное обозначение.

 

 

Рисунок 13а – Функциональная схема операционного элемента П(1) регистра П

 

б)

Рисунок 13б – Условное изображение операционного элемента П(1)

 

 

Структурная схема УА

Для построения структурной схемы УА необходимо произвести кодирование внутренних состояний памяти.

Количество Т – синхронных триггеров, необходимых для построения памяти УА, равно четырем (см. выше). Кодировка представлена в таблице 18.

 

Таблица 18. Кодировка внутренних состояний триггеров

 

Ai	T1	T2	T3	T4	Выход дешифратора
A0	0	0	0	0	0
A1	0	0	0	1	1
A2	0	0	1	0	2
A3	0	0	1	1	3
A4	0	1	0	0	4
A5	0	1	0	1	5
A6	0	1	1	0	6
A7	0	1	1	1	7
A8	1	0	0	0	8

 

Кодирование производится путем замены индекса A_i на двоичный код, соответствующий номеру индекса.

Опираясь на таблицу внутренних состояний (таблица 18) и закодированную граф-схему управляющего автомата (Рис. 15) строится граф, задающий работу УА (в данном курсовом проекте автомат Мура). Граф работы УА представлен на рис. 16.

Рисунок 16 – Граф работы УА

Функциональная схема УА

Окончательный результат функций возбуждения элементов памяти. Значениям A_i в уравнениях соответствуют выходы дешифратора.

Для первого триггера:

 

                                                                             (51)

 

                                                                                                                            (52)

 

На основании полученного выражения строится схема КС1 (Рис.17) управляющего автомата, которая реализует функцию возбуждения триггера.

 

Рисунок 17 – КС1 УА

Для второго триггера:

 

                                                                                                             (53)

 

                                            (54)

 

На основании полученного выражения строится схема КС2 (Рис.18) управляющего автомата, которая реализует функцию возбуждения триггера.

Рисунок 18 – КС2 УА

 

Для третьего триггера:

 

                                                                                  (55)

 

                                                                                          (56)

На основании полученного выражения строится схема КС3 (Рис.19) управляющего автомата, которая реализует функцию возбуждения триггера.

 

Рисунок 19 – КС3 УА

 

Для четвертого триггера:

 

                                                           (57)

 

                                              (58)

 

На основании полученного выражения строится схема КС4 (Рис.20) управляющего автомата, которая реализует функцию возбуждения триггера.

Рисунок 20 – КС4 УА

 

На рисунке 21 представлена функциональная схема управляющего автомата, где КС1, КС2, КС3, КС4 – комбинационные схемы, реализующие функции возбуждения элементов памяти управляющего автомата, DC – дешифратор. На входы KC1, КС2, КС3, КС4 поступают сигналы начала операции, вычисленные логические условия и сигналы о состоянии автомата с выходов дешифратора. На рисунке 22 представлено условное изображение УА. 

 

 

Рисунок 21 – Функциональная схема УА

 

 

Рисунок 22 – Условное изображение УА

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте разработано операционное устройство, выполняющее операцию алгебраического вычитания чисел с фиксированной точкой в простых обратных кодах. Также приведена общая схема устройства (см. Приложение А), состоящая из двух главных частей: операционного автомата и управляющего автомата.

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Любой сложный преобразователь дискретный информации может быть представлен в виде совокупности операционных устройств (ОУ) и интерфейса (сопряжения этих устройств).

Функцией ОУ является выполнение фиксированного множества операций
F={f₁, f₂, .,f_G} над множеством входных слов D={d₁, d₂,…. d_H} для вычисления слов
R = {r₁, r₂,…,r_Q}, которые являются результатами операций из множества F. В течение определенного отрезка времени устройство может реализовать только одну операцию R=f_g(D), которая определяется кодом операции (номером) g=1, 2, ., G. Функцию ОУ можно представить в виде R=W(D).

ОУ объединяются в структуру с помощью цепей, по которым передаются электрические сигналы. Одна цепь передает в один момент времени бит информации (0 1). Совокупность цепей, связывающих два ОУ и алгоритм, определяющий порядок передачи информации между ОУ, называется интерфейсом. Обычно ОУ представляют в виде двух автоматов: операционного автомата (ОА) и управляющего автомата (УА). ОА выполняет действия над словами информации – хранение, реализацию МКО и вычисление ЛУ – и, таким образом, является исполнительной частью ОУ. УА генерирует последовательность управляющих сигналов, которая определена микропрограммой и соответствует значениям ЛУ и, следовательно, задает порядок выполнения МКО в ОА.

На рисунке 1 представлена упрощенная структура ОУ. D – множество входных слов, R – множество выходных слов, Y – множество микроопераций, X – множество логических условий, g – код операции f_g.

Рисунок 1 – Упрощенная структура ОУ

 

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФУНКЦИЙ ОПЕРАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА

1234Следующая ⇒

Поделиться: