Описание функционирования мфр, как основного узла ОА

Введение

 

В данной курсовой работе рассчитан многофункциональный регистр (МФР). Задается 9 микроопераций (МО): 7 для входной шины и 2 для выходной шины.

Синтез регистра произведен на элементах малой и средней степени интеграции, а также на большой степени интеграции.

Использована различная элементная база: мультиплексоры, дешифратор, ПЗУ, программируемые логические матрицы, арифметико-логические устройства, элементы 2и 2и-не 3и 2или 2или-не 3или-не, и др.

По схеме с элементами большой степени интеграции рассчитана печатная плата, трассировка, расположение элементов и отверстий.

Задание

 

В данной курсовой работе необходимо спроектировать многофункциональный регистр (МФР), выполняющий заданный набор микроопераций, который и будет являться основным узлом синтезируемого операционного автомата. Вариант курсового проекта образуется путём задания определенного набора микроопераций (выбирается по таблице) и элементной базы.

Список микроопераций

 

Согласно варианта задан следующий список микроопераций

 

7,11,15 (n=2), 19 (n=3),3134,36,45,49

 

Операция выполняемая схемой контроля:

x1: 2R>m; x2: R=1..1, где m - двоичное представление суммы, последних двух цифр номера зачетки и числа 23.

№ варианта - 23, следовательно m=23+23=46=00101110₂

Содержание МО:

 

Тип триггера: T

Серия элементов: K555

Формирование функций возбуждения для T триггера

Функции возбуждения

 

По заданию: тип триггера - T (синхронный):

 

Q (t)	Q (t + 1)	T
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

 

Некоторые МО я выполняю как для Д триггера (для упрощения схемы). Доказательство связи Д и Т триггеров:

 

Q (t)	Q (t+1)	T
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

 

Q (t)	Q (t+1)
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

 

Как видно из таблиц: Т триггер одинаков с "исключающим или".

 

где Q (t) = R и Q (t+1) = D

Синтез производился по следующему принципу:

Получаем то значение, в которое необходимо установить регистр.

Мультиплексором производим выборку нужного значения в зависимости от используемой микрооперации.

Значение разряда регистра полученное на выходе мультиплексора необходимо подать на соответствующий разряд триггера. Кстати необходимо отметить и то, что если не действует ни одна из микроопераций, регистр должен сохранять своё значение.

микрооперация Y1:

данные функции возбуждения будут реализованы на сумматоре S1 (i) =A1 (i-1) - R (i)

 

S1	R	R (t+1)	T
0	0	0	0
0	1	0	1
1	0	1	1
1	1	1	0

 

R (t+1) (i) =S1 (i), i=1: 7

T (i) = 1 (i) +S1 (i) = 1, i = 1: 7

R (t+1) (8) = 0

 

R	R (t+1)	T
0	0	0
1	0	1

 

T (8) = R (8)

микрооперация Y2:

T (i) = , i = 1: 8

микрооперация Y3:

 

T (1) = A1 (1)

T (2) =

T (i) = A2 (i), i = 3: 8

 

микрооперация Y4:

 

T (i) = A1 (i) R (i), i = 1: 3

T (j) = A2 (j) R (j), i = 4: 8

 

микрооперация Y5:

 

, i = 2: 8

 

микрооперация Y6:

данные функции возбуждения будут реализованы на сумматоре

 

V = S6 = R (i) +R (1) A1 (1). R (1) A1 (1). R (1) A1 (1). R (1) A1 (1). R (1) A1 (1). R (1) A1 (1). R (1) A1 (1).1

T (i) = S6 (i) , i = 1: 8

 

микрооперация Y7:

 

T (1) =

T (i) = S7 (i), i = 2: 8

Каждую МО

Микрооперации у8 и у9 не изменяют содержимое регистра, а формируют шину В:

микрооперация Y8:

 

сумматоры: N = S8 = R+A3 и E = S81 = R-A3

B = , i = 1: 8

 

микрооперация Y9:

 

Сегментация

 

Так как многие операции для разных разрядов одинаковы, то имеет смысл провести сегментацию.

Y1	1	2	3	4	5	6	7	8
Y2	1	2	3	4	5	6	7	8
Y3	1	2	3	4	5	6	7	8
Y4	1	2	3	4	5	6	7	8
Y5	1	2	3	4	5	6	7	8
Y6	1	2	3	4	5	6	7	8
Y7	1	2	3	4	5	6	7	8
R	1	2	3	4	5	6	7	8
Y8	1	2	3	4	5	6	7	8
Y9	1	2	3	4	5	6	7	8
B	1	2	3	4	5	6	7	8

Синтез МФР

Подготовка операндов

 

Для наглядности синтеза удобно нарисовать следующую таблицу:

Y	S3	S2	S1	S0	M	CR	Операция
Y0	1	1	1	1	1	1	A
Y1	1	1	1	1	1	1	A
Y2	1	1	1	0	1	1	A+B
Y3	1	0	1	1	1	1	A*B
Y4	1	1	1	0	1	1	A+B
Y5	0	1	1	0	1	1
Y6	0	1	1	0	1	1
Y7	1	1	1	0	1	1	A+B
Y81	0	0	0	1	0	0	S A+B
Y82	0	1	1	0	0	0	S A-B
Y91	1	1	1	1	1	1	A
Y92	1	1	1	0	1	1	A+B

 

Для входной шины:

 

S1 = 1

M = 1

CR = 1

 

Для выходной шины:

 

S3 = M = CR = Y9

S2 = S1 = A3 (1) *Y8 + Y9

S0 = 3 (1) *Y8 + R (1) *R (3) *Y9

 

Так как для кодировки сигналов операций будет использован двоичный шифратор 8®3, то введём следующее соответствие:

 

Для получения функций, которые нужно сформировать на ПЛМ удобно построить следующую таблицу в которой прописаны операнды для АЛУ в каждый момент времени. Причём y0 - случай, когда нет сигнала на выполнение операций:

 

A1

B1

A2

B2

A3

B3

A4

B4

A5

B5

A6

B6

A7

B7

A8

B8

Y0

R (1)

X

R (2)

X

R (3)

X

R (4)

X

R (5)

X

R (6)

X

R (7)

X

R (8)

X

Y1

1

X

1

X

1

X

1

X

1

X

1

X

1

X

R (8)

X

Y2

2 (1)

1 (1)

2 (2)

1 (2)

2 (3)

1 (3)

2 (4)

1 (4)

2 (5)

1 (5)

2 (6)

1 (6)

2 (7)

1 (7)

2 (8)

1 (8)

Y3

A1 (1)

X

1 (2)

R (2)

A2 (3)

X

A2 (4)

X

A2 (5)

X

A2 (6)

X

A2 (7)

X

A2 (8)

X

Y4

A1 (1)

R (1)

A1 (2)

R (2)

A1 (3)

R (3)

A2 (4)

R (4)

A2 (5)

R (5)

A2 (6)

R (6)

A2 (7)

R (7)

A2 (8)

R (8)

Y5

R (1)

X

R (1)

R (2)

R (1)

R (3)

R (1)

R (4)

R (1)

R (5)

R (1)

R (6)

R (1)

R (7)

R (1)

R (8)

Y6

S6 (1)

R (1)

S6 (2)

R (2)

S6 (3)

R (3)

S6 (4)

R (4)

S6 (5)

R (5)

S6 (6)

R (6)

S6 (7)

R (7)

S6 (8)

R (8)

Y7

R (1)

1 (1)

S7 (2)

X

S7 (3)

X

S7 (4)

X

S7 (5)

X

S7 (6)

X

S7 (7)

X

S7 (8)

X

 

На первой ПЛМ будут реализованы следующие функции:

 

,

 

На второй ПЛМ будут реализованы следующие функции:

На третьей ПЛМ будут реализованы следующие функции:

 

P = R (1)  A1 (1)

 

На четвертой ПЛМ будут реализованы следующие функции:

 

L = Y8 + Y9

H = 8 * 9

 

Реализация шины В.

Для получения функций, которые нужно сформировать на ПЛМ удобно построить следующую таблицу в которой прописаны операнды для АЛУ в каждый момент времени.

 

W1

V1

W2

V2

W3

V3

W4

V4

W5

V5

W6

V6

W7

V7

W8

V8

Y81

R (1)

A3 (1)

R (2)

A3 (2)

R (3)

A3 (3)

R (4)

A3 (4)

R (5)

A3 (5)

R (6)

A3 (6)

R (7)

A3 (7)

R (8)

A3 (8)

Y82

R (1)

A3 (1)

R (2)

A3 (2)

R (3)

A3 (3)

R (4)

A3 (4)

R (5)

A3 (5)

R (6)

A3 (6)

R (7)

A3 (7)

R (8)

A3 (8)

Y91

R (1)

X

(2)

X

(3)

X

(4)

X

(5)

X

(6)

X

(7)

X

(8)

X

Y92

R (1)

A3 (1)

R (2)

A3 (2)

R (3)

A3 (3)

R (4)

A3 (4)

R (5)

A3 (5)

R (6)

A3 (6)

R (7)

A3 (7)

R (8)

A3 (8)

 

Y81 A3 (1) = 0

Y82 A3 (1) = 1

Y91  R (1) *R (3) = 1

Y92  R (1) *R (3) = 0

 

На пятой ПЛМ, реализующую шину В получим:

 

W1 = R (1) *Y8 + R (1) *Y9

V1 = A3 (1) *Y8 + (A3 (1) * ()) *Y9

S3 = M = CR = Y9

S2 = S1 = A3 (1) *Y8 + Y9

S0 = 3 (1) *Y8 + R (1) *R (3) *Y9

W2 = R (2) *Y8 + (  (2) *R (1) *R (3) +R (2) * ()) *Y9

V2 = A3 (2) *Y8 + (A3 (2) * ()) *Y9

W3 = R (3) *Y8 + R (3) *Y9

 

На шестой ПЛМ, реализующую шину В получим:

 

V3 = A3 (3) *Y8 + (A3 (3) * ()) *Y9

W4 = R (4) *Y8 + (  (4) *R (1) *R (3) +R (4) * ()) *Y9

V4 = A3 (4) *Y8 + (A3 (4) * ()) *Y9

W5 = R (5) *Y8 + (  (5) *R (1) *R (3) +R (5) * ()) *Y9

V5 = A3 (5) *Y8 + (A3 (5) * ()) *Y9

W6 = R (6) *Y8 + (  (6) *R (1) *R (3) +R (6) * ()) *Y9

V6 = A3 (6) *Y8 + (A3 (6) * ()) *Y9

На седьмой ПЛМ, реализующую шину В получим:

 

W7 = R (7) *Y8 + (  (7) *R (1) *R (3) +R (7) * ()) *Y9

V7 = A3 (7) *Y8 + (A3 (7) * ()) *Y9

W8 = R (8) *Y8 + (  (8) *R (1) *R (3) +R (8) * ()) *Y9

V8 = A3 (8) *Y8 + (A3 (8) * ()) *Y9

Введение

 

В данной курсовой работе рассчитан многофункциональный регистр (МФР). Задается 9 микроопераций (МО): 7 для входной шины и 2 для выходной шины.

Синтез регистра произведен на элементах малой и средней степени интеграции, а также на большой степени интеграции.

Использована различная элементная база: мультиплексоры, дешифратор, ПЗУ, программируемые логические матрицы, арифметико-логические устройства, элементы 2и 2и-не 3и 2или 2или-не 3или-не, и др.

По схеме с элементами большой степени интеграции рассчитана печатная плата, трассировка, расположение элементов и отверстий.

Задание

 

В данной курсовой работе необходимо спроектировать многофункциональный регистр (МФР), выполняющий заданный набор микроопераций, который и будет являться основным узлом синтезируемого операционного автомата. Вариант курсового проекта образуется путём задания определенного набора микроопераций (выбирается по таблице) и элементной базы.

Список микроопераций

 

Согласно варианта задан следующий список микроопераций

 

7,11,15 (n=2), 19 (n=3),3134,36,45,49

 

Операция выполняемая схемой контроля:

x1: 2R>m; x2: R=1..1, где m - двоичное представление суммы, последних двух цифр номера зачетки и числа 23.

№ варианта - 23, следовательно m=23+23=46=00101110₂

Содержание МО:

 

Тип триггера: T

Серия элементов: K555

Описание функционирования МФР, как основного узла ОА

 

Назначение операционного устройства (ОУ) - обработка текущих операндов, в соответствии с заданной МО и выдача результатов этой обработки. ОА может быть представлен в виде двух взаимодействующих автоматов: УА и ОА. Синтез УА был рассмотрен ранее, в курсовом проекте по ПТЦА. ОА состоит из регистров, сумматоров и других узлов, производящих прием, хранение и обработку информации, а также выдачу результата обработки во внешнюю среду и выдачу в УА и внешнюю среду осведомительных сигналов об особых значениях операндов или их отдельных разрядов (о знаках операндов, о равенстве нулю результата операции, об окончании работы, переполнении и т.п.).

Процесс функционирования во времени ОУ состоит из последовательности тактовых интервалов, в которых ОА производит определенные элементарные операции обработки слов: ОА выполняет некоторый набор элементарных преобразований информации: передачи слова из регистра в регистр, взятие обратного кода, сдвиг кода и т.п. В общем случае ОА может выполнять множество таких МО, но на практике реализуются те микрооперации, которые должен выполнять ОУ, и их количество ограничено. В каждом такте выполняется только одна МО. Границы тактов задаются длительностью синхросигнала.

УА обычно представляется в виде регистровой структуры, то есть совокупности МФР со своими шинами, КС, предназначенными для формирования функций возбуждения триггеров и выходных сигналов ОА.

Под МФР подразумевают регистр, способный выполнить некоторое множество МО Y={y₁, y₂... y_m} над входными словами, а также над словами, которые хранились в регистре до начала выполнения МО. В каждом машинном такте регистр может выполнить либо только одну МО, либо не выполнить ни одной. Кроме стандартного набора МО для обычного регистра, в МФР используются и другие МО, предусматривающие предварительную обработку входных данных (арифметическую или / и логическую).

Таким образом МФР - это автомат с памятью, у которого входными, являются переменные А₁, А₂,... А_к и множество МО Y, а выходными - В₁, В₂,... В_s и Х. Для синтеза такого автомата проводят его декомпозицию, крайнем случаем которой является разбиение данного автомата на элементарные одноразрядные автоматы; при этом рассматривается n - автоматов с двумя состояниями.

В большинстве реальных случаев нет необходимости в полной декомпозиции, поскольку МО, это совокупность действий над группами разрядов (сегментами); таким образом декомпозиция сводится к разбиению поля МФР на сегменты, внутри которых действия, выполняемые над разрядами сегмента, идентичны.