Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу «Схемотехника эвм» - umotnas.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1страница 2
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу «Схемотехника... 1 293.82kb.
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Электроника... 1 174.48kb.
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Объектно-ориентированное... 1 189.09kb.
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине: «Устройства... 1 186.12kb.
Пояснительная записка к дипломному проекту 7 1010.53kb.
Пгт. Борисоглебский Директор Томилин В. В 3 406.91kb.
Пояснительная записка к проекту бюджета мр «Хангаласский улус» 1 121.7kb.
Пояснительная записка к дипломному проекту включает в себя: 104108... 6 993.71kb.
Методические рекомендации для студентов по курсу «Психология рекламы» 1 227.13kb.
Пояснительная записка к курсу школьные предметы художественного цикла... 1 325.06kb.
Методические указания к лабораторным работам и курсовому проекту... 9 1101.56kb.
Лекции Искажения в линиях с высокой сосредоточенной емкостью 1 54.22kb.
Викторина для любознательных: «Занимательная биология» 1 9.92kb.

Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу «Схемотехника эвм» - страница №1/2


МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ


КАФЕДРА ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН


ПРЕПРОЦЕССОР


Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу «Схемотехника ЭВМ»


Выполнил: студент группы 220202

Онищенко Н.В

Руководитель: Садыков М.Ф.

Работа защищена ________________

оценка ________________

Члены комиссии: ________________

________________

________________

Тула

2003 г.







РЕФЕРАТ

Курсовая работа по схемотехнике ЭВМ содержит 31 страницу, 16 рисунков и 7 таблиц. При ее создании было использовано 5 литературных источников. Графическая часть работы состоит из 4 документов: схема электрическая функциональная (Э2), схема электрическая принципиальная (Э3), диаграмма временная вычисления заданной функции (ТЧ), схема расположения одного из ТЭЗов (Э7). Каждый документ содержит по 1 листу.

Курсовая работа выполняется с целью закрепления знаний по курсу «Схемотехника ЭВМ» и развития навыков проектирования цифровых устройств. Необходимо было спроектировать вычислительное устройство, выполняющее вычисление выборочной дисперсии по гистограмме. Были заданы временные и электрические ограничения. В результате было получено устройство полностью соответствующее заданным требованиям.


















ТК2.004.210.ПЗ





















Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата




Разраб.

Онищенко Н.В.










Пров.

Садыков М.Ф.







Препроцессор


Лит.

Лист

Листов



















2

31

Н.контр.













ТулГУ, каф. ЭВМ



СОДЕРЖАНИЕ


Cтр.

1 Введение 4


2 Анализ исходных данных, разработка на его основе алгоритма вы-


числения заданной функции и общей структуры операционной час-

ти препроцессора 5

3 Разработка функциональной схемы операционной части препроцес-

сора 9


4 Выбор оптимального варианта операционной части и разработка

принципиальных схем функционирования элементов 12

5 Синтез блока управления MPCU 19

6 Разработка принципиальной электрической схемы ТЭЗа 20

7 Оценка временных и электрических параметров препроцессора 24

8 Разработка конструкции препроцессора 25

9 Заключение 26

Список используемой литературы 27



Приложение 1


Функциональная схема операционной части препроцессора 28

Приложение 2


Принципиальная схема ТЭЗа ( сторона 0) 29

Приложение 3


Временная диаграмма 30

Приложение 4


Схема расположения элементов 31















ТК2.004.210.ПЗ


Лист























Изм.

Лист

№ документа

Подп.

Дата




3

1 Введение

Курсовая работа предназначена для приобретения навыков по схемотехническому проектированию простых цифровых устройств. В ней разрабатывается вычислительное устройство, выполняющее вычисление выборочной дисперсии по гистограмме. Работа над курсовой работой была разделена на следующие этапы:

Э1 – Анализ исходных данных, разработка на его основе алгоритмов вычисления заданной функции, организация общей структуры операционной части препроцессора;

Э2 – Проработка вариантов функциональных схем, операционной части препроцессора, определение их основных характеристик;

Э3 – Анализ вариантов и выбор оптимального варианта функциональной схемы и её элементной базы;

Э4 – Разработка и синтез принципиальных схем функциональных элементов;

Э5 – Синтез блока микропрограммного управления MPCU;

Э6 – Разбиение схемы препроцессора на ТЭЗы (при необходимости) и разработка принципиальной электрической схемы одного из ТЭЗов;

Э7 – Оценка временных и электрических параметров препроцессора, разработка конструкции препроцессора.

Каждый из этих этапов нашел отражение в данной пояснительной записки в соответствующем разделе.


















ТК2.004.210.ПЗ


Лист























Изм.

Лист

№ документа

Подп.

Дата




4

2 Анализ исходных данных и разработка на его основе алгоритма вычисления заданной функции и общей структуры операционной части препроцессора
В соответствии с вариантом задания надо спроектировать препроцессор, выполняющий вычисление выборочной дисперсии по гистограмме:

, где (1)

, и (2)

- число отсчетов, попавших в i – интервал,

- общее количество отсчетов.

Исходные данные для проектирования:

  1. Размер выборки N=8;

  2. Форма представления чисел – с плавающей запятой;

  3. Связь препроцессора с другими устройствами через системную магистраль Multibus ( И-41 );

  4. Формат входных / выходных данных L=8;

  5. Внутренний формат данных L=16;

  6. Частота поступления входных отсчетов данных fД=2,75 МГц (tД = 364 нс);

  7. Допустимое время задержки выходного потока данных () относительно входного потока () TЗД = 0,8 мкс (800 нс);

  8. Потребляемая мощность РДОП = 150 Вт;

  9. Требуемая надежность Р(10000) = 0,95;

  10. Условия эксплуатации соответствуют группе 1;

  11. Частота внешней синхронизации выбирается из трех возможных (13,3МГц; 33 МГц; 40 МГц );

  12. Типоразмер плат 233,4х160;

  13. Тип разъема СНП 34 – 90.

Полезная площадь для размещения микросхем (определяется размерами платы за вычетом периферийных зон, которые имеют соответствующую ширину 10, 10, 10 и 20 мм):

Sп = 203,4х140 = 28476 мм2. (3)

Требования к условиям эксплуатации позволяют использовать обычные микросхемы (с символом К в начале обозначения), однако требования по потребляемой мощности и надежности могут повлиять на их выбор.

Ограничение по потребляемой мощности и требования высокой надежности заставляют использовать критерий качества проектирования, ко-

















ТК2.004.210.ПЗ


Лист























Изм.

Лист

№ документа

Подп.

Дата




5

торый имеет вид:

при Тздп < Т зд, (4)

где Рдоп – допустимое значение потребляемой мощности, Рп – значение потребляемой мощности препроцессора, полученное в результате проектирования.


Перед описанием алгоритма необходимо определить формат входных / выходных чисел, а также внутренний формат препроцессора. Поскольку вариант задания предусматривает число с плавающей запятой, то возможен формат числа, в котором должны присутствовать знак числа, знак порядка, порядок, мантисса до и после запятой. Однако согласно формулам (1) и (2) ни , ни не могут быть отрицательными, следовательно, бит знака числа можно использовать для расширения разрядности и повышения точности вычислений.


Таким образом, формат входного / выходного числа показан на рисунке 1.

Рис.1 Входной / выходной форматы числа


Внутренний формат показан на рисунке 2.



Рис.2 Внутренний формат числа

Далее при разработке препроцессора следует учитывать тот факт, что при входном преобразовании происходит расширение мантиссы и порядка с 4 до 8 бит путем добавления нулей в старшие разряды, а при выходном преобразовании отбрасываемые части должны быть проверены на наличие «1». В противном случае может возникнуть ситуация некорректного выходного преобразования.

Алгоритм вычисления выборочной дисперсии по гистограмме показан на рисунке 3.
















ТК2.004.210.ПЗ


Лист























Изм.

Лист

№ документа

Подп.

Дата




6


Рис.3 Алгоритм работы препроцессора


















ТК2.004.210.ПЗ


Лист























Изм.

Лист

№ документа

Подп.

Дата




7

Рассмотрим его более подробно: на начальном этапе параллельно выполняются три ветви алгоритма, а именно – вычисление – Y1, Y4, вычисление – Y2, Y5 (деление реализовано сдвигом – в данном случае N = 8, следовательно операцию можно реализовать сдвигом вправо на три бита) и вычисление – Y3. Значение считывается со входной шины, вычисляется по формуле (2), причем все значения считываются со входной шины одновременно, а значение i берется из соответствующего счетчика. Затем находятся элементы суммы – Y6 , вычисляется сумма целиком – Y7 и окончательно определяется значение – Y8. После этого происходит выдача результата на выходную шину – Y9, нахождение и выставление соответствующих флагов – Y10, и запрос на дальнейшую работу (W). Если необходимо работать со следующим входным отсчетом, то алгоритм выполняется сначала, в противном случае процесс завершается.

С целью упрощения синтеза операционных и управляющих блоков алгоритм можно представить в виде ряда таблиц (микроопераций, признаков результатов и логических условий).



Таблица 1

Таблица микроопераций


















ТК2.004.210.ПЗ


Лист























Изм.

Лист

№ документа

Подп.

Дата




7
Таблица 2

Признаки результатов





Таблица 3

Логические условия


Из таблиц видно, что один цикл работы алгоритма реализуется путем выполнения 10 микроопераций за 8 тактов синхронизации препроцессора. В зависимости от типа каждая микрооперация выполняется за 1 или 3 такта синхронизации. Управляющий автомат препроцессора должен в течении 8 тактов синхронизации выдавать в операционную часть препроцессора 12 управляющих сигналов С1 – С12. Признаки результатов хранятся в соответствующем им регистре флагов. Вычисляются они специальным блоком логики. Логические условия необходимы для нормального функционирования препроцессора и своевременной выдачи результата. Определив основные параметры алгоритма можно приступать к синтезу функциональных схем и выбору оптимального варианта.


















ТК2.004.210.ПЗ


Лист























Изм.

Лист

№ документа

Подп.

Дата




8

3 Разработка функциональной схемы операционной части препроцессора
Ниже, на рисунках, приведены два варианта функциональных схем, которые различаются по быстродействию и количеству элементов. Самый первый вариант приведен на рисунке 4, а его временная диаграмма работы на рисунке 6. В нем, как и в алгоритме на рисунке 3, все операции выполняются последовательно одна за другой: считывание данных с входной шины, вычисление элементов суммы, самой суммы и наконец . Время выполнения одного цикла вычислений – 8 тактов синхронизации, промежуток между двумя входными отсчетами также составляет 8 тактов синхронизации.

Ввиду некоторой медлительности этого варианта предлагается конвейерная схема, в которой все микрооперации Yi выполняются одновременно, но для разных потоков . Он показан на рисунке 5, а его временная диаграмма работы на рисунке 7. В случае применения конвейерной схемы через 8 тактов ответ будет появляться на выходной шине каждый такт, однако в данном варианте необходимо применять линии задержки, которые представляет собой очереди организованные из ряда сдвиговых регистров. Они нужны для «торможения» промежуточных величин, которые определены слишком рано. Время выполнения одного цикла вычислений не изменилось – 8 тактов синхронизации, но теперь промежуток между двумя входными отсчетами составляет только 1 такт синхронизации.

Еще одним плюсом такой схемы является то, что для нее не надо строить управляющий автомат.

После создания двух вариантов следует приступить к анализу и выбору лучшего, однако следует заметить, что уже на этом шаге потребуется числовое значение времени длительности TCLK.
















ТК2.004.210.ПЗ


Лист























Изм.

Лист

№ документа

Подп.

Дата




9

Рис.4 Первый вариант функциональной схемы


















ТК2.004.210.ПЗ


Лист























Изм.

Лист

№ документа

Подп.

Дата




10

Рис.5 Второй вариант функциональной схемы


















ТК2.004.210.ПЗ


Лист























Изм.

Лист

№ документа

Подп.

Дата




10

Рис. 6 Временная диаграмма первого варианта функциональной схемы

Рис. 7 Временная диаграмма второго варианта функциональной схемы
















ТК2.004.210.ПЗ


Лист























Изм.

Лист

№ документа

Подп.

Дата




11

4 Выбор оптимального варианта операционной части и разработка принципиальных схем функционирования элементов
Для выбора элементной базы операционной части препроцессора необходимо учитывать:

  1. основной состав функциональных элементов;

  2. требования по быстродействию.

Выбор обычно начинается с наиболее распространенного типа микросхем – ТТЛ, ТТЛШ. На предыдущих этапах был установлен следующий состав основных функциональных элементов:

  1. регистры 16 – разрядные;

  2. умножители 16 – разрядные;

  3. сумматоры 16 – разрядные;

  4. линии задержки на 1 и 4 такта 16 – разрядные;

  5. буферный формирователь 16 – разрядный;

  6. счетчик, блок логики и регистр флагов.

Так как ни одна серия микросхем полностью не удовлетворят всем требованиям, будем выбирать микросхемы из различных серий. В качестве регистров будем использовать микросхемы К531ИР22 (серия с диодами Шотки обеспечивает более высокое быстродействие), умножители реализуем на сумматорах К155ИМ1 и умножителях К1802ВР4, а линии задержки на сдвиговых регистрах К155ИР13.

Наиболее длительной однотактовой операцией является перемножение двух 16 – разрядных чисел при нахождении элементов суммы . Поскольку время умножения двух 16 – разрядных чисел на сумматорах и умножителях занимает не более 58 нс, а запись в регистры не более 11,5 нс, то длительность синхроимпульса должна быть не менее 58 + 11,5 = 69,5 нс. Выбирая частоты из ряда, предложенного в методическом пособии можно определить, что лучше всего нам подходит частота в 13,3 МГц, которой соответствует длительность одного такта синхронизации в 75 нс. Пауза синхросигнала будет составлять 60 нс, что позволит выполниться любой однотактовой операции, а длительность синхросигнала будет составлять 15 нс, что позволит результатам микроопераций записаться в соответствующие регистры.

Определив длительность одного такта синхронизации можно приступить к выбору наилучшего варианта функциональной схемы. Для выбора оптимального варианта функциональной схемы операционной части препроцессора используем частный критерий:



, (5)















ТК2.004.210.ПЗ


Лист























Изм.

Лист

№ документа

Подп.

Дата




12

который получен из общего критерия (4). В данной формуле WI – число функциональных элементов в I-го варианта, Wmax – число функциональных элементов, соответствующих наиболее сложному варианту.

Таблица 4

Временные параметры вариантов

Проанализировав содержимое таблицы, можно сделать вывод, что оптимальным вариантом будет полностью конвейерная схема, приведенная на рисунке 5.

Далее займемся разработкой и синтезом принципиальных схем функциональных элементов.

Регистры общего назначения реализованы с помощью двух параллельно подключаемых микросхем типа К531ИР22. Время задержки такой схемы составляет 11,5 нс. Схема изображена на рисунке 8.




Рис. 8 Микросхема К531ИР22

Соединив параллельно три таких регистра, и объединив их входы Ci и CLK получим 24 – разрядный регистр общего назначения. Схематично он показан на рисунке 9.

















ТК2.004.210.ПЗ


Лист























Изм.

Лист

№ документа

Подп.

Дата




13


Рис. 9 Составной 16 – разрядный регистр

Далее определим микросхемы, необходимые для выполнения операции умножения двух 16 – разрядных чисел. По правилам математики для перемножения двух чисел с плавающей запятой необходимо перемножить их мантиссы и сложить их порядки. Таким образом, исходя из формата числа на рисунке 2, нужен 8 – разрядный умножитель и 8 – разрядный сумматор.

Умножитель 12 – разрядный К1802ВР4 показан на рисунке 10.

Рис. 10 Микросхема К1802ВР4


Время задержки такой схемы составляет 59 нс. На данном рисунке показаны:















ТК2.004.210.ПЗ


Лист























Изм.

Лист

№ документа

Подп.

Дата




14
следующая страница >>