Организация ЭВМ и систем

Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Волгоградский государственный технический университет»

Контрольная работа

«Организация ЭВМ и систем»

Выполнил: студент 2 курса ФПИК группы АУЗ — 261с Тюляева И.А.

Проверил: ст. пр. Федоров М.А.

Волгоград 2012

Лабораторная работа № 1. Синтез и исследование комбинационных схем, построение простых операционных устройств Цели работы: Построить заданное простое операционное устройство или узел, проследив на его примере иерархию организации цифровых устройств. Вспомнить процедуру синтеза комбинационных схем без памяти. Познакомиться с программой Altera Max+Plus II, возможностями и приемами работы в программе.

Порядок выполнения работы:

Составить комбинационную схему (КС) по таблице истинности функции (табл.1). Проверить правильность синтеза КС, подав на входы схемы все варианты наборов входных сигналов и сравнив значение логической функции на выходах с заданной таблицей. Определить сложность схемы C в логических элементах и время задержки T, в tзлэ (время задержки на одном логическом элементе).

А3А2А1А0 -0111

Таблица 1. Таблица истинности комбинационной схемы

Минимизированная функция:

Построенная схема:

Комбинационная схема Сложность схемы: С=9Слэ, Время задержки: t=5tлэ.

Составить таблицу истинности и КС одноразрядного полного двоичного сумматора. Определить сложность схемы C и время задержки T.

Таблица 2. Таблица истинности для одноразрядного полного сумматора

Схема одноразрядного полного двоичного сумматора Сложность схемы: С=7Слэ, Время задержки: t=3tлэ.

Составить схему параллельного сумматора с последовательным переносом на 4 разряда и проверить ее работоспособность. Определить сложность схемы C и время задержки T.

Схема параллельного сумматора с последовательным переносом на 4 разряда Сложность схемы: С=4СSM=4*7=21Слэ, Время задержки: t=4*tSM=4*3=12tлэ.

Синтезировать схему 4-х разрядного мультиплексора 2×1. Поместить мультиплексор в подсхему. Определить сложность схемы C и время задержки T.

Схема 4-х разрядного мультиплексора 2х1

Сложность схемы: С=13Слэ, Время задержки: t=4tлэ.

Синтезировать схему JK — триггера с управлением по спаду тактового импульса на базе библиотечного JK — триггера. Получить таблицы установки и временные диаграммы работы триггеров.

Исследование JK триггера Синтезировать схему для перевода числа из прямого кода в дополнительный.

Схема перевода числа из прямого кода в дополнительный

Лабораторная работа № 2. Исследование запоминающих устройств Цель работы: Изучить принципы построения адресных устройств памяти с прямым доступом, различные варианты распределения адресного пространства между несколькими устройствами памяти (в том числе — расслоение памяти).

Порядок выполнения работы:

Синтезировать схему одной ячейки ОЗУ адресного типа с прямым доступом для устройства типа 3D на RS-триггерах.

Синхронный RS триггер Сложность схемы: С=4Слэ, Время задержки: t=2tлэ.

Сложность схемы: С=10Слэ, Время задержки: t=6tлэ.

Синтезировать схему запоминающего устройства на базе ячейки, полученной в п. 1, типа 3D на RS-триггерах с организацией 5×2.

Схема дешифратора DCX

Сложность схемы: С=35Слэ, Время задержки: t=4tлэ.

Таблица 3. Таблица истинности дешифратора DCX

Схема дешифратора DCY

Таблица 4. Таблица истинности DCY

Схема массива ячеек памяти типа 3D 5x2

Сложность схемы: С=10Сmem+CDCX+CDCY +10Сand=10*10Слэ+35Cлэ+Cлэ+ 10Cлэ =146Слэ, Время задержки: t=tDCX+tmem + tDCY =11tлэ.

На базе ЗУ, полученного при выполнении предыдущего задания, синтезировать схему ЗУ вдвое большего объема (с удвоенным количеством адресуемых слов). Реализовать 2 варианта:

а) дополнительный бит адреса является старшим;

б) дополнительный бит адреса является младшим (расслоение памяти).

а) дополнительный бит адреса является старшим:

Удвоение массива для варианта а) Сложность схемы: С=2СMem5x2+Слэ=2*146+1=293Слэ, Время задержки: t=tлэ+tMem5x2=11+1=12tлэ.

б) дополнительный бит адреса является младшим (расслоение памяти):

Удвоение массива для варианта б) Сложность схемы: С=2СMem5x2+Слэ=2*146+1=292Слэ, Время задержки: t=tлэ+tMem5x2=11+1=12tлэ.

Лабораторная работа № 3. Исследование операционных устройств для выполнения умножения Цель работы: В данной работе исследуются операционные устройства для выполнения умножения беззнаковых чисел (модулей). Рассматриваются устройства двух типов: процедурного типа для реализации косвенного умножения (с жесткой логикой управления) и структурного типа (с жесткой структурой) для аппаратной реализации вычислений на примере матричного умножителя Брауна и древовидного умножителя Уоллеса. На примере косвенного умножителя изучаются принципы построения управляющих цифровых автоматов.

Порядок выполнения работы:

Построить схему матричного умножителя Брауна для умножения двух чисел в заданной разрядности.

Матричный умножитель Брауна, для умножения двух двухразрядных чисел.

Время задержки: Tумн = t + (n + m — 2)*tsm,

где n — разрядность множимого, m — разрядность множителя.

Для 2-х разрядных чисел: Tумн=3*t.

Сложность схемы: С=4Слэ+2Сsm=8Слэ.

Модифицировать схему из предыдущего задания, добавив необходимое количество фиксаторов для организации конвейера.

Время задержки: Tумнк = 3*(tsm+ tff) + t=11*t

Сложность схемы: С=40Слэ.

Построить схему сумматора с сохранением переноса для сложения заданного числа слагаемых заданной разрядности.

Сложность схемы: С=8СSM=8*5=40Слэ, Время задержки: t=4*tSM=4*3=12tлэ.

Построить схему умножителя Уоллеса на базе ССП из предыдущего пункта.

Сложность схемы: С=16Слэ+12Csm=76Cлэ. Время задержки: t=13tлэ.

Построить схему конвейерного умножителя Уоллеса.

Сложность схемы: С=16Слэ+12Csm+28Стр=188Cлэ. Время задержки: t=21tлэ.

Лабораторная работа № 4. Изучение команд MMX

Цели работы: Изучить расширение системы команд MMX процессоров Intel, составить программы для выполнения матричных (векторных) вычислений с использованием и без использования инструкций MMX и сравнить время их выполнения.

Порядок выполнения работы:

Нахождение суммы квадратов всех элементов матрицы.

операционный процессор intel программа

Листинг программы на языке Cи:

#include «stdio.h»

#include «windows.h»

int main (int argc, char* argv[])

{

short cnt = 4;

int res = 0, res1 = 0;

int Time1, Time2, Delay1, i;

double Speedup;

short a_vect[4] = {2,5,4,3};

short b_vect[4] = {4,3,2,1};

short c_vect[4] = {1,2,6,7};

short d_vect[4] = {8,7,9,4};

//printf («nСкалярное произведение с ММХ и без… nn»);

printf («nScalar product with or without MMX… nn»);

printf («nResult = %dn», res);

printf («Result1 = %dn», res1);

// Заметить время…

Time1 = GetTickCount ();

// Многократный прогон кода с MMX…

for (i=0; i<10 000 000; i++)

{

cnt = 4;

__asm

{

push eax

push ebx

push ecx

push esi

xor esi, esi

pxor MM7, MM7

movq MM0, a_vect[esi]

movq MM1, a_vect[esi]

pmaddwd MM0, MM1

paddd MM7, MM0

pxor MM0, MM0

pxor MM1, MM1

movq MM0, b_vect[esi]

movq MM1, b_vect[esi]

pmaddwd MM0, MM1

paddd MM7, MM0

pxor MM0, MM0

pxor MM1, MM1

movq MM0, c_vect[esi]

movq MM1, c_vect[esi]

pmaddwd MM0, MM1

paddd MM7, MM0

pxor MM0, MM0

pxor MM1, MM1

movq MM0, d_vect[esi]

movq MM1, d_vect[esi]

pmaddwd MM0, MM1

paddd MM7, MM0

movq MM0, MM7

psrlq MM7, 32

paddd MM7, MM0

movd res, MM7

emms

pop esi

pop ecx

pop ebx

pop eax

}

}

Time2 = GetTickCount ();

//printf («n C использованием ММХ… n»);

printf («n Using MMX… n»);

printf («nResult = %d», res);

Delay1 = Time2 — Time1;

printf («nTime elapsed = %d msn», Delay1);

// Заметить время…

Time1 = GetTickCount ();

// Многократный прогон кода без MMX…

for (i=0; i<10 000 000; i++)

{

cnt = 4;

__asm

{

push eax

push ecx

push esi

xor esi, esi

xor ecx, ecx

loop2:

mov ax, a_vect[esi] // Чтение из памяти

imul ax, ax

add cx, ax

add esi, 2

sub cnt, 1

jnz loop2

mov cnt, 4

xor si, si

loop3:

mov ax, b_vect[esi] // Чтение из памяти

imul ax, ax

add cx, ax

add esi, 2

sub cnt, 1

jnz loop3

mov cnt, 4

xor si, si

loop4: mov ax, c_vect[esi] // Чтение из памяти

imul ax, ax

add cx, ax

add esi, 2

sub cnt, 1

jnz loop4

mov cnt, 4

xor si, si

loop5: mov ax, d_vect[esi] // Чтение из памяти

imul ax, ax

add cx, ax

add esi, 2

sub cnt, 1

jnz loop5

mov res1, ecx

pop esi

pop ecx

pop eax

}

}

Time2 = GetTickCount ();

//printf («n Без использования ММХ… n»);

printf («n Without MMX… n»);

printf («nResult1 = %d», res1);

printf («nTime elapsed = %d msn», Time2 — Time1);

Speedup = float ((Time2 — Time1))/float (Delay1);

printf («nMMX SpeedUp = %10.4f timesnn», Speedup);

return 0;

}

1. Алексеев В. Б., Поспелов А. Д. Дискретная математика. II семестр — Изд.: МГУ, 2002.

2. Аляев Ю. А. Тюрин С.Ф. Дискретная математика и математическая логика. — М.: Финансы и статистика, 2010.

3. Галкина В. А. Дискретная математика: комбинаторная оптимизация на графах. — Изд.: Гелиос АРВ, 2003.

4. Тихонов В. А. Организация ЭВМ и систем. — Изд.: Гелиос АРВ, 2008.

5. Цилькер Б. Я., Орлов С. А. Организация ЭВМ и систем. — СПб.: Питер, 2007.