Архитектура ЭВМ и ВС (курс Заякина О.)

Здесь находится пример отчёта по лабораторной работе, посвященной изучению управляющего автомата АЛУ

Цель лабораторной работы – изучение принципов построения операционных автоматов арифметико-логических устройств (ОА АЛУ).

Задание на самостоятельную работу: выполнить вариант №1 задания;. коды микропрограммы приведены в табл. А.4.

                Таблица А.4 - Микропрограмма (для g=1 и пускового адреса а=0Аh )

Микропрограмма		Код микрокоманды, HEX
Адрес МК	Мнемоника МК	Тип микрокоманды X	Адрес микрокоманды А
а+0 (0Ah)	Cnt (начало)	0001	-
a+1 (0Bh)	Jz 11h	1000	11h
а+2 (0Ch)	Push	0101	-
а+3 (0Dh)	Cnt	0001	-
а+4 (0Eh)	Endz	1100	-
а+5 (0Fh)	Cnt	0001	-
а+6 (10h)	Endmp (конец)	0110	-
а+7 (11h)	Cnt	0001	-
а+8 (12h)	Jmp 0Fh	0000	0Fh

В работе рассматривается АЛУ с программируемой логикой управления [1]. Список источников см. в конце примера.

На рис. А.2 приведена схема алгоритма микропрогаммы.

Р и с. А.2. Алгоритм микропрограммы ОА АЛУ

Результаты ее выполнения (трасса и временная диаграмма) представлены в таблице А.5 и рис. А.3.

В работе использован проект, который находился в папке «Лаб работы `Организация АЛУ` - Примеры выполнения программ для лаб работы\2011\alu_full6310s.dir» [2]. В нем для компиляции использован файл ..\ua.gdf. Микропрограмма сначала была записана в память. Для этого перед компиляцией была выбрана опция Assign | Device | FLEX10KA. Далее, после компиляции, при исполнения проекта на симулятора MAX+PLUS II использован файл ..\\ua.scf. После выбора опции «Simulator», но до нажатия его клавиши «Start», была инициализирована память путем выбора опции «Initialise | Initialise memory». При этом была выбрана опция: «Memory name | pzu:37:lpm_rom:LPM_ROM_component|altrom:srom|content», и затем в открывшемся диалоговом окне была выбран файл «Import file | ua(1)й.mif».

              Таблица А.5 - Трасса микропрограммы

Микрокоманда		Входы (h)				Выходы (h)					Стек (h)
Адрес МК (h)	Мнемоника МК	RES	Start	g	Z	Усл. TST	Адрес сл. МК	Ready	Регистр МК		R0	R1
									X	A
01	Jmp 0Ah	1	1	1	0	0	0A	1	0000	0A	→
0A	Cnt	0	0	0	0	0	0B	0	0001	00	→
0B	Jz 11h	0	0	0	0	0	0C	0	1000	11h	→
0C	Push	0	0	0	0	0	0D	0	0101	00		→0Dh
0D	Cnt	0	0	0	0	0	0E	0	0001	00		→0Dh
0E	Endz	0	0	0	0	0	0D	0	1100	00		→0Dh
0D	Cnt	0	0	0	0	0	0E	0	0001	00		→0Dh
0E	Endz	0	0	0	1	1	0F	0	1100	00	→	0Dh
0F	Cnt	0	0	0	0	0	10	0	0001	00	→	0Dh
10	endmp	0	0	0	0	0	00	1	1100	00	→	0Dh
01	Jmp 0Ah	0	1	1	0	0	0A	1	0000	0A	→	0Dh
0A	Cnt	0	0	0	0	0	0B	0	0001	00	→	0Dh
0B	Jz 11h	0	0	0	1	1	11	0	1000	11h	→	0Dh
11	Cnt	0	0	0	0	0	12	0	0001	00	→	0Dh
12	Jmp 0Fh	0	0	0	0	0	0F	0	1000	11h	→	0Dh
0F	Cnt	0	0	0	0	0	10	0	0001	00	→	0Dh
10	endmp	0	0	0	0	0	00	1	1100	00	→	0Dh
00	Jmp 00h	0	0	0	0	0	00	1	0000	00	→	0Dh
Примечание ‑ знак “→” показывает положение указателя стека УС.

Р и с. А.3. Временные диаграммы работы проекта УА АЛУ

Результаты исследований

Продолжительность такта: 130 нс.

Задержка определена как время от фронта ГТИ, первого после фронта сигнала START, и до установления уровня после перехода из 0 в 1 (окончания длительности переднего фронта) вывода памяти ПЗУ: |sfam:16|A[7..0]. Этот переход был выбран, как последний на временной диаграмме из всех выводов, по которым мы определяли реакцию макета УА.

Таким образом, тактовая частота в макете была практически максимальной. При этом частота ГТИ составила 7,7 МГц. Если сравнить с ОА, то получается, что УА работаем медленнее. Очевидно, быстродействие ограничивают блоки ОЗУ.

Выводы:

–      изучены принципов организации УА АЛУ;

–      выполнен проект устройства без УА;

–      успешно проведена верификация проекта на тестовой микропрограмме;

–      оказалось, чтоУА работает медленнее, чем ОА, очевидно, это связано с быстродействием ОЗУ;

–      быстродействие УА ограничивают микросхемы ОЗУ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Организация арифметико-логических устройств ЭВМ [Электрон. ресурс]: метод. указания к лаб. раб. по курсу Б3.Б.2 «ЭВМ и периферийные устройства» направления 230100.62 «Информатика и выч. техника» / сост. О. А. Заякин, В. П. Павлов. – Самара: Изд-во СГАУ, 2014.
2. Учебно-методический комплекс дисциплины «Аппаратные средства выч. техники» [Электрон. ресурс] / Самарский гос. аэрокосм. ун-т; специальность 090105 «Комплексное обеспечение информационной безопасности автоматизированных систем»; учебный план 0901105.65-10-О-П; фак-т «Информатика», каф. информационных систем и технологий. – Самара, 2010. – 1 CD-R. – Доступен на каф. ИСТ.