Анализ и разработка виртуального стенда

В стенд встроен триггер D-типа. На лицевой панели он обозначен как ТТ. Этот триггер служит для запоминания переполнения разрядной сетки, знака операнда «В».

Рисунок 3.4 - Вид схемы триггера D-типа на передней панели виртуального стенда

На передней панели расположен счётчик адреса слова микрокоманд в памяти. Он позволяет проследить, как происходит считывание. Вид счётчика на передней панели представлен на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 - Вид счётчика на передней панели виртуального стенда

Он построен на универсальном счетчике К155ИЕ7, который работает в режиме установки адреса по входам D0...D3 при присутствии импульса по входу PE, счета адреса по входу «+1» и обнуления по входу R. Счётчик состоит их четырёх разрядов.

На передней панели стенда отображено запоминающее устройство микрокоманд, выполненное на микросхемах К155РУ2. Оно представляет собой ОЗУ со схемами управления и полной дешифрацией адреса. Устройство служит для записи и хранения микропрограммы одной операции. На рисунке 3.6 представлено отображение памяти на внешней панели стенда.

Рисунок 3.6 - Отображение памяти на передней панели виртуального стенда

Массив элементов памяти - матрица, состоящая из 16 строк и 4 столбцов. Элементы каждого столбца соединены внутренней линией данных и хранят одноимённые биты всех слов.

Рисунок 3.7 - Функциональная схема К155РУ2

Ячейка памяти состоит из 4-х триггеров, управляемых общим сигналом. Все ячейки памяти аналогичны.

В стенде используется регистр хранения информации (регистр операнда «А»). Он построен на микросхемах К155ТМ8, содержащих в корпусе четыре D-триггера, соединенных между собой по входу синхронизации и входу установки нуля. На передней панели регистр выглядит, как показано на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8 - Внешний вид регистра А на панели стенда

На блок-диаграмме представлена структура регистра. Она создана в соответствии с принципиальной схемой микросхемы К155ТМ8.

Необходимо воспроизвести 2 четырёхразрядные микросхемы К155ТМ8 для создания восьмиразрядного регистра А.

Регистры операндов «В» и «С» построены на микросхеме К155ИР13, которая в зависимости от поданных на входы управляющих сигналов V1 и V2 и тактового сигнала С может работать в режимах записи информации с входов D, сдвига информации в сторону младших или старших разрядов, хранения информации.

Регистры В и С сделаны на одинаковых схемах, поэтому для их сборки была использована одна схема внутреннего устройства. На рисунке 3.9 представлены изображения регистров на передней панели стенда.

Рисунок 3.9 - Внешний вид регистров В и С на передней панели стенда

Регистры В и С представляют собой одну схему.

Для задания слова микрокоманды в микропрограммном режиме используется тумблерный регистр В, в режиме работы тумблерные регистры А и В служат для задания значений операндов, над которыми будет производиться операция, микропрограмма для которой задана. Тумблерные регистры выполнены в соответствии с их видом на передней панели стенда УМ-21. Ихизображениенавиртуальномстендепредставленонарисунке3.10.

Рисунок 3.10 - Внешний вид регистров В и А на передней панели стенда

Адрес, по которому будет записано слово микрокоманды, каждый раз вносится пользователем вручную. Для этих целей в стенде предусмотрен удобный интерфейс в виде тумблеров. Значение, введённое пользователем, указывает то, в ячейку с каким адресом будет внесено значение с тумблерного регистра В.

Рисунок 3.11 - Блок задания адреса микрокоманды в виртуальном стенде

На передней панели стенда с помощью индикаторов показана микрокоманда. Она занимает 3 восьмиразрядных слова и записывается по трем адресам ЗУ. Кроме того, отдельно выведена индикация входов АЛУ.

Рисунок 3.12 - Блок индикации микрокоманд и входов АЛУ

Осуществление управления режимом работы установки осуществлено с помощью соответствующих тумблеров на передней панели установки.

Рисунок 3.13 - Панель управления режимом работы на стенде

Запись полей микрокоманды осуществляется при положении тумблеров в режимах «Запись» и «Одиночный» при однократном нажатии кнопки «Пуск». При переключении тумблеров в режим «Работа» и «Одиночный» при однократном нажатии кнопки «Пуск» осуществляется считывание из памяти трёх восьмиразрядных слов. Значение слов в памяти можно посмотреть с помощью индикации на блоке «Регистр микрокоманды». Счётчик адреса слова микрокоманды укажет адрес последнего считанного слова. Два этих режима работы необходимо учесть при моделировании работы стенда. Это сделано с помощью структуры case. В случае прихода значения false начинается обработка ситуации режима работы. В случае прихода значения true начинается обработка ситуации режима записи. В режиме работы считываются значения со счётчика адреса слов микрокоманд, чтобы обеспечить считывание по три слова. Каждое считанное слово поступает на управляющий регистр. Затем, когда все три слова считаны, на АЛУ поступают управляющие сигналы, а на регистры А, В и С - информационные. Реализация логики работы представлена на рисунке 3.14.

Рисунок 3.14 - Реализация в стенде режима «Работа»

В режиме «Запись» значение тумблерного регистра В записывается по заданному пользователем адресу слова микрокоманды. Реализация в стенде этого режима работы представлена на рисунке 3.15.

Рисунок 3.15 - Реализация в стенде режима «Запись»

Для просмотра результатов выполнения операции в модель стенда был встроен осциллограф. С помощью регуляторов «Длительность Время (мкс.)/Дел.» и «Вольт/дел.» можно управлять разрядной сеткой. «Длительность Время (мкс.)/Дел.» - управляет сеткой осциллографа по оси Х, а «Вольт/дел.» - управляет сеткой осциллографа по оси У. Кроме того, есть ручки для прокручивания сигнала по оси Х и У как «грубо» - для быстрого перемещения сигнала, так и «плавно» - для более точного наведения по разрядной сетке. На рисунке 3.16 представлен внешний вид осциллографа на панели стенда.

Рисунок 3.16 - Осциллограф на передней панели стенда

4. Работа с виртуальной моделью стенда УМ-21

В связи с тем, что на данный момент реализован микропрограммный режим работы с виртуальной установкой, опишем процесс работы именно в этом режиме.

1 этап. Включение питания, выбор серии микросхем, на которых построен стенд, типа сигнала генератора и его параметров.

Рисунок 4.1 - Корректные параметры для работы с виртуальной установкой

2 этап. В режиме «Запись» и «Одиночный» необходимо внести в память слова микрокоманды.

Рисунок 4.2 - Внесение в память по адресу 5 восьмиразрядного слова микрокоманды

3 этап. В режиме «Работа» и «Одиночный» вносим операнды для бинарной операции И. После этого нажимаем кнопку «Пуск».

Рисунок 4.3 - Внесение операндов для выполнения операции И

На рисунке 4.3 показано, что из памяти считаны все 6 восьмиразрядных слов микропрограммы, а индикаторы регистра микрокоманды показывают три последних считанных слова.

4 этап. Оценка результата. На рисунке 4.5 в регистре С показан результат выполнения операции И над операндами А и В.

Рисунок 4.4 - Результат выполнения операции И

5 этап. Измерение времени выполнения операции. Оно производится на осциллографе, встроенном в стенд. После настройки мы получаем корректное отображение сигнала, показывающее время выполнения операции - 20 мкс.

Рисунок 4.5 - Время выполнения операции И в микропрограммном режиме

Заключение

В курсовой работе были представлен обзор возможных программных средств для разработки, представлены актуальность и преимущества внедрения виртуальной лабораторной установки. Цель использования виртуального аналога - повышение качества обучения студентов, с которыми будут выполняться практические задания для закрепления лекционного материала по курсу «Организация ЭВМ и систем». Выбор метода реализации стенда очень важен. Сама методика должна приводить к тому, чтобы модель была близка к существующему стенду и отражала всю необходимую функциональность. Созданная модель полная, адаптивная с возможностью достаточно широких изменений. Модель достаточно абстрактная при сохранении физического смысла объекта. Модель физически осуществима нас помощью существующих технических средств. Модель обеспечивает получение полезной информации об объекте, исходя из поставленной задачи исследования. Информация, полученная с помощью модели, должна обеспечивает расчет значений времени выполнения логических операций с помощью встроенного осциллографа, а также изучить состав аппаратных средств для микропрограммного и аппаратного способов управления выполнением операций. Модель построена с использованием общепринятой терминологии. Она основана на моделировании виртуальных схем серии К155 и их коммутации в соответствии с документацией на установку УМ-21. Модель предусматривает реальность проверки истинности соответствия ее оригиналу, т.е. обеспечивает проверку адекватности или верификацию. С помощью индикации на передней панели виртуальной установки можно легко проверить правильность выполнения логических операций, а показания осциллографа соответствуют истинному времени выполнения операций в обоих режимах работы стенда. Модель устойчива к ошибкам в исходных данных. Предусмотрена корректная работа стенда в случае ошибочных действиях пользователя.

Был проведён обзор предметной области с выявлением важных частей при моделировании стенда, а также описаны назначение и технические характеристики лабораторного стенда УМ-21, процесс функционирования которого моделируется. В связи с особенностями предметной области были выбраны и обоснованы язык и среда программирования для создания приложения. Был разработан процесс функционирования программы, учитывающий специфику учебного процесса. Разработано методическое руководство по работе с виртуальным стендом, которое повышает эффективность обучения. Видеоуроке по работе удобны в использовании и позволяют в полной мере охватить все необходимые аспекты работы установки.

В ходе исследования был проведён анализ задачи разработки модели стенда с точки зрения АСНИ, описаны и проанализированы целевые функции. С их помощью можно наглядно продемонстрировать экономический эффект от внедрения установки, выражающийся в дешевизне разработки и эксплуатации виртуального аналога, а также в сокращении времени на изучение материала при сохранении качества.

В приложении отражены все основные функциональные узлы, собранные в Lab VIEW, которые необходимы для работы установки в микропрограммном режиме.

Приложение

Приложение А

Схема АЛУ в Lab VIEW на основе схемы К155ИП3

Приложение Б

Схема

Размещено на Allbest.ru