Электронная система, реализующая сложный алгоритм обработки данных. Общая структура устройства управления. Проектирование процессорного модуля. Основные операционные элементы. Общие вопросы функционирования устройств управления с программируемой логикой.
Аннотация к работе
Высокий уровень внедрения компьютерных систем в жизнь человека требует от специалистов по компьютерной технике все больше практических знаний и умений в построении сложных компьютерных систем. Соответственно, человечеству необходимо все больше устройств обработки информации, выполняющих разнообразные задачи и имеющих следующие характеристики: высокую отказоустойчивость, надежность, производительность. Очевидно, что задача обработки информации является комплексной и может быть разбита на несколько подзадач: организация именно обработки информации, повышение надежности системы, улучшение функциональных характеристик.Электронная система, реализующая сложный алгоритм обработки данных, может быть условно разделена на две функционально связанные подсистемы - управляющий и операционный автомат. Управляющий автомат определяет порядок реализации вычислительных операций и отображает граф-схему функционирования электронной системы. Структурно операционный автомат состоит из элементов памяти (регистров), осуществляющих хранение значений операндов, и комбинационных схем, отвечающих за выполнение микроопераций. Входной информацией для операционного автомата являются линии данных {D} и множество выполняемых в данном такте микроопераций {Y}, выходами являются линии результата {R} и выработанные признаки результата {X}, используемые в управляющем автомате. Согласно полученного задания необходимо реализовать процессорный модуль, выполняющий алгоритмы следующих действий: умножение целых двоичных беззнаковых чисел, начиная с младших разрядов множителя, умножение целых двоичных знаковых чисел.Функции ОА сводятся к вводу-выводу и хранению слов информации, выполнению микроопераций и вычислению логических условий. комбинационные схемы, используемые для выполнения преобразований и формирования логических условий. В общем виде структура ОА представлена на рисунке 2.1, где Ф - комбинационные схемы, выполняющие преобразование, S - память, ? - комбинационные схемы, формирующие осведомительные сигналы. ОА, структура которых обеспечивает возможность одновременного выполнения всех функционально совместимых микроопераций при использовании минимально возможного количества комбинационных схем, называются I-автоматами. Синтез I-автомата сводится к преобразованию заданого набора микроопераций в совокупность обобщенных операторов, которая используется в качестве формы для построения структурной схемы I-автомата.Под УУ понимается совокупность блоков и узлов процессора, обеспечивающих координирование работы всех устройств ЭВМ и управление ими для всех принятых режимов. Таким образом, УУ может считаться преобразователем первично-командной информации, представленной командами системы, во вторично-командную информацию, представленную формируемыми УУ исполнительными адресами, кодами и управляющими сигналами, воздействие которых на соответствующие узлы и блоки приводит к выполнению заданных операций. Управляющее слово определяет порядок функционирования устройства в течение одного такта и называется микрокомандой. Микрокоманда содержит информацию о микрооперациях, которые должны выполняться в данном такте работы устройства, и информацию об адресе следующей микрокоманды. Также в микрокоманде должны быть указаны логические условия, значение которых влияет на выбор адреса следующей микрокоманды.Согласно декомпозиции процессорного модуля, представленной на рисунке 1.1, проектирование заключалось в выполнении двух этапов: проектирование операционного устройства и управляющего автомата. На входы всего процессорного модуля подаются операнды (D1, D2), условие выбора операции (ОРР или D3) и управляющие сигналы (Clk1, Clk2, Start, Stop, Reset). Внутреннее взаимодействие между ОА и УА заключается во взаимопередаче сигналов: ОА генерирует значения вычисленных логических условий {X} на каждом такте, УА формирует сигналы выполнения необходимых на данном такте микроопераций {Y}.В результате автоматизированного синтеза были получены модели операционного автомата, управляющего устройства и всего процессорного модуля. После разработки VHDL-модели ОА была получена временная диаграмма работы устройства, представленная на рисунке 5.1. Моделирование работы ОА осуществлялось при подаче на входы устройства входных данных (d1, d2, d3), текущей микрокоманды и сигналов синхронизации (clk) и асинхронного сброса (rst). После разработки VHDL-модели УА была получена временная диаграмма работы устройства, представленная на рисунке 5.2 Для моделирования работы управляющего устройства на входы устройства были поданы сигналы синхронизации (clk) и асинхронного сброса (rst) а также значения вычисленных операционным автоматом логических условий.Целью выполнения данного курсового проекта является проектирование процессорного модуля - устройства, которое в соответствии с входными данными выполняет одно из двух действий: умножение целых беззнаковых чисел и преобразование двоичного числа в двоично-десятичное. При проектировании всего процессорного модуля были обобщены и структурированы знания