Методические указания к циклу лабораторных работ по дисциплине «Цифровые эвм»




НазваниеМетодические указания к циклу лабораторных работ по дисциплине «Цифровые эвм»
страница1/4
Дата публикации13.02.2014
Размер0.67 Mb.
ТипМетодические указания
zadocs.ru > Химия > Методические указания
  1   2   3   4





Министерство образования и науки Украины
Севастопольский национальный технический университет


СИНТЕЗ УПРАВЛЯЮЩИХ АВТОМАТОВ

С ПРОГРАММИРУЕМОЙ ЛОГИКОЙ

Методические указания
к циклу лабораторных работ

по дисциплине «Цифровые ЭВМ»

для студентов направления

6.050102 – «Компьютерная инженерия»

дневной формы обучения

Севастополь
2009

УДК 681.3

Синтез управляющих автоматов с программируемой логикой: Методические указания к циклу лабораторных работ по дисциплине «Цифровые ЭВМ» для студентов направления 6.050102 – «Компьютерная инженерия» дневной формы обучения/ Разраб. Ю.К.Апраксин, Т.В.Волкова.  Сева­стополь: Изд-во СевНТУ, 2009.  44 с.

Методические указания предназначены для организации эффективной работы студентов в процессе подготовки и выполнения лабораторных работ, включенных в цикл «Синтез управляющих автоматов с программируемой логикой». Основой каждой лабораторной работы является разработка микропрограммы по заданному алгоритму функционирования управляющего автомата и ее исследование. Методические указания к каждой лабораторной работе содержат четкую постановку задачи, варианты заданий, методические рекомендации к домашней подготовке к лабораторной работе, последовательность ее выполнения и содержание отчета. В приложении приводится описание программных средств, используемых при выполнении лабораторных работ.

Методические указания рассмотрены и утверждены на заседании кафедры КиВТ (протокол № 6 от 27 февраля 2009 г.)


Допущено учебно-методическим центром и научно-методическим советом СевНТУ в качестве методических указаний

Рецензент: доктор техн. наук, профессор кафедры Технической кибернетики Е.А.Шушляпин.

СОДЕРЖАНИЕ
1.Общие сведения об управляющих автоматах (УА), построенных

на основе принципа программируемой логики 4

2. Цель работ 8

3. Содержание работ 8

4. Лабораторная работа № 1. Разработка микропрограммы

для УА использующего принцип естественной адресации

микрокоманд 10

5. Лабораторная работа № 2. Разработка микропрограммы для

УА использующего принцип принудительной адресации

микрокоманд 24

Библиографический список 34

Приложение А 35



  1. ^ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УПРАВЛЯЮЩИХ АВТОМАТАХ (УА), ПОСТРОЕННЫХ НА ОСНОВЕ ПРИНЦИПА ПРОГРАММИРУЕМОЙ ЛОГИКИ


В основе идеи микропрограммирования (использования принципа «программируемой» логики) лежит тот факт, что для инициирования любой микрооперации (МО) или их совокупности достаточно сформировать управляющее двоичное слово, в котором каждый бит соответствует одному управляющему сигналу, инициирующему конкретную МО. Такое управляющее слово называют микрокомандой (МК). Последовательность МК, реализующих определенный алгоритм функционирования управляющего автомата (УА), образует микропрограмму (МП).

Характерной особенностью УА с программируемой логикой является хранение МП в специализированном постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), называемом памятью микропрограмм (ПМП). Обобщенная структура УА с хранимой в памяти логикой изображена на рисунке 1.



Рисунок 1 – Обобщенная структура УА с программируемой логикой

В состав устройства кроме ПМП входят:

  • регистр микрокоманды (РМК);

  • регистр адреса микрокоманды (РАМК);

  • формирователь сигналов микроопераций (ФСМО);

  • формирователь адреса микрокоманды (ФАМК).

Запуск микропрограммы выполнения того или иного вычислительного процесса осуществляется в результате подачи на РАМК «начального адреса» МП (адреса первой микрокоманды конкретной МП) и последующего выбора текущей МК по сигналу ЧтМК (чтение МК). Выбранная МК попадает на РМК.

Каждая МК в общем случае должна содержать операционную (М) и адресную (Х . А) части. Код операционной части поступает на ФСМО, на выходе которого формируются управляющие сигналы y1, y2,…, ym, инициирующие выполнение МО в обрабатывающем устройстве. Код адресной части МК состоит из двух полей. Первая часть адресного кода (X), задающая номер проверяемого логического условия, подается на ФАМК. Формирователь адреса среди поступивших на его информационные входы осведомительных сигналов x1, x2, …, xn выбирает xX (сигнал с номером, заданным полем X МК) и в зависимости от его значения (0 или 1) формирует адрес следующей исполняемой МК, который фиксируется в РАМК.

В данном цикле лабораторных работ рассматриваются все основные подходы к проектированию МП для УА с программируемой логикой. Каждый подход характеризуется в первую очередь способом кодирования операционной части МК. На рисунке 2 изображены структуры операционной части МК и схемы расшифровывания кодов микроопераций, зафиксированных в поле М.

При горизонтальном способе кодирования МО (рисунок 2, а) под каждый управляющий сигнал yi (i=1, 2,…, m) в операционной (М) части МК выделяется один (свой) двоичный разряд, что позволяет в рамках одной МК формировать любые сочетания управляющих сигналов. ФСМО для такого способа кодирования обладает наименьшей стоимостью и минимальным временем срабатывания.


Рисунок 2 – Форматы операционной части МК и структуры ФСМО

при различных способах кодирования МО:

а) горизонтальный способ;

б) вертикальный способ;

в) горизонтально-вертикальный способ;

г) вертикально-горизонтальный способ
Недостаток – линейный рост длины поля операционной части при увеличении общего количества выполняемых МО.

При вертикальном способе кодирования (рисунок 2, б) каждой различимой совокупности МО, включенной в ту или иную МК, присваивается позиционный код минимальной длины , где – количество различимых по операционной части МК. ФСМО в этом случае представляет собой комбинационную схему (КС), реализующую m булевых функций от k переменных.

При горизонтально-вертикальном способе кодирования МО (рисунок 2, в) все множество МО разбивается на подмножества, в каждое из которых включаются только несовместимые по времени исполнения МО. Внутри каждого подмножества сигналы управления кодируются вертикальным способом. Подмножества в операционной части МК располагаются по горизонтальному принципу. Другое название этого способа – кодирование раздельными полями. Расшифровка кодов МО осуществляется ФСМО, представляющим собой R дешифраторов (по одному на каждое выделенное подмножество МО).

При вертикально-горизонтальном способе кодирования (рисунок 2, г) все множество МО также делится на подмножества, однако в каждое подмножество включаются только те МО, которые связаны между собой отношением совместимости по времени исполнения (встречаются вместе хотя бы в одной МК). Для всех этих подмножеств выделяется в операционной части МК одно поле М3, длина которого определяется максимальным количеством МО в подмножествах. Принцип кодирования МО в поле М3 – горизонтальный. Идентифицирующее поле М2 заполняется вертикальным кодом номера подмножества, зафиксированного в поле М3. Отличительной особенностью вертикально-горизонтального способа кодирования является требование несовместимости выделенных подмножеств МО между собой. Удовлетворить этому требованию можно, выделив наиболее часто встречающиеся в МК микрооперации в отдельное подмножество (универсальную группу). Кодирование МО универсальной группы – горизонтальное. Код универсальной группы помещается в поле М1 операционной части МК. Другое название этого способа – кодирование несовместимыми подмножествами МО.



  1. ^ ЦЕЛЬ РАБОТ


Выполнение лабораторных работ преследует следующие цели: изучение принципов построения управляющих автоматов с программируемой логикой, методов адресации МК и способов кодирования МО, приобретение навыков разработки, отладки и исследования микропрограмм с помощью программного эмулятора УА [1, стр. 283  307].
^ 3. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТ
Выполнение каждой лабораторной работы предусматривает самостоятельную подготовку, выполнение задания в лаборатории и оформление отчета. Для облегчения подготовки к лабораторной работе методические указания содержат ссылки на учебно-техническую литературу с указанием разделов, которые необходимо изучить перед выполнением лабораторной работы.
3.1. Самостоятельная подготовка к выполнению лабораторной работы
В ходе подготовки к выполнению лабораторной работы необходимо:

  • разработать в соответствии с вариантом задания микропрограмму УА в условных обозначениях;

  • на основе минимального множества тестов провести тестирование МП;

  • провести кодирование операционной части МК;

  • изучить руководство пользователя эмулятора УА.


Тест представляет собой набор значений осведомительных сигналов и последовательность управляющих сигналов, определяемых по ГСА функционирования УА в соответствии с заданным набором.

Универсальное множество тестов состоит из 2n наборов осведомительных сигналов (от 00…0 до 11…1) с соответствующими им последовательностями управляющих сигналов.

Минимальное множество тестов есть минимально возможная совокупность тестов, покрывающая все существующие дуги ГСА функционирования УА.

Под тестированием МП понимается моделирование поведения УА по разработанной МП для всех тестовых наборов из минимального множества тестов.
3.2. Выполнение работ в лаборатории
В процессе выполнения работы необходимо:

  • разработать форматы МК;

  • представить разработанную и оттестированную МП в естественных адресах;

  • с помощью клавиатуры, используя программную среду эмулятора, ввести МП в память компьютера;

  • отладить, пользуясь подготовленными тестами, составленную МП;

  • представить итоги в виде протокола трассировки МП.

Особенности выполнения каждой работы, варианты заданий, примеры составления МП для УА, способы тестирования и контрольные вопросы изложены в разделах описания соответствующих лабораторных работ.
3.3. Содержание отчета
Отчет по лабораторной работе должен содержать следующие разделы:

  • формулировку цели работы;

  • постановку задачи (в соответствии с вариантом);

  • тексты разработанных МП в условных обозначениях;

  • результаты тестирования МП;

  • разработанные форматы МК и результаты кодирования МО;

  • микропрограмма в естественных адресах;

  • протоколы трассировки МП;

  • схему УА с заданным типом адресации МК для разработанной МП;

  • схемы ФСМО для способов кодирования МО, заданных вариантом;

  • выводы, указывающие на трудности, возникшие при выполнении работы, и способы их преодоления.


В процессе защиты отчета студент должен продемонстрировать знание теоретического материала, умение составлять МП для УА и навыки работы с эмулятором. Отчет по лабораторной работе должен быть представлен преподавателю на следующем после выполнения лабораторной работы занятии.


^ 4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. РАЗРАБОТКА МП ДЛЯ УА, ИСПОЛЬЗУЮЩЕГО ПРИНЦИП ЕСТЕСТВЕННОЙ АДРЕСАЦИИ МК
4.1. Варианты заданий
Варианты заданий приведены в таблице 1 и отличаются друг от друга способом кодирования МО и ГСА функционирования УА (рисунок 3).

Таблица 1 – Варианты заданий на лабораторную работу № 1


Номер варианта

Способ кодирования МО

Номер ГСА

1

Г, Г-В

1

2

Г, В-Г

2

3

В, Г-В

3

4

В, В-Г

4

5

В-Г, Г-В

5

6

В, В-Г

1

7

В, Г-В

2

8

Г, В-Г

3

9

Г, Г-В

4

10

Г, В

5



В таблице 1 использованы следующие обозначения способов кодирования МО: Г – горизонтальный, В – вертикальный, Г-В – горизонтально-вертикальный (раздельными полями), В-Г – вертикально-горизонтальный (несовместимыми подмножествами).
4.2. Теоретическая подготовка
При подготовке к лабораторной работе необходимо изучить [2, стр.254  276].

Главной особенностью всех вариантов задания на лабораторную работу №1 является использование принципа естественной адресации МК. Такой подход к проектированию МП предполагает использование двух различных форматов МК: В.М – для операционных МК и   В.Х.А – для управляющих МК. Здесь В, М, Х, А – поля микрокоманд: В – одноразрядное поле бит-маркера (В=0 для операционных МК и В=1 для управляющих МК), М – поле для представления кода МО, включенных в МК, Х – поле кода (номера) проверяемого логического условия, А – поле адреса МК, исполнение которой осуществляется в случае истинности проверяемого логического условия.

Исполнительный адрес МК вычисляется по следующему правилу:



Здесь i – индекс осведомительного сигнала xi, значение которого равно 1.


Рисунок 3 – ГСА функционирования УА
4.3. Пример разработки МП для УА
На рисунке 4, а изображена ГСА функционирования УА с программируемой логикой. Порядок этапов разработки МП можно определить следующим образом:

а) определение минимального множества тестов;

б) расстановка адресов МК;

в) составление МП в условных обозначениях;

г) тестирование МП в условных обозначениях;

д) кодирование операционной части МК;

е) разработка форматов МК;

ж) составление двоичного кода МП.

Выполнение пункта а) предполагает определение минимального множества путей из вершины «Начало» в вершину «Конец» на ГСА, причем выбранная совокупность путей при фиксированном наборе значений осведомительных сигналов для каждого пути должна покрывать все дуги ГСА.

Пути на рисунке 4, а изображены пунктирными линиями и обозначены, соответственно, Р1, Р2, Р3. Соответствующие выделенным путям тесты изображены на рисунке 5.

Выполнение пункта б) технологического процесса разработки МП предполагает расстановку адресов, начиная с базового адреса А+0, для каждой вершины ГСА по пути невыполнения проверяемых логических условий. Правило вычисления каждого следующего адреса – инкрементирование предыдущего (естественная адресация). Если очередная дуга приводит к вершине с уже проставленным адресом, то на этой дуге отмечается дополнительная МК безусловного перехода (на дуге между вершинами, отмеченными адресами А+5 и А+2, вставляется МК с адресом А+6, на дуге между вершинами А+3 и А+1 вставляется МК с адресом А+4).

Результатом выполнения пункта в) будет МП в условных обозначениях, приведенная в таблице 2.

Таблица 2 – МП в условных обозначениях

Адрес МК

Микрокоманда

Примечание

В

М

Операционная МК

В

Х

А

Управляющая МК

А+0

0

y1, y2




А+1

1

x1

A+5

условный переход

А+2

0

y3, y5




А+3

1

x2

A+7




А+4

1

xбп

A+1

безусловный переход

А+5

0

y1, y3




А+6

1

xбп

А+2




А+7

1

х3

А+9




А+8

0

y4




А+9

0

y2, y6




А+10

1

xбп

A+0






Рисунок 4 – ГСА функционирования УА (пример): а) первый вариант

расстановки адресов; б) второй вариант расстановки адресов



Рисунок 5 – Тесты для проверки МП

Результатом выполнения пункта г) процесса разработки МП является последовательность адресов исполняемых МК микропрограммы с указанием генерируемых этими МК управляющих сигналов.

Тестирование производится для всех разработанных при исполнении пункта а) тестов. Генерация адресов прекращается при повторении какого-либо адреса.

  1   2   3   4

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Методические указания к циклу лабораторных работ по дисциплине «Цифровые эвм» iconМетодические указания к выполнению лабораторных работ
...

Методические указания к циклу лабораторных работ по дисциплине «Цифровые эвм» iconМетодические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине: «Операционные системы»
Методические указания предназначены для приобретения у студентов навыков объектно-ориентированного программирования при разработке...

Методические указания к циклу лабораторных работ по дисциплине «Цифровые эвм» iconМетодические указания для студентов по проведению лабораторных работ для специальности
Методические указания предназначены для проведения лабораторных работ в соответствии с рабочей программой учебной дисциплины «Разработка...

Методические указания к циклу лабораторных работ по дисциплине «Цифровые эвм» iconМетодические указания по курсу "Информатика" для лабораторных и контрольных...
...

Методические указания к циклу лабораторных работ по дисциплине «Цифровые эвм» iconМетодические указания к выполнению лабораторных работы по дисциплине «Гидравлика»
Методические указания к выполнению лабораторных работы по дисциплине «Гидравлика» /Салова Т. Ю., Гнездилова Е. Н. Сп.: Изд-во спбгау,...

Методические указания к циклу лабораторных работ по дисциплине «Цифровые эвм» iconИсследование электрических цепей учебное пособие Часть III челябинск
Учебное пособие предназначено для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Теоретические основы электротехники» студентами энергетических...

Методические указания к циклу лабораторных работ по дисциплине «Цифровые эвм» iconМетодические указания для выполнения контрольных работ по дисциплине информатика Самара 2003
Методические указания предназначены для студентов заочной формы обучения всех специальностей. Методические указания включают в себя...

Методические указания к циклу лабораторных работ по дисциплине «Цифровые эвм» iconМетодические указания по выполнению лабораторных работ для студентов...
Методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов Октябрьского нефтяного колледжа

Методические указания к циклу лабораторных работ по дисциплине «Цифровые эвм» iconПояснительная записка Методические рекомендации предназначены для...
Целью проведения лабораторных работ является подтверждение, закрепление теоретического материала и приобретение навыков по сборке...

Методические указания к циклу лабораторных работ по дисциплине «Цифровые эвм» iconМетодические указания к выполнению практических и лабораторных работ...
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов