24

МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ

ТАВРІЙСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРОТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ЗАТВЕРДЖУЮ

Зав.кафедрою ПГІТП ім. В.М. Найдиша

д.т.н., проф. ____________ Малкіна В.М.

“_______” _____________ 20__ р.

КУРСОВА РОБОТА

з дисципліни “Архітектура комп’ютерів”

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

Тема: «Розробка модулю блоку керування для виконання арифметичної операції додавання і віднімання»

Виконав: _____________________________студент 31КН групи Кулинич Р.О.

Керівник: ____________________________________________ Строкань О.В.

Робота захищена

з оцінкою _____________

“____”____________ 2010 р.

Мелітополь 2010

ЗМІСТ

Вступ…………………………………………………………………………..3

1.Теоретична частина…………………………………………………………4

1.1 Основні поняття АЛП……...……………………………..……….4

1.2 Правила переводу десяткових чисел в двійкові…..……..………6

1.3 Правила формування прямого, оберненого та додаткового коду двійкових чисел………………………………………..…………7

1.4 Правила додавання двійкових чисел………….….……………..10

1.5 Правила віднімання двійкових чисел ……………….…………..14

1.6 Функціональна схема АЛП…………...…………………………..16

2. Експериментальна частина………………………..……………………..18

2.1 Розробка електричної-принципової схеми модуля блоку керування…………………………………………………………..18

2.2 Проектування модуля блоку керування……...……………….21

2.3 Дослідження електричної - принципової схеми….……………22

Висновок……………………………………………………………………..23

Список літератури…………………………………………………………..24

ВСТУП

Компютер – в загальному механічний пристрій, призначений для проведення обчислень. Обчислення можуть відбуватися квантовано і неквантовано у часі.

У наші дні комп'ютером користується 90 % населення землі,але багато людей навіть не замислюються над тим, як відбувається та або інша операція усередині комп'ютера. Але які не були б складні обчислення, архітектура комп’ютерів дозволяє тільки додавання двійкових чисел, тому для виконання більш складних операцій нам потребується розширити функціональні можливості комп’ютера за допомогою додавання елементів які дозволяють проводити операції віднімання, множення та інші. Архітектура комп’ютерів відноситься до числа найбільш важливих предметів для підготовки сучасних фахівців пов’язаних з комп’ютерами та фахівців інших електротехнічних спеціальностей. Архітектура комп’ютерів охоплює широкий розділ науки і техніки, який пов’язаний з будовою електронних обчислювальних машин і їх периферійним обладнанням.

У цій курсові роботі мені необхідно побудувати електрично-принципову схему модулю блоку керування, який міг би виконувати не тільки операцію додавання, але й віднімання. Усі ці питання розкрити мною у наступних розділах цієї роботи.

1. Теоретична частина

1. Основні понятті АЛП

Арифметико-логічне обладнання - це багатофункціональне обладнання, яке виконує над вхідними числами різні арифметичні й логічні операції. Схема АЛП виглядає так:

Рисунок 1.1 Схема АЛП

^АЛП має входи чисел А 0-А3 і В 0-В3, входи керування S0-S3, М, вхід переносу З0, вихід результату F0-F3, вихід переносу З4, вихід рівності кодів ДО, виходи Р и G для схеми швидкого переносу. Вхід М визначає вид виконуваних операцій (при М=1 над А и В виконується 16 логічних операцій, при М=0 виконуються арифметичні операції). Знаком \/ позначається логічні додавання, арифметичне додавання позначається плюсиком (+), множення (тільки логічне) - знаком "х", А1 - число А, зрушене на один розряд вправо.

Робота АЛП: при виконанні операції додавання позитивні складові представляються у прямому коді, а негативні - в додатковому. Проводиться додавання двійкових кодів, включаючи розряди знаків. Якщо при цьому виникає перенесення з знакового розряду суми при відсутності переносу в цей розряд або перенесення в знаковмй розряд при відсутності переносу з розряду знака, то є переповнення розрядної сітки відповідно при негативною і позитивною сумах. Якщо ні переносів із знакового розряду і в знаковий розряд суми або є обидва ці перенесення, то переповнення немає і при нулі в знаковому розряди сума позитивна і представлена в прямому коді, а при першому у знаковому розряді сума негативна і представлена в додатковому коді.

АЛП може виконувати наступні операції:

1. Арифметичне складання чисел.

2. Арифметичне віднімання чисел.

3. Формування модуля числа.

4. Збільшення числа в 1,5 раза.

5. Мультиплексування чисел.

На основі мікросхем АЛП та інших можна будувати різноманітні обчислювальні пристрої, які керуються системою команд, тобто такі, які працюють під керуванням програм. АЛП входить в структуру мікропроцесорів.

Рисунок 1.2 Спрощена схема АЛП.

1.2 Правила переводу десяткових чисел в двійкові

Для переведення десяткового числа в двійкову систему його необхідно послідовно ділити на 2 до тих пір, поки не залишиться залишок, менший або рівний 1. Число в двійковій системі записується як послідовність останнього результату ділення і залишків від ділення в зворотному порядку.

Приклад 1. Число перевести у двійкову систему числення.

Для перекладу чисел з десяткової системи числення в двійкову використовують так називаний "алгоритм заміщення", що складається з наступної послідовності дій:

Поділяємо десяткове число А на 2. Частку Q запам'ятовуємо для наступного кроку, а залишок a записуємо як молодший біт двійкового числа.

Якщо частка q не дорівнює 0, приймаємо його за нове ділене і повторюємо процедуру, описану в кроці 1. Кожен новий залишок (0 чи 1) записується в розряди двійкового числа в напрямку від молодшого біта до старшого.

3. Правила формування прямого, оберненого та додаткового коду двійкових чисел

При записі числа в прямому коді старший розряд є знаковим розрядом. Якщо його значення рівне 0 - то число позитивне, якщо 1 - те негативне. В інших розрядах (які називаються цифровими розрядами) записується двійкова представлення модуля числа.

Функція кодування двійкових чисел (у тому числі цілих чисел і змішаних дробів) у прямому коді має вигляд:

де n – номер знакового розряду. При кодуванні вірних двійкових дробей (тобто чисел − 1 < A < 1), n = 0 і функція кодування приймає вигляд:

Величина числа A у прямому коді визначається по наступній формулі:

де:

• a_sіпт - значення знакового розряду;

• число A має k разрядов з права від комой (дробна частина) і n разрядів з ліва (ціла частина), тут враховуються тільки цифрові розряди.

Як видно з останньої формули, знаковий розряд у прямому коді не має розрядної ваги. При виконанні арифметичних операцій це приводить до необхідності окремої обробки знакового розряду в прямому коді.

Виконання арифметичних операцій над числами в прямому коді затруднене: наприклад, навіть для додавання чисел з різними знаками потрібно крім суматора мати спеціальний блок - "відніматель", складність реалізації якого тако ж, як і звичайного суматора. Крім того, при виконанні арифметичних операцій потрібно особливо обробляти значущий розряд, тому що він не має ваги. Також потрібна обробка "негативного нуля". Таким чином, виконання арифметичних операцій над числами в прямому коді вимагає складної архітектури центрального процесора й у загальному є неефективним.

Для подальшої роботи з схемами і побудови операційного блоку необхідно перетворити отримані в розділі 1.2 двійкові числа «А» і «В» у прямий, зворотній та додатковий код. Згідно теорії, що представлена вище переведемо у прямий, обернений та додатковий код задані числа.

А = 7₍₁₀₎ = 0111₍₂₎ та В = 3₍₁₀₎ = 0011₍₂₎

Прямий код чисел «А» та «В»

Двійковий код зі знаком називають також прямим кодом. Розглянемо задані нам позитивні значення числа «А» і «В», десятковий еквівалент яких дорівнює: для «А» = 7₍₁₀₎, «В» = 3₍₁₀₎

Представимо прямий код чисел «А» і «В» для операції додавання у вигляді таблиці:

число «А» =7	число «В» =3
7(10) = 0111(2)	3(10) = 0011(2)
0.0111(ПК)	0.0011(ПК)

Для операції віднімання:

число «А» =7	число «В» =-3
7(10) = 0111(2)	-3(10) = 1.0011(2)
0.1010(ПК)	1.0011(ПК)

Для операції додавання прямий, обернений та додатком код слов «А» та «В» мають вигляд:

число «А» = 7	число «В» = 3
7(10) = 0111(2)	3(10) = 0011(2)
0. 0111 (ПК)	0. 0011 (ПК)
0. 0111 (ОК)	0. 0011 (ОК)
0. 0111 (ДК)	0. 0011 (ДК)

Для операції віднімання прямий, обернений та додатком код слов «А» та «В» мають вигляд:

число «А» = 7	число «В» = -3
7(10) = 0111(2)	-3(10) = 1.0011(2)
0. 0111 (ПК)	1.0011(ПК)
0.0111 (ОК)	1.1100(ОК)
0. 0111 (ДК)	1.1101(ДК)

Після переводу двійкових чисел у необхідні для подальшої роботи коди, можна переходити до наступного розділу.