No3

3

Введение

Цель работы: изучение принципов работы простейшего управляющего устройства (УУ) на примере машины Поста.

4

Ход работы

1. Структура машины Поста

Машина Поста состоит из неподвижной ленты и каретки. По ленте влево-вправо движется сенсорная, чувствительная каретка с возможностью записи данных («1» или «0») в секции и их чтения. Каретка в неподвижном состоянии находится на одной секции, а за единицу времени (такт), по команде, каретка может сместиться только на одну секцию. Состояние ленты может меняться в процессе работы машины. Тогда, состояние машины – это состояние ленты и положение каретки (номер секции, на которой находится каретка).

Рисунок 1 – Схема модели машины Поста

В составе машины Поста можно выделить следующие структурные компоненты:

−Интерфейс, организовывающий взаимодействие пользователя с машиной;

−Память программ, предназначенная для хранения команд пользователя;

5

−Управляющее устройство (УУ), которое производит дешифрацию команды и создает управляющие сигналы для их выполнения;

−Исполнительное устройство (ИУ), которое исполняет команду пользователя, производя действия исходя из управляющих сигналов.

При создании программной модели машины Поста в структуру обучающей системы были введены следующие ограничения:

− Минимальная конфигурация (процессор: триггер, регистры,

мультиплексор, счетчик, шины; ОЗУ: элемент памяти, матрица запоминающих элементов, адресные дешифраторы столбцов и строк матрицы, порт ввода-вывода, регистры и шины; пультовый терминал;

системная магистраль, детализированная до уровня шина адреса, шина данных, сигнал управления записи/чтения);

−Минимальная система команд (не более шести), но достаточная для построения алгоритмических структур следования, ветвления и циклов;

−Адресное пространство программной памяти - 99 десятичных слов (в

модели ограничено 32 адресами, что достаточно для учебных целей), а

регистр данных(лента) имеет величину 32 разряда;

−Формат команды: поле кода операции, поле адреса следующей команды. Причем второе поле представляет совокупность двух полей

(верхняя и нижняя отсылки для команды «Решение» (данные понятия раскрыты ниже));

− 2 режима работы моделирующей программы:

Первый режим (ПДП) – ручной ввод программы пользователя и ввод исходных данных (соответствующий пункт «Меню») с возможностью сохранения введенной программы в памяти моделирующей ЭВМ и вызова ее в оперативную память, а также с возможностью редактирования программы и данных.

6

Второй режим (ВЫЧИСЛЕНИЕ) – исполнение программы в пошаговом или автоматическом режиме. Команды программы разделены символом 'P' - продолжение.

В состав УУ входит коммутатор отсылок, который выполнен при помощи мультиплексора, как показано на рисунке 3.а. Его таблица истинности приведена на рисунке 3.б. Графа «А» таблицы назначается после вычисления логических условий (ЛУ) в операционном автомате, где выделяется состояние активной секции («0», «1»). Это состояние передается в графу «А» при выполнении команды «Решение». Однако, при выполнении других команд, значение ЛУ определено нулю. Графа MUX определяет значение выхода функции. Это значение соответствует отсылкам В или С,

коммутируемым в зависимости от значения графы А.

Рисунок 2 – Мультиплексор отсылок

2. Организация шин адресов, данных управления

Шина адреса (шА) подключена ко входу регистру адреса (RA) памяти ОЗУ и соединена с выходом мультиплексора отсылок и пультовым

терминалом. шА загружают отсылкой (В, С) с выхода мультиплексора отсылок по команде «Р» (продолжить), которая формируется с пультового терминала.

Шина данных (шD) связывает ОЗУ с регистром RGK команд и терминалом. ОЗУ имеет порт ввода-вывода RS (регистр слова). Передача

7

слова из порта RS на RGK возможна при условии, что клавиша Р

(продолжить) не нажата, другими словами, команда «Р» пультового терминала не введена, и был произведен запуск программы («ПУСК»). Через порт RS в память по шине шD данные вводятся с пультового терминала

(управляющий сигнал «W»).

По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией (считывание или запись информации из памяти) по магистрали. Эта шина не имеет такой же четкой структуры, как шина данных или шина адреса. В шину управления условно объединяют набор линий,

передающих различные управляющие сигналы от процессора на все периферийные устройства и обратно.

3. Элементная база процессора машины

Каретка является еще и процессором машины. С ее помощью машина может:

−распознать, пустая клетка или помеченная знаком;

−стереть знак в текущей клетке;

−записать знак в пустую текущую клетку.

Если произвести замену меток на единицы, а пустых клеток — на нули,

то информацию на ленте можно будет рассматривать как аналог двоичного кода телеграфного сообщения или данных в памяти компьютера.

Существенное отличие каретки - процессора машины Поста от процессора компьютера состоит в том, что в компьютере возможен доступ процессора к ячейкам памяти в произвольном порядке, а в машине Поста — только последовательно.

8

Рисунок 3 – Блок схема алгоритма работы машины Поста

9

4.Алгоритм и программа, моделирующая работу логического элемента

На ленте задан массив меток. Увеличить длину массива на 2 метки.

Каретка находится либо справа от массива, либо над одной из ячеек самого массива. (увеличение числа на 2).

Алгоритм:

Команда 1. Перейти ко 2 команде, если метка отсутствует, в ином случае

– перейти к 3 команде.

Команда 2. Сдвиг влево, переход к 3 команде.

Команда 3. Перейти ко 2 команде, если метки нет, иначе – перейти к 4

команде.

Команда 4. Сдвиг влево, переход к 5 команде.

Команда 5. Перейти ко 6 команде, если метки нет, иначе – перейти к 4

команде.

Команда 6. Поставить метку, переход к 7 команде.

Команда 7. Сдвиг влево, переход к 8 команде.

Команда 8. Поставить метку, переход к 9 команде.

Команда 9. Стоп.

10

Рисунок 4 - Симулятор машины Поста