Федеральное агентство связи

ГОУ СПО «Чебоксарский электротехникум связи»

Вычислительная техника

Методическое пособие для выполнения курсовой работы студентами

заочного отделения специальностей:

210404 – «Многоканальные телекоммуникационные системы»

210406 – «Сети связи и системы коммутации»

Чебоксары 2010 год

Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Вычислительная техника»

Для специальностей 210404, 210406 рассмотрены на заседании цикловой комиссии «Информационные технологии»

Протокол № 6 от 16 февраля 2010 года

Председатель цикловой комиссии В.М. Бакина

Составитель: преподаватель Давыдова А.И.

1. Задание на курсовой проект

1. Порядок выполнения курсовой работы

Целью курсовой работы является закрепление знаний по разработке схемы цифрового автомата на основе микросхем малой степени интеграции. В ходе выполнения работы проводятся типовые расчеты и схема цифрового автомата на микросхемах заданной серии.

По структуре курсовая работа состоит из:

- введения, в котором раскрывается актуальность разрабатываемой темы, формулируются цели и задачи работы;

- основной части;

- заключения

- списка используемой литературы;

- приложения.

Основная часть состоит из двух разделов.

В первом разделе содержатся теоретические основы разрабатываемой темы.

Второй раздел содержит практическую часть, которая состоит из следующих пунктов:

- алгоритм функционирования микропрограммного автомата (МПА);

- определение состояний МПА;

- кодирование состояний, описание заданного триггера;

- построение графа;

- таблица функционирования МПА;

- запись логических выражений для комбинационного узла;

- построение схемы МПА;

- схема цифрового автомата;

- перечень элементов;

Описание работы на переходе.

Приведенное выше не является названием разделов, а только отражает содержание пояснительной записки. Распределить материал по разделам студент обязан самостоятельно, при чем названия разделов не должны совпадать с названием курсовой работы.

При оформлении графического материала необходимо соблюдать требования ГОСТ 2.743-91, ГОСТ 19.701-90, гост 2.105-95.

Варианты задания на курсовую работу приведены в табл. 1.1. Каждый вариант содержит:

- алгоритм функционирования МПА с указанием сигналов на входе и выходе (выберите Ваш вариант из приложения А);

- серию микросхем, элементы которых используются для построения схемы МПА;

- тип триггера для построения регистра состояний.

Начальное состояние цифрового автомата для всех вариантов – а_0.

Таблица 1.1. Варианты заданий

№ алгоритма	Серия микросхем	Тип триггера
1	К155	ТМ2
2	К555	ТВ9
3	КР1533	ТМ8
4	КР1533	ТВ11
5	530	ТВ10
6	КР1531	ТВ15
7	К564	ТВ1
8	КР1531	ТВ10
9	КР1531	ТМ9
10	К555	ТВ6

1.2 Структура процессорного устройства. Понятие микропрограммного автомата.

ЭВМ состоит из ряда устройств, взаимодействующих друг с другом в процессе решения задачи. Ядром ЭВМ является процессор, который состоит из: арифметико - логического устройства (АЛУ) и устройства управления (УУ).

АЛУ предназначено для выполнения в ЭВМ арифметических и логических операций.

УУ, посылая в определенной временной последовательности управляющие сигналы в устройства ЭВМ, обеспечивает их соответствующее функционирование и взаимодействие друг с другом.

На рис. 1.2 приведена структурная схема процессора.

Входные данные

Выходные данные

Рис. 1.2

Операционное устройство (ОУ) – устройство в котором выполняются операции. Оно состоит из регистров, сумматоров, каналов передачи информации, мультиплексоров для коммутации каналов, шифраторов, дешифраторов и т.д.

Устройство управления (УУ) – координирует действия узлов операционного устройства и вырабатывает в некоторой временной последовательности управляющие сигналы, под действием которых в узлах ОУ выполняются требуемые действия.

В процессе работы ОУ, в его узлах выполняется последовательность элементарных действий. Например:

1. Установка регистра в нулевое состояние(R1 0).

2. Пересылка содержимого одного регистра в другой( R2 R1).

3. Процесс счета , при котором содержимое СТ увеличивается (уменьшается) на 1 (Сч (Сч + 1)).

Такая совокупность одновременно выполняемых микроопераций называется микрокомандой, а весь набор микрокоманд, предназначенных для решения определенной задачи, - микропрограммой.

Таким образом, в ОУ можно выполнить n различных микроопераций, при этом из УУ по управляющей цепи подать управляющий сигнал (лог. 1) для выполнения соответствующей микрооперации. т.к. УУ определяет микропрограмму, т.е. какие и в какой временной последовательности должны выполняться микрооперации, УУ получило название микропрограммного автомата (МПА).

2. Два подхода к построению УУ

Существует два принципиально разных подхода к проектированию микропрограммного автомата (УУ): использование принципа схемной логики и использование принципа программируемой логики.

В первом случае (принцип схемной логики) в процессе проектирования подбирается некоторый набор цифровых микросхем (обычно малой и средней степени интеграции) и определяется такая схема соединением их выводов, которая обеспечивает требуемое функционирование. УУ построенное по принципу схемной логики обладает высоким быстродействием при заданном типе технологии элементов. Но в этом случае возникает трудность в использовании БИС и СБИС, т.к. для каждого типа процессора потребуется индивидуальный тип БИС. Промышленность должна будет выпускать большое количество типов БИС, а потребность в каждом типе низкая, что окажется экономически невыгодно.

Во втором случае (принцип программируемой логики) использует универсальное устройство на одной или нескольких БИС, в котором требуемое функционирование обеспечивается программой (или микропрограммой) занесенной в память. В зависимости от введенной программы такое УУ обеспечивает требуемое управление ОУ при решении самых разнообразных задач. В этом случае число типов БИС будет небольшим, а потребность в каждом типе высокая, что экономически выгодно для выпуска их промышленностью.

1.4 Понятие цифрового автомата

Цифровой автомат (ЦА) под действием входных сигналов принимает состояния в соответствии с набором значений входных сигналов и выдает сигнал, зависящий от внутреннего состояния либо от внутреннего состояния и входных сигналов. ( примером ЦА является процессор, который осуществляет прием, хранение и преобразование цифровой информации по некоторому алгоритму).

Работа ЦА происходит на трех множествах:

• множестве входных сигналов Х1, Х2, …., Хn;

• множестве внутренних состояний А0, А1, А2, …. Аn; (А0 – начальное, исходное состояние)

• множестве возможных выходных сигналов У1, У2, …, Уn.

Работа автомата определяется следующими функциями:

• функцией переходов f, которая определяет состояние автомата А (t+1) в момент времени t+1 в зависимости от состояния автомата А(t) и значения входного сигнала Х (t) в момент времени t, т.е. А (t+1) = f (А(t);Х (t)).

• функцией выходов φ, которая определяет зависимость выходного сигнала автомата У(t), от состояния автомата А (t) и входного сигнала Х (t), т.е. У(t)= φ (А(t);Х (t)). Автомат с такой функцией выходов называют автоматом Мили. Существует другой тип автомата – автомат Мура, в котором выходной сигнал зависит только от внутреннего состояния и не зависит от входного сигнала.

Для автомата МУРа функция переходов и выходов имеют вид:

А (t+1) = f (А(t);Х (t)); У(t)= φ (А(t)).