Методические указания по выполнению курсового проекта для студентов специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»

Скачать 299.76 Kb.

Название	Методические указания по выполнению курсового проекта для студентов специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»
страница	1/4
Дата публикации	18.06.2014
Размер	299.76 Kb.
Тип	Методические указания

literature-edu.ru > Курсовая работа > Методические указания

1 2 3 4

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Тульский государственный университет

Кафедра электронных вычислительных машин

СХЕМОТЕХНИКА

Методические указания

по выполнению курсового проекта
для студентов специальности

«Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»

(форма обучения: вечерняя)

Тула 2008

Методические указания составлены в соответствии с Государственными требованиями к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы по студентов специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» доцентом Басаловой Г.В. и профессором Токаревым В.Л. и обсуждены на заседании кафедры ЭВМ факультета кибернетики.

Протокол № ______ от « ___» ___________ 2008 г.

Зав кафедрой _________________ В. С. Карпов

ВВЕДЕНИЕ

Курсовой проект предназначен для приобретения навыков по схемотехническому проектированию несложных цифровых устройств. Проект выполняется в шестом семестре и базируется на основной теоретической части дисциплины "схемотехника", изучаемой студентами в пятом и шестом семестрах. Задание на курсовой проект выдается руководителем проекта в начале шестого семестра.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект выполняется с целью закрепления знаний по курсу "схемотехника" и развития навыков самостоятельного проектирования электронных устройств, применяемых при обеспечении информационной безопасности автоматизированных систем.

Задачами курсового проекта являются:

практическое овладение методикой схемотехнического проектирования электронного устройства на основе современной элементной базы;
анализ вариантов схемотехнических решений и выбор на его основе оптимального решения;
синтез электрических схем функциональных элементов по их формальному описанию;
практическое овладение методами и средствами САПР при схемотехническом проектировании;
получение элементарных навыков конструкторского проектирования технических средств электронной техники;
приобретение практических навыков оформления и выпуска конструкторской документации в соответствии с ГОСТ.

Для решения перечисленных задач необходимо знание не только курса "Электроника и схемотехника", но и ряда смежных дисциплин, изучаемых на 1-6 семестрах, и умение пользоваться справочной литературой.

1.ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

2.1.Тематика курсового проекта.

В курсовом проекте разрабатывается препроцессор, предназначенный для аппаратной реализации вычисления одной или нескольких функций предварительной обработки данных и отвечающий заданным требованиям.

Препроцессор связан с остальными устройствами ЭВМ или вычислительной системы в соответствии со схемой (рис. 1).

Канал ввода (IC) и канал вывода (OC) данных работают одновременно и обеспечивают ввод данных и вывод результатов с одной и той же частотой f_d. Через эти блоки осуществляется связь вычислительной системы с внешней средой.

Память системы состоит из трех устройств: RAM (ОЗУ), ROM (ПЗУ) и AM (ВЗУ). ОЗУ служит для размещения входных, промежуточных данных и результатов, программы обработки данных; ПЗУ – для хранения констант и некоторых программных модулей; ВЗУ - для расширения адресного пространства вычислительной системы.

Система работает в режиме реального времени, т.е. частота выдачи информации должна быть равна частоте поступления входных данных f_D, а время запаздывания потоков результатов относительно потока входных данных должно быть минимальным. По этой причине задачи первичной обработки информации решаются с помощью препроцессора, главной характеристикой которого является быстродействие, а остальные характеристики (потребляемая мощность, конструктивные параметры и др.) определяются требованиями системы.

Рис 1. Структура условной вычислительной системы:

IC - канал ввода данных (input channel), CP - центральный процессор (central processor), RAM - оперативное запоминающее устройство (random access memory), AM - внешнее запоминающее устройство (auxiliary memory), OC - блок вывода данных (output channel), PPr- препроцессор (preprocessor).
Препроцессор выполняет ограниченное число заданных функций (вычисление среднего, дисперсии, коэффициентов корреляции и т.п.) параллельно во времени с работой центрального процессора, что обеспечивает повышение производительности вычислительной системы. Значения функции вычисляются при поступлении в препроцессор соответствующей команды путем выполнения препроцессором последовательности операций.

В состав препроцессора обычно входят регистровое ЗУ для хранения обрабатываемых данных, операционные блоки (АЛУ, умножитель и др.) для выполнения арифметических и логических операций обработки, буферные ЗУ для согласования во времени скорости обработки со скоростью поступления входных данных и со скоростью выдачи результатов и блок микропрограммного управления, реализующий алгоритмы вычисления требуемых функций.

Преобразование сигналов в нужную форму для центрального процессора обычно выполняется в канале ввода. Для этого он содержит аналоговый усилитель сигналов с заданной частотной характеристикой и аналогово-цифровой преобразователь с требуемой разрядностью временем преобразования.

Обобщенная структура препроцессора приведена на рис.2.

Входной поток данных x_k поступает в PPr через IT с SB и обрабатывается в операционных блоках ОU1, ОU2,...,ОUi под управлением MPCU, который в каждый дискретный момент времени k вырабатывает вектор управляющих сигналов c_k, разрешающих или инициирующих выполнение соответствующих микроопераций. Для буферизации входных и выходных данных используется BM, для хранения промежуточных результатов используется RM. Препроцессор, кроме того, может содержать постоянное ЗУ для хранения необходимых констант и некоторых микропрограмм. Система внутренних связей ICS объединяет все функциональные блоки препроцессора и содержит независимые линии для передачи информационных, адресных и управляющих сигналов, а также буферные формирователи для обеспечения требуемой нагрузочной способности. Блок микропрограммного управления MPCU вырабатывает вектор управляющих сигналов с_k в зависимости от кода условий сс, вырабатываемых при выполнении предыдущей микрокоманды. В MPCU находится программно доступный регистр состояния препроцессора, содержащий биты занятости препроцессора b и бит готовности результата dr. Входной преобразователь IT преобразует данные, поступающие с системной шины данных в формат препроцессора. Вывод результатов в требуемом для вычислительной системы формате осуществляется выходным преобразователем ОТ. Блоки IT и ОТ в некоторых случаях могут отсутствовать.

Задачами проектирования являются:

проработка вариантов, их анализ и выбор оптимальной функциональной схемы операционной части препроцессора, включающей OU1, OU2, ..., OUi, RM, BM;
синтез функциональной схемы блока микропрограммного управления MPCU;
разработка и синтез принципиальных схем всех функциональных элементов препроцессора;
разбиение схемы препроцессора на ТЭЗы и разработка принципиальной электрической схемы одного из ТЭЗов;
моделирование принципиальной схемы ТЭЗа средствами САПР с получением его временных диаграмм;
оценка параметров препроцессора: временных, электрических и конструктивных;
разработка конструкции препроцессора.

Критерий качества проектирования выбирается исходя из исходных данных для проектирования. Основными требованиями являются временные параметры препроцессора: максимальная частота поступления входных данных f_d и время задержки j-го выходного потока данных относительно входного потока данных Т_зд._j. Поэтому при отсутствии других ограничений в качестве критерия качества проектируемого препроцессора может быть использовано отношение:

(1)

где t_DЗ - заданное значение (t_DЗ = F_D^-1 ) периода поступления входных данных, t_DП, T_ЗДП - значения t_D и времени задержки выходного потока относительно входного, полученные в результате проектирования. Временные параметры измеряются в наносекундах (нс).

На промежуточных этапах проектирования вместо общего критерия (1), или (2), или (3) могут использоваться частные критерии, полученные из общего путем упрощений.
2.2. Формат входных данных

Форматы слов данных (внутренних и внешних) имеют вид (рис.3).

Рис 2. Структура препроцессора:

BM - буферное ЗУ (buffer memory); ОU1,...,ОUi - операционные блоки (operation units); RM - регистровое ЗУ (register memory); IT - входной преобразователь (input transformer); OT - выходной преобразователь (output transformer); MPCU - блок микропрограммного управления (microprogramming control unit); IСS - система внутренних связей препроцессора (internal connection system); SB – системная шина вычислительной системы (system bus); x_k - поток входных данных (m₁ - векторных), соответствующий k-тому дискретному моменту времени: k=t/t, t - длительность машинного такта; y_j,k-n - j-ые потоки выходных данных (результатов) с запаздыванием на n тактов относительно входного потока; Ins - код команды, запускающей вычисление требуемой функции; CC - код условий