Examen 22 de Febrero 2006

Transcripción

1 Problema 1 Examen 22 de Febrero 2006 La dirección de marketing de una conocida empresa de desodorantes ha decidido entregar un regalo con cada desodorante en spray. Para ello ha sido encargada la construcción de un dispositivo contador Clicker (similar al mostrado en la figura 1) pero con display digital. El mismo cuenta con dos entradas (Reset y Click) y un área de display con 4 dígitos de 7 segmentos. El funcionamiento del mismo es el siguiente: Cada vez que se presiona el botón Click el contador aumenta su valor en 1 unidad. El contador es cíclico. Esto es, si el contador se encontrase en el valor 9999 y se presiona Click el mismo vuelva a El contador vuelve a 0 al activarse la entrada de Reset. Para la construcción del dispositivo se dispone de ROMs, flip-flops tipo D, displays de 7 segmentos y compuertas básicas. La figura 2 muestra esquemáticamente las entradas de un display de 7 segmentos. Para mostrar un dígito determinado se debe poner a 1 las entradas correspondientes para encender los segmentos que componen dicho número. Por ejemplo, para mostrar un 3 se deben encender las entradas A, B, C, D y G. Se pide construir un circuito que implemente el funcionamiento requerido. Describa la organización, entradas y salidas de las ROMs que utiliza en el circuito y escriba el programa de carga de las mismas. Figura 1 Figura 2 Solución Vamos a resolver el problema de dos maneras. Solución 1.A: En la primera solución vamos a colocar en cascada cuatro contadores de 0 a 9. Cada contador va a tener la entrada de Reset y una entrada Click que se conectará directamente a la entrada de reloj de los flip flops. Para el circuito contador de 0 a 9 necesitamos utilizar 4 flip-flops y la lógica combinatoria necesaria para representar la siguiente tabla de transición: D 3 D 2 D 1 D 0 Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 Salida D 3 D 2 D 1 D 0 Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 Salida XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX 0 En el estado 0000 (es decir cuando el contador muestra está en 0) colocamos la salida a 1 para generar el flanco ascendente necesario para activar el siguiente contador en cascada. Departamento de Arquitectura Página 1 de 10

2 Ahora realizamos los diagramas de Karnaugh para minimizar esta máquina de estados: D3D2\D1D D3D2\D1D X X X X 11 X X X X X X X X Q 3 = D3.!D0 + D2.D1.D0 D3D2\D1D X X X X X X Q 2 = D2.!D0 + D2.!D1 +!D2.D1.D0 D3D2\D1D X X X X X X Q 1 = D1.!D0 +!D3.!D1.D0 Q 0 =!D0 Ahora vamos a realizar la tabla de salida para la ROM que decodifica un digito para mostrarlo en un display de 7 segmentos Direccion Contenido (abcdefg) Dibujo del circuito para un digito: Departamento de Arquitectura Página 2 de 10

3 El circuito final lo realizamos colocando 4 bloques contador 1 digito en cascada de la siguiente manera: Solución 1.B: Para esta solución vamos a construir un contador BCD de 4 dígitos en ROM. El contenido de dicha ROM lo utilizaremos mantener la tabla de transición de dicho contador. Es decir, el contenido de la ROM en la posición i-esima va a contener el valor i+1 (salvo para la posición 9999 en BCD que va a contener el valor 0000 en BCD). Por lo tanto se utilizará una ROM de 64K x 16 (16 líneas de dirección para representar los 4 dígitos BCD actuales del contador y 16 bits de datos para representar el próximo número del contador). Para mostrar el contenido del Clicker en los displays de 7 segmentos haremos lo mismo que en la Solución 1. El circuito es el siguiente: Departamento de Arquitectura Página 3 de 10

4 A continuación implementamos la carga de la ROM de 64k x 16 void cargarom() int dir = 0x9999; for(int a = 0; a<10; a++) for(int b = 0; b < 10; b++) for(int c = 0; c < 10; c++) for(int d = 0; d < 10; d++) int sig = (a<<12 + b<<8 + c<<4 + d); ROM[dir] = sig; dir = sig; Departamento de Arquitectura Página 4 de 10

5 Problema 2 Se quiere implementar un circuito combinatorio utilizando ROM que dados 2 números enteros representados como BCD empaquetado de 2 dígitos, calcule el Máximo Común Divisor de dichos números y lo devuelva en un entero representado como BCD empaquetado de 2 dígitos. Para la implementación se dispone de las siguientes ROM: - 2 ROM 32K x 4-2 ROM 8K x 8-1 ROM 8K x 16 Se pide: a) Especificar tamaño y organización de la ROM necesaria para resolver el problema. Construirla y dibujar el circuito completo. Se dispone de compuertas lógicas básicas. b) Escribir el programa necesario para cargar la ROM compuesta. Especificar el contenido de la ROM en la dirección b. Nota: recordar que el MCD(A,B) es el máximo de los D que cumplen que A%D = 0 y B%D = 0. También se cumple que 1 =< MCD <= min(a,b) Solución Problema 2: a) Se necesita un circuito con 2 entradas de 8 bits y una salida de 8 bits. Construiremos una ROM con un espacio de direcciones de 16 bits y ancho de palabra de 8 bits. Por lo tanto la ROM a construir es de 64K x 8. Cada palabra almacenara la multiplicación en BCD de los numeros en BCD correspondientes a las entradas de direccion bajas de 8 bits y altas de 8 bits. Se construiran las siguientes ROM ROM1 32K x 8 a partir de las 2 ROM 32K x 4 ROM2 16K x 8 a partir de las 2 ROM 8K x 8 ROM3 16K x 8 a partir de la ROM 8K x 16 ROM4 32K x 8 a partir de ROM2 y ROM3 ROM5 64K x 8 a partir de ROM1 y ROM4 ROM1 AD[14..0] 32Kx4 D 1 [15..0] D[7..4] AD[14..0] 32Kx4 D 2 [15..0] D[3..0] Departamento de Arquitectura Página 5 de 10

6 ROM2 AD[13] AD[12..0] 8Kx8 D 1 [7..0] ORcableado D[7..0] AD[12..0] 8Kx8 D 2 [7..0] ROM3 AD[12..0] 8Kx16 D 1 [15..0] VCC AD[13] D 1 [15..0] D[7..0] D 1 [15..0] ROM4 AD[14] AD[13..0] 16Kx8 D 1 [7..0] ORcableado D[7..0] AD[13..0] 16Kx8 D 2 [7..0] Departamento de Arquitectura Página 6 de 10

7 ROM5 AD[15] AD[14..0] 32Kx8 D 1 [7..0] ORcableado D[7..0] AD[14..0] 32Kx8 D 2 [7..0] b) int cargar(int direccion) bcd1 = (direccion & 65280) >> 8; bcd2 = (direccion & 255); return int2bcd(mcd(bcd2int(bcd1) * bcd2int(bcd2))); int bcd2int(int bcd) d1 = (bcd & 240) >> 4; d2 = bcd & 15; return (d1 * 10) + d2; int int2bcd(int num) d1 = num / 10; d2 = num % 10; bcd = (d1 << 4) + d2; return bcd; int mcd(int a, int b) mcd = 0; for(int i = (a < b)?a:b ; i > 0 &&!mcd; i--) if (!(a % i) &&!(b % i)) mcd = i; if (!mcd) mcd = 1; return mcd; void cargarrom64k() for(int i = 0; i < 65536; i++) cargar(i); Dado que b corresponde a los operandos 65 y 13 y resulta que el mcd(65, 13) = 13, entonces el contenido de la ROM es 13 en BCD = b Departamento de Arquitectura Página 7 de 10

8 Problema 3 Debido a una actualización en la reglamentación sobre seguridad, una aerolínea se ve obligada a agregar un nuevo sistema en sus aviones. Uno de los componentes de dicho sistema es un programa de control que, según se determinó, debe ejecutarse en uno de los computadores ya existentes a bordo. Ese computador debe también encargarse de otras tareas de supervisión durante el vuelo. El sistema cuenta con dos sensores, ubicados en cada ala de la aeronave. Los sensores miden la fuerza a la que está sujeta cada ala. Estos sensores están conectados a un microcontrolador que los maneja y transmite datos al computador cuando lo determina necesario de acuerdo a lo que establece la reglamentación de seguridad. El valor transmitido se encuentra entre 127 y -128 (representado en complemento a 2 de un byte), siendo los valores positivos fuerzas ascendentes y los negativos fuerzas descendentes. El programa de control del sistema a implementar deberá leer los datos de fuerza cuando el microcontrolador los envíe. De acuerdo a dichos datos el programa deberá enviar información al controlador de alarmas en caso de encontrarse una condición de alarma y escribir en la "caja negra" (sistema de registro de los aviones) una vez por segundo los valores máximos y mínimos recibidos para cada ala desde la última vez que se registró. Se debe avisar al controlador de alarmas inmediatamente cuando se detectan las siguientes situaciones: Alarma 0 (bit 0): La fuerza de ambas alas sumadas supera el valor 130 Alarma 1 (bit 1): La fuerza de ambas alas sumadas es menor que -50 Alarma 2 (bit 2: El ala izquierda supera en fuerza ascendente al ala derecha por más de 20 (Fizq-Fder>20) Alarma 3 (bit 3): Análogo al caso anterior pero hacia el otro lado (Fder-Fizq>20) Alarmas 4, 5, 6 y 7 (bits 4, 5, 6 y 7): Tienen otro uso, nunca se deben activar. Para avisar sobre una condición de alarma se transmite un 1 en el bit correspondiente a la (o las) alarmas a activar por el puerto del controlador de alarmas, dejando en cero los bits que corresponden a las otras alarmas (el bit 0 es el menos significativo). Por las características de dicho puerto no debe escribir en él un dato a menos que se esté encendiendo una alarma. El sistema a implementar no debe preocuparse de cómo se apagan las alarmas, otra parte del sistema se encarga de eso y requiere la intervención del piloto. En los 4 puertos de escritura hacia la caja negra se escribirán los mayores y menores valores obtenidos en el último segundo: fuerza máxima izquierda, mínima izquierda, máxima derecha, mínima derecha. Si no se recibieron datos en el último segundo no se debe escribir en la caja negra. Cuando el microcontrolador que controla los sensores de las alas desea enviar datos al computador coloca el dato para el ala izquierda en el byte de E/S de dirección 117 y el correspondiente al ala derecha en el byte de E/S de dirección 118 (estos son puertos de sólo lectura). Cada vez que se completa la escritura de los datos en ambos puertos se genera una interrupción que invoca a la rutina datos(). El puerto para escribir en el controlador de alarmas es el byte de E/S de sólo escritura en la dirección 211. Para escribir en la caja negra se utilizan los puertos en las direcciones 221 (max izq), 222 (min izq), 223 (max der) y 224 (min der) que también son bytes de E/S de sólo escritura. También se cuenta con la interrupción de un timer de 1Khz que invoca a la rutina timer(). Se pide implementar en un lenguaje de alto nivel todas las rutinas necesarias para que funcione el sistema según los requerimientos. Departamento de Arquitectura Página 8 de 10

9 Solución Problema 3: #define P_DATOS_IZQ 117 #define P_DATOS_DER 118 #define P_CONTR_ALARMAS 211 #define P_CNEGRA_FMAXIZQ 221 #define P_CNEGRA_FMINIZQ 222 #define P_CNEGRA_FMAXDER 223 #define P_CNEGRA_FMINDER 224 #define FMAX_SUM 130 #define FMIN_SUM (-50) #define FMAX_DIF 20 #define MASC_ALARMA_FMAX_SUM 0x01 #define MASC_ALARMA_FMIN_SUM 0x02 #define MASC_ALARMA_FMAX_DIF_IZQ 0x04 #define MASC_ALARMA_FMAX_DIF_DER 0x08 #define TI_ESCRITURA 1000 bool hubodatos; int tics; char fmaxizq, fminizq, fmaxder, fminder; int main() //Deshabilito interrupciones //Instalo interrupciones hubodatos=false; ticks=0; //Habilito interrupciones return 0; // Debe terminar porque la máquina es no dedicada (tiene que realizar otras tareas) void datos() char alarmas; char fizq, fder; fizq = in(p_datos_izq); fder = in(p_datos_der); alarmas = 0; if ((fizq + fder) > FMAX_SUM) alarmas = alarmas MASC_ALARMA_FMAX_SUM; if ((fizq + fder) < FMIN_SUM) alarmas = alarmas MASC_ALARMA_FMIN_SUM; if ((fizq fder) > FMAX_DIF) alarmas = alarmas MASC_ALARMA_FMAX_DIF_IZQ; if ((fder fizq) > FMAX_DIF) alarmas = alarmas MASC_ALARMA_FMAX_DIF_DER; Departamento de Arquitectura Página 9 de 10

10 if (alarmas!= 0) out(p_contr_alarmas, alarmas); if (fizq > fmaxizq) fmaxizq = fizq; if (fizq < fminizq) fminizq = fizq; if (fder > fmaxder) fmaxder = fder; if (fder < fminder) fminder = fder; hubodatos = true; void timer4() tics++; if (tics >= TI_ESCRITURA) tics = 0; if (hubodatos) out(p_cnegra_fmaxizq, fmaxizq); out(p_cnegra_fminizq, fminizq); out(p_cnegra_fmaxder, fmaxder); out(p_cnegra_fminder, fminder); hubodatos = false; Departamento de Arquitectura Página 10 de 10