31289

Дослідження комбінаційних схем, реалізованих за методом декомпозиції

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Знайти гарантовано мінімальний вираз для довільної функції можна лише перебравши всі варіанти різних способів групування в процесі мінімізації що реально лише для невеликої кількості аргументів. З точки зору підходів до спрощення логічних виразів функції з якими має справу схемотехнік доцільно розділити на три групи: функції невеликої кількості аргументів обєктивні функції багатьох аргументів субєктивні функції багатьох аргументів. До першої групи відносять функції трьохпяти аргументів. Статистичний аналіз реальних схем...

Украинкский

2013-08-28

1.2 MB

5 чел.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

 

Тема:  Дослідження комбінаційних схем, реалізованих за методом декомпозиції

Мета роботи:  Закріпити теоретичні знання з використання методу декомпозиції, набути навичок з пошуку оптимального варіанту комбінаційних схем, навчитися контролювати правильність синтезу комбінаційних схем в пакеті Electronics Workbench

1 ТЕОРЕТИЧНІ  ВІДОМОСТІ

Для мінімізації логічних функцій з метою пошуку найбільш економічної схеми, що реалізує заданий вираз, до сих пір не знайдено ефективних алгоритмів, які дозволяли би вирішувати ці задачі цілеспрямовано і швидко. Знайти гарантовано мінімальний вираз для довільної функції можна лише перебравши всі варіанти різних способів групування в процесі мінімізації, що реально лише для невеликої кількості аргументів.

З точки зору підходів до спрощення логічних виразів, функції, з якими має справу схемотехнік, доцільно розділити на три групи: функції невеликої кількості аргументів, “об’єктивні” функції багатьох аргументів, “суб’єктивні” функції багатьох аргументів.

До першої групи відносять функції трьох-п’яти  аргументів. Статистичний аналіз реальних схем цифрової апаратури показує, що розробник в переважній більшості випадків зустрічається з необхідністю реалізувати саме такі функції. Завдяки малій кількості аргументів таблиці таких функцій короткі, варіантів групування при мінімізації не дуже багато, а геометричне представлення діє найбільш наглядно.

До другої групи – громіздких “об’єктивних” функцій відносяться функції більше ніж чотирьох-п’яти  аргументів, що відображують деяку об’єктивну природну залежність, наприклад, один з розрядів таблиці поправок двійкового датчика. В цьому випадку задача пошуку мінімальних форм не тільки дуже складна і громіздка, але й з великою ймовірністю безнадійна. Сама економічна реалізація подібних функцій – на ПЛМ або ПЗП.

До третьої групи відносяться функції великої кількості аргументів, відтворені людиною. Особливість цих функцій пов’язана з поняттям декомпозиції. Під декомпозицією тут мається на увазі розбивка вихідної множини логічних аргументів на підмножини, над якими і проводяться операції  оптимізації, зокрема мінімізації. Перевага декомпозиції як метода полягає в тому, що розробнику приходиться мати справу з меншими наборами аргументів, а це значно полегшує задачі синтезу і дозволяє більш продуктивно проводити оптимізацію логічних функцій.

Таким чином, застосування методу декомпозиції дозволяє отримати більш економічну апаратну реалізацію. Основний недолік тут полягає в тому, що формальні методи декомпозиції (наприклад, диз’юнктивний розклад) не є цілеспрямованими алгоритмами з гарантованим кращим результатом, а носять пошуковий характер.

При цьому очевидно, що найкращий варіант декомпозиції можна знайти, якщо функція являє собою структуру визначеного класу, а це невідомо, доки структуру ще не знайдено.

Найбільш відомими методами декомпозиції є диз’юнктивний розклад та табличний метод. Сутність диз’юнктивного розкладу полягає в самому визначенні декомпозиції. Підмножини тут можна виділяти довільно, походячи з критерію мінімальної вихідної форми логічної функції.

При табличній декомпозиції використовується карта Карно. Як правило, для карти Карно для чотирьох аргументів виділяють функції  і , де  - підмножини, кожна з яких включає аргументи  і , або навпаки. Найчастіше подібна мінімізація дозволяє перейти до базисів ДОДАВАННЯ ЗА МОДУЛЕМ ДВА та І.

Можна виділити наступні етапи проведення декомпозиції:

а) вихідні терми заносяться до карти Карно;

б) в залежності від числа однакових типів строк і стовпців в карті Карно визначається напрям розташування функції   ( довільно кодує однакові строки і стовпці за тим напрямом, де можна виділити менше число їх різних типів);

в) записується та оптимізується логічний вираз для ;

г) визначаються коефіцієнти  та , де перший характеризує значення функції  на вихідних наборах аргументів при , другий – при ;

д) вихідну функцію можна отримати зі співвідношення:

. (4.1)

...

2 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Отримати логічні вирази для заданих функцій, застосувавши методи:

а) табличної декомпозиції;

б) диз’юнктивного розкладу.

2. Оптимізувати отримані вирази, використовуючи основні теореми та аксіоми алгебри логіки і задаючись стандартними логічними базисами: І-НЕ, АБО-НЕ, ДОДАВАННЯ ЗА МОДУЛЕМ 2, І-АБО-НЕ.

3. Реалізувати в пакеті Electronics Workbench дві найменші з отриманих схем.

4. Промоделювати роботу схем та отримати їх часові діаграми.

5. Довести правильність синтезу комбінаційних схем.

6. Зробити висновки.

Вихідні дані вибрати згідно з варіантом.

2.1 КОНТРОЛЬНИЙ ПРИКЛАД

Нехай необхідно дослідити правильність синтезу логічної функції, котру задано вхідним набором мінтермів .

Використаємо методи декомпозиції:

а) табличний метод

Як видно з карти Карно, зображеної на рис. 4.1, стандартне склеювання для даного випадку не дає ніяких результатів.

Рис. 4.1

На карті можна виділити два типи строк і стовпців, тому розміщувати функцію можна довільно. Закодуємо стовпці.

Для  запишемо

.

Отримаємо коефіцієнти  та :

;

.

У відповідності з виразом (4.1) отримаємо

.  (4.2)

б) диз’юнктивний розклад

Запишемо вихідну функцію:

Розіб’ємо функцію на дві підмножини, групуючи  з , а  з :

(4.3)

Функціональні схеми для отриманих в (4.2) і (4.3) функцій зображено на рис. 4.2 - 4.3.

Рис. 4.2     Рис. 4.3

Реалізуємо отримані функції в пакеті Electronics Workbench. Схеми для випадків а) і б) застосування метода декомпозиції представлено на рис. 4.4 - 4.5.

Рис. 4.4

Рис. 4.5

На рис. 4.6 - 4.7 відповідно показано діаграми їх роботи.

Рис. 4.6  Рис. 4.7

Вихідний код для перевірки роботи схем задавався з генератора послідовностей через перебір комбінацій його молодших розрядів поступово від 0000 до 1111 (від 0 до F в шістнадцятирічній системі відліку). На логічний аналізатор подавались вхідні  та вихідний сигнали схеми. Критерій правильності роботи схеми – на вихідних наборах (див. завдання) .

3 ЗМІСТ ЗВІТУ

  1.  Номер та назва роботи.
  2.  Мета роботи.
  3.  Необхідні теоретичні відомості.
  4.  Вихідні дані (згідно з варіантом).
  5.  Результати синтезу логічних схем різними методами.
  6.  Схеми пристроїв та діаграми їх роботи (надруковані).
  7.  Висновки стосовно правильності проведеного синтезу комбінаційних схем.

4 ВАРІАНТИ ЗАВДАНЬ

№ варіанту

Вихідна функція

1

2

3

4

5

5 КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Які групи функцій виділяються в схемотехніці з точки зору підходів до спрощення логічних схем?

2. Що таке декомпозиція?

3. В чому заключаються переваги та недоліки метода декомпозиції?

4. Що являє собою метод диз’юнктивного розкладу?

5. Назвіть основні етапи проведення табличної декомпозиції.

6. Як здійснюється пошук оптимальної структури логічної функції після використання стандартних методів?

7. Як перевірити правильність синтезу комбінаційної схеми в пакеті Electronics Workbench?

29


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

21732. Клавиатура. Манипуляторы-указатели 103 KB
  Вопросы: Общая характеристика клавиатуры. Интерфейс клавиатуры и мыши.Общая характеристика клавиатуры. Емкостные датчики и датчики Холла не имеют подвижных контактов и являются наиболее надежными для клавиатуры.
21733. Принципы вывода изображений 209 KB
  Принципы организации видеопамяти. Такой способ отображения называется линейным линейной последовательности пикселов соответствует линейная последовательность бит или групп бит видеопамяти. Многослойное отображение пикселов памяти Таким образом объем видеопамяти в битах V требуемый для хранения образа экрана определяется как произведение количества пикселов p в строке на количество строк n и на количество бит на пиксел b. Если физический объем видеопамяти превышает объем необходимый для отображения матрицы всего экрана видеопамять...
21734. Обработка видеоизображений 128.5 KB
  Стандарты кодеков изображений MPEG. Более совершенные устройства позволяют записывать в реальном времени последовательность видеокадров выполняя их сжатие методами MJPEG DVI или INDEO MPEGкодирование требует слишком больших ресурсов для выполнения преобразования в реальном времени. MPEG ряд кодеков MPEG1 MPEG2 MPEG4 MPEG7. Стандарты кодеков изображений MPEG.
21735. Дисплей и его разновидности 147 KB
  Крупицы люминофора Зерно триады экрана Экран Заполнение экрана Шаг матрицы зерен экрана Рис 5. Шаг матрицы зерен экрана Dot Pitch принято измерять в миллиметрах. Однако отождествлять эти два параметра не очень корректно и параметр Dot Pitch лучше перевести как зернистость экрана но не размер зерна. У 15 мониторов проволочка одна она расположена снизу на высоте примерно 1 3 высоты экрана.
21736. Интерфейсы и адаптеры дисплеев 327 KB
  В традиционной технике цветного телевизионного вещания PAL SECAM или NTSC видеосигнал непосредственно несет информацию о мгновенном значении яркости fн а цветовая информация передается в модулированном виде на дополнительных частотах fд . Таким образом обеспечивается совместимость чернобелого приемника игнорирующего цветовую информацию с цветным передающим каналом. fп 35МГц f МГц fд1 =443Мгц fн=45МГц fд2=46 МГц Однако для вывода графической информации с...
21737. Печатающие устройства 188.5 KB
  По способу печати принтеры разделяются на буквопечатающие и знакосинтезирующие что аналогично текстовому и графическому режимам дисплея а также последовательные и параллельные. В последовательных принтерах печать осуществляется поэлементно с продвижением по строке и после завершения печати одной строки переходят к печати следующей строки. Вместе с тем у них есть преимущество в качестве печатаемых символов а в ряде случаев и в скорости печати. Во время печати головка движется по строке слева направо и ударами иголок...
21738. Устройства хранения данных 237 KB
  Устройства хранения данных Вопросы: Общая характеристика устройств хранения данных. Общая характеристика устройств хранения данных. Утройства хранения данных относятся к внешней памяти компьютера они пзволяют сохранять информацию для последующего ее использования независимо от состояния включен или выключен компьютера. В устройствах хранения данных могут быть реализованы различные физические принципы хранения информации магнитный оптический электронный в любых их сочетаниях.
21739. Накопители на гибких магнитных дисках 323 KB
  С тех пор эти устройства претерпели относительно не большие изменения размер дискеты уменьшился почти в два раза а емкость возросла всего на порядок. Первые накопители использовали дискеты диаметром 525 133 мм для краткости обозначаемые как 5 заключенные в мягкие конверты рис. Поскольку дискеты НВ отличаются более высокой коэрцитивной силой носителя для них требуется более сильный ток записи чем для обычных дискет. Эти компактные дискеты заключены в пластмассовый конверт.
21740. Организация работ в очистных забоях. Основные понятия и определения 23.5 KB
  Организация производства комплекс мероприятий направленный на рациональное сочетание процессов труда с вещественными элементами производства в пространстве и времени с целью повышения эффективности горного производства. Для разработки конкретных и детальных мероприятий по организации производственных процессов разрабатывается проект. В состав проекта входят графики работы очистных и подготовительных забоев определение типа бригады и выполняемых ею производственных процессов количество членов бригады их разряды нормы выработки и...