Реферат: Многофункциональное арифметико-логическое устройство

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.2201.3405111.ПЗ

Разраб.

Иванова Н. В.

Провер.

Ведина П. А.

Реценз.

Н. Контр.

Утверд.

Многофункциональное АЛУ

Лит.

Листов

ЧЭМК

<img src="/cache/referats/22595/image001.gif" v:shapes="_x0000_s3202 _x0000_s3203 _x0000_s3204 _x0000_s3205 _x0000_s3206 _x0000_s3207 _x0000_s3208 _x0000_s3209 _x0000_s3210 _x0000_s3211 _x0000_s3212 _x0000_s3213 _x0000_s3214 _x0000_s3215 _x0000_s3216 _x0000_s3217 _x0000_s3218 _x0000_s3219 _x0000_s3220 _x0000_s3221 _x0000_s3222 _x0000_s3223 _x0000_s3224 _x0000_s3225 _x0000_s3226 _x0000_s3227 _x0000_s3228 _x0000_s3229 _x0000_s3230 _x0000_s3231 _x0000_s3232 _x0000_s3233 _x0000_s3234 _x0000_s3235 _x0000_s3236 _x0000_s3237 _x0000_s3238 _x0000_s3239 _x0000_s3240 _x0000_s3241 _x0000_s3242 _x0000_s3243 _x0000_s3244 _x0000_s3245 _x0000_s3246 _x0000_s3247 _x0000_s3248 _x0000_s3249 _x0000_s3250 _x0000_s3251">СОДЕРЖАНИЕ

TOC o «1-2» h z u Введение. PAGEREF _Toc75096536 h 3

1 Обзорарифметико-логических устройств. PAGEREF _Toc75096537 h 4

2 Построениеструктурной схемы… PAGEREF _Toc75096538 h 8

3 Выбор элементнойбазы… PAGEREF _Toc75096539 h 11

4 Построениепринципиальной схемы… PAGEREF _Toc75096540 h 20

5 Расчетная часть. PAGEREF _Toc75096541 h 22

5.1 Расчет потребляемой мощности. PAGEREF _Toc75096542 h 22

5.2 Расчет быстродействия. PAGEREF _Toc75096543 h 23

5.3 Расчет надежности. PAGEREF _Toc75096544 h 24

5.4 Логический расчет. PAGEREF _Toc75096545 h 25

6 Технологическая часть. PAGEREF _Toc75096546 h 27

6.1 Технологияизготовления печатных плат. PAGEREF _Toc75096547 h 27

6.2 Механическаяобработка печатных плат. PAGEREF _Toc75096548 h 28

6.3 Получение рисункапечатной платы… PAGEREF _Toc75096549 h 29

6.4 Химические игальванические процессы изготовления печатных плат. PAGEREF _Toc75096550 h 29

6.5 Получение печатных проводников. PAGEREF _Toc75096551 h 30

7 Конструкторская часть. PAGEREF _Toc75096552 h 31

8 Техника безопасности и экология. PAGEREF _Toc75096553 h 33

8.1 Техникабезопасности. PAGEREF _Toc75096554 h 33

8.2 Экология. PAGEREF _Toc75096555 h 34

9 Заключение. PAGEREF _Toc75096556 h 36

10 Список литературы… PAGEREF _Toc75096557 h 37

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.2201.3405111.ПЗ

<img src="/cache/referats/22595/image002.gif" v:shapes="_x0000_s1026 _x0000_s1027 _x0000_s1028 _x0000_s1029 _x0000_s1030 _x0000_s1031 _x0000_s1032 _x0000_s1033 _x0000_s1034 _x0000_s1035 _x0000_s1036 _x0000_s1037 _x0000_s1038 _x0000_s1039 _x0000_s1040 _x0000_s1041 _x0000_s1042 _x0000_s1043 _x0000_s1044 _x0000_s1045">Введение

Последние достижения в области информационных технологийпривели к новым концепциям в организации производства. Ни одна фирма не можетобойтись в своей работе без применения компьютеров. ЭВМ прочно входят в нашупроизводственную деятельность, и в настоящее время нет необходимости доказыватьцелесообразность использования вычислительной техники в системах управлениятехнологическими процессами, проектирования, научных исследований, административногоуправления, в учебном процессе, банковских расчетах, здравоохранении, сфере обслуживанияи т.д.

Любаяформа человеческой деятельности, любой процесс функционирования техническогообъекта связаны с передачей и преобразованием информации. В силу универсальностицифровой формы представления информации, цифровые электронные вычислительныемашины представляют собой наиболее универсальный тип устройства обработкиинформации.

Замечательныесвойства ЭВМ – автоматизация вычислительного процесса на основе программногоуправления, огромная скорость выполнения арифметических и логических операций,возможность хранения большого количества различных данных, возможность решенияширокого круга математических задач и задач обработки данных – делают эти машинымощным средством научно-технического прогресса.

Особоезначение ЭВМ состоит в том, что впервые с их появлением человек получил орудиедля автоматизации процессов обработки информации. Во многих случаях ЭВМпозволяют существенно повысить эффективность умственного труда. Внедрение ЭВМоказало большое влияние на многие области науки и техники, вызвало процесс изматематизации и компьютеризации.

Упрощеннаяструктура ЭВМ содержит следующие основные устройства: арифметическо-логическоеустройство, память, управляющее устройство, устройство ввода данных в машину,устройство вывода из нее результатов расчета и пульт ручного управления.

В данномкурсовом проекте я буду рассматривать работу многофункциональногоарифметическо-логического устройства (АЛУ). АЛУ служат для выполнения арифметическихи логических преобразований над словами, называемыми в этом случае операндами.

1 Обзорарифметико-логических устройств

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.2201.3405111.ПЗ

<img src="/cache/referats/22595/image003.gif" v:shapes="_x0000_s2330 _x0000_s2331 _x0000_s2332 _x0000_s2333 _x0000_s2334 _x0000_s2335 _x0000_s2336 _x0000_s2337 _x0000_s2338 _x0000_s2339 _x0000_s2340 _x0000_s2341 _x0000_s2342 _x0000_s2343 _x0000_s2344 _x0000_s2345 _x0000_s2346 _x0000_s2347 _x0000_s2348 _x0000_s2349">Выполняемые в АЛУ операции можноразделить на следующие группы:

·

Операциидвоичной арифметики для чисел с фиксированной точкой;

·

Операциидвоичной арифметики для чисел с плавающей точкой;

·

Операциидесятичной арифметики;

·

Операциииндексной арифметики;

·

Операцииспециальной арифметики;

·

Операциинад логическими кодами;

·

Операциинад алфавитно-цифровыми полями.

Карифметически операциям относятся сложение, вычитание, вычитание модулей(«короткие операции»), умножение и деление («длинные операции»). Группу логическихопераций составляют операции дизъюнкции (логическое ИЛИ) и конъюнкция(логическое И) над многоразрядными двоичными словами, сравнение кодов на равенство.Специальные арифметические операции включают в себя нормализацию, арифметическийсдвиг (сдвигаются только цифровые разряды, знаковый разряд остается на месте),логический сдвиг (знаковый разряд сдвигается вместе с цифровыми разрядами).Обширна группа операций редактирования алфавитно-цифровой информации.

Можнопривести следующую классификацию АЛУ, которая приведена на рисунке 1.1.

Похарактеру использования элементов и узлов АЛУ делятся на блочные и многофункциональные.В блочном АЛУ операции над числами с фиксированной и плавающей точкой,десятичными числами и алфавитно-цифровымиполями выполняются в отдельных блоках, при этом повышается скорость работы, таккак блоки параллельно могут выполнять соответствующие операции, но значительно увеличиваютсязатраты на оборудование. В многофункциональных АЛУ операции для всех формпредставления чисел выполняются одними и теми же схемами, которые коммутируютсянужным образом в зависимости от требуемого режима работы. По своим функциям АЛУявляется операционным блоком, выполняющим микрооперации, обеспечивающие приемиз других устройств (например, памяти) операндов, их преобразования и выдачу результатовпреобразования в другие устройства. Арифметическо-логическое устройствоуправляется управляющим блоком, генерирующим управляющие сигналы, инициирующие

выполнение в АЛУ определенныхмикроопераций. Генерируемая управляющим блоком последовательность сигналовопределяется кодом операции команды и оповещающими сигналами.

Вид обрабатываемой информации

Способ обработки информации

Логическая структура АЛУ

По форме представления чисел

По разрядности

По используемой системе счисления

По способу представления отрицательных чисел

С использованием дополнительного кода

С использованием обратного кода

С использованием непозиционных систем счисления

С использованием позиционных систем счисления

С переменной разрядностью

С постоянной разрядностью

С плавающей запятой

С фиксированной запятой

По способу обработки слова во времени

АЛУ с дополнительными регистрами

АЛУ с реализацией операций в запоминающем устройстве

АЛУ с магистральной структурой

АЛУ с жесткой структурой

АЛУ с однородной структурой

Параллельно-последовательные

Последовательные

Параллельные

Многосумматорные АЛУ

АЛУ с расширенными возможностями

По способу распределения логических функций между регистрами

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.2201.3405111.ПЗ

Рисунок 1.1 – Классификация АЛУ.

Обобщенная структурнаясхема АЛУ процессоров всех моделей может быть изображена в виде, приведенном нарисунке 1.2. В основном она содержит четыре главные составляющие:

— группу регистров Р,предназначенных для приема и размещения надлежащим образом операндов, надкоторыми должны производиться действия при выполнении очередной операции;

— операционную часть О,где осуществляются преобразования операндов согласно машинным алгоритмам арифметических,логических и других операций, на выполнение которых рассчитано АЛУ;

— схемы контроля К,обеспечивающие непрерывный оперативный контроль работы АЛУ, а при обнаружениисистематических сигналов ошибок — его диагностику с разрешающей способностью,соответствующей возможностям системы контроля, применяемой в модели ЭВМ;

<img src="/cache/referats/22595/image007.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1119"> — схемы управления У, гдевырабатываются управляющие сигналы УС, координирующие взаимодействие всехблоков АЛУ между собой и с другими блоками процессора, тем самым обеспечивая выполнениетребуемых последовательностей микроопераций, соответствующих исполняемым операциям.

Рисунок 1.2- Обобщенная структурная схема АЛУ процессоров.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.2201.3405111.ПЗ

<img src="/cache/referats/22595/image008.gif" v:shapes="_x0000_s1273 _x0000_s1274 _x0000_s1275 _x0000_s1276 _x0000_s1277 _x0000_s1278 _x0000_s1279 _x0000_s1280 _x0000_s1281 _x0000_s1282 _x0000_s1283 _x0000_s1284 _x0000_s1285 _x0000_s1286 _x0000_s1287 _x0000_s1288 _x0000_s1289 _x0000_s1290 _x0000_s1291 _x0000_s1292">В моделях осуществляется гибкоеуправление выполнением операций. Последовательность действий по исполнениюкаждой команды зависит от особенностей операндов и получающихся промежуточныхи окончательных результатов их преобразования. Для этого в операционной частиАЛУ на разных этапах выполнения операций производится анализ преобразуемой информации.Результаты его в виде ответных сигналов-признаков СП поступают на схемы управления.

На основе анализаполучающихся результатов в конце исполнения определенных команд схемыуправления формируют признак результата ПР, который в виде двухразрядного кодаусловия заносится в слово состояния программы ССП.

Переход к управлениюисполнением каждой очередной команды строится по асинхронному принципу. Приналичии в процессоре командной и преобразуемой

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.2201.3405111.ПЗ

<img src="/cache/referats/22595/image009.gif" v:shapes="_x0000_s2209 _x0000_s2210 _x0000_s2211 _x0000_s2212 _x0000_s2213 _x0000_s2214 _x0000_s2215 _x0000_s2216 _x0000_s2217 _x0000_s2218 _x0000_s2219 _x0000_s2220 _x0000_s2221 _x0000_s2222 _x0000_s2223 _x0000_s2224 _x0000_s2225 _x0000_s2226 _x0000_s2227 _x0000_s2228">информации действия в АЛУ повыполнению следующей операции могут начинаться сразу после завершения предыдущейоперации. Для этого в схемах управления АЛУ формируется сигнал конца операцииСКО. Управление выполнением следующей операции начинается по сигналу началаоперации СНО, вырабатываемому в схемах центрального управления процессора.

В регистры Р операнды дляочередной операции выбираются либо из местной оперативной памяти (регистровобщего назначения РОН или регистров для операндов с плавающей запятой РПЗ),либо из основной оперативной памяти ООП. Результаты операций из регистров АЛУ отсылаютсятакже в РОН, РПЗ или ООП.

2 Построениеструктурной схемы

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.2201.3405111.ПЗ

Рисунок 2 – Многофункциональное АЛУ.

ПроектированиеАЛУ включает в себя выбор кодов для представления данных, определениеалгоритмов выполнения отдельных операций, структур операционных блоков иреализуемых в них наборов микроопераций. Затем производят объединениеотдельных операционных блоков и соответствующих наборов микроопераций в одинмногофункциональный операционный блок или несколько блоков для отдельных группопераций. В многофункциональных АЛУ операции над числами с фиксированной иплавающей точками, десятичными числами и алфавитно-цифровыми полямивыполняются в основном одними и теми же схемами, коммутируемыми соответствующимобразом. На рисунке 2 приведена схема многофункционального АЛУ для выполнениясовокупности арифметических и логическихопераций. Регистроваячасть АЛУ, в которой размещаются операнды или результаты действий над ними, восновном состоит из 8-разрядных

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.2201.3405111.ПЗ

<img src="/cache/referats/22595/image013.gif" v:shapes="_x0000_s2370 _x0000_s2371 _x0000_s2372 _x0000_s2373 _x0000_s2374 _x0000_s2375 _x0000_s2376 _x0000_s2377 _x0000_s2378 _x0000_s2379 _x0000_s2380 _x0000_s2381 _x0000_s2382 _x0000_s2383 _x0000_s2384 _x0000_s2385 _x0000_s2386 _x0000_s2387 _x0000_s2388 _x0000_s2389">регистров Рг1, Рг2, Рг21, Рг3, РгА, РгВ, РгСм и 4-разрядных — PгC, PгD, PгСч1.Кроме этого, имеется еще рядмало-разрядных регистров и множество триггеров, не показанных на рисунке. Онипредназначаются для запоминания различных кодов, сигналов, отражающих различныесостояния, условия, результаты анализа преобразуемой информации, необходимыедля правильного выполнения арифметических, логических и др. операций. Этирегистры и триггеры можно отнести к операционной части АЛУ, основу которойсоставляют сумматор См, схема СОЛО, сумматор для выполнения операцийдвоично-десятичной арифметики СмДес.

При сложениичисел с фиксированной точкой в рассматриваемойсхеме загрузка РгВ происходит от Рг2 ввиду того, что связь от ШИВхк Рг2 и далее к РгВ должна существовать из-за необходимостиреализации умножения. Сумма частичных произведений заносится в РгВ ненепосредственно из РгСм, а через РгЗ, так как загрузка РгЗ необходимапри выполнении сложения чисел с плавающей точкой и т. п.

Операции двоично-десятичнойарифметики в данном АЛУ производятся при помощи двоично-десятичного сумматора СмДеси побайтной организации обработки.

Привыполнении операций над числами с плавающей точкой используются двоичныйсумматор См и схема СОЛО. При сложении (вычитании) чисел с плавающейточкой первое слагаемое (уменьшаемое) поступает на входной регистр Рг1, второе(вычитаемое) — на входной регистр РгЗ. Знаки слагаемых хранятся втриггерах знаков ТгЗн1 и ТгЗн2. Смещенные порядки слагаемыхпересылаются в регистры РгС и РгД. Схема СОЛО применяетсядля сравнения и выравнивания порядков слагаемых. Сумматор См, еговходные регистры РгА и РгВ и выходной регистр РгСм используютсяпри сложении (вычитании) мантисс, а также при передаче мантисс со сдвигом в процедурахвыравнивания порядков и нормализации результата.

Выравниваниепорядков производится следующим образом. Смещенный порядок числа Xиз РгЗ передается в регистр РгД и в выполняющий рольРгСОЛО

счетчик РгСч, соединенный с выходом СОЛО.Затем в РгС передается смещенный порядок числа У. После этогоначинается сравнение порядков чисел Xи У на СОЛО исдвиг мантиссы числа с меньшим порядком вправо, при этом значение смещенногопорядка У меняется до тех пор, пока он нестанет равным

смещенному порядку X. Порядок Zберется равным большемупорядку слагаемых.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.2201.3405111.ПЗ

<img src="/cache/referats/22595/image014.gif" v:shapes="_x0000_s1976 _x0000_s1977 _x0000_s1978 _x0000_s1979 _x0000_s1980 _x0000_s1981 _x0000_s1982 _x0000_s1983 _x0000_s1984 _x0000_s1985 _x0000_s1986 _x0000_s1987 _x0000_s1988 _x0000_s1989 _x0000_s1990 _x0000_s1991 _x0000_s1992 _x0000_s1993 _x0000_s1994 _x0000_s1995">Чтобы не делать лишнихсдвигов мантиссы, превратившейся в процессе выравнивания порядка в 0, насчетчике циклов СчЦ фиксируется предельное число сдвигов, равное числуцифр мантиссы. При выполнении сдвига на один разряд мантиссы содержимое СчЦуменьшается на 1. При СчЦ = 0 сдвиги прекращаются и в качестве результатаберется большее слагаемое. После выравнивания порядков осуществляется сложениемантисс и (при необходимости) нормализация результата.

При умножениичисел с плавающей точкой используются сумматорСм, регистр Рг1 для хранения множимого, регистры Рг2 и Рг2'для приема и сдвига множителя в процессе умножения мантисс, регистр РгА,используемый для передачи на сумматор смещенного порядка множимого при суммированиипорядков и для передачи на сумматор мантиссы множимого при умножении мантисс, регистрРгВ, служащий для передачи на сумматор смещенного порядка множителя присуммировании порядков и для хранения текущей суммы частичных произведений приумножении мантисс, выходной регистр сумматора РгСм, фиксирующийрезультаты суммирований, счетчик РгСч1, хранящий смещенный порядокпроизведения, триггеры знаков сомножителей ТгЗн1 и ТгЗн2.

При выполнении деления чисел с плавающей точкой используютсясумматор См, регистры Рг1 и Рг2 для приема соответственноделителя и делимого, регистры РгА и РгВ для хранения смещенныхпорядков делителя и делимого и для хранения мантиссы делителя и частичногоостатка при получении мантиссы частного, счетчик Сч1 для хранения смешенногопорядка частного, регистры Рг2 и Рг21 для храненияцифровых разрядов мантиссы частного, триггеры знаков делимого и делителя ТгЗн1и ТгЗн2. Рассмотренное АЛУ можно считать типичным для ЭВМ общегоназначения средней производительности.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.2201.3405111.ПЗ

<img src="/cache/referats/22595/image015.gif" v:shapes="_x0000_s2016 _x0000_s2017 _x0000_s2018 _x0000_s2019 _x0000_s2020 _x0000_s2021 _x0000_s2022 _x0000_s2023 _x0000_s2024 _x0000_s2025 _x0000_s2026 _x0000_s2027 _x0000_s2028 _x0000_s2029 _x0000_s2030 _x0000_s2031 _x0000_s2032 _x0000_s2033 _x0000_s2034 _x0000_s2035">3 Выборэлементной базы

Для того чтобы построитьпринципиальную схему нужно выбрать элементную базу и технологию производстваинтегральных микросхем (ИМС).

Наданный момент есть несколько технологий производства интегральных микросхем: Транзисторно-транзисторная логика(ТТЛ) и транзисторно-транзисторная логика с диодом Шоттки (ТТЛШ), МОПтранзисторная логика (МОПТЛ), эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ), интегральнаяинжекционная логика (И2 Л). Каждая из технологий имеет свои достоинстваи недостатки, которые рассматриваются ниже.

Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) и транзисторно-транзисторнаялогика с диодом Шоттки (ТТЛШ).Достоинства:высокое быстродействие, обширная номен

еще рефераты

Еще работы по радиоэлектронике

Реферат по радиоэлектронике

Распространение радиоволн

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Расчёт параметров и характеристик полупроводникового диода и транзистора МДП – типа

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Расчет неуправляемых и управляемых выпрямителей при различных режимах работы

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Предварительный расчет радиоприемника

29 Августа 2013