Принцип построения процессорных устройств

Задание

В курсовой работе необходимо построить схему цифрового автомата п о алгоритмуфункционирования,вариант 3

Комбинационную часть построить на логических элементах базиса И-НЕ

Использовать микросхемы серии 555

Для построения блока памяти использовать JK триггеры

тип микросхемы К555ТВ6 функционирования

Для преобразования информации с выходов триггеров в состояние А цифрового автомата использовать дешифратор типа 4*10

Тип микросхемы 555ИД6

Для разработки цифрового автомата использовать принцип построения автомата Мили.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Теоретические вопросы разрабатываемой темы

1.1. Методы обработки информации.

1.2. Процессорное устройство и его структура.

1.3. Принципы проектирования микропрограммного автомата.

1.4. Основные понятия о цифровом автомате.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Задан алгоритм функционирования цифрового автомата.

2.2. Определение состояний цифрового автомата.

2.3. Построение графа по алгоритму функционирования.

2.4. Кодирование состояний цифрового автомата.

2.5. Построение таблицы функционирования цифрового автомата.

2.6. Запись логических выражений для комбинационной схемы.

2.6.1. Подбор микросхем с учетом выбранного базиса и типа микросхем.

2.6.2. Составление таблиц учёта МКС, параметров МКС.

2.7. Построение схемы МПА.

2.8. Описание работы схемы на переходе.

 

 

Содержание стр.

Введение ……………………………………………………………………………………………….

1. Принцип построения процессорных устройств………………………………

2. Принцип разработки цифровых автоматов…………………………………….

3. Разработка цифрового автомата по алгоритму функционирования…

3.1. Определение состояний управляющего устройства………………………..

3.2. Построение графа функционирования управляющего устройства…..

3.3. Построение таблицы функционирования цифрового автомата……….

3.4. Составление логических уравнений……………………………………………………

4. Выбор микросхем по заданному базису, учет их, расчет мощности……

5. Исследования работы цифрового автомата на переходе…………………….

Заключение...............................................................................................

Список литературы …………………………………………………………………………………….

Принцип построения процессорных устройств

Обработка информации может осуществляться двумя методами: аналоговым, при котором участвующие в обработке величины представляются в аналоговой форме (обычно уровнями напряжения или тока), или цифровым, при котором величины представляются в цифровой форме, и сама обработка сводится к последовательности действий (операций) над числами.

В зависимости от используемого метода обработки различают два типа аппаратуры: аналоговая, в которой используется аналоговый метод обработки, и цифровая, в которой применяется цифровой метод обработки. В цифровой аппаратуре основным устройством, в котором непосредственно выполняется обработка, является процессорное устройство.

Процессорное устройство и его структура

Процессорное устройство (как и всякое сложное цифровое устройство) синтезируется в виде соединения двух устройств: операционного и управляющего (рис.1)

Операционное устройство – устройство, в котором выполняются операции. Оно включает в себя регистры, сумматор, каналы передачи информации, мультиплексоры для коммутации каналов, шифраторы, дешифраторы и т.д. Управляющее устройство координирует действия узлов операционного устройства; оно вырабатывает в определенной временной последовательности управляющие сигналы, под действием которых в узлах операционного устройства выполняются требуемые действия.

u 1 u 2 ur

Вход данных

 

		Выход данных

Процесс функционирования операционного устройства распадается на определенную последовательность элементарных действий в его узлах.

Перечень таких элементарных действий включает в себя:

1) Установку регистра в некоторое состояние (например, запись в регистре числа 0, обозначаемую R₁← 0);

2) Инвертирование содержимого разрядов регистра (например, если регистр R₂ содержал число 101101, то после инвертирования его содержимое будет 010010, такое действие обозначают R₂←(R₂));

3) Пересылку содержимого одного узла в другой узел (например, пересылку содержимого регистра R₁ в регистр R₂, обозначаемую R₂←(R₁));

4) сдвиг содержимого узла влево, вправо (например, сдвиг на один разряд влево содержимого регистра R₁, обозначаемый R₁ ←C_дв Л (R₁));

5) счет, при котором число в счетчике возрастает или убивает на единицу (C_ч ←C_ч) ± 1);

6) сложение (например, R₂ ← (R₂) + (R₁));

7) сравнение на равенство содержимого регистра с некоторым числом, результат сравнения лог. 1 в случае выполнения равенства или лог. 0 в случае невыполнения равенства;

8) некоторые логические действия (поразрядная дизъюнкция, конъюнкция и т.д.).

 

 

 

Каждое такое элементарное действие, выполняемое в одном из узлов операционного устройства в течение одного тактового периода, называется микрооперацией.

В определенные тактовые периоды одновременно могут выполняться несколько микроопераций, например R₂ ←0; C_ч ←(C_ч) +1. Такая совокупность одновременно выполняемых операций называется микрокомандой, а весь набор микрокоманд, предназначенный для решения определенной задачи, - микропрограммой.

Таким образом, если в операционном устройстве предусматривается возможность исполнения n различных микроопераций, то из управляющего устройства выходят n управляющих цепей, каждая из которых соответствует определенной микрооперации. И если в операционном устройстве необходимо выполнять некоторую микрооперацию, то достаточно из управляющего устройства по определенной управляющей цепи подать сигнал (например, уровень лог.1) В следствие того, что управляющее устройство определяет микропрограмму, т.е. какие и в какой временной последовательности должны выполняться микрооперации, оно получило название микропрограммный автомат.

Формирование управляющих сигналов y₁, …, y_n (рис. 2) для выполнения определенных микрокоманд может зависеть от состояния узлов операционного устройства, определяемого сигналами x_1, ..., x_s, которые передаются по определенным цепям с соответствующих выходов операционного устройства на входы управляющего устройства. Управляющие сигналы y₁, …, y_n могут зависеть также от внешних сигналов x_s+1, …, x_L.

Для уменьшения числа управляющих цепей, выходящих из управляющего устройства, в тех случаях, когда последнее конструктивно выполняется отдельно от операционного устройства, микрокоманды определенным образом кодируется. При этом операционное устройство формирует управляющие сигналы с помощью преобразователя кодов, преобразующего поступающую из управляющего устройства кодовую комбинацию микрокоманды в управляющие сигналы.