Анализ алгоритма заданной операции

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Кафедра «Информационные и вычислительные системы»

­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­

 

 

РАЗРАБОТКА ОПЕРАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА

Пояснительная записка

к курсовому проекту

 

 

Выполнила:

Студентка группы КИБ-409

Сорокина М.В.

Руководитель:

Доцент

Дроздова Г. Д.

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

СОДЕРЖАНИЕ

Аннотация……………………………………………………………………………………2

Введение……………………………………………………………………………………..3

1. Определение функций операционного устройства………………………………..5

1.1. Анализ алгоритма заданной операции………………………………………….6

1.2. Описание слов, микроопераций и логических условий………………………9

2. Синтез функциональной схемы ОА………………………………………………….11

2.1. Разработка структурной схемы ОА……………………………………………..12

2.2. Синтез функциональной схемы…………………………………………………13

2.2.1. Синтез регистра П………………………………………………………….13

2.2.2. Синтез регистра Р………………………………………………………….14

2.2.3. Синтез регистра А………………………………………………………….15

2.2.4. Синтез регистра В………………………………………………………….17

2.2.5. Синтез регистра С………………………………………………………….19

2.2.6. Синтез логических условий……………………………………………….27

3. Синтез функциональной схемы управляющего автомата………………………..28

3.1. Закодированная граф-схема УА………………………………………………...29

3.2 Функциональная схема УА………………………………………………………..32

4. Заключение……………………………………………………………………………….36

 

 

Аннотация

Данный курсовой проект посвящён разработке операционного устройства, которое реализует алгебраическое вычитание (C = A – B) для чисел с фиксированной точкой в модифицированный обратных кодах.

 

 

Введение

Устройства, предназначенные для выполнения множества операций F = {f₁, f₂, … f_G} над множеством входных слов D = {d₁, d₂, … d_H} для вычисления слов R = {r₁, r₂, … r_Q}, называются операционными устройствами. Операционными устройствами являются процессор, контроллеры, внешние запоминающие устройства и др. Операционные устройства объединяются в структуру с помощью цепей, по которым передаются электрические сигналы. Одна цепь передаёт в данный момент один бит информации (0 или 1).

Любая операция f_g из множества F является сложным действием, которое разделяется на последовательность элементарных действий над словами информации. Эти элементарные действия называются микрооперациями (МКО). На порядок выполнения МКО влияют логические условия (ЛУ), которые принимают значения 0 или 1 в зависимости от значений слов, преобразуемых микрооперациями.

Алгоритмы выполнения операций f_g, описываются в терминах МКО и ЛУ и называются микропрограммами (МКП). МКП определяет порядок проверки значений ЛУ и следования МКО. Микропрограмма используется как форма представления функции устройства и позволяет определить структуру ОУ и порядок его функционирования.

В функциональном и структурном отношении ОУ можно представить в виде двух автоматов: операционного (ОА) и управляющего (УА).

ОА выполняет действия над словами информации – хранение, реализацию МКО и вычисление ЛУ. Таким образом, это исполнительная часть ОУ. УА генерирует последовательность управляющих сигналов, которая определена микропрограммой и соответствует значениям ЛУ и следовательно, задаёт порядок выполнения МКО в ОА, вытекающий из алгоритмов выполнения операций f_g.

Таким образом, функция ОА характеризует средства, которые могут быть использованы для вычислений, но не сам вычислительный процесс. Порядок выполнения элементарных действий (МКО) во времени задаётся функцией УА. Функция УА – это операторная схема алгоритма (микропрограммы), функциональными операторами которой являются символы y₁, y₂, … y_M, отождествляемые с МКО, а в качестве ЛУ используются булевы переменные x₁, x₂, … x_L. Операторная схема алгоритма представляется в виде граф-схемы и определяет вычислительный процесс, устанавливая порядок следования МКО и проверки ЛУ.

Задачей данного курсового проекта является разработка ОУ для выполнения заданной операции f_g на уровне логических схем. Эта задача подразделяется на две: разработка схем операционного и управляющего автомата.

 

 

Определение функций операционного устройства

 

Вариант 8

Операция:алгебраического вычитания для чисел с фиксированной точкой в модифицированных обратных кодах.

Формат данных:

Слово	Назначение	Знак
A(1:32)	Первый операнд	A(1)
B(1:32)	Второй операнд	B(1)
C(1:32)	Результат	C(0:1)
С(0)	Дополнительный знаковый разряд
Р(1)	Дополнительный разряд для фиксации переноса из С(0)
П(1)	Признак переполнения

 

Алгоритм:

1. Начало.
2. Слову П(1) присвоить значение 0.
3. Знак слова В изменить на противоположный.
4. Образовать модифицированные обратные коды слов A и B.
5. Слову Р(1).С(0:32) присвоить значение суммы модифицированных обратных кодов слов A и B.
6. Значение Р(1) равно «1»?

ДА: увеличить значение слова С(0:32) на «1» и перейти к п.7.

НЕТ: перейти к п. 7.

1. Значение знаковых разрядов C(0) и С(1) равны?

ДА: перейти к пункту 8.

НЕТ: перейти к пункту 9.

1. Сформировать прямой код результата и перейти к п. 10.
2. Слову П(1) присвоить значение «1» и перейти к п. 10.
3. Конец.

 

Анализ алгоритма заданной операции

 

Анализ алгоритма операции f₁

Пункт алгоритма	Действие и результат	Пункт перехода	Комментарии
1. А(1:4) = 0.001; В(1:4) = 0.101	Вычитание двух положительных операндов
начало	А(1:4) = 0.001 В(1:4) = 0.101
	П(1) := 0		Обнуление слова П(1)
	В(1) := В(1:4) = 1.101		Изменение знака слова В на противоположный
	А(1:4):= А(1). А(1:4) = 00.001 В(1:4):= В(1). В(1:4) = 11.010		Образование модифицированных обратных кодов операндов А
	Р(1).С(0:4):= А(1:4) + В(1:4)= 0.11.011		Сложение операндов
	Р(1) = 0		Проверка значения слова Р(1)
	С(0) С(1) = 0		Определение наличия переполнения разрядной сетки
	С(0:4):= С(0:1). =11.100	Конец	Формирование прямого кода результата
2. А(1:5) = 1.0101; В(1:5) = 1.1100	Вычитание двух отрицательных операндов
начало	А(1:5) = 1.0101 В(1:5) = 1.1100
	П(1) := 0		Обнуление слова П(1)
	В(1) := В(1:5) = 0.1100		Изменение знака слова В на противоположный
	А(1:5):= А(1). А(1:5) = 11.1010 В(1:5):= В(1). В(1:5) = 00.1100		Образование модифицированных обратных кодов операндов А
	Р(1).С(0:6):= А(1:5) + В(1:5)= 0.11.1101		Сложение операндов
	Р(1) = 1 С(0:6) := С(0:6) + 1 = =00.0111		Проверка значения слова Р(1) и прибавление 1 к слову С(0:5)
	С(0) С(1) = 0		Определение наличия переполнения разрядной сетки
	С(0:6):= 00.0111	Конец	Формирование прямого кода результата
3. А(1:4) = 1.001; В(1:4) = 0.010	Вычитание операндов с разными знаками
начало	А(1:4) = 1.001 В(1:4) = 0.010
	П(1) := 0		Обнуление слова П(1)
	В(1) := В(1:4) = 1.010		Изменение знака слова В на противоположный
	А(1:4):= А(1). А(1:4) = 11.110 В(1:4):= В(1). В(1:4) = 11.101		Образование модифицированных обратных кодов операндов А
	Р(1).С(0:5):= А(1:4) + В(1:4)= 1.11.011		Сложение операндов
	Р(1) = 1 С(0:5) := С(0:5) + 1 = =11.100		Проверка значения слова Р(1) и прибавление 1 к слову С(0:5)
	С(0) С(1) = 0		Определение наличия переполнения разрядной сетки
	С(0:5):= 11.011	Конец	Формирование прямого кода результата
4. А(1:4) = 1.101; В(1:4) = 0.011	Вычитание операндов с разными знаками, с переполнением разрядной сетки
начало	А(1:4) = 1.101 В(1:4) = 0.011
	П(1) := 0		Обнуление слова П(1)
	В(1) := В(1:4) = 1.100		Изменение знака слова В на противоположный
	А(1:4):= А(1). А(1:4) = 11.010 В(1:4):= В(1). В(1:4) = 11.100		Образование модифицированных обратных кодов операндов А
	Р(1).С(0:5):= А(1:4) + В(1:4)= 1.10.110		Сложение операндов
	Р(1) = 1 С(0:5) := С(0:5) + 1 = =10.110		Проверка значения слова Р(1) и прибавление 1 к слову С(0:5)
	С(0) С(1) = 1		Определение наличия переполнения разрядной сетки
	П(1)=1	Конец	Формирование прямого кода результата

 

 

Содержательная граф-схема