Организация ЭВМ и систем

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Волгоградский государственный технический университет»

Контрольная работа

«Организация ЭВМ и систем»

Выполнил: студент 2 курса ФПИК

группы АУЗ - 261с Тюляева И.А.

Проверил: ст. пр. Федоров М.А.

Волгоград 2012

Лабораторная работа № 1. Синтез и исследование комбинационных схем, построение простых операционных устройств

Цели работы: Построить заданное простое операционное устройство или узел, проследив на его примере иерархию организации цифровых устройств. Вспомнить процедуру синтеза комбинационных схем без памяти. Познакомиться с программой Altera Max+Plus II, возможностями и приемами работы в программе.

Порядок выполнения работы:

Составить комбинационную схему (КС) по таблице истинности функции (табл.1). Проверить правильность синтеза КС, подав на входы схемы все варианты наборов входных сигналов и сравнив значение логической функции на выходах с заданной таблицей. Определить сложность схемы C в логических элементах и время задержки T, в tзлэ (время задержки на одном логическом элементе).

А3А2А1А0 -0111

Таблица 1. Таблица истинности комбинационной схемы

x1	x2	x3	Y=F(x1, x2, x3)	Y=F(x1, x2, x3)
0	0	0	1	1
0	0	1	А0	1
0	1	0	0	0
0	1	1	1	1
1	0	0	А1	1
1	0	1	А2	1
1	1	0	0	0
1	1	1	А3	0

Минимизированная функция:

Построенная схема:

Комбинационная схема

Сложность схемы: С=9Слэ, Время задержки: t=5tлэ.

Составить таблицу истинности и КС одноразрядного полного двоичного сумматора. Определить сложность схемы C и время задержки T.

Таблица 2. Таблица истинности для одноразрядного полного сумматора

A	B	C	S	P
0	0	0	0	0
0	0	1	1	0
0	1	0	1	0
0	1	1	0	1
1	0	0	1	0
1	0	1	0	1
1	1	0	0	1
1	1	1	1	1



Схема одноразрядного полного двоичного сумматора

Сложность схемы: С=7Слэ, Время задержки: t=3tлэ.

Составить схему параллельного сумматора с последовательным переносом на 4 разряда и проверить ее работоспособность. Определить сложность схемы C и время задержки T.

Схема параллельного сумматора с последовательным переносом на 4 разряда

Сложность схемы: С=4СSM=4*7=21Слэ, Время задержки: t=4*tSM=4*3=12tлэ.

Синтезировать схему 4-х разрядного мультиплексора 2 x 1. Поместить мультиплексор в подсхему. Определить сложность схемы C и время задержки T.

Схема 4-х разрядного мультиплексора 2х1

Сложность схемы: С=13Слэ, Время задержки: t=4tлэ.

Синтезировать схему JK - триггера с управлением по спаду тактового импульса на базе библиотечного JK - триггера. Получить таблицы установки и временные диаграммы работы триггеров.

Исследование JK триггера



Синтезировать схему для перевода числа из прямого кода в дополнительный.

Схема перевода числа из прямого кода в дополнительный

Десятичное представление	Код двоичного представления (8 бит)
	прямой	дополнительный
-4	10000100	11111100

Лабораторная работа № 2. Исследование запоминающих устройств

Цель работы: Изучить принципы построения адресных устройств памяти с прямым доступом, различные варианты распределения адресного пространства между несколькими устройствами памяти (в том числе - расслоение памяти).

Порядок выполнения работы:

Синтезировать схему одной ячейки ОЗУ адресного типа с прямым доступом для устройства типа 3D на RS-триггерах.

Синхронный RS триггер

Сложность схемы: С=4Слэ, Время задержки: t=2tлэ.

Сложность схемы: С=10Слэ, Время задержки: t=6tлэ.

Синтезировать схему запоминающего устройства на базе ячейки, полученной в п.1, типа 3D на RS-триггерах с организацией 5х2.



Схема дешифратора DCX

Сложность схемы: С=35Слэ, Время задержки: t=4tлэ.

Таблица 3. Таблица истинности дешифратора DCX

x1	x2	x3	dcx0	dcx1	dcx2	dcx3	dcx4	dcx5	dcx6	dcx7
0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0
0	0	1	0	1	0	0	0	0	0	0
0	1	0	0	0	1	0	0	0	0	0
0	1	1	0	0	0	1	0	0	0	0
1	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0
1	0	1	0	0	0	0	0	1	0	0
	1	0	0	0	0	0	0	0	1	0
1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1

Схема дешифратора DCY

Таблица 4. Таблица истинности DCY

x1	x2	dcy0	dcy1
1	0	1	0
0	1	0	1

Схема массива ячеек памяти типа 3D 5x2

Сложность схемы: С=10Сmem+CDCX+CDCY +10Сand=10*10Слэ+35Cлэ+Cлэ+ 10Cлэ =146Слэ, Время задержки: t=tDCX+tmem + tDCY =11tлэ.

На базе ЗУ, полученного при выполнении предыдущего задания, синтезировать схему ЗУ вдвое большего объема (с удвоенным количеством адресуемых слов). Реализовать 2 варианта:

а) дополнительный бит адреса является старшим;

б) дополнительный бит адреса является младшим (расслоение памяти).

а) дополнительный бит адреса является старшим:



Удвоение массива для варианта а)

Сложность схемы: С=2СMem5x2+Слэ=2*146+1=293Слэ, Время задержки: t=tлэ+tMem5x2=11+1=12tлэ.

б) дополнительный бит адреса является младшим (расслоение памяти):

Удвоение массива для варианта б)

Сложность схемы: С=2СMem5x2+Слэ=2*146+1=292Слэ, Время задержки: t=tлэ+tMem5x2=11+1=12tлэ.



Лабораторная работа № 3. Исследование операционных устройств для выполнения умножения

Цель работы: В данной работе исследуются операционные устройства для выполнения умножения беззнаковых чисел (модулей). Рассматриваются устройства двух типов: процедурного типа для реализации косвенного умножения (с жесткой логикой управления) и структурного типа (с жесткой структурой) для аппаратной реализации вычислений на примере матричного умножителя Брауна и древовидного умножителя Уоллеса. На примере косвенного умножителя изучаются принципы построения управляющих цифровых автоматов.

Порядок выполнения работы:

Построить схему матричного умножителя Брауна для умножения двух чисел в заданной разрядности.

Матричный умножитель Брауна, для умножения двух двухразрядных чисел.



Время задержки: Tумн = t + (n + m - 2)*tsm,

где n - разрядность множимого, m - разрядность множителя.

Для 2-х разрядных чисел: Tумн=3*t.

Сложность схемы: С=4Слэ+2Сsm=8Слэ.

Модифицировать схему из предыдущего задания, добавив необходимое количество фиксаторов для организации конвейера.

Время задержки: Tумнк = 3*(tsm+ tff) + t=11*t

Сложность схемы: С=40Слэ.

Построить схему сумматора с сохранением переноса для сложения заданного числа слагаемых заданной разрядности.

Сложность схемы: С=8СSM=8*5=40Слэ, Время задержки: t=4*tSM=4*3=12tлэ.

Построить схему умножителя Уоллеса на базе ССП из предыдущего пункта.

Сложность схемы: С=16Слэ+12Csm=76Cлэ. Время задержки: t=13tлэ.

Построить схему конвейерного умножителя Уоллеса.

Сложность схемы: С=16Слэ+12Csm+28Стр=188Cлэ. Время задержки: t=21tлэ.

Лабораторная работа № 4. Изучение команд MMX

Цели работы: Изучить расширение системы команд MMX процессоров Intel, составить программы для выполнения матричных (векторных) вычислений с использованием и без использования инструкций MMX и сравнить время их выполнения.

Порядок выполнения работы:

Нахождение суммы квадратов всех элементов матрицы.

операционный процессор intel программа

№ п/п	Время вычислений с ММХ, мс	Время вычислений без ММХ, мс	Коэффициент ускорения К	Отклонение от среднего, dK
1	680	814	1,1960	0,01118
2	678	827	1,2185	0,197775
3	689	827	1,1990	0,00801
4	670	814	1,2135	0,00629
5	676	818	1,2088	0,00164

Листинг программы на языке Cи:

#include "stdio.h"

#include "windows.h"

int main(int argc, char* argv[])

{

short cnt = 4;

int res = 0, res1 = 0;

int Time1, Time2, Delay1,i;

double Speedup;

short a_vect[4] = {2,5,4,3};

short b_vect[4] = {4,3,2,1};

short c_vect[4] = {1,2,6,7};

short d_vect[4] = {8,7,9,4};

//printf("\nСкалярное произведение с ММХ и без...\n\n");

printf("\nScalar product with or without MMX...\n\n");

printf("\nResult = %d\n", res);

printf("Result1 = %d\n", res1);

// Заметить время...

Time1 = GetTickCount();

// Многократный прогон кода с MMX...

for (i=0; i<10000000; i++)

{

cnt = 4;

__asm

{

push eax

push ebx

push ecx

push esi

xor esi, esi

pxor MM7, MM7

movq MM0, a_vect[esi]

movq MM1, a_vect[esi]

pmaddwd MM0, MM1

paddd MM7, MM0

pxor MM0, MM0

pxor MM1, MM1

movq MM0, b_vect[esi]

movq MM1, b_vect[esi]

pmaddwd MM0, MM1

paddd MM7, MM0

pxor MM0, MM0

pxor MM1, MM1

movq MM0, c_vect[esi]

movq MM1, c_vect[esi]

pmaddwd MM0, MM1

paddd MM7, MM0

pxor MM0, MM0

pxor MM1, MM1

movq MM0, d_vect[esi]

movq MM1, d_vect[esi]

pmaddwd MM0, MM1

paddd MM7, MM0

movq MM0, MM7

psrlq MM7, 32

paddd MM7, MM0

movd res, MM7

emms

pop esi

pop ecx

pop ebx

pop eax

}

}

Time2 = GetTickCount();

//printf("\n C использованием ММХ...\n");

printf("\n Using MMX...\n");

printf("\nResult = %d", res);

Delay1 = Time2 - Time1;

printf("\nTime elapsed = %d ms\n", Delay1);

// Заметить время...

Time1 = GetTickCount();

// Многократный прогон кода без MMX...

for (i=0; i<10000000; i++)

{

cnt = 4;

__asm

{

push eax

push ecx

push esi

xor esi, esi

xor ecx, ecx

loop2:

mov ax, a_vect[esi] // Чтение из памяти

imul ax, ax

add cx, ax

add esi, 2

sub cnt, 1

jnz loop2

mov cnt, 4

xor si,si

loop3:

mov ax, b_vect[esi] // Чтение из памяти

imul ax, ax

add cx, ax

add esi, 2

sub cnt, 1

jnz loop3

mov cnt, 4

xor si,si

loop4: mov ax, c_vect[esi] // Чтение из памяти

imul ax, ax

add cx, ax

add esi, 2

sub cnt, 1

jnz loop4

mov cnt, 4

xor si,si

loop5: mov ax, d_vect[esi] // Чтение из памяти

imul ax, ax

add cx, ax

add esi, 2

sub cnt, 1

jnz loop5

mov res1, ecx

pop esi

pop ecx

pop eax

}

}

Time2 = GetTickCount();

//printf("\n Без использования ММХ...\n");

printf("\n Without MMX...\n");

printf("\nResult1 = %d", res1);

printf("\nTime elapsed = %d ms\n", Time2 - Time1);

Speedup = float((Time2 - Time1))/float(Delay1);

printf("\nMMX SpeedUp = %10.4f times\n\n", Speedup);

return 0;

}

Список литературы

1. Алексеев В.Б., Поспелов А. Д. Дискретная математика. II семестр - Изд.: МГУ, 2002.

2. Аляев Ю.А. Тюрин С.Ф. Дискретная математика и математическая логика. - М.: Финансы и статистика, 2010.

3. Галкина В.А. Дискретная математика: комбинаторная оптимизация на графах. - Изд.: Гелиос АРВ, 2003.

4. Тихонов В.А.. Организация ЭВМ и систем. - Изд.: Гелиос АРВ, 2008.

5. Цилькер Б. Я., Орлов С. А. Организация ЭВМ и систем. - СПб.: Питер, 2007.

Размещено на Allbest.ru