Разработка лабораторной работы по дисциплине 《архитектура Информационные системы》

Его УГО приведено на рис. 3.4.4:Рис. 3.4.4. УГО дешифратораПараметры дешифратора (рис. 3.4.5) выполняют функции, обратные шифратору. При подаче на вход двоичного номера в коде 4-2-1 зажигается сигнал у соответствующего выхода, означающий появление единицы на этом выходе. Соответствие выполняется с помощью функции fun с кодом тела, приведенным ниже.Рис. 3.4.5. Параметры дешифратораТело функции fun:if (num==0) {o0.setFillColor(red);o1.setFillColor(gray);o2.setFillColor(gray);o3.setFillColor(gray);o4.setFillColor(gray);o5.setFillColor(gray);o6.setFillColor(gray);o7.setFillColor(gray);y1=0;y2=0;y4=0;return;}else{if (num==1) {o0.setFillColor(gray);o1.setFillColor(red);o2.setFillColor(gray);o3.setFillColor(gray);o4.setFillColor(gray);o5.setFillColor(gray);o6.setFillColor(gray);o7.setFillColor(gray);y1=1;y2=0;y4=0;return;}else{if (num==2) {o0.setFillColor(gray);o1.setFillColor(gray);o2.setFillColor(red);o3.setFillColor(gray);o4.setFillColor(gray);o5.setFillColor(gray);o6.setFillColor(gray);o7.setFillColor(gray);y1=0;y2=1;y4=0;return;}else{if (num==3) {o0.setFillColor(gray);o1.setFillColor(gray);o2.setFillColor(gray);o3.setFillColor(red);o4.setFillColor(gray);o5.setFillColor(gray);o6.setFillColor(gray);o7.setFillColor(gray);y1=1;y2=1;y4=0;return;}else{if (num==4) {o0.setFillColor(gray);o1.setFillColor(gray);o2.setFillColor(gray);o3.setFillColor(gray);o4.setFillColor(red);o5.setFillColor(gray);o6.setFillColor(gray);o7.setFillColor(gray);y1=0;y2=0;y4=1;return;}elseif (num==5) {o0.setFillColor(gray);o1.setFillColor(gray);o2.setFillColor(gray);o3.setFillColor(gray);o4.setFillColor(gray);o5.setFillColor(red);o6.setFillColor(gray);o7.setFillColor(gray);y1=1;y2=0;y4=1;return;}elseif (num==6) {o0.setFillColor(gray);o1.setFillColor(gray);o2.setFillColor(gray);o3.setFillColor(gray);o4.setFillColor(gray);o5.setFillColor(gray);o6.setFillColor(red);o7.setFillColor(gray);y1=0;y2=1;y4=1;return;}elseif (num==7) {o0.setFillColor(gray);o1.setFillColor(gray);o2.setFillColor(gray);o3.setFillColor(gray);o4.setFillColor(gray);o5.setFillColor(gray);o6.setFillColor(gray);o7.setFillColor(red);y1=1;y2=1;y4=1;return;}}}}}Функциональный элемент мультиплексор представлен агентом MUX.Его УГО приведено на рис. 3.4.6:Рис. 3.4.6. УГО мультиплексораПри подаче кода на управляющие выводы элемента соответствующий вход мультиплексора подключается к выходу, что отражается соответствием цветов в кружках входа и выхода. Мультиплексор выполняет выборочную коммутацию входных сигналов на выход элемента. Параметры модели приведены на рис. 3.4.7:Рис. 3.4.7. Параметры мультиплексораЛогика работы мультиплексора реализуется с помощью функции fun. Текст кода функции:if (num==0) {o0.setFillColor(red);o1.setFillColor(gray);o2.setFillColor(gray);o3.setFillColor(gray);o4.setFillColor(gray);o5.setFillColor(gray);o6.setFillColor(gray);o7.setFillColor(gray);y1=0;y2=0;y4=0;return;}else{if (num==1) {o0.setFillColor(gray);o1.setFillColor(red);o2.setFillColor(gray);o3.setFillColor(gray);o4.setFillColor(gray);o5.setFillColor(gray);o6.setFillColor(gray);o7.setFillColor(gray);y1=1;y2=0;y4=0;return;}else{if (num==2) {o0.setFillColor(gray);o1.setFillColor(gray);o2.setFillColor(red);o3.setFillColor(gray);o4.setFillColor(gray);o5.setFillColor(gray);o6.setFillColor(gray);o7.setFillColor(gray);y1=0;y2=1;y4=0;return;}else{if (num==3) {o0.setFillColor(gray);o1.setFillColor(gray);o2.setFillColor(gray);o3.setFillColor(red);o4.setFillColor(gray);o5.setFillColor(gray);o6.setFillColor(gray);o7.setFillColor(gray);y1=1;y2=1;y4=0;return;}else{if (num==4) {o0.setFillColor(gray);o1.setFillColor(gray);o2.setFillColor(gray);o3.setFillColor(gray);o4.setFillColor(red);o5.setFillColor(gray);o6.setFillColor(gray);o7.setFillColor(gray);y1=0;y2=0;y4=1;return;}elseif (num==5) {o0.setFillColor(gray);o1.setFillColor(gray);o2.setFillColor(gray);o3.setFillColor(gray);o4.setFillColor(gray);o5.setFillColor(red);o6.setFillColor(gray);o7.setFillColor(gray);y1=1;y2=0;y4=1;return;}elseif (num==6) {o0.setFillColor(gray);o1.setFillColor(gray);o2.setFillColor(gray);o3.setFillColor(gray);o4.setFillColor(gray);o5.setFillColor(gray);o6.setFillColor(red);o7.setFillColor(gray);y1=0;y2=1;y4=1;return;}elseif (num==7) {o0.setFillColor(gray);o1.setFillColor(gray);o2.setFillColor(gray);o3.setFillColor(gray);o4.setFillColor(gray);o5.setFillColor(gray);o6.setFillColor(gray);o7.setFillColor(red);y1=1;y2=1;y4=1;return;}}}}}Модель демультиплексора, выполняющего обратную функцию коммутации входного сигнала на один из выбранных выходов, выполнена в качестве агента DMUX. УГО демультиплексора приведено на рис. 3.4.8.Рис. 3.4.8. УГО демультиплексораПараметры демультиплексора аналогичны таковым у мультиплексора. Функция fun выполняет аналогичные действия.Еще один функциональный элемент 4-х разрядный двоичный сумматор имитирует логику работы микросхемы К155ИМ3. В работе он представлен агентом Sum2. УГО сумматора изображено на рис. 3.4.9:Рис. 3.4.9. УГО сумматораПараметры сумматора отражают два входных 4-х разрядных двоичных числа А и В и вход переноса предыдущих разрядовPin, что позволяет строить сумматоры произвольной разрядности. Динамические переменные S и Pout отражают результат суммирования. Единичный сигнал на выходе POпоявляется, если сумма превышает 15, при этом на выходах S отражается остаток суммы по модулю 16. Таким образом, можно представить суммарный результат в диапазоне от 0 до 31. Параметры, динамические переменные и связи между ними представлены на рис. 3.4.10.Рис. 3.4.10. Параметры сумматораЛогика работы отражена в свойствах динамических переменных S и Pout.Рис. 3.4.11. Свойства переменной SРис. 3.4.12. Свойства переменной PoutОбщий вид модели лабораторной работы №2 приведен на рис. 3.4.13:Рис. 3.4.13. Общий вид модели лабораторной работы №2Лабораторная работа №3 посвящена триггерным схемам. Для моделирования работы создан проект Trigger. Аналогично другим работам функциональные элементы представлены агентами.Агент RSмоделирует асинхронный RS-триггер. УГО RS-триггера изображено на рис. 3.4.14:Рис. 3.4.14. УГО RS-триггераПараметрами модели служат сигналы входов R и S, выходов: прямого Q, инверсного _Q (рис. 3.4.15):Рис. 3.4.15. Параметры RS-триггераЛогика работы модели будет описана в разделе 4.3, посвященном интерфейсам.Агент JK представляет модель асинхронного JK-триггера. УГО JK-триггера изображено на рис. 3.4.16:Рис. 3.4.16. УГО JK-триггераПараметры и логика работы JK-триггера аналогичны RS-триггеру, за исключением отсутствия запрещенного состояния.Модель Т-триггера представлена агентом ТТ. УГО приведено на рис. 3.4.17.Рис. 3.4.17. УГО Т-триггераПараметрами модели служат входная переменная Т_ и выходная переменная Q (рис. 3.4.18):Рис. 3.4.18. Параметры модели ТТЛогика работы модели зависит от события start, связанного с интерфейсом. Событие start посылает сигнал в диаграмму состояний (стейтчарт), приведенную на рис. 3.4.20.Рис. 3.4.19. Свойства события startРис. 3.4.20. Диаграмма состояний Т-триггераТ-триггер может находиться в одном из двух состояний nol или ed, соответствующих нулевому или единичному сигналу на входе Т_. Между состояниями происходят переключения. Переход из состояния nol в состояние ed происходит при получении сообщения от события start. При этом значение сигнала на входе Т_ принимает значение единицы, а выход Q переключается в противоположное состояние (рис. 3.4.21):Рис. 3.4.21. Свойство перехода nol-edОбратный переход ed-nol происходит по тайм-ауту через 1 секунду с сохранение состояния выходаQ и возвратом входа Т_ в ноль (рис. 3.4.22):Рис. 3.4.22. Свойство перехода ed-nolСинхронный D-триггер моделируется агентом D.Модель имеет параметры D_,C, Q. Логика модели, так же, как и у Т-триггера определяется событием start и аналогичной диаграммой состояний. Однако, логика переходов здесь иная (рис. 3.4.23):Рис. 3.4.23. Свойство перехода nol-edПри получении сообщения от события тактовый вход получает значение 1. В состоянии ed на входе D_ формируется случайный сигнал 0 или 1, который переписывается на выход Q (рис. 3.4.24):Рис. 3.4.24. Свойство состояния edВозврат в состояние nol происходит по тайм-ауту через 1 с.Двоичный 4-х разрядный счетчик моделируется агентом Counter.Он имеет 2 параметра Т_ и Q для входного и выходного значений. Также используются событие и стейтчарт. При возникновении события на переходе nol-edзначение Q увеличивается на 1 до достижения значения 15, после чего принимает значение 0, счет начинается сначала и выполняется следующий код:T_=1;if (Q==15)Q=0;elseQ++;if (Q>7)q4=1;elseq4=0;if (Q==12|Q==13|Q==14|Q==15|Q==7|Q==6|Q==5|Q==4)q3=1;elseq3=0;if (Q==2|Q==3|Q==6|Q==7|Q==10|Q==11|Q==14|Q==15)q2=1;elseq2=0;if (Q%2==1)q1=1;elseq1=0;Параметры q4…q1отражают двоичный код, соответствующий параметру Q.Вычитающий счетчик представлен моделью агента Cntmin. Логика его работы аналогична Counter, но счет выполняется в обратную сторону.Общий вид модели лабораторной работы №3 приведен на рис. 3.4.25.Рис. 3.4.25. Общий вид модели лабораторной работы №3Глава 4 Интерфейс пользователя лабораторной работы4.1 Особенности разработки интерфейсов пользователей имитационных моделей в программной среде AnyLogicAnylogic имеет развитую структуру элементов управления выполнением проекта, позволяющих строить достаточно сложный интерфейс пользователя. Основные элементы управления сосредоточены в палитре, которая так и называется «Элементы управления» (рис. 4.1.1):Рис. 4.1.1. Палитра «Элементы управления»Нажатием на элемент «Кнопка» можно вызвать какие-то действия в структуре проекта.Элемент «Флажок» выбирает или отменяет выбор параметров проекта.Элемент «Текстовое поле» позволяет интерактивно назначить числовое, символьное или иное значение параметрам проекта.«Переключатель» выбирает одно из ряда значений.«Бегунок» позволяет плавно менять значения в заданном диапазоне.Элемент «Выпадающий список» компактно располагает элементы в поле модели и пригоден для создания меню.В профессиональной версии доступны дополнительные элементы управления, включая выбор файлов.В рамках разрабатываемых проектов мы будем в основном пользоваться элементами «Кнопка» и «Переключатель».Дополнительными элементами интерфейса могут служить динамически управляемые текстовые поля, которые зависят от значений параметров.4.2 Интерфейсы имитационных моделей логических элементовДля моделей логических элементов воспользуемся элементом управления «Кнопка», с помощью которого будем управлять значениями входных сигналов. Для всех моделей выполняются однотипные действия. В качестве примера на рис. 4.2.1 показаны свойства одной из копок у входа элемента И.Рис. 4.2.1. Свойства кнопки а элемента ИКаждый элемент снабжен кнопкой сброса, переводящей элемент в исходное состояние. Пример свойств кнопки «Сброс» на рис. 4.2.2.Рис. 4.2.2. Пример свойств кнопки «Сброс»Дополнительным средством интерфейса служат текстовые поля у выводов элементов, отражающие состояния входных и выходных сигналов.Пример взаимодействия с интерфейсом при выполнении модели приведен на рис. 4.2.3 а), б). а) б)Рис. 4.2.3. Пример взаимодействия с интерфейсом4.3 Интерфейсы имитационных моделей функциональных узловВ лабораторной работе №2 основным элементом управления служит «Переключатель» (рис. 4.3.1):Рис. 4.3.1. Элемент управления «Переключатель»Рис. 4.3.2. Свойства элемента «Переключатель»Выполняемый код (при выборе определенного значения связанной переменной присваивается порядковое значение):if (num==0) {o0.setFillColor(red);o1.setFillColor(gray);o2.setFillColor(gray);o3.setFillColor(gray);o4.setFillColor(gray);o5.setFillColor(gray);o6.setFillColor(gray);o7.setFillColor(gray);y1=0;y2=0;y4=0;return;}else{if (num==1) {o0.setFillColor(gray);o1.setFillColor(red);o2.setFillColor(gray);o3.setFillColor(gray);o4.setFillColor(gray);o5.setFillColor(gray);o6.setFillColor(gray);o7.setFillColor(gray);y1=1;y2=0;y4=0;return;}else{if (num==2) {o0.setFillColor(gray);o1.setFillColor(gray);o2.setFillColor(red);o3.setFillColor(gray);o4.setFillColor(gray);o5.setFillColor(gray);o6.setFillColor(gray);o7.setFillColor(gray);y1=0;y2=1;y4=0;return;}else{if (num==3) {o0.setFillColor(gray);o1.setFillColor(gray);o2.setFillColor(gray);o3.setFillColor(red);o4.setFillColor(gray);o5.setFillColor(gray);o6.setFillColor(gray);o7.setFillColor(gray);y1=1;y2=1;y4=0;return;}else{if (num==4) {o0.setFillColor(gray);o1.setFillColor(gray);o2.setFillColor(gray);o3.setFillColor(gray);o4.setFillColor(red);o5.setFillColor(gray);o6.setFillColor(gray);o7.setFillColor(gray);y1=0;y2=0;y4=1;return;}elseif (num==5) {o0.setFillColor(gray);o1.setFillColor(gray);o2.setFillColor(gray);o3.setFillColor(gray);o4.setFillColor(gray);o5.setFillColor(red);o6.setFillColor(gray);o7.setFillColor(gray);y1=1;y2=0;y4=1;return;}elseif (num==6) {o0.setFillColor(gray);o1.setFillColor(gray);o2.setFillColor(gray);o3.setFillColor(gray);o4.setFillColor(gray);o5.setFillColor(gray);o6.setFillColor(red);o7.setFillColor(gray);y1=0;y2=1;y4=1;return;}elseif (num==7) {o0.setFillColor(gray);o1.setFillColor(gray);o2.setFillColor(gray);o3.setFillColor(gray);o4.setFillColor(gray);o5.setFillColor(gray);o6.setFillColor(gray);o7.setFillColor(red);y1=1;y2=1;y4=1;return;}}}}}У шифратора, дешифратора, мультиплексора и демультиплексора применяется цветовое окрашивание выбранных входов/выходов. Цифры у выводов соответствуют выбранному состоянию (рис. 4.3.3):Рис. 4.3.3. Интерфейс мультиплексораМодель сумматора имеет 3 переключателя для входных переменных и сигнала переноса, а также средство отображения выполняемого действия в десятичной системе (рис. 4.3.4):Рис. 4.3.4. Интерфейс сумматораВ лабораторной работе №3 используются кнопки, но их действие различно для RS- и JK-триггеров и остальных элементов. Для указанных триггеров кнопки производят переключение входных сигналов и соответствующую реакцию выходов, причем для RS-триггера при выборе запрещенной комбинации зажигается красный сигнал (свойства рис. 4.3.5), то у остальных элементов происходит вызов события (рис. 4.3.6).Рис. 4.3.5. Свойства кнопки RРис. 4.3.6. Свойства кнопки СУ счетчиков присутствует дополнительный элемент интерфейса, отражающий десятичное значение счетчика (рис. 4.3.7):Рис. 4.3.4. Интерфейс счетчикаСигнал загорается красным в момент прихода тактового перепада на 1 с.4.4 Руководство по выполнению лабораторной работы «Логические элементы и функциональные узлы ЭВМ»4.4.1 Лабораторная работа №1Цель работы: Ознакомиться с работой логических узлов вычислительных устройств.Порядок выполнения работы:Ознакомиться с содержанием раздела 2.2 и дополнительной литературой.Загрузить пакет Anylogic 8.2.3 Personal Learning Edition.Загрузить файл Logica.alp.Запустить выполнение лабораторной работы (эксперимент Simulation, рис. 4.4.1).Рис. 4.4.1. Запуск SimulationПриступить к выполнению работы (рис. 4.4.2):Рис. 4.4.2. Запуск лабораторной работыС помощью элементов управления составить таблицы истинности изучаемых элементов (рис. 4.4.3).Рис. 4.4.3. Рабочее поле лабораторной работыСодержание отчета:- скриншоты выполнения;- таблицы истинности.4.4.2 Лабораторная работа №2Цель работы: Знакомство с комбинационными функциональными элементами вычислительных устройств.Порядок выполнения работы:Ознакомиться с содержанием раздела 2.2 и дополнительной литературой.Загрузить пакет Anylogic 8.2.3 Personal Learning Edition.Загрузить файл Coders.alp.Запустить выполнение лабораторной работы (эксперимент Simulation, рис. 4.4.4).Рис. 4.4.4. Запуск SimulationПриступить к выполнению работы (рис. 4.4.5):Рис. 4.4.5. Запуск лабораторной работыС помощью элементов управления составить таблицы истинности изучаемых элементов (рис. 4.4.6).Рис. 4.4.6. Рабочее поле лабораторной работыСодержание отчета:- скриншоты выполнения;- таблицы истинности.4.4.3 Лабораторная работа №3Цель работы: Знакомство с триггерными функциональными элементами вычислительных устройств.Порядок выполнения работы:Ознакомиться с содержанием раздела 2.2 и дополнительной литературой.Загрузить пакет Anylogic 8.2.3 Personal Learning Edition.Загрузить файл Trigger.alp.Запустить выполнение лабораторной работы (эксперимент Simulation, рис. 4.4.7).Рис. 4.4.7. Запуск SimulationПриступить к выполнению работы (рис. 4.4.8):Рис. 4.4.8. Запуск лабораторной работыС помощью элементов управления составить таблицы переключений изучаемых элементов (рис. 4.4.9).Рис. 4.4.9. Рабочее поле лабораторной работыСодержание отчета:- скриншоты выполнения;- таблицы переключений.ЗаключениеВ ходе выполнения выпускной квалификационной работы были рассмотрены основные цели и способы проведения лабораторных занятий, а также особенности проведения лабораторных занятий на основе применения компьютерного моделирования.Дана оценка современных технологий имитационного моделирования, обсужденыособенности разработки имитационных моделей, проанализированы программные средства различных пакетов прикладных программ для создания лабораторного практикума по дисциплине «Архитектура информационных систем».Освещены вопросы основных этапов разработки имитационных моделей, разработано логико-математическое описание функционирования исследуемого объекта, определены состав и структура лабораторных работ «Логические элементы и функциональные узлы ЭВМ.Выполнена методическая разработка назначения и алгоритмов функционирования логических элементов функциональных узлов ЭВМ.В качестве операционной среды выполнения лабораторных работ предложено использовать пакет Anylogic 8.2.3 Personal Edition. Выполнена разработка имитационных моделей логических элементов и функциональных узлов вычислительной техники, разработаны интерфейсы пользователей моделей.Разработаны руководства по выполнению лабораторных работ «Логические элементы и функциональные узлы ЭВМ».Список литературы:Маркович О.С. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В УЧЕБНОМ ИССЛЕДОВАНИИ: РАЗРАБОТКА НОВЫХ МЕТОДОВ ОБУЧЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 5.;URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=21724 (дата обращения: 25.05.2021).Педагогические нововведения в высшей школе. Материалы IV Всероссийской научно-методической конференции. КубГТУ. Часть VI. Инновации в методиках преподавания учебных дисциплин. Краснодар. 1998. С. 14-16.О.М. Брехов, Г.А. Звонарёва, А.В. Корнеенкова. Имитационное моделирование: учебное пособие – М.: Издательство МАИ, 2015. – 323 с.Эльберг, М.С. Имитационное моделирование: учеб. пособие/М. С. Эльберг, Н.С. Цыганков. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2017. –128 с.ЧенК., ДжиблинП., Ирвинг А.MATLAB в математических исследованиях: Пер. с англ.—М.: Мир, 2001.-346с. ил.Дьяконов В. П.MATLAB 7.*/R2006/R2007: Самоучитель. – М.: ДМК Пресс, 2008. – 768 с.: ил.Бояркин, Г. Н. Имитационное моделирование процессов. Arena. Начальный уровень: учеб. пособие / Г. Н. Бояркин, И. В. Ревина ; Минобрнауки России, ОмГТУ. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2019.Боев В. Д. Моделирование систем. Инструментальные средства GPSS WORLD. Учебное пособие. Изд. BHV.Киселева М. В.Имитационное моделирование систем в среде AnyLogic: учебно-методическое пособие / М. В. Киселёва. Екатеринбург: УГТУ - УПИ,2009. 88 с. Лычкина Н.Н. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕЭКОНОМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. Учебное пособиедля слушателей программы eMBI. / Академия АйТи, Государственный университет управления, 2005. – 164 с. Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем - М.: ФОРУМ – ИНФРА - М, 2005 Илья Григорьев. AnyLogic за три дня. Учебное пособие. 2017. – 273 с.