Алгоритм решения задач

Содержание

Введение

1 Алгоритм решения функциональной задачи

2 Выбор системы команд специализированной ЭВМ

3 Форматы команд и операндов

4 Содержательные графы микропрограмм операций АЛУ

5 Разработка объединенной микропрограммы работы АЛУ

6 Закодированные алгоритмы микропрограмм

7 Проектирование управляющего автомата

Введение

Целью курсового проектирования является закрепление знаний по курсу: «Организация ЭВМ и систем» , полученных в результате изучения лекционного курса и выполнения лабораторного практикума.

Объектом курсового проектирования является процессор специализированной ЭВМ.

В процессоре выделяют устройство, в котором выполняются все основные (арифметические и логические) операции. Это устройство называют арифметико-логическим устройством (АЛУ). Если все основные операции выполняются за один такт (это имеет место в большинстве современных микропроцессоров), АЛУ является частью операционного автомата процессора; если же некоторые или все основные операции выполняются алгоритмически за много тактов, АЛУ имеет собственное устройство управления.

Разработка процессора специализированной ЭВМ включает в себя следующие этапы:

Разработка алгоритма решения функциональной задачи.

Выбор системы команд специализированной ЭВМ.

Определение форматов команд и операндов.

Разработка алгоритмов микропрограмм выполнения минимально необходимого набора операций АЛУ.

Разработка объединенной микропрограммы работы АЛУ.

Разработка структурной схемы операционного автомата АЛУ.

Разработка управляющего автомата АЛУ.

1 Алгоритм решения функциональной задачи

Укрупненный алгоритм решения поставленной задачи представлен на рисунке 1.1. Алгоритм вычисления функций F приведен соответственно на рисунке 1.2.

Рис.1.1 Укрупненный алгоритм

Для вычисления функции F можно воспользоваться степенным рядом:

Функция Arth(x) разлагается [3] в степенной ряд:

Рис.1.3

Этот ряд сходится при |x|<1,

. Сумму ряда удобно находить с помощью рекуррентных соотношений. Общий член ряда выражается в данном случае через предыдущий член ряда с помощью равенства:

2 Выбор системы команд специализированной ЭВМ

Для двухадресной системы команд без признака засылки основные операции над двумя операндами будут выглядеть так:

где

А₁– первый адрес в команде;

А₂ – второй адрес в команде;

* - обозначение операции.

Введем обозначение:

N . Наименование операции . X . Y

X – первый операнд и результат операции.

Y – второй операнд (если он не участвует, то ставится -).

Для двухадресной системы команд без признака засылки программа будет выглядеть так:

Часть команд в этой программе имеют два адреса, а часть – один адрес, поэтому и система команд ЭВМ должна состоять из одноадресных и двухадресных команд.

3 Форматы команд и операндов

Будем считать, что оперативная память (ОП) состоит из 256 ячеек длиной в один байт каждая.

Двухадресная система команд без признака засылки содержит 13 различных наименований команд, для кодирования которых поле КО должно иметь 4 разряда.

Поскольку в данном случае имеются одноадресные команды и двухадресные команды, для их различия введено одноразрядное поле кода длины команды (КДК) и принято считать: КДК=1 - для одноадресных и КДК=0 - для двухадресных команд.

Разряды 5-7 первого байта всех команд здесь не используются. Формат команд приведен на рисунке 3.1.

В качестве операнда будет использоваться 16-разрядное слово, запятая считается фиксированной перед старшим разрядом, а ОП оперирует с однобайтовыми словами. Формат операнда в ОП представлен на рисунке 3.2:

Такой операнд загружается за два обращения к ОП, здесь старшие разряды операнды и знак содержатся в первом байте, а младшие разряды – во втором.

4 Содержательные графы микропрограмм операций АЛУ

Числа представляются в 16-разрядном формате, старший (нулевой) разряд используется для представления знака числа, для операции сложения используется модифицированный дополнительный код, поэтому регистр RG имеет 17 разрядов (0:16) (поле RG(1:16) – для хранения первого слагаемого), регистр RG1 имеет 16 разрядов RG1(0:15) – для второго слагаемого, одноразрядному полю признака переполнения изначально присвоено нулевое значение, при операции сложения слагаемые помещаются по младшим разрядам, результат (сумма) помещается в поле RG(1:16), прибавление константы означает прибавление 1 к младшему разряду слова.

Содержательный алгоритм сложения представлен на рисунке 4.1:

Рисунок 4.1 – Алгоритм операции сложения

Описание слов, использованных в микропрограмме сложения, представлены в таблице 4.1:

Таблица 4.1

Тип

Слово

Пояснение

ILO

RG(0:16)

Слагаемое (Сумма)

RG1(0:16)

Слагаемое

ILO

ПП

Признак переполнения

Содержательный алгоритм вычитания представлен на рисунке 4.2:

Рисунок 4.2 – Алгоритм вычитания

Описание слов, использованных в микропрограмме вычитания представлены в таблице 4.2:

Таблица 4.2

Тип

Слово

Пояснение

ILO

RG(0:16)

Уменьшаемое (разность)

RG1(0:16)

Вычитаемое

ILO

ПП

Признак переполнения

Содержательный алгоритмы умножения и деления представлены на рисунках 4.3 и 4.4:

Описания слов, использованных в микропрограммах представлены в таблицах 4.3 и 4.4:

Таблица 4.3

Тип

Слово

Пояснение

ILO

RG(0:16)

Множитель, произведение

RG1(0:16)

Множимое

RG2(0:16)

Множитель, произведение

СТ(1:4)

Счетчик циклов

Таблица 4.4

Тип

Слово

Пояснение

ILO

RG(0:16)

Делимое, остаток, частное

RG1(0:16)

Делитель

RG2(0:16)

Частное

СТ(1:4)

Счетчик

ILO

ПП

Признак переполнения

Содержательные алгоритмы умножения на 2 и нахождения абсолютной величины числа представлены на рисунке 4.5 и 4.6, а описания слов, использованных в микропрограммах – в таблице 4.5 и 4.6:

Рисунок 4.5 – Алгоритм операции «умножение на 2»

Рисунок 4.6 – Алгоритм приведения абсолютной величины числа

Таблица 4.5

Тип

Слово

Пояснение

ILO

RG(2:16)

Операнд

ILO

ПП

Признак переполнения

Таблица 4.6

Тип

Слово

Пояснение

ILO

RG(0:1)

Операнд

Содержательный алгоритм микропрограммы специальной функции Arth(x) представлен на рисунке 4.7, здесь до начала выполнения программы регистру RG4 присваивается значение X. Описания слов, использованных в микропрограмме – в таблице 4.7:

Таблица 4.7

Тип

Слово

Пояснение

ILO

RG(0:16)

Переменная x,n,b,a,F множитель, произведение, делимое,

остаток, частное, слагаемое, сумма,

уменьшаемое, разность

RG1(0:15)

Переменная F,b,a

константа,

Множимое, делитель, слагаемое, вычитаемое

RG2(0:16)

Множитель, произведение, частное

RG3(0:15)

Переменная F

RG4(0:15)

Переменная x,a,b

RG5(0:15)

Переменная n

CT(1:4)

Счетчик

ILO

ПП

Признак переполнения

Теперь необходимо составить схему укрупненного алгоритма, используя уже полученную микропрограмму вычисления функции Arth(x). Предполагается, что переменные x1, x2 и x3 перед началом выполнения программы уже будут загружены соответственно в регистры RG4, RG3 и RG5. Данная схема алгоритма представлена на рисунке 4.8:

Рисунок 4.8 – Схема алгоритма

В таблице 4.8 представлено описание слов, использованных в программе. Так как описание слов для микропрограммы вычисления специальной функции было представлено в таблице 4.7, здесь приводится описание только тех слов, которые принимали значения отличные от тех, что использовались в алгоритме на рисунке 4.7.

Таблица 4.8

Тип

Слово

Пояснение

ILO

RG(0:16)

Переменная x1, x2,X делимое,

остаток, частное,

уменьшаемое, разность

абсолютная величина числа

RG1(0:15)

Переменная x2, x3

константа, делитель, вычитаемое

RG3(0:15)

Переменная x2

RG4(0:15)

Переменная x1, X

RG5(0:15)

Переменная x3

5 Разработка объединенной микропрограммы работы АЛУ

Процессор состоит из АЛУ и УЦУ.

В объединенном списке микроопераций, используемых в микропрограммах минимального набора операций АЛУ, для унификации формы записи различных операций и форматов одноименных слов следует по сравнению с рисунком 4.3 изменить три микрооперации:

для вершины 2 вместо микрооперации RG2 := RG нужно использовать микрооперацию RG2 := RG(1:16).0;

для вершины 6 вместо микрооперации RG2(1:15):=R1(RG (15).RG2(1:15)) – использовать микрооперацию RG2(1:15):=R1(RG(16).RG2(1:16);

вместо микрооперации RG(0):=1 в вершине 11 – использовать микрооперацию RG(0:1):=11.

Благодаря этим изменениям значение числовой части результата каждой операции присваивается полю RG(2:16) слова RG, а нулевой и первый разряды этого слова используются для представления знака числа. Появляется возможность считать, что перед началом каждой операции над двумя операндами в АЛУ значение первого операнда присваивается полю RG(1:16) слова RG, а значение второго операнда – слову RG1. При выполнении этого условия перед началом сложения и вычитания необходимо произвести присваивание RG(0) := RG(1), перед началом умножения нужно осуществить передачу RG2 := RG(1:16).0, а перед делением – микрооперации RG2(0):= RG(1) и RG(0:1):= 00.

В таблице 5.1 приведен список логических условий, используемых в микропрограммах:

Таблица 5.1

Обозначение

Лог. Условие

Тип операции

RG(0)

Сложение и

Вычитание

RG1(0)

RG(1)

RG2(15)

Умножение

CT=0

RG2(1)

RG1(0)RG2(0)

Деление

RG2(16)

Умножение на «2»

RG(2)

Вычисление функции Arth(x)

X10

RG(0:16)

В таблице 5.2 приведен список микроопераций, используемых в микропрограммах:

Таблица 5.2

№

Микрооперации

Тип операции

RG(0):=RG(1)

Сложение

RG(2:16):= RG(2:16) +

RG:=RG+RG1(1:15)

RG:=RG+11. RG1(1:15)+

ПП:=1

RG1(0):=  RG1(0)

Вычитание

RG2:=RG(1:16).0

Умножение

RG:=0

CT:=1510

Y10

RG2(1:16):=R1(RG(16).RG2(1:16))

Y11

RG(1:16):=R1(0.RG(1:16))

Y12

CT:=CT-1

Y13

RG:=RG+

Y14

RG(0:1):=11

Y15

RG2(0):=RG(1)

Деление

Y16

RG(2:16):=L1( RG(2:16).0)

Y17

CT:=0

Y18

RG2(1:16):=0

Y19

RG2(1:16):=L1(RG2(1:16). RG(0))

Y20

RG:=RG2(1:15)

Y21

RG(0:1):=00

Выделение абсолютной величины числа

Y22

RG3:=RG4

Вычисление функции Arth(x)

Y23

RG5:=

Y24

RG:=RG4

Y25

RG1:=RG

Y26

RG4:=RG

Y27

RG:=RG5

Y28

RG4:=RG1

Y29

RG1:=

Y30

RG5:=RG5+

Y31

RG:=RG3

В приложениях 1, 2 и 3 приведена соответственно схема объединенной микропрограммы работы АЛУ, закодированная схема объединенной микропрограммы работы АЛУ и структурная схема операционного автомата.

6 Закодированные алгоритмы микропрограмм

Закодированные алгоритмы сложения, вычитания, умножения, деления, умножения на «2» и выделения абсолютной величины числа представлены соответственно на рисунках 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 и 6.6:

7 Проектирование управляющего автомата

Формат микрокоманды при вертикальном кодировании имеет формат, представленный на рисунке 7.1:

Формат команды с принудительной адресацией представлен на рисунке 7.2:

Алгорим формирования исполнительного адреса обращения к микропрограммной памяти (МПП) представлен на рисунке 7.3:

Рисунок 7.3 – Алгоритм формирования адреса

В таблице 7.1 приведены все микрооперации, расположенные в микропрограммной памяти, где адрес A0 - переход по «истина»:

Таблица 7.1

Логичеcкий адрес МК в МПП

Формат микрокоманды

Операционная зона

Адресная зона

X(1..l)

Y31

Y33

Y15

Y21

Y16

Y18

Y19

Y16

Y12

Y20

Y13

Y21

Y14

Y25

Y24

Y26

Y21

Y34

Y22

Y23

Y24

Y25

Y10

Y11

Y12

Y13

Y14

Y26

Y27

Y16

Y25

Y24

Y28

Y10

Y11

Y12

100

101

102

101

Y13

102

103

104

103

Y14

104

Y25

105

Y24

106

Y28

107

Y29

108

109

110

111

110

111

113

112

114

113

114

116

115

117

116

118

117

119

118

119

Y25

120

Y24

121

X10

122

158

122

Y15

123

Y21

124

125

142

126

Y16

127

128

Y18

129

131

130

132

131

132

Y19

133

Y16

134

Y12

135

136

129

136

Y20

137

138

139

138

Y13

139

141

140

Y21

143

141

Y14

143

142

143

Y30

144

Y31

145

Y32

146

147

148

149

148

149

150

151

150

152

151

152

154

153

155

157

154

156

155

157

156

157

158

Листать вверх Листать вниз

Получить код

Скачать материал (0.13 Мб)

Нравится материал? Поддержи автора!

Ещё документы из категории информатика:

Розв язання раціональних рівнянь

Стенд для автоматического контроля ТЭЗ

История развития вычислительной техники 13

Разработка программы приема и передачи сообщений в локальной сети Microsoft

Операционная оболочка

Аналіз студентської бази навчального закладу

Программа "Электронный гражданин" как основа формирования информационной культуры граждан ХМАО-Югры