Синтез микропрограммного управляющего автомата

Синтез микропрограммного управляющего автомата

Министерство общего и профессионального образования РФ

Вятский государственный технический университет

Факультет автоматики и вычислительной техники

Кафедра электронных вычислительных машин

ДОПУСКАЮ К ЗАЩИТЕ

Руководитель работы _______ О.А. Залетов

СИНТЕЗ МИКРОПРОГРАММНОГО

УПРАВЛЯЮЩЕГО АВТОМАТА

Пояснительная записка

курсовой работы

по теории автоматов

ТПЖА.220100.22.29 ПЗ

Разработал студент гр. ВМ-22 ( _______ ) Р.В. Гонта

Проверил преподаватель кафедры ЭВМ ( _______ ) О.А. Залетов

Нормоконтролер ( _______ ) В.Ю. Мельцов

Председатель комиссии ( _______ ) В.Д. Матвеев

Члены комиссии ( _______ ) В.Ю. Мельцов

Работа защищена с оценкой ( _______ )

1999

Содержание

|Введение | |

|1 Постановка задачи | |

|2 Описание используемого алгоритма умножения | |

|2.1 Алгоритм умножения чисел в форме с ПЗ с простой коррекцией | |

|2.2 Алгоритм умножения первым способом | |

|3 Ручной подсчет | |

|4 Выбор и описание структурной схемы ОА | |

|5 Реализация содержательной ГСА | |

|6 Построение отмеченной ГСА | |

|7 Синтез МПА в соответствии с моделью Мили | |

|7.1 Построение графа автомата | |

|7.2 Построение прямой структурной таблицы переходов и выходов | |

|7.3 Кодирование на D-триггерах | |

|7.4 Получение логических выражений для функций возбуждения | |

|D-триггеров и функций выходов | |

|7.5 Кодирование на RS-триггерах | |

|7.6 Получение логических выражений для функций возбуждения | |

|RS-триггеров | |

|7.7 Кодирование на T-триггерах | |

|7.8 Получение логических выражений для функций возбуждения | |

|T-триггеров | |

|7.9 Кодирование на счетчике | |

|7.10 Получение уравнений для счетчика | |

|8 Синтез МПА в соответствии с моделью Мура | |

|8.1 Построение графа автомата | |

|8.2 Построение прямой структурной таблицы переходов и выходов | |

|8.3 Кодирование на D-триггерах | |

|8.4 Получение логических выражений для функций возбуждения | |

|D-триггеров и функций выходов | |

|8.5 Кодирование на RS- триггерах | |

|8.6 Получение логических выражений для функций возбуждения RS- | |

|триггеров и функций выходов | |

|9 Построение функциональной схемы микропрограммного управляющего | |

|автомата | |

|Заключение | |

|Библиографический список | |

|Перечень сокращений | |

УДК 681.3

Реферат

Гонта Р.В. Синтез микропрограммного управляющего автомата. Курсовая

работа / ВятГТУ, каф. ЭВМ, рук. О.А. Залетов – Киров, 1999. Гр. ч. 3 л. ф.

А2

ОПЕРАЦИОННЫЙ АВТОМАТ, МИКРОПРОГРАММНЫЙ УПРАВЛЯЮЩИЙ АВТОМАТ , ГРАФ-СХЕМА

АЛГОРИТМА, ГРАФ, ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА, МОДЕЛЬ МИЛИ, МОДЕЛЬ МУРА

Цель работы — синтезировать микропрограммный автомат, управляющий

операцией умножения чисел в форме с плавающей запятой и характеристикой в

дополнительном коде первым способом с простой коррекцией.

Результатом работы является создание функциональной схемы

микропрограммного управляющего автомата.

Введение

Потребность в вычислениях возникла у людей на самых ранних стадиях

развития человеческого общества. Причем с самого начала для облегчения

счета люди использовали различные приспособления. Многие из них были

весьма интересными и остроумными по принципу действия, но все они

обязательно требовали, чтобы в процессе вычислений активно участвовал

человек-оператор. Качественно новый этап развития вычислительной техники

наступил с изобретением и созданием электронных вычислительных машин,

которые работают автоматически, без участия человека, в соответствии с

заранее заданной программой. Появление таких машин вызвано объективными

условиями современного развития науки, техники и народного хозяйства. Во

многих областях человеческой деятельности уже в середине ХХ века объем

и сложность вычислительных работ настолько возросли, что решение

некоторых задач без применения вычислительной техники было бы

практически не возможным. В настоящее время электронные вычислительные

машины применяются во многих областях науки, техники и народного

хозяйства. В основном они используются: для решения сложных

математических и инженерных задач, в качестве управляющих машин в

промышленности и военной технике, в сфере обработки информации.

1 Постановка задачи

Требуется разработать МПА, управляющий операцией умножения двоичных

чисел в форме с плавающей запятой и характеристикой в дополнительном коде

первым способом с простой коррекцией.

Функциональную схему устройства построить в основном логическом

базисе. Операнды разрядностью 4 байта (тридцать два разряда) поступают по

входной шине (ШИВх) в дополнительном коде (ДК), результат также в ДК

выводится по выходной шине (ШИВых). В младших 24 разрядах операнда хранится

мантисса со знаком, а в следующих 8 разрядах - характеристика.

2 Описание используемого алгоритма умножения

Процесс умножения состоит из последовательности операций сложения и

сдвигов.

2.1 Алгоритм умножения чисел в форме с ПЗ с простой коррекцией

1. Определить знак произведения сложением по модулю два знаковых разрядов

сомножителей.

2. Перемножить модули мантисс сомножителей по правилам с ФЗ:

2.1. Выполнить коррекцию, если хотя бы один из сомножителей

отрицательный по правилу введения коррекции.

Правила введения коррекции при умножении чисел в ДК:

- Если сомножители положительны, коррекции нет.

- Если один из сомножителей отрицателен, к псевдопроизведению надо

прибавить ДК от модуля положительного сомножителя.

- Если оба сомножителя отрицательны, к псевдопроизведению надо

прибавить ДК от модулей дополнительных кодов обоих сомножителей,

то есть их прямые коды.

2.2. Перемножить модули сомножителей, представленных в ДК, одним из

четырех способов получить псевдопроизведение.

3. Определить характеристику произведения алгебраическим сложением

характеристик сомножителей.

4. Нормализовать мантиссу результата и выполнить округление если

необходимо.

2.2 Алгоритм умножения первым способом

Умножение с младших разрядов множителя со сдвигом частных сумм вправо.

В каждом такте цикла умножения первым способом необходимо:

1 Сложить множимое с предыдущей частной суммой, если очередной разряд

множителя равен 1, и результат (новую частную сумму) запомнить; в

случае если очередной разряд множителя равен 0 суммирование не

выполнять;

2 Уменьшить вдвое частную сумму, что равносильно сдвигу ее на один

разряд вправо.

3 Ручной подсчет

Выполним ручной подсчет в соответствии с выше указанным алгоритмом.

В качестве множителя возьмём число 9, а в качестве множимого 13.

3.1 Сомножители положительные (A>0, B>0)

A = 9 = 10012, Апк = 0,1001, Адк = 0,1001

B = 13= 11012, Впк = 0,1101, Вдк = 0,1101

1 Определим знак произведения: 0 + 0 = 0

2 Перемножим модули сомножителей:

Таблица 1

|Множимое |Множитель |Сумматор |Пояснения |

|0,1101 |0,1001 |0,00000000 |Сложение |

| | |0,11010000 | |

| | |0,11010000 | |

| | |0,01101000 |Сдвиг |

| |0,0100 |0,00110100 |Сдвиг |

| |0,0010 |0,00011010 |Сдвиг |

| |0,0001 |0,00011010 |Сложение |

| | |0,11010000 | |

| | |0,11101010 | |

| | |0,01110101 |Сдвиг |

Получили псевдопроизведение: 0,01110101

3.1.3 Коррекция не нужна, так как оба множителя положительные.

3.1.4 Присвоение произведению знака:

(A*B)дк=0,01110101

(A*B)пк=0,01110101

A*B = (9)*(13) = 117 = 11101012

3.2 Сомножители разных знаков (А0)

A =-9=-10012, Апк = 1,1001, Адк = 1,0111

B =13= 11012, Впк = 0,1101, Вдк = 0,1101

1 Определим знак произведения: 1 + 0 = 1

2 Перемножим модули сомножителей:

Таблица 2

|Множимое |Множитель |Сумматор |Пояснения |

|0,1101 |0,0111 |0,00000000 |Сложение |

| | |0,11010000 | |

| | |0,11010000 | |

| | |0,01101000 |Сдвиг |

| |0,0011 |0,01101000 |Сложение |

| | |0,11010000 | |

| | |1,00111000 | |

| | |0,10011100 |Сдвиг |

| |0,0001 |0,10011100 |Сложение |

| | |0,11010000 | |

| | |1,01101100 | |

| | |0,10110110 |Сдвиг |

| |0,0000 |0,01011011 |Сдвиг |

Получили псевдопроизведение: 0,01011011

3.2.3 Произведём коррекцию (прибавим к псевдопроизведению Вдк):

0,01011011

Вдк= 0,00110000

0,10001011

3.2.4 Присвоение произведению знака:

(A*B)дк=1,10001011

(A*B)пк=1,01110101

A*B = (-9)*(13) = -117 = -11101012

3.3 Сомножители разных знаков (А>0, B<0)

A = 9 = 10012, Апк = 0,1001, Адк = 0,1001

B =-13= -11012, Впк = 1,1101, Вдк = 1,0011

1 Определим знак произведения: 0 + 1 = 1

2 Перемножим модули сомножителей:

Таблица 3

|Множимое |Множитель |Сумматор |Пояснения |

|0,0011 |0,1001 |0,00000000 |Сложение |

| | |0,00110000 | |

| | |0,00110000 | |

| | |0,00011000 |Сдвиг |

| |0,0100 |0,00001100 |Сдвиг |

| |0,0010 |0,00000110 |Сдвиг |

| |0,0001 |0,00000110 |Сложение |

| | |0,00110000 | |

| | |0,00110110 | |

| | |0,00011011 |Сдвиг |

Получили псевдопроизведение: 0,00011011

3.3.3 Произведём коррекцию (прибавим к псевдопроизведению Aдк):

0,00011011

Адк= 0,01110000

0,10001011

3.3.4 Присвоение произведению знака:

(A*B)дк=1,10001011

(A*B)пк=1,01110101

A*B = (9)*(-13) = -117 = -11101012

3.4 Сомножители отрицательные (A<0, B<0)

A = -9= -10012, Апк = 1,1001, Адк = 1,0111

B =-13=-11012, Впк = 1,1101, Вдк = 0,0011

1 Определим знак произведения: 1 + 1 = 0

2 Перемножим модули сомножителей:

Таблица 4

|Множитель |Множитель |Сумматор |Пояснения |

|0,0011 |0,0111 |0,00000000 |Сложение |

| | |0,00110000 | |

| | |0,00110000 | |

| | |0,00011000 |Сдвиг |

| |0,0011 |0,00011000 |Сложение |

| | |0,00110000 | |

| | |0,01001000 | |

| | |0,00100100 |Сдвиг |

| |0,0001 |0,00100100 |Сложение |

| | |0,00110000 | |

| | |0,01010100 | |

| | |0,00101010 |Сдвиг |

| |0,0000 |0,00010101 |Сдвиг |

Получили псевдопроизведение: 0,00010101

3.4.3 Произведём коррекцию (прибавим к псевдопроизведению Bпк, а затем

Aпк):

0,00010101

Впк= 0,11010000

0,11100101

Aпк= 0,10010000

0,01110101

3.4.4 Присвоение произведению знака:

(A*B)дк=0,01110101

(A*B)пк=0,01110101

A*B = (-9)*(-13) = 117 = -11101012

4 Выбор и описание структурной схемы операционного автомата (ОА)

ОА должен содержать:

- регистры RG1, RG2 для приема мантисс операндов с ШИВх;

- регистр RG3 и счетчик CT1 для приема характеристик с ШИВх;

- регистр RG4 для записи и хранения результата и частных сумм;

- комбинационные сумматоры SM;

- счетчик CT2 для подсчета тактов умножения;

- три сумматора по модулю 2 для получения обратного кода множимого и

определения ПРС;

- триггер T1 для хранения знака результата;

- схему конъюнкции;

- триггер T2 для фиксации ПРС;

- усилитель-формирователь для выдачи результата на ШИВых.

Операнды поступают в операционный автомат по 32-разрядной шине

ШИВх. Перед началом умножения необходимо обнулить регистр частных сумм RG4,

так как именно с него поступает информация на плечо A в SM, в счетчик CT2

необходимо занести “001001”, а триггер T1 сбросить. Операнды поступают в

дополнительном коде. Сначала мантисса множителя записывается в RG1 и RG2,

а его характеристика в RG3 и CT1. Мантисса первого операнда

преобразуется в ДК с помощью схемы сложения по модулю 2 и сумматора и

заносится в RG4. Затем записываются мантисса и характеристика множимого в

RG2 и CT1 соответственно. После анализа знаков операндов произведем

коррекцию, если это необходимо. Если знаковый разряд множимого (p2) равен

0, то обнуляем RG4. Если знаковый разряд множителя (p1) равен 1, то в RG4

заносим информацию с плеча S сумматора. После проведения коррекции

начинается процесс получения псевдопроизведения. В процессе умножения

происходят сдвиги регистров RG1 и RG4, а также увеличение счетчика CT2.

Кроме того производится анализ младшего разряда RG1 (p4). Если он равен 1

тогда в RG4 заносим информацию с плеча S сумматора. Получение

псевдопроизведения происходит до тех пор пока 5-й разряд в счетчике CT2

не окажется равным “1”. Далее производится анализ старшего разряда мантиссы

результата. Если он равен “0” – требуется нормализация. Нормализация

осуществляется путем сдвига RG4 влево и уменьшеня счетчика CT1.

Характеристика произведения получается обычным сложением характеристик

операндов, причем старший разряд характеристики у множителя подается

инверсным на плечо сумматора A. Перед выдачей результата на ШИВых

содержимое RG3, T1 и информация с плеча S сумматора SM2 подается на

усилитель-формирователь.

Таким образом, для выполнения операции умножения из управляющего

автомата в операционный автомат необходимо подать управляющие сигналы,

реализующие следующие микрооперации:

y1 - запись в RG1,

запись в RG3,

сброс T1,

занесение “001001” в CT2;

y2 - запись в RG2,

запись в CT1,

разрешить запись в T1;

y3 - обнуление RG4;

y4 - запись в RG4;

y5 - CT2:=CT2+1,

сдвинуть вправо RG1:=0.R1(RG1),

сдвинуть вправо RG4:=0.R1(RG4);

y6 - SMp=1 – подача “1” на вход переноса сумматора,

управление совокупностью схем сложения по модулю 2;

y7 - CT1:=CT1-1,

сдвиг влево RG4:=L1(RG4).0;

y8 - управление выдачей на ШИВых;

Из операционного автомата в управляющий автомат необходимо передать

осведомительные сигналы о состоянии устройств операционного автомата,

определяемые списком следующих логических условий.

Х - проверка наличия операндов на ШИВх,

p1 - знак операнда в RG1;

p2 - знак операнда в RG2;

p3 - проверка на наличие нулевого операнда в RG2;

p4 - проверка очередной цифры множителя;

p5 - проверка условия выхода из цикла;

Страницы: 1, 2, 3