Лабораторная работа N 4

ДЕЛЕНИЕ ДВОИЧНЫХ ЧИСЕЛ

Целью работы является закрепление полученных на лекциях знаний по структуре операционных устройств ЭВМ, приобретение навыков в разработке, монтаже и отладке сравнительно простых схем операционных и управляющих устройств.

1.Введение

Существует довольно большое разнообразие алгоритмов деления двоичных чисел, определяемое как структурой операционного устройства, так и формой представления данных (фиксированная или плавающая точка, представление отрицательных чисел и т.д.). Различают прямые и непрямые алгоритмы деления.

При выполнении любой арифметической операции в ЭВМ исходные данные и результат должны быть представлены в одном формате (правильная дробь, целые числа и т.п.). В случае деления это требование приводит к появлению некоторых ограничений. Так при делении правильных дробей (представление данных в форме с фиксированной точкой) необходимо чтобы делимое по абсолютной величине было меньше делителя, а при делении целых чисел – наоборот. Имеется и общее для всех случаев ограничение – делитель не может быть равен 0. Очевидно, что выполнять операцию деления можно только при выполнении указанных выше условий.

При реализации прямых методов деление в ЭВМ сводится к выполнению последовательности вычитаний делителя сначала из делимого, а затем из образующихся частичных остатков и сдвига этих остатков и формируемых по знаку частичных остатков цифр частного. Существуют три основных алгоритма прямого деления: с восстановлением остатка, без восстановления остатка, деление с незавершением. Основное отличие между различными алгоритмами заключается в количестве тактов, необходимых для формирования одной цифры частного. При делении по методу с восстановлением остатка в худшем случае требуется три такта, а при делении по методу без восстановления остатка – два. Алгоритм деления с незавершением требует тоже два такта на формирование одной цифры частного, но при этом не требуется выполнение операции суммирования делителя и частичного остатка.

Реализация алгоритма деления с незавершением требует наличия в операционном устройстве комбинационного сумматора и накапливающего регистра с динамическим управлением параллельным приемом данных на его выходе. В этом случае отрицательный частичный остаток, получаемый после вычитания, в регистр не заносится, а в нем сохраняется значение предыдущего. Таким образом, алгоритм деления с незавершением – это фактически алгоритм деления с восстановлением остатка, но такт восстановления остатка отсутствует, т.к. в накапливающем регистре всегда хранится только положительный остаток. Таким образом, для формирования одной цифры частного потребуется тоже два такта, как и в алгоритме деления без восстановления остатка. Кроме того, это приводит к упрощению схемы соединения функциональных узлов в операционном устройстве, т.к. в сумматоре всегда выполняется только вычитание.

Рис.1 Структура устройства деления

Количество тактов, необходимых для формирования цифры частного, можно уменьшить, если вместо временного сдвига остатков использовать пространственный, т.е. косую пересылку. При получении положительного остатка происходит занесение в регистр со сдвигом; если же остаток отрицательный, занесения в регистр не будет и содержимое регистра необходимо сдвинуть влево на один разряд. Сдвиг содержимого регистра частного производится в каждом такте. Таким образом, режим работы регистра частичных остатков зависит от знака разности на выходе сумматора. Если знак положительный, то регистр в данном такте работает в режиме параллельного приема данных, а если отрицательный – в режиме сдвига. Схема устройства деления приведена на рис.1

2.Подготовка к выполнению работы

2.1 Изучить описание лабораторной работы.

2.2 Разработать принципиальную схему устройства деления двоичных чисел с фиксированной точкой без знака, в прямых кодах.

В схеме в качестве регистра RG1 следует использовать регистр типа 2, в качестве регистра RG2 – регистр типа 1. В качестве RG3 можно использовать тумблерный регистр, но следует учитывать, что делитель подается на вход сумматора в обратном коде. В устройстве управления вместо счетчика с задаваемым модулем счета может оказаться удобным использовать регистр сдвига.

Схема устройства должна обеспечивать автоматическое выполнение следующих действий:

-проверку 0 делителя; если делитель равен нулю – останов;

-сравнение делимого и делителя; если делимое больше или равно делителю – останов;

-вычисление частного и останов.

3.Порядок выполнения работы

3.1 Получить у преподавателя допуск к выполнению работы.

3.2 Закоммутировать операционный блок и проверить правильность выполнения отдельных операций. Управляющие сигналы на входах регистров можно задавать с помощью тумблеров, в качестве генератора синхроимпульсов следует использовать ГОИ.

3.3 Закоммутировать схему устройства управления и подключить ее к операционному устройству.

3.4 Проверить и отладить работу устройства в целом, используя в качестве генератора синхроимпульсов ГОИ. В процессе отладки правильность формирования управляющих сигналов на подготовительных входах регистров можно проверять с помощью пробника. Для этого подайте контролируемый сигнал на правую клемму пробника; если светодиод светится, то сигнал равен нулю.

3.5 Замените ГОИ на генератор непрерывной последовательности, а ГОИ используйте для запуска схемы. Убедитесь в правильности функционирования схемы.

3.6 Результаты покажите преподавателю.

4.Содержание отчета

Отчет должен содержать:

4.1 Цель работы.

4.2 Схему устройства со всеми внесенными изменениями.

4.3 Таблицу результатов.

4.4 Выводы по работе.