Реферат: Синтез микропрограммного управляющего автомата

Реферат: Синтез микропрограммного управляющего автомата

Министерство общего и профессионального образования РФ

Вятский государственный технический университет

Факультет автоматики и вычислительной техники

Кафедра электронных вычислительных машин

ДОПУСКАЮ К ЗАЩИТЕ

Руководитель работы _______ О.А. Залетов

СИНТЕЗ МИКРОПРОГРАММНОГО

УПРАВЛЯЮЩЕГО АВТОМАТА

Пояснительная записка

курсовой работы

по теории автоматов

ТПЖА.220100.22.29 ПЗ

Разработал студент гр. ВМ-22                          ( _______ ) Р.В. Гонта

Проверил преподаватель кафедры ЭВМ ( _______ ) О.А. Залетов

Нормоконтролер                                                ( _______ ) В.Ю. Мельцов

Председатель комиссии                                      ( _______ ) В.Д. Матвеев

Члены комиссии                                        ( _______ ) В.Ю. Мельцов

Работа защищена с оценкой                     ( _______ )

1999

Содержание

УДК 681.3

Реферат

Гонта Р.В. Синтез микропрограммного управляющего автомата. Курсовая работа / ВятГТУ, каф. ЭВМ, рук. О.А. Залетов – Киров, 1999. Гр. ч. 3 л. ф. А2

ОПЕРАЦИОННЫЙ АВТОМАТ, МИКРОПРОГРАММНЫЙ УПРАВЛЯЮЩИЙ АВТОМАТ , ГРАФ-СХЕМА  АЛГОРИТМА, ГРАФ, ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА, МОДЕЛЬ МИЛИ, МОДЕЛЬ МУРА

Цель работы — синтезировать микропрограммный автомат, управляющий операцией умножения чисел в форме с плавающей запятой и характеристикой в дополнительном коде первым способом с простой коррекцией.

Результатом работы является создание функциональной схемы микропрограммного управляющего автомата.

 Введение

Потребность в вычислениях возникла у  людей  на  самых  ранних  стадиях развития человеческого общества. Причем с самого  начала для облегчения счета люди использовали различные  приспособления. Многие из них были весьма интересными и  остроумными  по  принципу действия, но все они обязательно  требовали,  чтобы  в процессе вычислений активно участвовал человек-оператор. Качественно новый этап развития вычислительной  техники  наступил  с  изобретением и созданием электронных вычислительных машин,  которые работают автоматически, без участия человека, в  соответствии с заранее заданной программой. Появление таких машин вызвано объективными условиями современного развития науки, техники и народного хозяйства. Во многих областях человеческой деятельности уже в середине  ХХ  века  объем  и  сложность  вычислительных работ настолько возросли, что решение  некоторых  задач  без применения вычислительной техники было бы  практически  не  возможным.  В настоящее время электронные вычислительные машины применяются во многих областях науки, техники и народного  хозяйства.  В  основном они используются: для решения сложных математических и инженерных задач, в качестве управляющих машин в промышленности и военной технике, в сфере обработки информации.

1  Постановка задачи

Требуется разработать МПА, управляющий операцией умножения двоичных чисел в форме с плавающей  запятой и характеристикой в дополнительном коде первым способом с простой коррекцией.

Функциональную схему устройства построить в основном логическом базисе. Операнды разрядностью  4 байта (тридцать два разряда) поступают по входной шине (ШИВх) в  дополнительном коде (ДК), результат также в ДК  выводится по выходной шине (ШИВых). В младших 24 разрядах операнда хранится  мантисса со знаком, а в следующих 8 разрядах  - характеристика.

2  Описание используемого алгоритма умножения

Процесс умножения состоит из последовательности операций сложения и сдвигов.

2.1 Алгоритм умножения чисел в форме с ПЗ с простой коррекцией

1.    Определить знак произведения сложением по модулю два знаковых разрядов сомножителей.

2.    Перемножить модули мантисс сомножителей по правилам с ФЗ:

2.1. Выполнить коррекцию, если хотя бы один из сомножителей отрицательный по правилу введения коррекции.

Правила введения коррекции при умножении чисел в ДК:

-      Если сомножители положительны, коррекции нет.

-      Если один из сомножителей отрицателен, к псевдопроизведению  надо прибавить ДК от модуля положительного сомножителя.

-      Если оба сомножителя отрицательны, к псевдопроизведению надо прибавить ДК  от модулей дополнительных кодов обоих сомножителей, то есть их прямые коды.

2.2. Перемножить модули сомножителей, представленных в ДК, одним из четырех способов получить псевдопроизведение.

3.    Определить характеристику произведения алгебраическим сложением характеристик сомножителей.

4.    Нормализовать мантиссу результата и выполнить округление если необходимо.

2.2 Алгоритм умножения первым способом

Умножение  с младших разрядов множителя со сдвигом частных сумм вправо.

В каждом такте цикла умножения первым способом необходимо:

2.1 Сложить множимое с предыдущей частной суммой, если  очередной разряд множителя равен 1, и результат (новую частную  сумму)  запомнить; в случае если очередной разряд множителя  равен  0  суммирование не выполнять;

2.2  Уменьшить вдвое частную сумму,  что  равносильно сдвигу ее на один разряд вправо.

3 Ручной подсчет

Выполним ручной подсчет в соответствии с выше указанным алгоритмом.

В качестве множителя возьмём число 9, а в качестве множимого 13.

3.1 Сомножители положительные (A>0, B>0)

A = 9 = 10012,  Апк = 0,1001,   Адк = 0,1001

B = 13= 11012, Впк = 0,1101,   Вдк = 0,1101

3.1.1 Определим знак произведения: 0 + 0 = 0

3.1.2 Перемножим модули сомножителей:

  Таблица 1

Получили псевдопроизведение: 0,01110101

3.1.3 Коррекция не нужна, так как оба множителя положительные.

3.1.4 Присвоение произведению знака:

(A*B)дк=0,01110101

(A*B)пк=0,01110101

A*B = (9)*(13) = 117 = 11101012

3.2 Сомножители разных знаков (А<0, B>0)

 A =-9=-10012,  Апк = 1,1001,   Адк = 1,0111

 B =13= 11012,  Впк = 0,1101,   Вдк = 0,1101

3.2.1 Определим знак произведения: 1 + 0 = 1

3.2.2 Перемножим модули сомножителей:

     Таблица 2

Получили псевдопроизведение: 0,01011011

3.2.3  Произведём коррекцию (прибавим к псевдопроизведению Вдк):

                                                            0,01011011      

    Вдк= 0,00110000

                                                            0,10001011

3.2.4 Присвоение произведению знака:

(A*B)дк=1,10001011

(A*B)пк=1,01110101

A*B = (-9)*(13) = -117 = -11101012

3.3 Сомножители разных знаков (А>0, B<0)

A =  9 =  10012,  Апк = 0,1001,   Адк = 0,1001

 B =-13= -11012,  Впк = 1,1101,   Вдк = 1,0011

3.3.1 Определим знак произведения: 0 + 1 = 1

3.3.2 Перемножим модули сомножителей:

                                               Таблица 3

Получили псевдопроизведение: 0,00011011

3.3.3 Произведём коррекцию (прибавим к псевдопроизведению Aдк):

                                                            0,00011011      

    Адк=            0,01110000

                                                            0,10001011

3.3.4 Присвоение произведению знака:

(A*B)дк=1,10001011

(A*B)пк=1,01110101

A*B = (9)*(-13) = -117 = -11101012

3.4 Сомножители отрицательные (A<0, B<0)

 A = -9= -10012,  Апк = 1,1001,   Адк = 1,0111

 B =-13=-11012,  Впк = 1,1101,   Вдк = 0,0011

3.4.1 Определим знак произведения: 1 + 1 = 0

3.4.2 Перемножим модули сомножителей:

  Таблица 4

Получили псевдопроизведение: 0,00010101

3.4.3 Произведём коррекцию (прибавим к псевдопроизведению Bпк, а затем Aпк):

                                                            0,00010101      

    Впк= 0,11010000

                                                            0,11100101

    Aпк=            0,10010000

                                                            0,01110101

3.4.4 Присвоение произведению знака:

(A*B)дк=0,01110101

(A*B)пк=0,01110101

A*B = (-9)*(-13) = 117 = -11101012

4 Выбор и описание структурной схемы операционного автомата (ОА)

ОА должен содержать:

-      регистры RG1, RG2 для приема мантисс операндов с ШИВх;

-      регистр RG3  и счетчик CT1 для приема характеристик с ШИВх;

-      регистр RG4 для записи и хранения результата и частных сумм;

-      комбинационные  сумматоры SM;

-      счетчик CT2 для  подсчета тактов умножения;

-      три сумматора по модулю 2 для получения  обратного кода множимого и определения ПРС;

-      триггер T1 для хранения знака результата;

-      схему конъюнкции;

-      триггер T2 для фиксации ПРС;

-      усилитель-формирователь для выдачи результата на ШИВых.

   Операнды поступают в операционный автомат по  32-разрядной  шине ШИВх. Перед началом умножения необходимо обнулить регистр частных сумм RG4, так как именно с него поступает информация на плечо A в SM, в счетчик CT2 необходимо занести “001001”, а триггер T1 сбросить. Операнды поступают в дополнительном коде. Сначала мантисса множителя записывается в RG1 и RG2,  а  его характеристика   в RG3 и CT1. Мантисса первого операнда преобразуется в ДК с помощью схемы сложения по модулю 2 и сумматора и заносится в RG4. Затем записываются мантисса и характеристика множимого в RG2 и CT1 соответственно. После анализа знаков операндов произведем коррекцию, если это необходимо. Если знаковый разряд множимого (p2) равен 0, то обнуляем RG4. Если знаковый разряд множителя (p1) равен 1, то в RG4 заносим информацию с плеча S сумматора. После проведения коррекции начинается процесс получения псевдопроизведения. В процессе умножения происходят сдвиги регистров RG1 и RG4, а также увеличение счетчика CT2. Кроме того производится анализ младшего разряда RG1 (p4). Если он равен 1 тогда в RG4 заносим информацию с плеча S сумматора. Получение псевдопроизведения происходит до  тех  пор пока 5-й разряд в счетчике CT2 не окажется равным “1”. Далее производится анализ старшего разряда мантиссы результата. Если он равен “0” – требуется нормализация. Нормализация осуществляется путем сдвига RG4 влево и уменьшеня счетчика CT1. Характеристика произведения получается обычным сложением характеристик операндов, причем старший разряд характеристики у множителя подается инверсным на плечо сумматора A. Перед выдачей результата на ШИВых содержимое RG3, T1 и информация с плеча S сумматора SM2 подается на усилитель-формирователь.

Таким образом, для выполнения операции умножения из управляющего автомата в операционный автомат необходимо подать управляющие сигналы, реализующие следующие микрооперации:

y1   -      запись в RG1,

запись в RG3,

сброс T1,

занесение “001001” в CT2;

y2   -      запись в RG2,

запись в CT1,

разрешить запись в T1;

y3   -      обнуление RG4;

y4   -      запись в RG4;

y5   -      CT2:=CT2+1,

сдвинуть вправо RG1:=0.R1(RG1),

сдвинуть вправо RG4:=0.R1(RG4);

y6   -      SMp=1 – подача  “1” на вход переноса сумматора,

управление совокупностью схем сложения по модулю  2;

y7   -      CT1:=CT1-1,

сдвиг влево RG4:=L1(RG4).0;

y8   -      управление выдачей на ШИВых;

Из операционного автомата  в управляющий автомат  необходимо передать осведомительные сигналы о состоянии устройств операционного автомата, определяемые списком следующих логических условий.

Х    -      проверка наличия операндов на ШИВх,

p1   -      знак операнда в RG1;

p2   -      знак операнда в RG2;

p3   -      проверка на наличие нулевого операнда в RG2;

p4   -      проверка очередной цифры множителя;

p5   -      проверка условия выхода из цикла;

p6   -      проверка результата на нормализованность;

p7   -      проверка условия ПРС;

Z     -      проверка возможности выдачи по ШИВых.

Таким образом, управляющий  МПА  должен вырабатывать 8  управляющих сигналов и посылать их в  ОА  в нужные такты машинного времени в соответствии с алгоритмом выполнения операции сложения, ориентируясь на 9  осведомительных сигналов, поступающих из  ОА, структурная схема которой представлена на  рисунке 1.

5 Реализация содержательной ГСА

Содержательная граф-схема алгоритма представлена на рисунке 2. Выполнение алгоритма начинается с проверки наличия операндов на ШИВх (блоки 1 и 5). При поступлении первого операнда происходит его занесение в RG1, RG2, RG3 и CT1, а также обнуление RG4, занесение “001001” в CT2 и сброс триггеров T1 и T2 (блок 2). Затем в регистр RG4 поступает ДК от первого операнда (блок 4). При поступлении второго операнда происходит его занесение в RG2  и CT1 (блок 6). После каждого занесения производится анализ p3. Если хотя бы в одном случае p3=1 (блоки  3 и 7), значит операнд равен нулю и значит необходимо обнулить RG4, RG3, CT1, T1 (блок 19) и перейти к блоку 20. В противном случае продолжается процесс коррекции. Если p2=0 (блок 8) тогда обнуляется регистр RG4 (блок 9). Если p1=1 (блок 10) тогда получившаяся в сумматоре SM1 сумма заносится в RG4 (блок 11).

Далее получается псевдопроизведение. Если p4=0 (блок 12), тогда получившаяся в сумматоре SM1 сумма заносится в RG4 (блок 13). В любом случае выполняется блок сдвигов (блок 14): содержимое RG1 и RG4 сдвигаются вправо, CT2 увеличивается на “1“. Далее проверяется p5 (блок 15) - условие выхода из цикла. Если p5=1, цикл завершается, иначе переход к блоку 12.

Затем производится нормализация. Если p6=0 (блок 16), то выполняется блок сдвигов (блок 18): содержимое RG4 сдвигается влево, CT2 уменьшается на “1“.

При сложении характеристик одинакового знака возможно переполнение разрядной сетки (ПРС). Если p7=1 (блок 17), возникло ПРС и операция умножения завершается.

Затем результат при  Z=1 (блок 21) будет передан по ШИВых (блок 22) в другие устройства.

6 Построение отмеченной ГСА

Перед разметкой содержательной ГСА поставим возле каждой  операторной вершины управляющие сигналы УА и обеспечивающие  выполнение  требуемых  действий  в соответствии со списком МО операционного  автомата.  Совокупность МО для каждой операторной  вершины  образуют  микрокоманды  (МК), список которых приведен в таблице 5.

                                                                                          Таблица 5

Каждой условной вершине содержательной ГСА поставим  в  соответствие один из входных  сигналов  управляющего  автомата X1, … ,X9, список которых дан в таблице 6.

Страницы: 1, 2, 3, 4