ПОСТРОЕНИЕ ОБЪЕДИНЁННОЙ СХЕМЫ ОПЕРАЦИОННОГО И УПРАВЛЯЮЩЕГО АВТОМАТА

Для того, чтобы объединить синтезированные на ранних этапах ОА и УА, необходимо проделать следующие действия.

Откройте в Quartus проект с ОА. Откройте схему (не проект, а только схему!) *.bdf из папки проекта с УА. Сохраните данную схему как *.bdf в папке проекта с ОА!Далее, выберите пункт меню Project>Add/Revove Files in Project…В появившемся окне (рисунок 65) добавьте в проект с ОА все те файлы из проекта с УА, которые Вы использовали для построения регистров, дешифраторов, счетчиков, а также тех элементов, которые Вы непосредственно синтезировали сами.

Рис. 65. Добавление файлов к проекту с ОА

Перейдите на вкладку со схемой УА. Уберите в ней лишние выводы (такие как «out», и выводы со входов элементов памяти). Добавьте еще два вывода (разместите на схеме элементы output и назовите их «Z» и «clkout»). Подключите вывод Z к x[8]. Из таблицы 5.2 видно, что х9 является интерпретацией осведомительного сигнала Z, а в схеме УА осведомительные сигналы формируются с нуля. Проинвертируйте тактовый сигнал clk и соедините его инверсию с выводом clkout (рисунок 66).

Рис. 66. Выводы УА

Выберите пункт меню File>Create/Update>Create Symbol Files for Current File.Теперь УА может быть представлен в виде блока и доступ к нему можно осуществить из библиотеки проекта (Project\<имя_файла_со_схемой_УА>) как показано на рисунке 67.

Рис. 67. Выбор схемы с УА

Далее удалите из схемы с ОА функциональный блок, который был интерпретацией УА, и добавьте вывод Reset (элемент input из стандартной библиотеки Quartus), необходимый для сброса УА в исходное состояние.

На входы xpin схемы УА нужно подавать осведомительные сигналы p. Поскольку осведомительный сигнал xpin[0] (х1 в таблице 5) в первом случае реализации УА не использовался, то здесь его нужно сформировать. Это можно сделать, используя внутренние состояния УА. Анализируя граф на рисунке 22, можно сделать вывод, что состояния a[0] и a[2] можно использовать для формирования данного осведомительного сигнала. Аналогично с сигналом xpin[8] (рисунок 68).

Рис. 68. Формирование осведомительных сигналов xpin[8] и xpin[0]

При компиляции проекта может возникнуть конфликт из-за того, что на входе xpin схемы УА используются имена осведомительных сигналов как с шины p[7..1], так и с выходов других элементов, которые (выходы) также обозначены, как и некоторые осведомительные сигналы шины p[7..1] (рисунок 69).

Рис. 69. Возникновение конфликта имен

Для того, чтобы избежать подобной ситуации, необходимо переименовать все выходы элементов в схеме ОА, имена которых совпадают с именами элементов шины осведомительных сигналов (рисунок 70).

Рис. 70. Переименование выводов

Схему, построенную таким образом, можно исследовать также, как и схему ОА, где в качестве УА использовался функциональный блок с записанной микропрограммой функционирования на Verilog.

Структура ОА, у которого в качестве входных данных используются числа с ПЗ с порядками, имеет некоторые отличия от аналогичной структуры ОА, входными данными которого являются числа с ПЗ с характеристиками.

Характеристики являются смещенными порядками. Значения порядков могут быть как положительными, так и отрицательными. Старший разряд порядка является знаковым.

До начала работы с порядками необходимо обратить внимание на знак порядка:

«0» – порядок неотрицателен, в преобразовании не нуждается;

«1» – порядок отрицателен, необходимо преобразовать в ДК; для этого можно воспользоваться управляемым инвертором (рисунок 71).

Рис. 71. пример схемы преобразования порядков

Если при сложении порядков одного знака в результате получен порядок, знак которого отличается от знаков операндов, то эта ситуация сигнализирует о возникновении ПРС. Таким образом, для того чтобы выявить ПРС, необходима комбинационная схема (рисунок 42).

Рис. 72. Пример комбинационной схемы для выявления ПРС

Особого внимания требует ситуация, когда в результате может возникнуть комбинация «100..0», т.е. «1» в знаковом разряде порядка, а во всех остальных – нули. Это может быть как признак временного ПРС (в дальнейшем, если возникает необходимость в нормализации мантиссы результата, устраняется, в противном случае нужно выдать сигнал «ПРС»), так и ПМР. Поэтому необходимо различать эти ситуации (рисунок 73).

Рис. 73. Пример схемы выявления ПМР и ПРС

Перед тем, как выдать результат умножения на выходную шину, в случае, если порядок отрицателен, необходимо его преобразовать обратно в ПК. Для этого достаточно из текущего значения порядка вычесть «1» и проинвертировать его.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основной целью учебного пособия является помощь в приобретении практических навыков синтеза операционного и управляющего микропрограммных автоматов для реализации машинных алгоритмов одной из заданных арифметических операций с помощью САПР Quartus.

Для проверки полученных знаний рекомендуется синтезировать вычислительное устройство, исходные данные к которому должны содержать:

- название выполняемой АЛУ операции;

- систему счисления и форматы данных;

- особенности алгоритма выполнения операции;

- логический базис для синтеза комбинационной схемы.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Савельев А.Я. Прикладная теория цифровых автоматов. М.: ВШ, 1987.

2. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы. М.: Энергоатомиздат, 1985.

3. Баранов С.И., Скляров В.А. Цифровые устройства на программируемых БИС с матричной структурой. М.: Радио и связь, 1986.

4. Майоров С.А., Новиков Г.И. Структура электронных вычислительных машин. М,: Машиностроение, 1979.

5. Лысиков Б.Г. Арифметические и логические основы цифровых автоматов. Минск: ВМ, 1980.

6. ГОСТ 2.708-72 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем цифровой вычислительной техники.

7. Кутепова Е.С., Фадеева Т.Р. Дискретная математика и цифровые автоматы. Двоичное умножение и деление. Методические указания к практическим занятиям. Киров: Ротапринт, 1987 - 27с.

8. Мельцов В.Ю., Фадеева Т.Р. Синтез микропрограммных управляющих автоматов. Учебное пособие. –Киров: ВятГТУ, 2000, - 56с.