Файл: Курсовой проект по дисциплине Прикладная теория цифровых автоматов.doc

Министерство науки и высшего образования РФ

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт космических и информационных технологий

Кафедра вычислительной техники

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Прикладная теория цифровых автоматов»

Проектирование специализированного процессора


Руководитель __________ А.И. Постников

подпись, дата инициалы, фамилия
Студент КИ21-09Б, 032156661 __________ С.В. Лозовой

номер группы, зачетной книжки подпись, дата инициалы, фамилия

Техническое задание
Спроектировать операционный и управляющий автоматы спецпроцессора, предназначенного для обработки двоичных чисел, представленных в формате с ФТ [1]. Входные параметры представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Параметры по варианту

Вариант	Операция	Условия	Код	КА	УА
9	2,5A + 3,25B 1,5A – 1,75B	A ≥ 0, B ≥ 0, |A| < 0,25, |B| < 0,25 A ≥ 0, B < 0, |A| < 0,5, |B| ≤ 0,5	ндк	27	Е

Примечание:

1. 
   ндк – немодифицированный дополнительный код;
   
2. 
   К_А – масштабный коэффициент;
   
3. 
   |B| – машинное изображение в формате с фиксированной точкой абсолютного значения числа B;
   
4. 
   |A| – машинное изображение в формате с фиксированной точкой абсолютного значения числа A;
   
5. 
   Е – управляющий автомат с программируемой логикой на ПЗУ с естественной адресацией;
   
6. 
   Разрядность операционного автомата составляет (включая знаковые разряды) – 8 разрядов;
   

Проверочные значения: A = 22, B = 28.
РЕФЕРАТ
Настоящий курсовой проект "Специализированный процессор" посвящен разработке функциональной схемы специализированного процессора, предназначенного для выполнения арифметической операции сложения и вычитания с фиксированной точкой двоичных чисел, представленных в немодифицированном дополнительном коде (исходные операнды и результат представлены в различных кодах в соответствии с техническим заданием [1].

---

Данная пояснительная записка к курсовому проекту содержит 44 страницы текста с иллюстрациями, таблицами и формулами, 3 использованных источника и 1 лист графического материала (функциональная схема специализированного процессора).

ОПЕРАЦИОННЫЙ АВТОМАТ, УПРАВЛЯЮЩИЙ АВТОМАТ, ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ, РЕГИСТР, СУММАТОР, МУЛЬТИПЛЕКСОР, ПОСТОЯННОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, ГРАФ-СХЕМА МИКРОПРОГРАММЫ, МИКРОКОМАНДА, КОД ОПЕРАНДОВ, МИКРОПРОГРАММА, ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА, СПЕЦИАЛИЗИ-РОВАННЫЙ ПРОЦЕССОР.

Цель курсового проекта – разработка специализированного процессора.

Задачи, решённые в процессе курсового проектирования:

• 
  определена структура спецпроцессора, состоящего из операционного и управляющего автоматов
  
• 
  разработана структура операционного автомата;
  
• 
  выбраны необходимые логические элементы, регистры, сумматоры, мультиплексоры и др., определены связи между ними;
  
• 
  выбрана структура управляющего автомата с программируемой логикой и естественной адресацией;
  
• 
  определены разрядности полей микрокоманды и разрядность микрокоманды в целом;
  
• 
  определён перечень управляющих и осведомительных сигналов;
  
• 
  разработаны граф-схема микропрограммы и микропрограмма выполнения заданной операции, предназначенная для занесения в ПЗУ.
  

Результатом курсового проекта является функциональная схема специализированного процессора, способного выполнять операцию арифметического сложения и вычитания двоичных чисел, представленных в немодифицированном дополнительном коде в формате с фиксированной точкой[1].

Содержание

---

---

1 Условное графическое обозначение спецпроцессора

Прежде, чем перейти к основным разделам основной части, укажем разработанное условное графическое обозначение спецпроцессора [1] (рис. 1):


Рисунок 1 – УГО спецпроцессора
Описание входов и выходов спецпроцессора:

D7-D0 – информационные входы, на которые подаётся операнд A или В,

где D7 – знаковый разряд,

D6-D0 – значащие разряды,

где D6 – старший значащий разряд,

D0 – младший;

RA – признак наличия на информационных входах спецпроцессора операнда A;

RB – признак наличия на информационных входах спецпроцессора операнда B;

R – сброс;

C – тактовые синхроимпульсы;

R7-R0 – информационные выходы, результат,

где R7 – знаковый разряд;

R6-R0 – информационные выходы, результат,

где R6 – старший значащий разряд,

R0 – младший;

RD – Ready – сигнал готовности результата;

ER – Error – сигнал ошибки, недопустимые входные данные;

OF – Overflow – сигнал переполнения.

2 Разработка функциональной схемы операционного автомата микросхемы специализированного процессора, выполняющего заданную арифметическую операцию

2.1 Структурная схема операционного автомата спецпроцессора

Перед тем, как была разработана функциональная схема операционного автомата, было необходимо разработать структурную схему операционного автомата [1].

Согласно оценке, для её реализации потребовалось 6 сдвиговых регистров:

• 
  RgA1 – сдвиг в сторону старших разрядов;
  
• 
  RgA2 – сдвиг в сторону младших разрядов;
  
• 
  RgA3 – хранит число с SM1;
  
• 
  RgB1 – сдвиг в сторону старших разрядов;
  
• 
  RgB2 – сдвиг в сторону младших разрядов;
  
• 
  RgB3 – хранение числа В.
  

Помимо этого, понадобилось использование 5-и сумматоров: SM1, SM2, SM3, SM4 и SM5. Также были использован мультиплексор MUXВ. В конце на выход схемы был помещён регистр результата RgS.

---

Из описанных выше блоков была составлена следующая структурная схема операционного автомата [1] (рис. 2):


Рисунок 2 – Структурная схема ОА спецпроцессора
Блоки C1 и C2 являются схемами формирования признаков выполнения операций 1 и 2 соответственно. Блок OF (Overflow) является схемой определения переполнения. О подробной структуре данных блоков будет написано подробно далее в документе.

Проанализируем структурную схему операционного автомата спецпроцессора (рис. 2). Для этого повторно обозначим операции, которые необходимо выполнить:

1. 
   2,5A + 3,25B
   
2. 
   1,5A – 1,75B
   

2.2 Функциональные схемы формирования признаков выполнения n-й операции

Теперь определим блоки C1 и C2 путём обозначения их функциональных схем.

2.2.1 Функциональная схема формирования признака выполнения 1-й операции

2,5A + 3,25B. Условие: A ≥ 0, B ≥ 0, |A| < 0,25, |B| < 0,25

• 
  А должно быть больше или равно нулю и по модулю меньше 0,25. Тогда двоичная запись должна иметь вид 0.00*****.
  
• 
  В должно быть больше или равно нулю и по модулю меньше 0,25. Тогда двоичная запись должна иметь вид 0.00*****.
  

На рисунке 3 изображена схема проверки условия для 2,5A + 3,25B.


Рисунок 3 – Проверка условия для операции 2,5A + 3,25B

2.2.2 Функциональная схема формирования признака выполнения 2-й операции

3A - 1,5B. Условия: A ≥ 0, B < 0, |A| < 0,5, |B| ≤ 0,5

• 
  A должно быть больше или равно нулю и по модулю меньше 0,5. Тогда двоичная запись должна иметь вид 0.0******.
  
• 
  B должно быть меньше нуля и по модулю меньше или равно 0,5. Следовательно, его двоичная запись должна иметь вид 1.1******.
  

На рисунке 4 изображена схема проверки условия для 3A - 1,5B.





Рисунок 4 – Проверка условия для операции 3A - 1,5B

---