Вычислительная техника и информационные технологии
Строение и принцип действия упрощенной модели автоматического вычислителя типа программируемого микрокалькулятора. Составление блок-схемы алгоритма вычисления. Синтез счетчика с параллельным переносов на основе JK-триггеров; схема запуска устройства.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.08.2014 |
| Размер файла | 590,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Московский технический университет связи и информатики
Волго-Вятский филиал
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине
"Вычислительная техника и информационные технологии"
Нижний Новгород 2012 г.
I. Задание на курсовую работу
Курсовая работа предусматривает:
-изучение принципа действия упрощенной модели автоматического вычислителя типа программируемого микрокалькулятора, структурная схема которого изображена на рис. 1;
-программирование в двоичных кодах алгоритма вычислений, предписываемых функцией F=fк (a, b, c, d) из таблицы 10 методических указаний, где индекс k задает номер варианта и определяется предпоследней i=1 и последней j=4 цифрами моего варианта:
1) N=10i+j=34; K=N=34;
2) ;
3) a=N+15=49; b=N+13=47; c=N+5=39; d=N=34.
При этом программу следует разместить в память команд (ПК), начиная с ячейки № i=3, а операнды a, b, c и d - в память данных (ПД), начиная с ячейки № j=4;
-синтез конечного автомата (КА), реализующего функции устройства управления (УУ) на рис.1;
-выполнение вручную всех расчетов согласно в двоичной системе счисления с выдачей всех промежуточных и окончательного результатов.
Рисунок 1 - Структурная схема вычислителя
II. 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.
III. Практическая часть
1. Присвою данным операндам определенные РОН
"а" помещаю в ячейку РОНj=РОН4;
"b"> РОНj+1=РОН5;
"с"> РОНj+2=РОН6;
"d"> РОНj+3=РОН7
Введу вспомогательные переменные:
e = > РОН8
f = > РОН9
g = > РОН10
h = > РОН11
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,…,K9, каждая из которых обеспечивает выполнение операций.
Таблица 1 - блок-схема работы вычислителя.
|
1 |
K1 |
РОН4 РОН5 |
вычисление e = и размещение результата в RgQ |
|
|
K2 |
(РОН8) ¬ RgQ |
перезапись e из RgQ в РОН8. |
||
|
2 |
K3 |
вычисление f = и размещение результата в RgQ |
||
|
K4 |
(РОН9) ¬ RgQ |
перезапись f из RgQ в РОН9 |
||
|
3 |
K5 |
вычисление g = и размещение результата в RgQ |
||
|
K6 |
(РОН10) ¬ RgQ |
перезапись g из RgQ в РОН10. |
||
|
4 |
К7 |
вычисление h = и размещение результата в RgQ |
||
|
К8 |
(РОН11) ¬ RgQ |
перезапись h из RgQ в РОН11. |
||
|
5 |
К9 |
вычислениеl=и размещение результата 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 |
Ay |
Ax |
V6 |
V7 |
||||||||||
|
К1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
К2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
х |
x |
x |
x |
x |
х |
x |
х |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
К3 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
х |
х |
х |
х |
х |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
К4 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
х |
x |
x |
x |
x |
x |
х |
х |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
|
К5 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
|
К6 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
x |
х |
x |
х |
x |
x |
х |
х |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
К7 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
х |
х |
х |
х |
х |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
|
К8 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
х |
x |
x |
x |
x |
x |
x |
х |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
|
К9 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
Стоп |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
4. Создание (синтез) УУ - устройства, выполняющего команды V0-V7.
a) Структурная схема УУ.
Управляющее устройство содержит комбинационные устройства КУ1 и КУ2, память и схему запуска.
Комбинационное устройство КУ1 формирует сигналы q1, q2, q3, q4 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.
Рисунок 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 9 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 |
|||||||||||
|
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
V5 |
V4 |
V3 |
V2 |
V1 |
V6 |
V7 |
W |
||
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
Х |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
9 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
|
10-15 |
Остальные |
Х |
Х |
Х |
Х |
Х |
Х |
Х |
Х |
г) Алгоритм работы КА можно представить и в виде графа:
Рисунок 3
Здесь а1…а9 - рабочие состояния КА, а0 - состояние покоя.
д) Построю комбинационное устройство КУ, которое вырабатывает сигналы V1-V7 и W, имея на входах сигналы Q1-Q4. 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 |
||||||||||
|
Q4(tj) |
Q3(tj) |
Q2(tj) |
Q1(tj) |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
q4 |
q3 |
q2 |
q1 |
||
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
|
4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
9 |
1 |
0 |
0 |
1 |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
|
|
10/15 |
остальные |
Х |
X |
X |
X |
Х |
X |
X |
X |
е) По таблице 4 составляю комбинационную схему в СДНФ. Видно, что q1=1. Выпишу СДНФ для q2,q3,q4 и минимизирую их с помощью карт Карно-Вейча.
Для минимизации выражений также использую безразличные состояния Х.
Для формирования сигналов q1, q2 ,q3, q4 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 Q1, Q2, Q3, Q4 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.
Рисунок 4 - Схема синтезированного устройства КУ1 - счетчика с параллельным переносом
ж) Аналогично составляю функции для V1-W в СДНФ и синтезирую КУ2,используя таблицу 3.
V1=V7
Минимизирую выражения с помощью карт Карно-Вейча:
Получаю МДНФ:
Рисунок 5 - Схема КУ2
з) Строю схему запуска и сброса.
Рисунок 6 - Схема запуска
микрокалькулятор счетчик вычислитель триггер
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. Еe 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).
Рисунок 7 - Общая схема УУ
и) Проведу контрольные расчеты в двоичной системе счисления по заданной функции вычислителя.
Литература
1. Цифровая и вычислительная техника/Под ред. Э.В. Евреинова. - М.: Радио и связь, 1991. - 464 с.
2. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы. - М.: Энернгоатомиздат, 1991. - 592 с.
3. Скворцов Г.И. Вычислительная техника и информационные технологии -МТУСИ М. 2004 - 40 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Элементы и переменные, используемые для составления записи в Паскале. Основные числовые типы языка Turbo Pascal. Составление блок-схемы приложения, программирование по ней программы для вычисления функции. Последовательность выполнения алгоритма.
лабораторная работа [256,9 K], добавлен 10.11.2015Расчет специализированного вычислителя тригонометрических функций, основанное на разложении ряда Тейлора с использованием чисел Бернулли. Код программы вычисления на языке С++. Граф-схема алгоритма. Схематическое представление входов и выходов проекта.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 29.12.2012Изучение понятия и свойств алгоритма. Определение сущности технологии Robson. Исполнитель, а также блок-схема алгоритма или его графическое представление, в котором он изображается в виде последовательности связанных между собой функциональных блоков.
реферат [155,9 K], добавлен 19.10.2013Составление блок-схемы алгоритма решения задачи, погрешности вычисления суммы членов числового ряда. Разработка программ на языке на Visual Basic, работа с массивами. Особенности работы со строковыми данными. Варианты реализации формы приложения.
контрольная работа [220,4 K], добавлен 18.06.2010Принцип работы преобразовательного устройства. Система автоматического управления. Расчет параметров катушки индуктивности. Схема преобразовательного устройства и описание элементов математической модели. Режим прерывистых и непрерывных токов дросселя.
курсовая работа [705,1 K], добавлен 21.10.2012Табличный метод вычисления контрольной суммы. Реализация на практике вычисления циклического контрольного кода параллельным и последовательным методами. Аппаратная реализация вычисления CRC в параллельном и последовательном коде, математическое описание.
курсовая работа [573,7 K], добавлен 09.08.2015Примерный вид выходного сигнала датчика. Описание и блок-схема алгоритма обработчиков прерываний. Формула вычисления температуры на индикаторе. Перевод абсолютного значения в BCD-код. Блок-схема алгоритма основной программы. Динамическая индикация.
курсовая работа [141,2 K], добавлен 21.10.2012Описание алгоритма работы устройства. Составление и минимизация комбинационных схем регистра. Представление основных элементов в требуемом базисе. Работа сумматора и компаратора, описание ее принципа и назначение. Составление временной диаграммы.
курсовая работа [717,0 K], добавлен 19.06.2014Разработка различных программ для вычисления X и Y по формуле, для вычисления интеграла, для вычисления таблицы значений функции и для вычисления элементов вектора. Составление блок-схемы программы. Ввод значений, описание переменных и условия расчета.
контрольная работа [148,1 K], добавлен 08.11.2013Особенности вычисления по формулам в Microsoft Visual Basic с использованием функции If. Применение циклов и разветвлений. Визуальные объекты, составление алгоритмов задачи, блок-схемы и программного кода. Введение переменных, определение типа данных.
лабораторная работа [558,5 K], добавлен 23.05.2014
