Содержание Введение ..................................................................................................... 5 1 Техническое задание на проектирование ............................................ 6 2 Операция деления ................................................................................. 7 3 4 Инв. № Подп. и дата Взам. инв. 5 2.1 Словесный алгоритм операции деления...................................... 7 2.2 Численные примеры операции деления ...................................... 8 2.3 Функциональная схема операции деления................................ 12 2.4 Граф-схема алгоритма операции деления ................................. 16 2.5 Примеры работы функциональной схемы ................................ 19 Операция вычитания модулей операндов ......................................... 21 3.1 Словесный алгоритм вычитания модулей операндов .............. 21 3.2 Численные примеры вычитания модулей операндов ............... 21 3.3 Функциональная схема вычитания модулей операндов .......... 23 3.4 Граф-схема алгоритма вычитания модулей операндов ............ 24 Операция логического ИЛИ .............................................................. 27 4.1 Словесный алгоритм операции ИЛИ......................................... 27 4.2 Численный пример операции ИЛИ ........................................... 27 4.3 Функциональная схема операции ИЛИ ..................................... 27 4.4 Граф-схема алгоритма операции ИЛИ ...................................... 29 Разработка операционной части АЛУ ............................................... 30 5.1 Объединенная функциональная схема ОЧ АЛУ ....................... 30 5.2 Граф-схема алгоритма работы ОЧ АЛУ.................................... 32 6 Разработка и описание принципиальной схемы ОЧ АЛУ ............... 34 7 Расчет фильтра питания ..................................................................... 38 8 Расчет длительности такта ................................................................. 39 9 Расчет тактового генератора .............................................................. 40 Изм. Лист № докум. Разраб. Меньшиков Пров. Клюкин Реценз. Н. Контр. Утверд. Подп. Дата ТПЖА.09.03.01.379-03 ПЗ Разработка операционной части арифметико-логического устройства Лит. э Лист 2 Листов 55 Кафедра ЭВМ Группа ИВТб-3302-01-00 10 Расчет быстродействия .................................................................. 41 11 Выбор разъема ................................................................................ 42 Заключение ............................................................................................... 43 Приложение А (Обязательное) Схемы для операции деления .............. 44 Приложение Б (Обязательное) Схемы для операции вычитания модулей операндов............................................................................................................ 46 Приложение В (Обязательное) Схемы для операции логического ИЛИ ............................................................................................................................. 48 Приложение Г (Обязательное) Объединенная функциональная схема ОЧ АЛУ .............................................................................................................. 50 Инв. № Подп. и дата Взам. инв. Приложение Д (Обязательное) Объединенная ГСА .............................. 52 Изм Лист № докум. Подпись Дата ТПЖА.09.03.01.379-03 ПЗ Лист 4 Введение Операционные автоматы с жесткой логикой давно используются в тех Инв. № Подп. и дата Взам. инв. областях науки и техники, где важна скорость. Изм Лист № докум. Подпись Дата ТПЖА.09.03.01.379-03 ПЗ Лист 5 Техническое задание на проектирование 1 Разработать операционную часть АЛУ для реализации следующих операций: • деление двоичных чисел с фиксированной запятой в прямом коде, вторым способом, без восстановления остатков; • вычитание модулей операндов; • логическое ИЛИ. Разрядность операндов – 32 бита. Старший разряд знаковый, с 30 по 0 разряды для операнда, который поступает в прямом коде. После окончания операции АЛУ должно выдавать в управляющий автомат следующие признаки: • переполнение разрядной сетки (ПРС); • деление на ноль (ДНН). Разработанное устройство должно удовлетворять следующим требованиям: • минимизация аппаратурных затрат; • приемлемое быстродействие; Инв. № Подп. и дата Взам. инв. • приемлемая потребляемая мощность. Изм Лист № докум. Подпись Дата ТПЖА.09.03.01.379-03 ПЗ Лист 6 2 Операция деления В текущем разделе описывается словесный алгоритм деления, рассматриваются численные примеры, описывается алгоритм работы функциональной схемы в соответствии с граф-схемой алгоритма деления. Даются примеры работы функциональной схемы с разрядностью операндов в 32 бита. 2.1 Словесный алгоритм операции деления Алгоритм деления состоит из следующих шагов: 1) Принять делимое и делитель 2) Проверить делитель на равенство нулю. Если делитель равен нулю, сформировать сигнал об ошибке: «Деление на нуль» и завершить выполнение операции. Иначе идти к 3 шагу. 3) Проверить делимое на равенство нулю. Если делимое равно нулю, завершить выполнение алгоритма, выдав нулевой результат. 4) Определить знак частного сложением по модулю два знаковых разрядов делимого и делителя. Далее использовать модули операндов. 5) Вычесть из делимого делитель путем сложения в обратном коде. 6) Проанализировать знак остатка после первого вычитания. Если остаток положительный, произошло ПРС, операцию следует прекратить, выдав соответствующий признак. Если остаток отрицательный, в частное занести «0» и продолжить операцию деления. Взам. инв. 7) Выполнить сдвиги частного на один разряд влево и делителя на один разряд вправо. 8) Если до сдвига остаток был положительным, вычесть из остатка Инв. № Подп. и дата делитель, если остаток был отрицательным, прибавить к остатку делитель. 9) Если вновь полученный остаток положительный, в очередной разряд частного занести «1», в противном случае – «0». Изм Лист № докум. Подпись Дата ТПЖА.09.03.01.379-03 ПЗ Лист 7 10) Выполнить пункты 7-9 алгоритма (n+1) раз, причем, последний сдвиг частного не выполнять. 11) Присвоить частному знак из пункта 4 алгоритма. 2.2 Численные примеры операции деления В данном разделе описываются примеры деления двоичных чисел на основе алгоритма деления, описанного выше (2.1). Чтобы не нагромождать данный раздел, но вместе с тем показать, как работает алгоритм деления, операнды будут рассматриваться 4-разрядные. Также оценивается погрешность вычислений 4-разрядного операнда. Поскольку функциональная схема оперирует над 32-битным числами, действительная погрешность частного от деления будет на несколько порядков ниже погрешности 4разрядных операндов. В разделе 2.5 даны примеры работы функциональной схемы с разрядностью операндов в 32 бита, а также проведены расчеты погрешности результатов. В соответствии с алгоритмом, деление осуществляется над модулями операндов. Знак частного вычисляется отдельно. 2.2.1 Пример без возникновения исключительной ситуации (штатных случай) Для того, чтобы деление прошло успешно, делитель должен быть больше делимого. Взам. инв. Делимое: 0,687510 = 0,10112 Делитель: -0,812510 = 1,11012 Инв. № Подп. и дата Знак частного = 0 ⊕ 1 = 1 В таблице 1 представлено деление модулей операндов (делимое<делителя) Изм Лист № докум. Подпись Дата ТПЖА.09.03.01.379-03 ПЗ Лист 8 Инв. № Подп. и дата Взам. инв. Таблица 1 – Деление модулей операндов (делимое < делителя) Изм Лист Частное ← Делимое (остаток)→ х.хххх 0.1011 0000(D) 1.0010 1111(-d) 1.1101 1111 1 ост. <0 => "0" в частн. х.ххх0 0.0110 1000(d) Сдвиги. 0 - "пустой" разряд признак конца цикла х.хх01 0.0011 0100(d) Сдвиги х.хх01 0.0100 0111 1.1100 1011(-d) 1(+1) (1)0.0001 0011 х.х011 0.0001 1010(d) х.х011 0.0001 0011 1.1110 0101(-d) 1(+1) 1.1111 1001 х.0110 0.0000 1101(d) х.0110 1.1111 1001 0.0000 1101(+d) (1)0.0000 0110 Сложение П.ост. < 0 => ост. + d Н.ост. >0 =>"1" в частн. (1) - учесть в след. такте (+1) 0.1101 0.0000 0110(d) Сдвиги 0 в старшем разряде частного - конец цикла № докум. Подпись Дата Пояснения Вычитание П.ост. > 0 => ост. - d Н.ост. >0 =>"1" в частн. (1) - учесть в след. такте (+1) Сдвиги Вычитание П.ост. > 0 => ост. - d Н.ост. <0 =>"0" в частн. Сдвиги ТПЖА.09.03.01.379-03 ПЗ Лист 9
