Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка среды для имитационного моделирования операционного устройства

1. Тема проекта и исходные данные

1.1 Тема проекта

Тема КР: «Разработка среды для имитационного моделирования операционного устройства».

В курсовой работе необходимо разработать интерактивную среду для моделирования поведения конкретного операционного устройства (ОУ), определяемого исходной микропрограммой выполнения арифметической операции, заданной в виде ГСА.

1.2 Исходные данные

Исходными данными являются:

Микропрограмма выполнения арифметической операции, заданная в виде ГСА.

Требования к адекватности модели объекту;

Требования к обязательным возможностям интерфейсных средств среды моделирования;

Требования к оформлению пояснительной записки и особенностям программной реализации.

1.3 Задание

Разработать интерактивную среду для моделирования поведения операционного устройства:

на уровне микропрограммы;

на уровне взаимодействия УА и ОА.

Модель УА строится на основании результатов проектирования УА как автомата Мили на жесткой логике.

Модель УА формирует вектор Y управляющих сигналов, детализирующий команды для ОА до уровня микроопераций. Модель ОА в результате анализа состояния вектора Y вызывает процедуры выполнения указанных вектором микроопераций и затем вычисляет вектор X значений выходных сигналов, поступающих на вход УА.

Модель УА должна выделять такие его компоненты, как:

память состояний (ПС) УА на D триггерах;

дешифратор кодов (ДК) состояний УА;

комбинационные схемы (КС), формирующие вектор выходных сигналов Y, и вектор D сигналов управления состояниями разрядов ПС УА;

память на D триггерах для запоминания некоторых компонент вектора логических условий.

Модель КС строится на функциональном уровне, т.е. как последовательность булевых выражений, вычисляющих компоненты векторов Y и D.

Интерфейсные средства разработанной среды моделирования должны позволять:

наблюдать на экране размеченную ГСА;

задавать начальные значения переменных, участвующих в операции;

просматривать процесс выполнения микропрограммы по шагам (по микрокомандам);

выполнять микропрограмму автоматически;

отображать изменение переменных, участвующих в микропрограмме, с привязкой к микрокомандам;

при моделировании на уровне взаимодействия УА и ОА отображать состояния векторов X, Y и D, а также код состояния УА и указанное на ГСА его символическое обозначение.

1.4 Исходная ГСА

Микропрограмма выполнения арифметической операции представлена на рисунке 1.4.1.

Рисунок 1.4.1 - Исходная ГСА

2. Авторская оценка соответствия качества проекта объявленным требованиям

Разработанное приложение реализует алгоритм поразрядного умножения старшими разрядами вперед со сдвигом множимого вправо.

Данное приложение полностью соответствует выдвигаемым требованиям:

наблюдение на экране размеченной ГСА.

возможность задавать начальные значения переменных, участвующих в операции.

возможность работы в потактовом и автоматическом режиме.

отображение изменения переменных, участвующих в операции.

присутствует возможность отображения состояния векторов X, Y и D, а также код состояния УА и указанное на ГСА его символическое обозначение.

При разработке приложения максимально использованы принципы объектно-ориентированного программирования, разработаны классы, моделирующие работу различных частей автоматов, организовано взаимодействие между этими классами, что привело к быстрой разработке приложения и наглядному, удобочитаемому коду с возможностью его дальнейшего использования в других программах. Приложение работает корректно. Во время тестирования не обнаружилось ошибок ведущих к аварийному выходу из программы.

3. Математическая постановка задачи

3.1 Разметка состояний автомата

Выполним разметку состояний автомата. Результат показан на рисунке 3.1.1.

Рисунок 3.1.1. Разметка состояний автомата

3.2 Постановка задачи

Смоделировать умножения двух целых чисел. В регистрах А и В под знак отводится 15-ый разряд, а значащую часть разряды 14:0. Результат умножения это 31 разрядное целое, где знак находится в 30-ом разряде.

3.3 Кодирование логических условий

Закодированные логические условия представлены в таблице 1.

Таблица 1

Логическое условие	Код
RUN	X1
A (14:0) = 0	X2
B (14:0) = 0	X3
B (1:0) = 00	X4
B (1:0) = 01	X5
B (1:0) = 10	X6
Сr = 1	X7
Cr = 0	X8
C(14) = 1	X9
A(15) (+) B(15)	X10

3.4 Кодирование микроопераций

Закодированные микрооперации представлены в таблице 2.

Таблица 2

Микрооперация	Обозначение
C:= 0	Y1
Cr:= 0	Y2
C (30:15):= C (30:15) + A (14:0)	Y3
C:= R1 (0.C)	Y4
C:= R2 (00.C)	Y5
B (14:0):= R2 (00.B (14:0))	Y6
Cr:= Cr - 1	Y7
C (30:15):= C (30:15) + 1	Y8
C(30):= 1	Y9

3.5 Обратная таблица переходов

На основании разметки автомата составим обратную таблицу переходов.

Полученные данные представлены в таблице 3.

Таблица 3

N	am	as	K(as)	Xamas	Yamas	Tamas
1	a1	a1	0000	x?1	-	t1 = a1 x?1
2	a1			x1 x2	Y1	t2 = a1 x1 x2
3	a1			x1 x?2 x3	Y1	t3 = a1 x1 x?2 x3
4	a9			x?10	-	t4 = a9 x?10
5	a9			x10	Y9	t5 = a9 x10
6	a1	a2	0001	x1 x?2 x?3	Y1, Y2	t6 = a1 x1 x?2 x?3
7	a8			x?8	Y6	t7 = a8 x?8
8	a2	a3	0010	x4	-	t8 = a2 x4
9	a2			x?4 x5	Y3	t9 = a2 x?4 x5
10	a2	a4	0100	x?4 x?5 x?6	Y3	t10 = a2 x?4 x?5 x?6
11	a2			x?4 x?5 x6	-	t11 = a2 x?4 x?5 x6
12	a4	a5	0110	1	Y4	t12 = a4
13	a3	a6	1000	x7	-	t13 = a3 x7
14	a5			1	Y3	t14 = a5
15	a3	a7	0011	x?7	Y5	t15 = a3 x?7
16	a6			1	Y4	t16 = a6
17	a7	a8	1001	1	Y7	t17 = a7
18	a8	a9	0101	x8 x?9	-	t18 = a8 x8 x?9
19	a8			x8 x9	Y8	t19 = a8 x8 x9

3.6 Определение функций выходов и переходов

Составим функции выходов и переходов, используя обратную таблицу переходов.

Функции переходов задают код нового состояния управляющего автомата.

D₀ = t₆? t₇? t₁₅? t₁₆? t₁₇? t₁₈? t₁₉ =a₁ x₁ x?₂ x?₃? a₈ x?₈? a₃ x?₇? a₆? a₇? a₈ x₈ x?₉? a₈ x₈ x₉ = =a₁ x₁ x?₂ x?₃? a₈ ? a₃ x?₇? a₆? a₇,

D₁ = t₈? t₉? t₁₂? t₁₅? t₁₆ = a₂ x₄? a₂ x?₄ x₅? a₄? a₃ x?₇? a₆ = a₂ x₄? a₂ x?₄ x₅? a₄? a₃ x?₇? ? a₆,

D₂ = t₁₀? t₁₁? t₁₂? t₁₈? t₁₉ = a₂ x?₄ x?₅ x?₆? a₂ x?₄ x?₅ x₆? a₄? a₈ x₈ x?₉? a₈ x₈ x₉ =

= a₂ x?₄ x?₅ ? a₄? a₈ x₈,

D₃ = t₁₃? t₁₄? t₁₇ = a₃ x₇? a₅? a₇,

Функции выходов задают вектор Y на выходе управляющего автомата.

y₁ = t₂? t₃? t₆ = a₁ x₁ x₂? a₁ x₁ x?₂ x₃? a₁ x₁ x?₂ x?₃ = a₁ x₁,

y₂ = t₆= a₁ x₁ x?₂ x?₃,

y₃ = t₉? t₁₀? t₁₄ = a₂ x?₄ x₅? a₂ x?₄ x?₅ x?₆? a₅,

y₄ = t₁₂? t₁₆ = a₄ ? a₆,

y₅ = t₁₅= a₃ x?₇,

y₆ = t₇= a₈ x?₈,

y₇ = t₁₇= a₇,

y₈ = t₁₉ = a₈ x₈ x₉,

y₉ = t₅ = a₉ x₁₀.

3.7 Алгоритм микропрограммы

МП вычисляет произведение C = A * B

В МП производится умножение с обработкой 2х разрядов множителя B за одну итерацию цикла.

В МП предусмотрен ускоренный вариант получения произведения в случае, когда хотя бы один из множителей равен 0.

В МП операнды предполагаются представленными в прямых кодах.

В МП количество повторений цикла всегда на 1 больше количества обрабатываемых разрядов множителя. Поэтому в цикле предусмотрена проверка на достижение счетчиком значения 1 (последняя итерация). В случае достижения последней операции происходит обработка только одного разряда второго множителя.

В МП использован алгоритм умножения со сдвигом кода произведения вправо.

В МП реализовано округление произведения до 15 го разряда.

4. Описание программной реализации

4.1 Требования к операционной системе, составу и характеристикам оборудования

Операционная система семейства Windows;

IBM PC совместимый компьютер класса Pentium III 500 МГц (или выше);

SVGA адаптер;

объем видео памяти не менее 2 Мб;

видео адаптер должен поддерживать режим True Color;

объем оперативной памяти 64 Мб;

рекомендуется использовать разрешение экрана 1024х768 пикселей.

4.2 Используемая среда и язык программирования

Приложения разработано в среде Delphi XE на языке Delphi.

4.3 Описание комплекта файлов

Основные файлы, распространяемые с приложением описаны в таблице 6.

Таблица 6

Название	Назначение
Project1.exe	Исполняемый файл
УОиОА.jpg	Схема УА и ОА
3.bmp	Рисунок ГСА с размеченными состояниями
Пояснительная записка.doc	Пояснительная записка
Project1.dpr	Файл проекта Delphi 10
UnitMain	Модуль главной формы
oa_mode	Модуль, содержащий классы, процедуры и функции для реализации моделирования в режиме взаимодействия УА и ОА

4.4 Описание основных структур данных и переменных

Таблица 7

Название	Назначение
TMemoryState	память состояний (ПС).
TKSD	схема по выработке D сигналов
TKSY	схема по выработке Y сигналов
TDecoder	дешифратор (ДШ)
TModel	микропрограмма
TOA	операционный автомат (ОА)

Основные переменные представлены в таблице 8.

Таблица 8

Название	Тип	Назначение
A	Word	Регистр первого операнда
B	Cardinal	Регистр второго операнда
C	Cardinal	Регистр результата
Cnt	Byte	Регистр счетчика

4.5 Описание пользовательского интерфейса

При запуске программы открывается окно главной формы. (Рисунок 4.7.1).



Рисунок 4.7.1 - Главная форма приложения

моделирование операционный микропрограмма автомат

Перед началом работы сначала необходимо установить значения операндов (делимого и делителя), выбрать режим работы (пошаговый или автоматический) и нажать кнопку «Старт». При этом на ГСА будет отмечаться текущее состояние автомата и значения на входах и выходах элементов, что позволит судить о правильности работы автомата. Также при необходимости можно прервать выполняемую программу и вернуться к начальным условиям нажав кнопку «Сброс»

Библиографический список

1. Мартемьянов Б.В. курс лекций по дисциплине Моделирование, 2011 г.

2. Курс лекций по дисциплине «Теория автоматов»

Размещено на Allbest.ru

...