ВОЛГО - ВЯТСКИЙ ФИЛИАЛ
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине
«Вычислительная техника и информационные технологии»
Выполнил:
студент 3 – го курса
студ. билет № 5СС10002
Маштаков И.Ю.
_____________________
Проверил:
Туляков Ю.М.
_____________________
г. Нижний Новгород
2013 г.
Задание на курсовую работу
Курсовая работа предусматривает:
1. изучение принципа действия упрощенной модели автоматического вычислителя типа программируемого микрокалькулятора, структурная схема которого изображена на рис. 1;
2. программирование в двоичных кодах алгоритма вычислений, предписываемых функцией F = 
(a, b, c, d) из таблицы №11 методических указаний, где индекс K задает номер варианта и определяется предпоследней i = 0 и последней j = 2 цифрами моего варианта:
1) N = 10·i + j = 10·0 + 2 = 2; K = N = 2;
2) 
3) a = N + 15 = 17; b = N + 13 = 15; c = N + 5 = 7; d = N = 2.
При этом программу следует разместить в память команд (ПК), начиная с ячейки № i = 0, а операнды a, b, c и d – в память данных (ПД), начиная с ячейки № j = 2;
3. синтез конечного автомата (КА), реализующего функции устройства управления (УУ) на рис.1;
4. выполнение вручную всех расчетов согласно 
в двоичной системе счисления с выдачей всех промежуточных и окончательного результатов.
Рис. 1 – Структурная схема вычислителя.
Теоретическая часть
1. Состав вычислителя.
В состав вычислителя входят: арифметико-логическое устройство АЛУ (ALU), регистр RgQ, память команд ПК, память данных ПД, устройство управления УУ (конечный автомат КА), мультиплексор MS, элементы управляющей логики И1, И2.
2. Принцип работы вычислителя.
В ПК записываются команды, в ПД – операнды (данные).
Управление ПК и ПД осуществляется с помощью УУ сигналами V1 – V7, которые подаются в виде 0 и 1 на указанные устройства.
Сначала выполняется первая (верхняя) команда (она записана в регистрах (строчках) ПК) и по указанным в ней адресам выбирает из ПД нужные данные (числа) для операндов X и Y (аргументов, над которыми выполняются заданные операции).
Для выполнения необходимой операции над X и Y в АЛУ подается КОП (код операции). Полученный результат из АЛУ выдается в регистр результата RgQ. Если этот результат промежуточный, то он записывается в ПД в ячейку (РОН) с адресом, который указан в команде. Если результат конечный, то он из RgQ подается на выход (например, на дисплей).
Устройство управления (УУ) главным образом определяет очередность выбора команд. В данном случае это последовательный переход по счету от одной команды к другой (от одного адреса к другому). Поэтому УУ представляет собой счетчик, на выходе Q которого появляется двоичная комбинация, определяющая число сосчитанных входных импульсов. Управление заключается в подаче импульса запуска и выключении УУ после выполнения всех операций по заданной функции.
Практическая часть
1. Присвою данным операндам определенные РОН.
«а» помещаю в ячейку 
;
«b»→ 
;
«с»→ 
«d»→ 
Введу вспомогательные переменные:
Для дополнительно введенных переменных и их временного хранения выделю дополнительные РОН:
e – 
, f – 
, g – 
, h – 
, k – 
, l – 
.
АЛУ выполняет следующие операции:
, код операции – 010;
, код операции – 011;
, код операции – 100;
, код операции – 101;
2. Составляю блок-схему алгоритма вычисления.
Алгоритм вычислений реализуется последовательным выполнением команд K1,…,K11, каждая из которых обеспечивает выполнение операций.
Таблица №1 – блок-схема работы вычислителя.
| K1 | 
| K1 – вычисление e =  и размещение результата в RgQ.
|
| K2 | 
| K2 – перезапись e из RgQ в  .
|
| K3 | 
| К3 – вычисление  и размещение результата в RgQ.
|
| K4 | 
| K4 – перезапись f из RgQ в  .
|
| K5 | 
| K5 – вычисление  и размещение результата в RgQ.
|
| K6 | 
| K6 – перезапись g из RgQ в  .
|
| К7 | 
| K7 – вычисление  и размещение результата в RgQ.
|
| К8 | 
| K8 – перезапись h из RgQ в  .
|
| К9 | 
| K9 – вычисление  и размещение результата в RgQ.
|
| К10 | 
| K10 – перезапись k из RgQ в  .
|
| К11 | 
| K11 – вычисление  и размещается в RgQ.
|
3. Программирование сводится к записи кодов всех перечисленных команд в той же последовательности.
Заполняю таблицу команд программы (хранящейся в памяти команд).
Таблица №2.
| Команда | Адрес в ПК | Тип перехода от одной команды к другой | КОП ALU | Адрес в (ПД) (РОН) | Адрес в (ПД) (РОН) | Доп. уровни в УУ | |||||||||||||||||
| V5 | V4 | V3 | V2 | V1 | P2 | P1 | P0 | K2 | K1 | K0 | 
| 
| V6 | V7 | |||||||||
| К1 | х | x | x | x | x | ||||||||||||||||||
| К2 | х | x | x | х | x | x | x | x | |||||||||||||||
| К3 | |||||||||||||||||||||||
| К4 | х | x | x | х | x | x | x | x | |||||||||||||||
| К5 | х | x | x | x | x | ||||||||||||||||||
| К6 | x | х | x | х | x | x | x | x | |||||||||||||||
| К7 | |||||||||||||||||||||||
| К8 | х | x | x | х | x | x | x | x | |||||||||||||||
| К9 | х | x | x | x | x | ||||||||||||||||||
| К10 | x | x | x | х | x | x | x | x | |||||||||||||||
| К11 | Стоп |
Создание (синтез) УУ – устройства, выполняющего команды V1 – V7.
a) Структурная схема УУ.
Управляющее устройство содержит комбинационные устройства КУ1 и КУ2, память и схему запуска.
Комбинационное устройство КУ1 формирует сигналы 
управляющие триггерами T1, T2, T3, Т4 памяти УУ, что обеспечивает переход УУ из состояния a0 в состояние a1, из a1 в a2 и т.д.
Рис. 2 – Структурная схема УУ.
б) Считаем, что переключающее устройство строится на триггерах с выходами Q.
Определю необходимое количество триггеров для выполнения всех команд:
, где М – количество рабочих состояний (тактов).
Также учитывается 1 состояние покоя.
, т.е. m = 4.
После подачи импульса запуска КА должен отработать полный рабочий цикл, выдавая на каждом из тактов требуемые уровни выходных сигналов V1 – V7. В конце 11 такта КА должен сформировать сигнал W = 1 сброса, которым он будет переведен в состояние покоя.
в) Составляю таблицу функционирования УУ.
Таблица № 3.
| Такт (состояние) | Текущее состояние КА | Выходные сигналы | ||||||||||||
| 
| 
| 
| V5 | V4 | V3 | V2 | V1 | V6 | V7 | W | |||
| х | x | x | x | х | x | x | x | |||||||
| х | x | x | x | х | x | x | x | |||||||
| х | x | x | x | х | x | x | x | |||||||
| х | x | x | x | х | x | x | x | |||||||
| х | x | x | x | х | x | x | x | |||||||
г) Алгоритм работы КА можно представить и в виде графа:
Рис. 3.
Здесь 
… 
– рабочие состояния КА, 
– состояние покоя.
д) Построю комбинационное устройство КУ, которое вырабатывает сигналы V1 – V7 и W, имея на входах сигналы 
. Т.е. синтезирую счетчик на основе JK – триггеров.
Таблица № 4.
| Такт J | Предшествующие состояния триггеров (входные сигналы КУ1) на j – такте | Последующие состояния триггеров на (j + 1) – такте | Выходные сигналы КУ1 (управляющие триггерами) на j – такте | |||||||||
| (tj)
| (tj)
| (tj)
| (tj)
| (tj+1)
| (tj+1)
| (tj+1)
| (tj+1)
| 
| 
| 
| 
| |
| х | x | x | x | х | x | x | x | |||||
| х | x | x | x | х | x | x | x | |||||
| х | x | x | x | х | x | x | x | |||||
| х | x | x | x | х | x | x | x | |||||
| х | x | x | x | х | x | x | x |
е) По таблице № 4 составляю комбинационную схему в СДНФ. Видно, что 
.
Выпишу СДНФ для 
, 
, 
и минимизирую их с помощью карт Вейча – Карно.
Для минимизации выражений также использую безразличные состояния x.
Для формирования сигналов 
, , , использую встроенную логику ЗИ JK – триггеров. В результате память КА, вместе с КУ1 превратится в счетчик с параллельным переносом. Комбинационное устройство КУ2, имея на своих входах сигналы 
должно формировать выходные сигналы V1, V2,…V7, W согласно таблице №3. Формулы для МДНФ выходных переменных V1, V2,…V7, W позволяют построить принципиальную схему КУ2, чем и завершается синтез УУ.
Рис. 4 – Схема синтезированного устройства КУ1 – счетчика с параллельным переносом.
ж) Аналогично составляю функции для V1–W в СДНФ и синтезирую КУ2, используя таблицу №3.
Минимизирую выражения с помощью карт Вейча – Карно:
Получаю МДНФ:
Рис. 5 – Схема КУ2.
з) Строю схему запуска и сброса.
Рис. 6 - Схема запуска.
КА работает в том случае, если на его вход подаются тактовые импульсы ТИ, которые считаются счетчиком и заставляют его срабатывать. Таким образом, должна присутствовать схема запуска, которая подает ТИ от генератора на УУ. Её выключение прекращает подачу ТИ.
Схема запуска и сброса может быть организована на ЛЭ «И» и RS – триггере (рис.6). Если на вход S триггера подать запускающий импульс, то на выходе Q появляется 1 и открывает схему «И». Когда вырабатывается команда СТОП, на вход R триггера подается сигнал W = 1, на выходе Q появляется 0, и схема «И» перестает пропускать ТИ. Одновременно сигнал W подается на R – асинхронные входы триггеров, осуществляя их сброс (обнуление).
Рис.7 – общая схема УУ.
и) Проведу контрольные расчеты в двоичной системе счисления по заданной функции вычислителя.
Вычисление 
Вычисление 
Вычисление 
Вычисление 
Вычисление 
Вычисление 
Литература.
1. «Методические указания и задания на курсовую работу» по курсу «Вычислительная техника и информационные технологии» МТУСИ – Москва 2006 г. 40 стр. Составитель – Скворцов Г.И.
2. Конспект лекций по ВТ и ИТ 1 часть. 34 стр.
3. Пример по выполнению курсовой работы по ВТ и ИТ. 14 стр.