Курсовая работа: Синтез керуючих автоматів
💣 👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
Принцип мікропрограмного керування припускає, що цифровий пристрій складається з двох частин: операційний автомат (ОА) і керуючий автомат (КА). ОА виконує найпростіші операції (мікрооперації) типу зсув, алгебраїчне додавання, кон’юнкція, диз’юнкція і т.п. КА формує послідовність керуючих символів в ОА, під впливом яких ОА реалізує більш складні алгоритми. Такі послідовності операцій називаються мікропрограмами та, звичайно, записуються у вигляді граф-схеми алгоритму.
КА розділяються на дві великі групи: автомати з жорсткою логікою та автомати з програмованою логікою. У свою чергу автомати з жорсткою логікою підрозділяються на автомати, виконані за схемою Мілі (КА Мілі) і за схемою Мура (КА Мура), автомати з програмованою логікою – на автомати з примусовою адресацією та з природною адресацією.
В автоматах з жорсткою логікою схема автомата однозначно інтерпретує граф-схему мікропрограми. В автоматах із програмованою логікою граф-схема інтерпретується у вигляді програми, що зберігається в пам’яті автомата.
Загальна формула для обчислювання результату S має такий вигляд:
Формулі , та згідно з варіантом завдання:
Загальний алгоритм для обчислювання формули S приведений на рисунку 1.1.
Для обчислювання формули S використовується ІМp-модель (IndividualMutualwithParallelpart - IMp).
Рис. 1.1 – Загальний алгоритм для обчислювання формули S
Схему взаємодії операційного та керуючої частин у цифровому просторі зображено на рисунку 1.2.
Рис. 1.2 – Структура цифрового пристрою
Структурна схема ІМp - моделі зображена на рисунку 1.3
Рис. 1.3 – Структура операційного пристрою
Пам’ять автомата складається з регістрів загального призначення R 1,
... , R n
.
Локальні шини А 1
, А 2
, A 3
призначені для прийому інформації з пам’яті та передачі її на комбінаційні схеми (КС).
В даному випадку використовуються КС двох типів: одномісні та двомісні.
Рис. 1.4 – Приклад комбінаційних схем
Однак, у даному ОА використовуються лише деякі з них.
1.2
Розробка функціонального алгоритму
Функціональна і структурна організація операційних пристроїв (ОУ) базується на принципі мікро програмного керування, сформульованому в 1951 році М. Уилксом. Відповідно до цього принципу будь-яка машинна операція розділяється на послідовність елементарних дій по обробці інформації – мікро операцій (МО). Порядок проходження мікро операцій визначається спеціальними логічними умовами (ЛУ), що у залежності від значень оброблюваної інформації приймають значення "істина" (1) або "неправда" (0). Алгоритм операцій в ОУ, записаний у термінах мікро операцій і логічних умов, що відбиває порядок проходження мікро операцій у часі, називається мікропрограмою.
Функція УА – це оперативна схема алгоритму, операторами якої є символи
, що ототожнюються з МО, виконуваними ОА, як логічні умови використовуються булеві перемінні . Найбільше часто операторна схема алгоритму представляється у виді граф-схеми алгоритму (ГСА).
Граф-схема алгоритму.
Орієнтований зв'язаний граф – граф, що містить одну початкову вершину, одну кінцеву вершину, довільну безліч умовних і операторних вершин.
Будова ІМр автомата дозволяє паралельно виконувати одномісну та двумісну операції, тобто можливо виконувати за одне завантаження автомату завантаження двох операнд. Наприклад, у п’ятій вершині зроблено саме так.
Кожній дії, завантаженню автомата, відповідає Y[і].
Ідентичні дії відповідають однаковим командам, Y[і].
Логічні умови позначаються – XL, однаковим умовам відповідають однакові XL.
Функціональний алгоритм приведений на рисунку 1.5.
1.3
Розробка структурної схеми автомата
1.3.1. Визначення набору регістрів пам’яті:
Одномісні:
КС1 : {L 1
, L 2
, L 3
, R 1
, R 2
, R 3
}
На шину C повинні поступати всі аргументи одномісних операцій.
Припустимо, що операція відіймання виконується наступним чином:
Sub:=B - A, тому від’ємне завжди повинно знаходитись на шині B, а від’ємник на шині А. В іншій двомісній операції Sumпорядок операндів значення не має.
Рис. 1.6 – Структурна схема автомата
1.3.3. Зв'язки між регістрами та локальними шинами
Наша схема має три шини: А та B – двомісні, та шина C – одномісна.
1.3.4.
Зворотні зв'язки шин Z1 та Z2 з регістрами пам’яті
Z 1
– результати одномісних операцій, а Z 2
– двомісних операцій.
Z 1
{RA, RB, RC, RS 1
, RS 2
,RS 3
}
Z 2
{RA, RB, RC, RS 1
, RS 2
,RS 3
}
Кожний елемент, котрий діє у схемі може виконуватись тільки при наявності відповідного керуючого сигналу y [n]
.
у 1
, у 2
, у 3
– завантаження початкових даних на шини.
у 4
–у 15
– завантаження даних у регістри пам'яті.
у 1
6
–у 33
– завантаження з пам'яті на локальні шини А, B, C.
у 34
, у 39
– завантаження результатів одномісних операцій на шину Z 1
.
y 40
–у 41
– завантаження результатів двомісних операцій на шину Z 2
.
Отримані таким чином дані заносимо до таблиці 1.1
Рис. 1.7 – Структурна граф-схема операційного автомата
2. СИНТЕЗ КЕРУЮЧИХ АВТОМАТІВ З ЖОРСТКОЮ ЛОГІКОЮ
На практиці використовуються дві моделі МПА - автомат Милі й автомат Мура, розходження між якими полягає у функції виходу. В автоматі Милі вихідний сигнал залежить від поточного стану і вхідного сигналу, а в автоматі Мура‑ тільки від стану. Незалежно від типу МПА для їхнього синтезу використовується однакова методика, що включає наступні етапи:
4. Побудова прямої структурної таблиці.
5. Формування системи булевських функцій (СБФ) для вихідних сигналів і функцій збудження елементів пам'яті
6. Синтез схеми в заданому елементному базисі.
2.1
Методика синтезу автомата Мура
На першому етапі початкова і кінцева вершини відзначаються окремим станом.
Побудова таблиці переходів зводиться, до формувань по відзначеної ГСА таблиці, що містить стовпці: a m
- вихідний стан; a s
- стан переходу; X(a m
, a s
) - кон’юнкція вхідних перемінних, визначальний перехід (a m
, a s
) і відповідна функції переходу іj, де Y і
відзначений станом a m
, Y – стан As, Y(a m
) - вихідні сигнали; h=1, H - номер переходу.
При кодуванні станів необхідно прагнути до такого кодування, що зменшує кількість функцій збудження, що приймають одиничне значення, і, отже, складність схеми УА.
Для цих цілей рекомендується використовувати алгоритми кодування.
Структурна схема автомата Мура (див. рис. 2.1):
1. Пам'ять – зберігає код стану (Q);
2. Дешифратор (ДС) – виконує перетворення коду в унітарний код, вказує на поточний стан.
На базі вектора станів А схема вихідних сигналів (СФВС) формує вихідні сигнали керуючого автомата y.
Автомат Мура має свою відмінність - вихідний сигнал y залежить не від вхідного Х, а від стану.
Автомат Мура, як і кожний інший автомат складається з двох частин: комбінаційна схема та пам'ять (тригер).
Для синтезу автомата Мура потрібно позначити кожну операторну вершину через a [i]
, починаючи з “початок” - і закінчуючи “кінець” - , так як це зроблено на рисунку 2.2.
Записуємо до таблиці 2.2 отримані результати: поточний стан (мітка вершини та номер її значення в двійковій системі вираховування), наступний стан (мітка вершини та номер її значення в двійковій системі вираховування), вхідний сигнал Х, вихідний сигнал Y та функції збудження пам'яті у заданому тригері (згідно варіанта - у тригері RS).
Рис. 2.2 – Граф-схема автомата Мура
Табл. 2.1 – Структура переходів для автомата Мура
2.2.1 Функції збудження пам'яті та їх синтез у заданий базис:
2.2.2 Синтез дешифратора та його синтез у заданий базис:
Синтез дешифратора для автомата Мура розробляється так само, як і синтез для автомата Мілі(див. далі).
2.2.3 Рівняння вихідних сигналів та їх синтез у заданий базис:
2.3
Методика синтезу автомата Мілі
Структурна схема автомата Мілі (зображена на рис. 2.3) включає ті ж етапи, що і синтез КА Мура. Відрізняється від схеми автомата Мура тим, що вихідні сигнали Y залежать від вхідних Х.
1. Позначаємо вхід початкових та кінцевих станів;
2. Позначаємо вихід операторних вершин у паралельних гілках одним станом (див. рис. 2.4). Кожна операторна вершина відзначається окремим станом. Таблиця переходів автомата має наступні стовпці: a m
, a s
- вихідний стан і стан переходу.
Х (am,as) - кон’юнкція вхідних перемінних, визначальний перехід (a m
, a s
),
Y h
- вихідний сигнал на переході (a m
, a s
).
Для синтезу логічної схеми в заданому базисі необхідно перетворити СБФ за правилами Де-Моргана з урахуванням обмежень елементного базису - числа входів і навантажувальної здатності.
Рис. 2.5 – Граф-схема автомата Мілі
Табл. 2.2 – Структура переходів для автомата Мілі
2.
4
Формування схеми автомата Мілі
2.4.1 Функції збудження пам'яті та їх синтез у заданий базис:
2.4.2 Синтез дешифратора та його синтез у заданий базис.
Методика синтезу дешифратора до автомата Мілі:
- таблиця істинності (Карта Карно);
- Карта Карно для одержання мінімізованої функції збудження;
Оскільки на кожнім наборі вхідних перемінних активний тільки один біт, то Карту Карно можна зобразити одну загальну для усіх вихідних сигналів. При цьому в осередках Карти Карно записуються не одиниці, а імена відповідних функцій.
Табл. 2.3 – Карта Карно до дешифратора автомата Мілі
Електрична схема дешифратора зображена на рисунку 2.6.
Рис. 2.6 – Дешифратор. Функціональна схема.
2.4.3 Рівняння вихідних сигналів та їх синтез у заданий базис:
3. Синтез автоматів з програмованою логікою
3.1 Синтез автомата з примусовою адресацією команд
ПЗУ – зберігаємий набір команд, кожна з котрих несе інформацію про набір вихідного сигналу, про поточний такт та адресу мікрокоманд, котрі повинні бути виконані у наступному такті.
Рис. 3.2 - Структурна схема АПЛ з примусовою адресацією мікрокоманд
- СФВС - дозволяє декодувати інформацію, що утримується в полі Y.
- САХ - являє собою мультиплексор на інформаційні входи якого подаються вхідні сигнали, а на адресні, код з поля Nх при цьому на А 0
завжди подається сигнал "0", у такий спосіб формується сигнал Z, що забезпечує передачу на адресний вхід пам'яті А або А 0
, або А 1
.
Для того щоб сформувати вміст ROM по граф-схемі мікрокоманд необхідно:
- закодувати вихідні сигнали і сформувати мікрокоманди по заданому форматі;
Рис. 3.3 – Граф-схема автомата з примусовою адресацією команд
Для скорочення довжини слова ROM будемо використовувати принцип максимального кодування вихідних сигналів.
Табл. 3.1 – Максимальне кодування вихідних сигналів
Табл. 3.2 – Структура переходів для автомата з примусовою адресацією команд
Табл. 3.3 – Таблиця кодів станівавтомата з примусовою адресацієюкоманд
Табл. 3.4 – Таблиця вхіднихсигналівавтомата з примусовоюадресацієюкоманд
Рівняння вихідних сигналів та їх
синтез у заданий базис:
3.2
Синтез автомата з природною адресацією команд
У реальних мікропрограмах часто зустрічаються ситуації, коли маються досить довгі сплетіння операторних вершин. У цьому випадку можлива організація схеми, коли безумовний перехід не задається, а виконується нарощуванням адреси мікрокоманди. Таким чином вдається зменшити довжину мікрокоманди за рахунок формування вихідних сигналів і аналізу вхідних сигналів у різні моменти часу. Для цього в автоматах із природною адресацією використовується два формати мікрокоманд:
Рис. 3.4 – Структурна схема автомата з природною адресацією
У регістрі мікрокоманд зберігатися поточне МК, якщо це операторна МК, то працює схема формування вихідних сигналів і в операційний автомат попадає y.
При цьому схема аналізу Х формує Z, що змушує адресу, що зберігається в лічильнику збільшитися на одиницю.
Якщо в регістрі МК умовна МК, то вихідний сигнал не формується, а схема аналізу Х формує Z, у залежності від значення Z:
якщо Z=1, то до значення лічильника команд додається 1,
якщо Z=0, то в лічильник попадає адреса мікрокоманди з поля b.
Порядок формування змісту ROM такий же як в автоматі з примусовою адресацією мікрокоманд.
Рис. 3.5 – Граф-схема автомата з природною адресацією команд
Табл. 3.5 – Структура переходів для автомата з природною адресацією команд
Табл. 3.6 – Таблиця кодів станівавтомата з природною адресацією команд
Табл. 3.7 – Таблиця вхідних сигналівавтомата з природною адресацієюкоманд
Рівняння вихідних сигналів та їх
синтез у заданий базис:
Табл. 3.8 – Карта Карно до мультиплексора
4. ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА АВТОМАТІВ
4.1 Порівняльна характеристика автоматів з жорсткою логікою
N вх
– кількість входів на великі елементи.
n вх
- кількість входів на малі елементи.
Табл. 4.1 – Таблиця обліку апаратурних витрат автоматів з жорсткою логікою
З таблиці 4.1 видно, що R схеми у Мура менше, але входів на DC більше.
4.2 Порівняльна характеристика автоматів з програмованою логікою
Табл.4.2 Таблиця обліку апаратурних витрат автоматів з програмованою логікою
У автомата з природною адресацією МК більш мінімальні апаратні витрати (корпусів), ніж у автомата з примусовою адресацією.
Тригерів однакова кількість. Кількість входів на DC однакова.
Комбінаційна частина у АПЛ з природною адресацією більша, ніж у примусової.
операційний керуючий автомат програмований логіка
Виконано курсовий проект з дисципліни „Прикладна теорія цифрових автоматів” на тему „Синтез керуючих автоматів”.
Були синтезовані основні типи автоматів з жорсткою та програмованою логікою. Хоча всі приведені автомати справилися з поставленою задачею і в достатній мірі реалізували схему керуючого автомата, але є деякі позитивні і негативні особливості синтезу кожного з автоматів. Наприклад, автомати з жорсткою логікою мають досить велику комбінаційну частину, але вони не потребують елементів ROM, це робить ці автомати дуже оптимальними за ціною затрат.
Автомати з програмованою логікою виявились досить складними в розрахунках і реалізації, але це повністю компенсувалось універсальністю та гнучкістю програмування, чого не можна було досягнути на автоматах з жорсткою логікою.
Название: Синтез керуючих автоматів
Раздел: Рефераты по коммуникации и связи
Тип: курсовая работа
Добавлен 23:54:20 06 мая 2011 Похожие работы
Просмотров: 23
Комментариев: 14
Оценило: 2 человек
Средний балл: 5
Оценка: неизвестно Скачать
Срочная помощь учащимся в написании различных работ. Бесплатные корректировки! Круглосуточная поддержка! Узнай стоимость твоей работы на сайте 64362.ru
Привет студентам) если возникают трудности с любой работой (от реферата и контрольных до диплома), можете обратиться на FAST-REFERAT.RU , я там обычно заказываю, все качественно и в срок) в любом случае попробуйте, за спрос денег не берут)
Да, но только в случае крайней необходимости.
Курсовая работа: Синтез керуючих автоматів
Топик: Поле запаха в немецком языке на примере романа П.Зюскинда ПАРФЮМЕР
Сочинение На Тему Характер Госпожи Простаковой
Статья: Биоэтические проблемы врачебных ошибок
Реферат по теме Современное состояние и перспективы современного межкорейского диалога
Реферат: Система налогооблажения в России
Реферат: Серое и белое вещество головного и спинного мозга
Курсовая Организация Хозяйственной Деятельности
Эссе О Фотографии Читать
Пособие по теме Как решать задачи по кулинарии
Контрольная работа: Правовые основы страхования и бюджетного процесса
Реферат по теме Спиноза Б. "Богословско-политический трактат"
Сочинение по теме «Звезды смерти стояли над нами...»
Реферат На Тему Формы Организации Физического Воспитания Школьников
Напишите Эссе На Тему Новую Власть Укрепляет
Реферат: Болезни растений
Эссе На Тему Уровни Развития Личности
Контрольные Работы К Учебнику Атанасяна 8 Класс
Сочинение Поэме Слово О Полку Игореве
Дипломная Творческая Деятельность
Дипломная работа по теме Учет и контроль расходования бюджетных средств
Доклад: Понятие, структура и субъектный состав законодательства об охране прав потребителей
Реферат: Средневековая христианская философия 3
Реферат: Коммерческий банк - основное звено банковской системы в РК