Форма N Н-6.01 (повне найменування вищого навчального закладу) (повна назва кафедри)  КУРСОВА РОБОТА з _дисципліни „Комп’ютерна схемотехніка та архітектура комп’ютера (назва дисципліни) на тему:  Розробка операційного пристрою, що виконує вибір одного з чотирьох двох розрядних чисел за адресою, що є максимальним числом з цих чисел     Студента _2_ курсу _КН - 13_ групи напряму підготовки _6.050101- комп’ютерні науки__ ______________Рипюка О.О.______                                   (прізвище та ініціали)  Керівник ____викладач Ваховська Л.М._____ _____________________________________________   (посада, вчене звання, науковий ступінь, прізвище та ініціали) Національна шкала ___________________________ Кількість балів: __________ Оцінка: ECTS _______  Члени комісії ________________ (підпис) ___________________________ (прізвище та ініціали)   ________________ (підпис) ___________________________ (прізвище та ініціали)   ________________ (підпис) ___________________________ (прізвище та ініціали)   м. _Вінниця_ - 2014 рік     Міністерство освіти та науки України Вінницький національний технічний університет Інститут інформаційних технологій та комп’ютерної інженерії Кафедра комп’ютерних наук ЗАТВЕРДЖУЮ Зав. каф. КН, д.т.н., проф.. ___________ С. І. Перевозніков «__» _____________ 2014 р. ІНДИВІДУАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ НА КУРСОВУ РОБОТУ З ДИСЦИПЛІНИ «Комп’ютерна схемотехніка та архітектура комп’ютера» СТУДЕНТ[ім’я автора приховано] 1. Тема курсової роботи «Розробка ОП, що виконує вибір одного з чотирьох двох-розрядних чисел за адресою, що є максимальним числом цих чисел» затверджена на засіданні кафедри комп’ютерних наук, протокол №2 від 9 вересня 2014 р. 2. Термін здачі студентом зазначеної роботи: «___» ___________ 2014 р. 3. Вхідні дані до роботи тип логічного елементу- І – НІ, тип елементу пам’яті – D – триггер, кількість розрядів - 2; кількість вхідних операндів - 4, засіб моделювання - пакет прикладних програм Multisim. 4. Зміст пояснювальної записки: Вступ. 1. Розробка ОП, що виконує вибір одного з чотирьох двох-розрядних чисел за адресою, що є максимальним числом цих чисел 2. Синтез операційного пристрою, що виконує вибір одного з чотирьох двох-розрядних чисел за адресою, що є максимальним числом цих чисел 3. Комп’ютерне моделювання операційного пристрою, що виконує вибір одного з чотирьох двох-розрядних чисел за адресою, що є максимальним числом цих чисел. Висновки. ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ. 5. Дата видачі завдання “ 05 ”___вересня____ 2014 р. (ПІП керівника курсової роботи) (підпис) Завдання прийняв до виконання Рипюк О.О. _________ (ПІП студента) (підпис) АНОТАЦІЯ Дана курсова робота присвячена розробці операційного пристрою, що виконує вибір одного з чотирьох двохрозрядних чисел за адресою, що є максимальним числом з цих чисел. Під час її виконання було розроблено структурну та функціональну схему операційного пристрою, що виконує вибір одного з чотирьох двохрозрядних чисел за адресою, що є максимальним числом з цих чисел. Комп’ютерне моделювання та тестування розробленої функціональної схеми операційного пристрою було проведено в ППП Multisim. ЗМІСТ Вступ.........................................................................................................................5 Розробка структурної схеми ОП, що виконує вибір одного з чотирьох двох розрядних чисел за адресою, що є максимальним числом з цих чисел....................................................................................................................7 Загальні відомості про компаратори..........................................................7 Загальні відомості про мультиплексори....................................................9 Розробка структурної схеми операційного пристрою............................11 Синтез ОП, що виконує вибір одного з чотирьох двох розрядних чисел за адресою, що є максимальним числом з цих чисел........................14 Комп’ютерне моделювання ОП, що виконує вибір одного з чотирьох двох розрядних чисел за адресою, що є максимальним числом з цих чисел..................................................................................................................30 Висновки................................................................................................................41 Список використаної літератури..........................................................................42 ВСТУП Комп’ютерна схемотехніка – це науково-технічна дисципліна, яка вивчає теоретичні методи аналізу і синтезу схем комп’ютерів (електронних обчислювальних машин) і засоби їхньої технічної реалізації. Розвиток комп’ютерної схемотехніки є основою удосконалення архітектури комп’ютерів, якісного підвищення їхньої продуктивності та надійності, істотного зменшення масових та габаритних показників [1]. Знання комп’ютерної схемотехніки необхідні фахівцям, зв’язаним з інтенсивним використанням комп'ютерної техніки, автоматизованих систем обробки даних і керування, спеціалістам з електроніки та радіотехніки, цифрових автоматів і робототехніки. Щоб бути гарним спеціалістом йому потрібно бути обізнаним в даній сфері, яка зв’язана із створенням програмного забезпечення автоматизованих систем і комп’ютерів, тому що існує тісний зв’язок між апаратною і програмною частиною. Добре знаючи апаратну частину будь-який програміст матиме перевагу над іншими, оскільки його програми будуть швидші й кращі. Метою дисципліни “Комп’ютерна схемотехніка та архітектура комп’ютерів” є вивчення архітектури, характеристик, принципів функціонування всіх функціональних пристроїв сучасних комп’ютерів. Розглядаються: сучасний стан та перспективи розвитку обчислювальної техніки; структура, організація та характеристики обчислювальних комплексів, запам'ятовуючих пристроїв, периферійного обладнання, інтерфейсів; системотехніка і принципи функціонування основних типів комп’ютерів, обчислювальних комплексів та мікропроцесорних систем; основи технології створення та експлуатації технічних засобів інформаційних технологій. Придбання студентами вмінь застосовувати отримані знання і практичні навички по застосуванню інтегральних схем при реалізації найпростіших вузлів із набору логічних та аналогових елементів, проектувати, синтезувати та моделювати комбінаційні схеми й цифрові автомати різної складності. У цифрових пристроях часто виникає необхідність порівняння чисел, розміщення їх в певному порядку, тобто сортування за певним законом. Ознаки відношення використовуються як логічні умови (повідомляючі сигнали) в мікропрограмах, командах передачі керування, а також у пристроях контролю і діагностики. Задача сортування чисел часто зустрічається при проектуванні мікросхем та обчислювальних пристроїв. Метою курсової роботи є розробка операційного пристрою, що виконує вибір одного з чотирьох двохрозрядних чисел за адресою, що є максимальним числом з цих чисел, тобто, за вхідними та розрахунковими даними, які необхідні для побудови пристрою, розробити функціональну схему даного цифрового пристрою і змоделювати її за допомогою комп’ютерних засобів. Розробка структурної схеми ОП, що виконує вибір одного з чотирьох двох розрядних чисел за адресою, що є максимальним числом з цих чисел 1.1 Загальні відомості про компаратори Компаратором, або пристроєм порівняння називають – функціональний вузол, що забезпечує порівняння двох чисел А і В. Вони визначають рівність двох двійкових чисел А і В з однаковою кількістю розрядів або вид нерівності (А > В чи А < В). Ці відношення використовуються як логічні умови [2]. Складніші компаратори можуть порівнювати числа по значенню. Такі компаратори мають три виходи: “A>B”, “A=B”, “A<B. Схему такого компаратора показано на рисунку 1.1 та 1.2. / Рисунок 1.1 – Функціональна схема складного однорозрядного компаратора / Рисунок 1.2 – Функціональна схема складного дворозрядного компаратора Контроль (виявлення) і корекція (виправлення) результатів операцій є важливою умовою грамотної експлуатації машин. Контроль може бути програмним або апаратним. До апаратних методів відносяться дублювання операцій і відновлення вхідних сигналів [3]. При п-розрядних числах компаратор складається із п суматорів по модулю 2, виходи яких підключені до елемента АБО. Тільки при рівності значень всіх розрядів чисел А та В на виходах всіх суматорів будет 0. Якщо ж числа відрізняються хоча б в одному розряді, то на виході відповідного суматора і, відповідно, на загальному виході буде 1. Операція порозрядного порівняння полягає у визначенні ознаки рівності (рівнозначності) або нерівності (нерівнозначності) двох двійкових чисел, що порівнюються. Два числа рівні при рівності цифр в однойменних розрядах: аi = bi, где аi – цифра в i-му розряді одного числа, bi – цифра в i-му розряді другого числа. Рівність аi = bi має місце при аi = 1, bi = 1 або при аi = 0, bi = 0. Тому логічна функція, яка виражає цю рівність, дорівнює одиниці, якщо одиниці дорівнює добуток цих цифр або добуток їх інверсних значень, тобто:
, а логічна функція, яка опиcує компаратор для п-розрядних чисел, має вигляд:
. 1.2 Загальні відомості про мультиплексори Мультиплексори відносяться до пристроїв комутування цифрової інформації. Вони здійснюють комутацію одного з декількох інформаційних входів до одного виходу. Мультиплексори мають декілька інформаційних входів, адресні входи, вхід дозволу мультиплексування (стробуючий вхід) та один вихід [4]. Кожному з інформаційних входів мультиплексора відповідає номер, який називається адресою, двійкове число якого подається до адресних входів. Число інформаційних входів nі і число адресних входів nа зв'язані співвідношенням: nі=2nа. Умовне графічне позначення мультиплексорів показане на рис. 1.3. Функція мультиплексорів записується буквами MUX (multiplexor) [5]. / Рисунок 1.3 – Умовне позначення мультиплексора / Рисунок 1.4 – Функціональна схема мультиплексора на 2 інформаційних входи [6]. / Рисунок 1.5 – Функціональна схема мультиплексора на 4 інформаційних входи [6]. 1.3 Розробка структурної схеми операційного пристрою, що виконує вибір одного з чотирьох двох розрядних чисел за адресою, що є максимальним числом з цих чисел Структурна схема – це умовне графічне подання, що показує кількість, номенклатуру блоків пристрою, взаємозв'язок між блоками і зовнішніми пристроями, розрядності даних та шин [7]. Проаналізувавши завдання зробимо певні висновки: кількість інформаційних входів – 8, виходів – 2; на вході і виході інформація зберігається у регістрах при появі синхросигналу; при переході від вхідного регістра до вихідного вхідні числа порівнюються і знайдене максимальне записується в певний регістр. Розроблену структурну схему зображено на рисунку 1.6. Суть роботи пристрою полягає в наступному. На вхід подаються двохрозрядні числа A, B, C і D, з приходом синхроімпульсу вони записуються в регістри, потім після порівнянь знайдене максимальне число записується як адрес для мультиплексора, далі знаходиться число за цією адресою і з приходом синхроімпульсу записується у регістр. 2 Синтез ОП, що виконує вибір одного з чотирьох двох розрядних чисел за адресою, що є максимальним числом цих з чисел Виконаємо синтез схеми операційного пристрою, що виконує вибір одного з чотирьох двох розрядних чисел за адресою, що є максимальним числом з цих чисел. Для цього необхідно синтезувати схему порівняння чотирьох чисел. Таблицю істинності схеми порівняння наведено в таблиці 2.1. Таблиця 2.1 – Таблиця істинності схеми порівняння A B C D Виходи  Y1  a0 a1 b0 b1 c0 c1 d0 d1 Y1 Y2  a1 a0 b1 b0 c1 c0 d1 d0  0 0 0 0 0 0 0 0 0 0  0 0 0 0 0 0 1 1  0 0 0 0 0 0 0 1 0 0  0 0 0 0 0 1 1 1  0 0 0 0 0 0 1 0 0 0  0 0 0 0 1 0 0 0  0 0 0 0 0 0 1 1 1 1  0 0 0 0 1 0 0 1  0 0 0 0 0 1 0 0 0 0  0 0 0 0 1 0 1 0  0 0 0 0 0 1 0 1 0 0  0 0 0 0 1 0 1 1  0 0 0 0 0 1 1 0 0 1  0 0 0 0 1 1 1 0  0 0 0 0 0 1 1 1 1 1  0 0 0 0 1 1 1 1  0 0 0 0 1 0 0 0 1 0  0 0 0 1 0 0 1 1  0 0 0 0 1 0 0 1 1 0  0 0 0 1 0 1 1 1  0 0 0 0 1 0 1 0 1 0  0 0 0 1 1 0 0 0  0 0 0 0 1 0 1 1 1 1  0 0 0 1 1 0 0 1  0 0 0 0 1 1 0 0 0 0  0 0 0 1 1 0 1 0  0 0 0 0 1 1 0 1 0 1  0 0 0 1 1 0 1 1  0 0 0 0 1 1 1 0 1 0  0 0 0 1 1 1 1 0  0 0 0 0 1 1 1 1 1 1  0 0 0 1 1 1 1 1  0 0 0 1 0 0 0 0 0 1  0 0 1 0 0 0 1 1  0 0 0 1 0 0 0 1 0 1  0 0 1 0 0 1 1 1  0 0 0 1 0 0 1 0 0 0  0 0 1 0 1 0 0 0  0 0 0 1 0 0 1 1 1 1  0 0 1 0 1 0 0 1  0 0 0 1 0 1 0 0 0 1  0 0 1 0 1 0 1 0  0 0 0 1 0 1 0 1 0 1  0 0 1 0 1 0 1 1  0 0 0 1 0 1 1 0 0 1  0 0 1 0 1 1 1 0  0 0 0 1 0 1 1 1 1 1  0 0 1 0 1 1 1 1  0 0 0 1 1 0 0 0 1 0  0 0 1 1 0 0 1 0  0 0 0 1 1 0 0 1 1 0  0 0 1 1 0 0 1 1  0 0 0 1 1 0 1 0 1 0  0 0 1 1 0 1 1 0  0 0 0 1 1 0 1 1 1 1  0 0 1 1 0 1 1 1  0 0 0 1 1 1 0 0 0 0  0 0 1 1 1 0 1 0  0 0 0 1 1 1 0 1 0 1  0 0 1 1 1 0 1 1  0 0 0 1 1 1 1 0 1 0  0 0 1 1 1 1 1 0  0 0 0 1 1 1 1 1 1 1  0 0 1 1 1 1 1 1  0 0 1 0 0 0 0 0 0 0  0 1 0 0 0 0 1 1  0 0 1 0 0 0 0 1 0 0  0 1 0 0 0 1 1 1  0 0 1 0 0 0 1 0 0 0  0 1 0 0 1 0 0 0  0 0 1 0 0 0 1 1 1 1  0 1 0 0 1 0 0 1  0 0 1 0 0 1 0 0 0 1  0 1 0 0 1 0 1 0  0 0 1 0 0 1 0 1 0 1  0 1 0 0 1 0 1 1  0 0 1 0 0 1 1 0 0 1  0 1 0 0 1 1 1 0  0 0 1 0 0 1 1 1 1 1  0 1 0 0 1 1 1 1  0 0 1 0 1 0 0 0 1 0  0 1 0 1 0 0 1 1  0 0 1 0 1 0 0 1 1 0  0 1 0 1 0 1 1 1  0 0 1 0 1 0 1 0 1 0  0 1 0 1 1 0 0 0  0 0 1 0 1 0 1 1 1 1  0 1 0 1 1 0 0 1  0 0 1 0 1 1 0 0 0 0  0 1 0 1 1 0 1 0  0 0 1 0 1 1 0 1 0 1  0 1 0 1 1 0 1 1  0 0 1 0 1 1 1 0 1 0  0 1 0 1 1 1 1 0  0 0 1 0 1 1 1 1 1 1  0 1 0 1 1 1 1 1  0 0 1 1 0 0 0 0 0 0  0 1 1 0 0 0 1 1  0 0 1 1 0 0 0 1 0 1  0 1 1 0 0 1 1 1  0 0 1 1 0 0 1 0 1 0  0 1 1 0 1 0 0 0  0 0 1 1 0 0 1 1 1 1  0 1 1 0 1 0 0 1  0 0 1 1 0 1 0 0 0 0  0 1 1 0 1 0 1 0  0 0 1 1 0 1 0 1 0 1  0 1 1 0 1 0 1 1  0 0 1 1 0 1 1 0 1 0  0 1 1 0 1 1 1 0  0 0 1 1 0 1 1 1 1 1  0 1 1 0 1 1 1 1  0 0 1 1 1 0 0 0 0 0  0 1 1 1 0 0 1 0  0 0 1 1 1 0 0 1 0 1  0 1 1 1 0 0 1 1  0 0 1 1 1 0 1 0 1 0  0 1 1 1 0 1 1 0  0 0 1 1 1 0 1 1 1 1  0 1 1 1 0 1 1 1  0 0 1 1 1 1 0 0 0 0  0 1 1 1 1 0 1 0  0 0 1 1 1 1 0 1 0 1  0 1 1 1 1 0 1 1  0 0 1 1 1 1 1 0 1 0  0 1 1 1 1 1 1 0  0 0 1 1 1 1 1 1 1 1  0 1 1 1 1 1 1 1  0 1 0 0 0 0 0 0 0 0  1 0 0 0 0 0 1 1  0 1 0 0 0 0 0 1 0 0  1 0 0 0 0 1 1 1  0 1 0 0 0 0 1 0 0 0  1 0 0 0 1 0 0 0  0 1 0 0 0 0 1 1 1 1  1 0 0 0 1 0 0 1  0 1 0 0 0 1 0 0 0 0  1 0 0 0 1 0 1 0  0 1 0 0 0 1 0 1 0 0  1 0 0 0 1 0 1 1  0 1 0 0 0 1 1 0 0 1  1 0 0 0 1 1 1 0  0 1 0 0 0 1 1 1 1 1  1 0 0 0 1 1 1 1  0 1 0 0 1 0 0 0 1 0  1 0 0 1 0 0 1 1  0 1 0 0 1 0 0 1 1 0  1 0 0 1 0 1 1 1  0 1 0 0 1 0 1 0 1 0  1 0 0 1 1 0 0 0  0 1 0 0 1 0 1 1 1 1  1 0 0 1 1 0 0 1  0 1 0 0 1 1 0 0 0 0  1 0 0 1 1 0 1 0  0 1 0 0 1 1 0 1 0 1  1 0 0 1 1 0 1 1  0 1 0 0 1 1 1 0 1 0  1 0 0 1 1 1 1 0  0 1 0 0 1 1 1 1 1 1  1 0 0 1 1 1 1 1  0 1 0 1 0 0 0 0 0 1  1 0 1 0 0 0 1 1  0 1 0 1 0 0 0 1 0 1  1 0 1 0 0 1 1 1  0 1 0 1 0 0 1 0 0 0  1 0 1 0 1 0 0 0  0 1 0 1 0 0 1 1 1 1  1 0 1 0 1 0 0 1  0 1 0 1 0 1 0 0 0 1  1 0 1 0 1 0 1 0  0 1 0 1 0 1 0 1 0 1  1 0 1 0 1 0 1 1  0 1 0 1 0 1 1 0 0 1  1 0 1 0 1 1 1 0  0 1 0 1 0 1 1 1 1 1  1 0 1 0 1 1 1 1  0 1 0 1 1 0 0 0 1 0  1 0 1 1 0 0 1 0  0 1 0 1 1 0 0 1 1 0  1 0 1 1 0 0 1 1  0 1 0 1 1 0 1 0 1 0  1 0 1 1 0 1 1 0  0 1 0 1 1 0 1 1 1 1  1 0 1 1 0 1 1 1  0 1 0 1 1 1 0 0 0 0  1 0 1 1 1 0 1 0  0 1 0 1 1 1 0 1 0 1  1 0 1 1 1 0 1 1  0 1 0 1 1 1 1 0 1 0  1 0 1 1 1 1 1 0  0 1 0 1 1 1 1 1 1 1  1 0 1 1 1 1 1 1  0 1 1 0 0 0 0 0 0 0  1 1 0 0 0 0 1 0  0 1 1 0 0 0 0 1 0 0  1 1 0 0 0 0 1 1  0 1 1 0 0 0 1 0 0 0  1 1 0 0 0 1 1 0  0 1 1 0 0 0 1 1 1 1  1 1 0 0 0 1 1 1  0 1 1 0 0 1 0 0 0 1  1 1 0 0 1 0 1 0  0 1 1 0 0 1 0 1 0 1  1 1 0 0 1 0 1 1  0 1 1 0 0 1 1 0 0 1  1 1 0 0 1 1 1 0  0 1 1 0 0 1 1 1 1 1  1 1 0 0 1 1 1 1  0 1 1 0 1 0 0 0 1 0  1 1 0 1 0 0 1 0  0 1 1 0 1 0 0 1 1 0  1 1 0 1 0 0 1 1  0 1 1 0 1 0 1 0 1 0  1 1 0 1 0 1 1 0  0 1 1 0 1 0 1 1 1 1  1 1 0 1 0 1 1 1  0 1 1 0 1 1 0 0 0 0  1 1 0 1 1 0 1 0  0 1 1 0 1 1 0 1 0 1  1 1 0 1 1 0 1 1  0 1 1 0 1 1 1 0 1 0  1 1 0 1 1 1 1 0  0 1 1 0 1 1 1 1 1 1  1 1 0 1 1 1 1 1  0 1 1 1 0 0 0 0 0 0  1 1 1 0 0 0 1 0  0 1 1 1 0 0 0 1 0 1  1 1 1 0 0 0 1 1  0 1 1 1 0 0 1 0 1 0  1 1 1 0 0 1 1 0