ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Информационные и вычислительные системы»

Дисциплина: «Теория автоматов»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

на тему:

«РАЗРАБОТКА ОПЕРАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА»

Выполнил студент

факультета УПП

группы УПП-001

480808 ______________ /Козлов А.О./

/номер зачетной книжки / подпись, дата

Санкт-Петербург

2010

Реферат

Отчет 40 с., 4 ч., 22 рис., 18 табл., 1 приложение.

ОПЕРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО, ОПЕРАЦИОННЫЙ АВТОМАТ, УПРАВЛЯЮЩИЙ АВТОМАТ, РЕГИСТР, ТРИГГЕР, ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА, СТРУКТУРНАЯ СХЕМА

Объектом исследования является операционное устройство.

Цель работы - проектирование операционного устройства, реализующего операцию: получение операнда A(1:16); получение операнда B(1:16); выдачу результата C(1:16); алгебраическое вычитание для чисел с фиксированной точкой в простых обратных кодах.

Используется канонический метод синтеза комбинационных схем, управляющий автомат разрабатывается с жесткой логикой.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФУНКЦИЙ ОПЕРАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА 5

1.1 Анализ алгоритма заданной операции 5

1.2 Функциональная микропрограмма работы ОУ 9

1.3 Определение функции операционного автомата 11

1.4 Определение функции управляющего автомата 11

2 СИНТЕЗ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ОПЕРАЦИОННОГО АВТОМАТА 13

2.1 Разработка структурной схемы ОА 13

2.2 Синтез функциональной схемы ОА 15

2.2.1 Синтез регистра A 15

2.2.2 Синтез регистра B 18

2.2.3 Синтез регистра С 19

2.2.4 Синтез регистра П 27

2.3 Синтез функциональной схемы для вычисления логических условий 29

3 СИНТЕЗ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ УПРАВЛЯЮЩЕГО АВТОМАТА 30

3.1 Структурная схема УА 32

3.2 Функциональная схема УА 33

4 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ОПЕРАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА 39

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 40

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=(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

1 Определение функций операционного устройства

1.1 Анализ алгоритма заданной операции

Алгоритм операции:

1. Начало.

2. Слову П(1) присвоить значение «0».

3. Изменить знак вычитаемого на противоположный.

4. Образовать обратные коды слов А и В.

5. Слову С(0:16) присвоить значение суммы слов А и В.

6. Значение разряда С(0) равно 1?

ДА: к значению слова С(1:16) прибавить «1» и перейти к п. 7,

НЕТ: перейти к п. 7.

7. Знаковые разряды слов В и А равны?

ДА: перейти к п. 8,

НЕТ: перейти к п. 9.

8. Знаковые разряды слов С и А равны?

ДА: перейти к п. 9,

НЕТ: перейти к п. 10.

9. Образовать прямой код результата и перейти к п. 11.

10. Слову П(1) присвоить значение «1» и перейти к п. 11.

11. Конец.

Для проектирования ОУ, необходимо было удостовериться в правильности алгоритма, для этого была осуществлена проверка (смотри таблицу 1).

Таблица 1. Проверка алгоритма

Пункт	Действие и результат	Переход	Комментарии
1. A (1:5) = 0.0101 = 5 ; B (1:5) = 0.0011 = 3			Случай без переполнения; знаки операндов А и В положительные
2	П (1) = 0	3	Слову П(1) присвоить значение «0»
3	В (1) =  В (1)	4	Изменить знак вычитаемого на противоположный
4	A (1:5) = 0.0101 B (1:5) = 1.1100	5	Образовать обратные коды слов А и В
5	С (1:5) = A (1:5) + B (1:5) A (1:5) = 0.0101 B (1:5) = 1.1100 C (1:5) = 10.0001	6	Слову С присвоить значение суммы слов А и В
6	С(0) = 1 С(1:5) = С(1:5) + 1 С(1:5) = 0.0001 1 С(1:5)=0.0010	7	Проверка разряда С(0)
7	А (0) = 0; В (1) = 1 А (0) В (1) = 1	9	Проверка на совпадение знаковых разрядов слов А и В
9	С (1:5) = 0.0010 = 2	11	Образовать прямой код результата

Продолжение Таблицы 1

11	Конец
2. А (1:5) = 1.0101 = -5 ; B (1:5) = 1.0011 = -3			Случай без переполнения; знаки операндов А и В отрицательные
2	П(1) = 0	3	Слову П(1) присвоить значение «0»
3	В (1) = В (1)	4	Изменить знак вычитаемого на противоположный
4	А (1:5) = 1.1010 В (1:5) = 0.0011	5	Образовать обратные коды слов А и В
5	С (1:5) = A (1:5) + B (1:5) A (1:5) = 1.1010 B (1:5) = 0.0011 C (1:5) = 1.1101	6	Слову С присвоить значение суммы слов А и В
6	С(0)=0	7	Проверка разряда С(0)
7	А (1) = 1; В (0) = 0 А (1) В (0) = 1	9	Проверка на совпадение знаковых разрядов слов А и В
9	С (1:5) = 1.0010 = -2	11	Образовать прямой код результата
11	Конец
3. A (1:5) = 0.0101 = 5 ; B (1:5) = 1.0011 = -3			Случай без переполнения; знак операнда А положительный, а В отрицательный
2	П (1) = 0	3	Слову П(1) присвоить значение «0»
3	В (1) =  В (1)	4	Изменить знак вычитаемого на противоположный
4	А (1:5) = 0.0101 В (1:5) = 0.0011	5	Образовать обратные коды слов А и В
5	С (1:5) = A (1:5) + B (1:5) A (1:5) = 0.0101 B (1:5) = 0.0011 C (1:5) = 0.1000	6	Слову С присвоить значение суммы слов А и В
6	С(0) = 0	7	Проверка разряда С(0)
7	А (1) = 0; В (1) = 0 А (1) В (1) = 0	8	Проверка на совпадение знаковых разрядов слов А и В
8	С (1) = 0; A (1) = 0 С (1) А (1) = 0	9	Проверка на совпадение знаковых разрядов слов А и С
9	С (1:5) = 0.1000 = 8	11	Образовать прямой код результата
11	Конец

Продолжение Таблицы 1

4. А (1:5) = 1.0101 = -5 ; В (1:5) = 0.0011 = 3			Случай без переполнения; знак операнда А отрицательный, а В положительный
2	П (1) = 0	3	Слову П(1) присвоить значение «0»
3	В (1) =  В (1)	4	Изменить знак вычитаемого на противоположный
4	А (1:5) = 1.1010 В (1:5) = 1.1100	5	Образовать обратные коды слов А и В
5	С (1:5) = A (1:5) + B (1:5) A (1:5) = 1.1010 B (1:5) = 1.1100 C (1:5) = 11.0110	6	Слову С присвоить значение суммы слов А и В
6	С(0) = 1 С(1:5) = С(1:5)+1 С(1:5) = 1.0111 1 С(1:5)=0.0111	7	Проверка разряда С(0)
7	А (1) = 1; В (1) = 1 А (1) В (1) = 0	8	Проверка на совпадение знаковых разрядов слов А и В
8	С (1) = 1; A (1) = 1 С (1) А (1) = 0	9	Проверка на совпадение знаковых разрядов слов А и С
9	С (1:5) = 1.1000 = -8	11	Образовать прямой код результата
11	Конец
5. A (1:5) = 1.1011 = -11 ; B (1:5) = 0.0111 = 7			Случай с отрицательным переполнением; знак операнда А отрицательный, а В положительный
2	П (1) = 0	3	Слову П(1) присвоить значение «0»
3	В (1) =  В (1)	4	Изменить знак вычитаемого на противоположный
4	А (1:5) = 1.0100 В (1:5) = 1.1000	5	Образовать обратные коды слов А и В
5	С (1:5) = A (1:5) + B (1:5) A (1:5) = 1.0100 B (1:5) = 1.1000 C (1:5) = 10.1100	6	Слову С присвоить значение суммы слов А и В
6	С(0) = 1 С(1:5) = С(1:5)+1 С(1:5) = 0.1100 1 С(1:5)=0.1101	7	Проверка разряда С(0)
7	А (1) = 1; В (1) = 1 А (1) В (1) = 0	8	Проверка на совпадение знаковых разрядов слов А и В

Продолжение Таблицы 1

8	С (1) = 0; A (1) = 1 С (1) А (1) = 1	10	Проверка на совпадение знаковых разрядов слов А и С
10	П(1) = 1	11	Слову П(1) присвоить значение «1»
11	Конец
6. А (1:5) = 0.1011 = 11 ; В (1:5) = 1.0111 = -7			Случай с положительным переполнением; знак операнда А положительный, а В отрицательный
2	П (1) = 0	3	Слову П(1) присвоить значение «0»
3	В (1) =  В (1)	4	Изменить знак вычитаемого на противоположный
4	А (1:5) = 0.1011 В (1:5) = 0. 0111	5	Образовать обратные коды слов А и В
5	С (1:5) = A (1:5) + B (1:5) A (1:5) = 0.1011 B (1:5) = 0.0111 C (1:5) = 1.0010	6	Слову С присвоить значение суммы слов А и В
6	С(0) = 0	7	Проверка разряда С(0)
7	А (1) = 0; В (1) = 0 А (1) В (1) = 0	8	Проверка на совпадение знаковых разрядов слов А и В
8	С (1) = 1; A (1) = 0 С (1) А (1) = 1	10	Проверка на совпадение знаковых разрядов слов А и С
10	П(1) = 1	11	Слову П(1) присвоить значение «1»
11	Конец

Результаты сверены для всех случаев, алгоритм работает верно.