\documentclass[12pt,a4paper,oneside]{article}
\usepackage[a4paper,left=2cm,right=1cm,top=2cm,bottom=2cm]{geometry}

\usepackage{polyglossia}
\setmainlanguage{russian}
\PolyglossiaSetup{russian}{indentfirst=true}

\usepackage{fontspec}
\defaultfontfeatures{Mapping=tex-text}

\setmainfont{Times New Roman}
\setromanfont{Times New Roman}
\setsansfont{Arial}
\setmonofont{Courier New}

\usepackage{amsmath}  
\newfontfamily{\cyrillicfont}{Times New Roman}
\newfontfamily{\cyrillicfontrm}{Times New Roman}
\newfontfamily{\cyrillicfonttt}{Courier New}
\newfontfamily{\cyrillicfontsf}{Arial}

\usepackage{graphicx}
\graphicspath{{img/}}

\usepackage{float}
\floatstyle{plaintop}
\restylefloat{table}
\usepackage{makecell} 
\usepackage[table]{xcolor}

\begin{document}

\begin{titlepage}
  \begin{center}
    \begin{large}
      Национальный исследовательский ядерный университет <<МИФИ>> \\
      \vspace{0.25cm}
      Институт интеллектуальных кибернетических систем \\
      \vspace{0.25cm}
      Кафедра №12 <<Компьютерные системы и технологии>>
    \end{large}

    \vspace*{1cm}

    \begin{figure}[H]
      \centering
      \begin{minipage}[c]{0.2\textwidth}
        \includegraphics[width=\textwidth]{logo_university}
      \end{minipage}
      \hfill
      \begin{minipage}[c]{0.1\textwidth}
        \includegraphics[width=\textwidth]{logo_institute}
      \end{minipage}
      \hfill
      \begin{minipage}[c]{0.3\textwidth}
        \includegraphics[width=\textwidth]{logo_department}
      \end{minipage}
    \end{figure}

    \vspace{4cm}

    \begin{huge}
      \textbf{Курсовой проект}
    \end{huge}

    \begin{large}
      \textbf{<<Проектирование процессора>>}
    \end{large}

    \vfill

    \begin{flushright}
      \begin{tabular}{ r l }
        \textbf{Cтудент:} & Литвинов В.\,А. \\
        \textbf{Группа:} & Б23-503 \\
        \textbf{Преподаватель:} & Ядыкин И.\,М. \\
      \end{tabular}
    \end{flushright}

    Москва --- 2025/2026
  \end{center}
\end{titlepage}

\setcounter{page}{2}
\tableofcontents
\newpage

\section{Проектирование блока операций}
\subsection{Примеры и алгоритмы выполнения операций}
\subsubsection{Алгоритм операции УМНОЖЕНИЕ}
Умножение выполняется по алгоритму умножения с младших разрядов множителя и сдвигом суммы частичных произведений вправо с одним корректирующим шагом. Данный алгоритм при представлении сомножителей в прямом коде можно выразить следующей формулой:

$$[A]_{\text{п}} = a_3, a_2 a_1 a_0$$

\begin{equation}
  [A]_{\text{п}} \cdot [B]_{\text{п}}=(..((0 + A \cdot b_0) \cdot p^{-1} + A \cdot b_1) \cdot p^{-1} + ... + A \cdot b_{n-1}) \cdot p^{3} 
\end{equation}

\begin{figure}[H]
  \centering
  \begin{minipage}{0.3\textwidth}
    \centering
    \makecell[l]{
    Пример 1: \\
    $[\mathrm{A}]_\mathrm{п} = 0.111 = 7$\\
    $[\mathrm{B}]_\mathrm{п} = 0.111 = 7$\\
    $\mathrm{Зн} = 0 \oplus 0 = 0$\\
    $[\mathrm{A}*\mathrm{B}]_\mathrm{п} = 0.0110001 = 49$
    }
  \end{minipage}
  \begin{minipage}{0.69\textwidth}
    \centering
    \begin{tabular}{c|c|c|c|c|c|c|c|c|c}
      &   & 0 & 1 & 1 & 1 &   &   &   & \makecell[l]{RA} \\
      &   & 0 & 1 & 1 & 1 &   &   &   & \makecell[l]{RB}\\ \hline
      & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & \makecell[l]{RR = 0} \\
      $b_0 = 1$ &   & 0 & 1 & 1 & 1 &   &   &   & \makecell[l]{RA} \\ \hline
      & 0 & 0 & 1 & 1 & 1 & 0 & 0 & 0 & \makecell[l]{RR} \\
      & 0 & 0 & 0 & 1 & 1 & 1 & 0 & 0 & \makecell[l]{RR >> 1} \\
      $b_1 = 1$ &   & 0 & 1 & 1 & 1 &   &   &   & \makecell[l]{RA} \\ \hline
      & 0 & 1 & 0 & 1 & 0 & 1 & 0 & 0 & \makecell[l]{RR} \\
      & 0 & 0 & 1 & 0 & 1 & 0 & 1 & 0 & \makecell[l]{RR >> 1} \\
      $b_2 = 1$ &   & 0 & 1 & 1 & 1 &   &   &   & \makecell[l]{RA} \\ \hline
      & 0 & 1 & 1 & 0 & 0 & 0 & 1 & 0 & \makecell[l]{RR} \\
      $\mathrm{Знак}$&\cellcolor{lightgray}0 & 0 & 1 & 1 & 0 & 0 & 0 & 1 & \makecell[l]{RR >> 1}
    \end{tabular}
  \end{minipage}
\end{figure}

\begin{figure}[H]
  \centering
  \begin{minipage}{0.3\textwidth}
    \centering
    \makecell[l]{
    Пример 2: \\
    $[\mathrm{A}]_\mathrm{п} = 0.111 = 7$\\
    $[\mathrm{B}]_\mathrm{п} = 1.101 = -5$\\
    $\mathrm{Зн} = 1 \oplus 0 = 1$\\
    $[\mathrm{A}*\mathrm{B}]_\mathrm{п} = 1.0100011 = -35$
    }
  \end{minipage}
  \begin{minipage}{0.69\textwidth}
    \centering
    \begin{tabular}{c|c|c|c|c|c|c|c|c|c}
      &   & 0 & 1 & 1 & 1 &   &   &   & \makecell[l]{RA} \\
      &   & 1 & 1 & 0 & 1 &   &   &   & \makecell[l]{RB}\\ \hline
      & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & \makecell[l]{RR = 0} \\
      $b_0 = 1$ &   & 0 & 1 & 1 & 1 &   &   &   & \makecell[l]{RA} \\ \hline
      & 0 & 0 & 1 & 1 & 1 & 0 & 0 & 0 & \makecell[l]{RR} \\
      & 0 & 0 & 0 & 1 & 1 & 1 & 0 & 0 & \makecell[l]{RR >> 1} \\
      $b_1 = 0$ & \multicolumn{9}{l}{\text{пропуск такта суммирования}} \\ \hline
      & 0 & 0 & 0 & 1 & 1 & 1 & 0 & 0 & \makecell[l]{RR} \\
      & 0 & 0 & 0 & 0 & 1 & 1 & 1 & 0 & \makecell[l]{RR >> 1} \\
      $b_2 = 1$ &   & 0 & 1 & 1 & 1 &   &   &   & \makecell[l]{RA} \\ \hline
      & 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 1 & 1 & 0 & \makecell[l]{RR} \\
      $\mathrm{Знак}$&\cellcolor{lightgray}1 & 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 1 & 1 & \makecell[l]{RR >> 1}
    \end{tabular}
  \end{minipage}
\end{figure}

\newpage
\begin{figure}[H]
  \centering
  Представим рассмотренный метод умножения в виде схемы алгоритма \\ 
  \begin{minipage}[t]{\textwidth}
    \centering
    \includegraphics[width=0.6\textwidth]{bo-mut}
    \caption{Блок схема умножения}
    \label{bo-mut}  
  \end{minipage}
\end{figure}

\subsubsection{Проверка бита с установкой его в единицу}
Операция проверяет бит в RB по адресу из RA, устанавливает флаг CF, если значение бита в операнде 1, значение бита в операнде устанавливается в 1

\begin{figure}[H]
  \centering
  \makecell{
    Пример 1: \\
    $RA = 0000$ \\
    $RB = 0001$ \\
    $CF = 1$ \\
    $RB = 0001$
  }
  \makecell{
    Пример 2: \\
    $RA = 0001$ \\
    $RB = 0001$ \\
    $CF = 0$ \\
    $RB = 0011$
  }
  \makecell{
    \begin{minipage}[t]{0.3\textwidth}
      \centering
      \includegraphics[width=\textwidth]{bo-set}
      \caption{Блок схема проверки бита с установкой в единицу}
      \label{bo-set}  
    \end{minipage}
  }
\end{figure}

\newpage
\subsection{Функциональная схема блока операций}
Функциональная схема блока операций представлена на рис. \ref{bo-func}

\begin{figure}[H]
  \centering
  \begin{minipage}[t]{\textwidth}
    \centering
    \includegraphics[width=\textwidth]{bo-func}
    \caption{Блок схема умножения}
    \label{bo-func}  
  \end{minipage}
\end{figure}

В таблице \ref{bo-table} приведены все элементы функциональной схемы блока операций 
\begin{figure}[H]
  \centering
  \begin{minipage}[t]{\textwidth}
    \centering
    \begin{tabular}{|p{0.1\textwidth}|p{0.4\textwidth}|p{0.4\textwidth}|}
      Обознач & Назначение УМНОЖЕНИЕ & ПРОВЕРКА БИТА \\ \hline
      RA & Регистр 1-го операнда, 4 разряда, множимое, параллельная загрузка, хранение & позиция бита, параллельная загрузка \\ \hline
      RB & Регистр 2-го операнда, 4 разряда, множитель, параллельная загрузка, хранение & регистр данных, параллельная загрузка \\ \hline
      RR & Регистр результата, 8 разрядов, параллельная загрузка, хранение, сдвиг вправо на 1 разряд & новое значение регистра RB, 4 старших разряда, параллельная загрузка, хранение \\ \hline
      RPR & & Регистр флага CF, 1 разряд, параллельная загрузка, хранение \\ \hline
      КС1 & Выбор множимого: RB или RR[6:3]. Формирование сигнала F0 для МУУ & \\ \hline
      КС2 & Формирование знака для КС3 & Новое значение RB с установленным битом для КС3. Формирование RPR \\ \hline
      КС3 & Загрузка результата суммирования в RR[6:3] или знака в RR[7] & Загрузка нового значения RB с установленным битом в RR[6:3] \\ \hline
      SM & 4-разрядный сумматор. Пропуск такта & \\ \hline
      & &
    \end{tabular}
    \caption{Элементы функциональной схемы}
    \label{bo-table}
  \end{minipage}
\end{figure}

\newpage
\subsection{Проектирование логических элементов блока операций}
\subsubsection{Регистр первого операнда RA}

Данный регистр является четырёхразрядным регистром хранения. Наиболее подходящим для реализации функций регистра RA является регистр FD4CE

\begin{minipage}{0.3\textwidth}
  \centering
  Таблица управляющих сигналов RA
  \begin{tabular}{|c|c|}
    \hline
    Y0 & Назначение \\ \hline
    0 & Хранение \\ \hline
    1 & Загрузка \\ \hline 
  \end{tabular}
\end{minipage}
\begin{minipage}{0.69\textwidth}
  \begin{figure}[H]
    \centering
    \includegraphics[width=0.3\textwidth]{bo-ra}
    \caption{Логическая схема RA}
    \label{bo-ra}  
  \end{figure}
\end{minipage}

\subsubsection{Регистр второго операнда RB}

Данный регистр является четырёхразрядным регистром хранения. Наиболее подходящим для реализации функций регистра RB является регистр FD4CE

\begin{minipage}{0.3\textwidth}
  \centering
  Таблица управляющих сигналов RB
  \begin{tabular}{|c|c|}
    \hline
    Y0 & Назначение \\ \hline
    0 & Хранение \\ \hline
    1 & Загрузка \\ \hline 
  \end{tabular}
\end{minipage}
\begin{minipage}{0.69\textwidth}
  \begin{figure}[H]
    \centering
    \includegraphics[width=0.3\textwidth]{bo-rb}
    \caption{Логическая схема RB}
    \label{bo-rb}  
  \end{figure}
\end{minipage}

\subsubsection{Регистр результата RR}

Данный регистр является 8-разрядным регистром с логическим сдвигом вправо на 1 разряд, хранением, параллельной загрузкой. Наиболее подходящим для реализации функции регистра RR является регистр SR8CLE

\begin{minipage}{0.3\textwidth}
  \centering
  Таблица управляющих сигналов RR
  \begin{tabular}{|c|c|c|}
    \hline
    Y5 & Y4 & Назначение \\ \hline
    0 & 0 & Хранение \\ \hline
    0 & 1 & Загрузка \\ \hline
    1 & 0 & SHR \\ \hline
  \end{tabular}
\end{minipage}
\begin{minipage}{0.69\textwidth}
  \begin{figure}[H]
    \centering
    \includegraphics[width=0.8\textwidth]{bo-rr}
    \caption{Логическая схема RR}
    \label{bo-rr} 
  \end{figure}
\end{minipage}

\subsubsection{Регистр признака RPR}

Данный регистр является 1-разрядным с хранением и загрузкой. Наиболее подходящим для реализации функции регистра RPR является 

\begin{minipage}{0.3\textwidth}
  \centering
  Таблица управляющих сигналов RPR
  \begin{tabular}{|c|c|}
    \hline
    Y7 & Назначение \\ \hline
    0 & Хранение \\ \hline
    1 & Загрузка \\ \hline
  \end{tabular}
\end{minipage}
\begin{minipage}{0.69\textwidth}
  \begin{figure}[H]
    \centering
    \includegraphics[width=0.3\textwidth]{bo-rpr}
    \caption{Логическая схема RPR}
    \label{bo-rpr}
  \end{figure}
\end{minipage}

\subsubsection{Комбинационная схема КC1}

С помощью комбинационной схемы КС1 осуществляется выбор множимого из RB или RR[6:3], а также формируется сигнал F0 для МУУ

\begin{minipage}{0.3\textwidth}
  \centering
  Таблица управляющих сигналов КС1
  \begin{tabular}{|c|c|}
    \hline
    Y6 & Назначение \\ \hline
    0 & Выбор RB \\ \hline
    1 & Выбор RR[6:3] \\ \hline
  \end{tabular}
\end{minipage}
\begin{minipage}{0.69\textwidth}
  \begin{figure}[H]
    \centering
    \includegraphics[width=0.8\textwidth]{bo-cs1}
    \caption{Логическая схема КС1}
    \label{bo-cs1}
  \end{figure}
\end{minipage}

\newpage
\subsubsection{Комбинационная схема КC2}

С помощью комбинационной схемы КС2 осуществляется формирование знака для операции умножени, формирование нового значения RB с установленным битом и формирование флага CF для операции установки бита

\begin{figure}[H]
  \centering
  \includegraphics[width=0.6\textwidth]{bo-cs2}
  \caption{Логическая схема КС2}
  \label{bo-cs2}
\end{figure}

\newpage
\subsubsection{Комбинационная схема КC3}

С помощью комбинационной схемы КС3 осуществляется загрузка промежуточной суммы в RR[6:3] и знака в RR[7] в операции умножения, нового значения RB с установленными битами в RR[6:3] в операции установки бита

\begin{minipage}{0.3\textwidth}
  \centering
  Таблица управляющих сигналов КС3
  \begin{tabular}{|c|c|c|}
    \hline
    Y3 & Y2 & Назначение \\ \hline
    0 & 0 & сумма в RR[6:3] \\ \hline
    0 & 1 & знак RR[7] \\ \hline
    1 & 0 & значение RB в RR[6:3] \\ \hline
  \end{tabular}
\end{minipage}
\begin{minipage}{0.69\textwidth}
  \begin{figure}[H]
    \centering
    \includegraphics[width=0.8\textwidth]{bo-cs3}
    \caption{Логическая схема КС3}
    \label{bo-cs3}
  \end{figure}
\end{minipage}

\newpage
\subsubsection{Сумматор SM}

4-разрядный, старшие разряды множимого и множителя, carry input установлены в 0

\begin{minipage}{\textwidth}
  \begin{figure}[H]
    \centering
    \includegraphics[width=0.6\textwidth]{bo-sm}
    \caption{Логическая схема SM}
    \label{bo-sm}
  \end{figure}
\end{minipage}

\newpage
\subsection{Логическая схема блока операций}

\begin{minipage}{\textwidth}
  \begin{figure}[H]
    \centering
    \includegraphics[width=\textwidth]{bo-scheme}
    \caption{Логическая схема БО}
    \label{bo-scheme}
  \end{figure}
\end{minipage}


\end{document}
