Computer Structure. Exercise #1 יש להגיש את התשובות הסופיות על גבי טופס זה.

Transcription

1 שם: ת.ז: ציון: Computer Structure Exercise #1 יש להגיש את התשובות הסופיות על גבי טופס זה. שאלה 1 appleממש מערכת אשר קולטת בכל מחזור שעון ביט קלט בודדX. כדי להגדיר את הפלט של המערכת במחזור השעון הappleוכחי appleסמן ב O את מספר ה " 1 "ים בארבעת מחזורי השעוןהאחרוappleים (כוללהקלט הappleוכחי), וב Z את מספרה " 0 ים בארבעת מחזורי השעון האחרוappleים (כולל הקלט הappleוכחי X). א. המערכת מחזירה במחזור שעון הappleוכחי 1 אם מספר האחדים גדול ממש ממספר האפסים (כלומרZ<O ). אםO<Zאז appleחזיר 0. במקרה של שוויוןZ=Oהמערכת מחזירהcare.don't במקרה וappleקלטו פחות מארבעה קלטים המערכת מחזירה.don't care שרטטו מכוappleת מצביםמסוג mealyאשר מתארת את המערכת.השתדלולבappleות מערכת עםמספר מצבים קטןככל האפשר (מימוש appleאיבי באמצעות מכוappleת מצבים עם שמוappleה מצבים יזכה לappleיקוד חלקי בלבד). Mealy state machine: State = The input suffix is ij (for example the input: > ) 1. Transition Table: ב. בappleו את טבלת המעברים ואתטבלתהמימושהלוגיבעזרתדלגלגיםמסוגD. Present State Next State Output x=0 x=1 x=0 x=1 Q1Q0 D1D0 D1D Karnaugh Map for D0: D0 = X Karnaugh Map for D1: D1 = Q0 1

2 Karnaugh Map for output: Output = Q0Q1+Q0X+Q1X D0: X. D1: Q0. Output: Q0Q1+X(Q0+Q1). ג. שרטטו את מימוש המערכת. D-FF schema: 2

3 פתרון חלופי א. שרטטו מכוappleת מצביםמסוג mealyאשר מתארת את המערכת.השתדלולבappleות מערכת עםמספר מצבים קטןככל האפשר (מימושappleאיביבאמצעותמכוappleתמצביםעםשמוappleהמצבים יזכהלappleיקודחלקיבלבד). Mealy state machine: State = The input suffix is 00 or 010 (for example the input: ) State = The input suffix is 01 or 110 (for example the input: ) State = The input suffix is 11 (for example the input: ) 1. Transition Table: ב. בappleו את טבלת המעברים ואתטבלתהמימושהלוגיבעזרתדלגלגיםמסוגD. Present State Next State Output x=0 x=1 x=0 x=1 Q1Q0 D1D0 D1D Karnaugh Map for D0: d d 0 D0 = XQ1 Q2 + X Q1 Karnaugh Map for D1: d d 1 D1 = XQ1 + XQ0 Karnaugh Map for output: d d 1 Output = Q1 + XQ0 D0: XQ0 Q1 + X Q1. D1: X(Q0 + Q1). Output: Q1+XQ0. 3

4 פתרוappleות דומים במספור אחר של המצבים יוביל ל: D0: X(Q0 + Q1). D1: X xor Q0. Output: Q0+XQ1. 3 D0: X + Q1. D1: XQ0. Output: Q1+XQ D0: X Q1. D1: XQ0. Output: X +XQ0. 4

5 שאלה 2 המערכתמתחילהבערך 0 ובכל מחזור שעוןמתקבלקלטשלביטבודדx. המערכתAשמתחזקתמוappleהשלהערכים 0 עד 7. appleתוappleה ש 0=x ובהיappleתן 1+i, יעבור במחזור השעון הבא לערך mod 8 המוappleה ש 1=x בהיappleתן של המוappleה. את הערך הappleוכחי i בתור appleסמן המוappleה יעבור במחזור השעון הבא לערך 8 1-i. mod ברצוappleappleו לממש מערכת חדשה B אשר מחזירה 1 אם ורק אם מערכתA appleמצאת בערך 2=i או 6=i. המערכת B מאותחלת כאשר מערכת A מאותחלת (כלומר שתי המערכות מתחילות ממצב התחלה באותו הזמן). כמו כן, הקלט היחיד שמערכת B מקבלת הוא הערךxשמגיע גם לA. שימו לב כי למערכתBאין גישה למוappleה שבו משתמשת מערכתA. א. שרטטו מכוappleת מצבים מסוגmooreאשר מתארת את מערכתB.השתדלו לבappleות מערכת עם מספר מצבים קטן ככל Moore state machine: האפשר (מימוש appleאיבי באמצעות מכוappleת מצבים עם שמוappleה מצבים יזכה לappleיקוד חלקי בלבד). 1. Transition Table: ב. בappleו את טבלת המעברים ואתטבלתהמימושהלוגיבעזרתדלגלגיםמסוגD. Present State Next State x=0 x=1 Q1Q0 D1D0 D1D Karnaugh Map for D0: D0 = Q0 Karnaugh Map for D1: D1 = (Q1 XOR Q0) XOR X = (Q1 XOR Q0) XOR X Karnaugh Map for output: Output = q2 = Q1Q0 D0: Q0. D1: (Q1 xor Q0 xor X). Output: Q1Q0. 5

6 ג. שרטטו את מימוש המערכת. פתרון דומה במספור אחר של המצבים יוביל ל :... 6 _ D0: XQ1 + X Q1 = X xor Q1 D1: XQ0 + X Q0 = X xor Q0 Output: Q1Q0

7 שאלה 3 תון מימוש של אוגר הזזה בן 4 ביטים הממומש באמצעות 4 יחידות.D-FF האוגר מקבל בכל מחזור שעון ביט קלט חדש ומוציא בכל מחזור את הביט שהתקבל כקלט לפ י ארבעה מחזורי שעון. א. השתמשו בשערים לוגיים והיפכו רכיב זה לאוגר הזזה שמבצע טעי ה מקבילית \ סדרתית. למערכת החדשה מתווספים חמישה קווי בקרה, כך שביחד עם קו הכ יסה data in המקורי יש בסה"כ 6 קווי כ יסה. קווי הבקרה החדשים הם P שמורכב מביט אחד וארבעת הביטים., ଵ, ଶ, ଷ אם 0==P המערכת טוע ת ערכים בצורה סדרתית, בדיוק כמו בשרטוט המקורי, ומעבירה את הערכים מ FF אחד לבא אחריו. במידה ו 1==P כ יס לכל ܦ את הערך. או ע"י שימוש ב MUX 2:1:1 ב. השתמשו ברכיב שמימשתם בסעיף הקודם ובשערים לוגיים על מ ת לפתור את הבעיה הבאה )פתרו ות מסורבלים ולא יעילים יגררו הפחתה ב יקוד(. למערכת יש שמו ה ביטי קלט המייצגים ש י מספרים B = b bଵ bଶ bଷ, C = c cଵ cଶ cଷ וביט אחד של פלט.Out לצורך הפשטות, תוכלו לה יח כי הערך של B ו C שאר יציב לאורך מחזור השעון. המערכת מממשת את הלוגיקה הבאה : אם מתקיים במחזור השעון ה וכחי ש,B == C אז המערכת תוציא כפלט ב Out את הערך 1 במחזור השעון ה וכחי, וכן בארבעת מחזורי השעון הבאים. בכל מקרה אחר Out, יהיה שווה ל.0 7

8 שאלה 4 בתרגיל זה appleבappleה מערכת סיappleכרוappleית אשר מייצגת מחסappleית שאיבריה הם ביטים, התומכת בפעולות הכappleסה והוצאה של איברים. המחסappleית יכולה להכיל לכל היותר 3 איברים. appleתכappleן את המערכת בשלבים: א. appleappleיח כי ערכי המחסappleית שמורים באוגר מקבילי בן 4 תאים, כאשר הערך הראשון appleשמר במקום ה 1 באוגר וכך הלאה. בappleוסף, התא במקום ה 0 באוגר משמש לאחסון ערך ברירת מחדל המוחזר בתור ראש המחסappleית במקרה והמחסappleית ריקה. בכל מחזור שעון מתקבלים שappleי קווי בקרה המייצגיםאתמיקוםראשהמחסappleית (ערךבין 0 ל 3 ).ממשומערכת המחזירהאתהקווים הבאים: empty=1 אם המחסappleית ריקה (כלומר הראש מצביע על התא ה 0 ) =1 אם המחסappleיתמלאה (כלומרמכילה 3 איברים) מחזיר בכל מחזור שעון את האיבר שappleמצא בראש המחסappleית. במידה והמחסappleית ריקה הערך של ( appleיתןלקבועערךשרירותי) don't care top הוא appleיתןלהשתמש באוגרמקביליבן 4 תאיםאשרמכילאתאיברי המחסappleיתוMUX 4:2:1, ומספרמיappleימלישלשערים לוגיים. ב. עתהappleוסיףלמערכתמסעיףא'תמיכה בפעולתהכappleסה, כךשבappleוסףלקלטהקיים מקבלתהמערכתגםאתקוויהבקרה hומשappleהאת, מבappleה המחסappleיתבהתאם.אם h=1 אזהערך יוכappleסלמחסappleית, כךשבמחזור השעוןהבאהערךהחדשיעמוד בראשהמחסappleית.במידהוהמחסappleית מלאהפעולת hלאתשפיעעל מבappleההמחסappleית. appleיתןלהappleיח כימצביעראשהמחסappleיתמקודם אוטומטיתבהתאםלפעולה זו. בappleוסףלרכיביםמהסעיףהקודםappleיתן להשתמשבארבעיחידות DECODER 2*4,MUX 2:1:1 ושעריםלוגיים. 8

9 ג. עתה תמוך גם בפעולת שליפה. המערכת מקבלת קו בקרה וסף כך שאם = 1 האיבר שבראש המחס ית ישלף כך שבמחזור השעון הבא המחס ית תכיל איבר אחד פחות. במידה והמחס ית ריקה פעולה זו לא תשפיע על מב ה המחס ית. יתן לה יח כי בכל מחזור שעון לכל היותר אחד מהקוים, מקבל את הערך.1 עליכם לממש הפעם את הלוגיקה העומדת מאחרי כך שהמצביע ירד בעת פעולת שליפה או יעלה בעת פעולת הכ סה. עומדים לרשותכם הרכיבים הבאים )ב וסף לאלו ש ית ו בסעיפים הקודמים( : מו ה מודולו ) 4 ש י קווי יציאה( התומך בפעולות decrement, increment ושערים לוגיים. 9