ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.06.2024
Просмотров: 67
Скачиваний: 0
Ё микроэлектронных модулях в большинстве случаев используются элементы, реализующие логические функ
ции НЕ — И (НЕ — И Л И )— активные элементы, |
И |
(И Л И )— пассивные элементы. Микроэлектронные |
мо |
дули, как правило, выпускаются сериями; каждая серия содержит модули нескольких типов; все модули серии имеют одинаковые геометрические размеры, число и рас положение выводов, но различаются количеством, чис лом входов и типом элементов, а также их нагрузочной способностью.
Базовые элементы, используемые иа этапе логиче ского проектирования, могут и не совпадать с реальны ми элементами, входящими в состав модулей.
Для примера рассмотрим две системы базовых эле ментов, основанные на микросхемах различных типов
(рис. 1-2).
Модули первого типа (рис. 1-2,а) состоят из одного или более независимых элементов (триггер и элементы, реализующие логическую функцию И-— НЕ). Число вхо дов каждого элемента для разных модулей меняется от 2 до 8. В качестве базовых элементов для этой серии целесообразно выбрать сами физические элементы (как показано на рис. 1-2,6). При необходимости могут'быть введены в качестве базовых элементов еще несколько типовых схем триггеров, компонуемых из отдельных эле ментов И — НЕ.
Модули второго типа (рис. 1-2,а) содержат различ ные логические элементы с разным числом входов. Базо выми элементами здесь также являются физические эле менты и триггеры, построенные из нескольких физиче ских элементов (стандартного триггера в серии нет).
Назовем модули конструктивными элементами (или просто элементами) ранга 2, а входящие в них логиче ские элементы— элементами ранга 0*. Из модулей ком понуются элементы ранга 3, из элементов ранга 3— эле менты ранга 4 и т. д.; количество рангов и способы сое динения между собой элементов каждого ранга зависят от назначения и конструкции ЦВМ и значительно разли чаются для разных машин. Существенно здесь то, что для некоторой конкретной ЦВМ все элементы одного ранга имеют одинаковые геометрические размеры, оди-
* Таким образом, базовые элементы — это либо элементы нуле вого ранга, либо некоторые их комбинации; будем называть базовые элементы элементами первого ранга.
10
■ М М М
T T T T I-M - |
|
Ш ^ У в Я У |
|
1 г т Р |
|
|
|
®©@©(Э©® |
®©@©©©@ |
®©@©©©@ |
®®(D©©©@ |
mi |
мг ^ |
т |
щ |
Рис. 1-2. Модули (а), система базовых элементов на |
этих |
моду |
лях (б) и на модулях типа «Т,рола-3» (в): базовый элемент Б1 |
реали |
|
зует логическую функцию. |
|
|
У=Х\ Л Х2 Л *3 Л Х4 Л Х5 Л А'П Л Х7А Х8, Б2: Y = х Т д Х 2 д Ж |
БЗ-. У=ТТдХ2, |
Е4—триггер со счетным входом. Е5-. У = XI V (Х2 д £3), |
Е6: У = Х1ДХ2ДХЗДХ4, |
Б7 —несимметричный триггер, построенный |
на Б5 н £6. |
наковое число и расположение выводов, а также один и тот же способ связи с элементами следующего ранга. В большинстве современных конструкций (для универ сальных ЦВМ) используются конструктивные элементы
11
логической схеме), то при конструкторском проектиро вании производится последовательное укрупнение этих описаний в соответствии с принятой иерархией конст руктивных элементов. При этом конструктивное деление машины может быть (и часто бывает) ие связано с ее логическим делением на функциональные узлы, посколь ку иерархия конструктивных элементов определяется существующими технологическими и производственными возможностями (типы разъемов, способ выполнения мон тажа), которые не всегда соответствуют логической структуре устройства.
1-2. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ПРОЕКТИРОВАНИЯ С ПОМОЩЬЮ ЦВМ
Практическая ценность работ по автоматизации про ектирования ЦВМ в значительной степени зависит от выбора этапов проектирования, выполняемых машиной, и от необходимой степени вмешательства человека на промежуточных стадиях работы. При автоматизации от дельных, не связанных между собой этапов проектирова ния общие сроки разработки сокращаются, но требу ется большое количество ручного труда для подготовки исходной информации и обработки получаемых резуль татов, причем не исключается возможность появления ошибок в документации. Поэтому желательно выполнять с помощью машины ряд последовательных этапов про ектирования; конечный результат должен иметь вид до кументов, пригодных для использования на производст ве и не требующих дополнительной ручной обработки.
Первый из этих этапов должен быть выбран таким образом, чтобы объем входной информации был возмож но меньше и эту информацию можно было представить на удобном и привычном для разработчиков ЦВМ языке (в противном случае трудоемкость подготовки исходных данных может свести на нет преимущества автоматиза ции) и в виде, пригодном для ввода в машину. При этом должна быть обеспечена возможность автоматической проверки исходной информации, — иначе ошибки, допу щенные человеком на ранних стадиях работы, попадут в выпускаемую документацию.
Таким образом, наиболее эффективный способ исполь зования ЦВМ для проектирования ЦВМ — разработка автоматизированной (еще лучше — автоматической) сис темы проектирования. Какие же работы может выпол
нять такая система?
"Ц
Очевидно, что разработку технического задания дол жен выполнять человек. Основные работы логического проектирования в настоящее время также приходится оставить человеку (во всяком случае при проектирова нии универсальных ЦВМ). Это вызвано тем, что методы блочного синтеза пока еще только разрабатываются; в области логического синтеза цифровых автоматов хоть и получено много ценных результатов, однако известные
внастоящее время алгоритмы логического синтеза сложны и недостаточно универсальны [Л. 1].
Сдругой стороны, логическое проектирование — ра бота творческая п хорошо выполняется человекош/На ранних стадиях логического проектирования (выбор структуры машины, системы команд, разработка блоксхем) работа выполняется небольшим коллективом вы сококвалифицированных разработчиков. Однако по мере детализации описания машины объем работ возрастает, п на завершающих стадиях логического проектирования
вработе участвует значительное количество людей Расчленение работы между отдельными исполнителями приводит к появлению ошибок как из-за небрежности, так и из-за различного толкования разными исполните лями одних и тех же пунктов задания.
Ошибки при проектировании сложных вычислитель ных комплексов, включающих большое число одновре
менно работающих асинхронных устройств, возникают и на ранних стадиях логического проектирования. Про исходит это потому, что чисто умозрительно («на бума ге») невозможно просмотреть все варианты работы та кой сложной системы. Не всегда удается сделать это и на макете машины (не говоря уже о том, что создание и наладка макета требуют много времени и средств). Та ким образом, необходимы средства для анализа резуль татов логического проектирования (блок-схем, логиче ских схем), которые обеспечивали бы объективную и воз можно более полную их проверку. Такими средствами являются специальные языки для формального описа ния схем и программы моделирования работы логиче ских схем.
Обычные методы описания структуры и работы логи ческих схем (чертежи, временные диаграммы, словесные1
1 Эти работы могут быть выполнены машиной (см. гл. 2), одна' ко в существующих АСП логические схемы разрабатываются «вруч ную».
15
описания), как правило, бывают не полны и неоднознач ны. Формализация описания схемы с помощью специаль ного языка (подобного языкам программирования) уст раняет эти недостатки, что облегчает связь между раз работчиками и способствует сокращению числа ошибок. Здесь можно провести аналогию с положением в обла сти программирования в то время, когда программы со ставлялись в машинных командах. Появление алгорит мических языков (АЛГОЛ, ФОРТРАН, КОБОЛ) облег чило как сам процесс программирования, так и обмен информацией между программистами. Синтез логиче ской схемы имеет много общего с разработкой програм мы, поэтому использование языка высшего уровня для проектирования логических схем дает такой же эффект.
В основе |
языков описания |
логических схем лежит |
||
представление о ЦВМ, |
как |
о совокупности |
регистров |
|
(к которым |
относятся |
собственно регистры, |
триггеры |
схем управления и регистры запоминающих устройств), между которыми при выполнении определенных логиче ских условий происходит передача информации, и выде ленных переменных — входных и выходных сигналов. Операторы языка определяют действия над переменны ми (конъюнкция, дизъюнкция, отрицание, пересылка и т. д.), составляющие набор элементарных операций, вы полняемых в ЦВМ. На таких языках возможно компакт ное и точное описание алгоритмов работы любого функ ционального блока ЦВМ; это описание может быть использовано для проверки блока путем моделирования его работы на универсальной ЦВМ. С помощью модели рования можно получить различные сведения о работе устройства: временные диаграммы в заданных точках схемы; задержки прохождения сигналов в разных цепях; данные об относительном использовании отдельных бло ков при решении заданных задач. Таким образом, моде лирование позволяет полностью проверить схему без ее изготовления (причем эта проверка может дать больше сведений, чем работа с макетом). Простота изменения модели (т. е. описания схемы) и легкость проведения таких «машинных экспериментов» с ней позволяют использовать моделирование не только для проверки схем, но н для других целей: выбора оптимальных вари антов решения (например, варианта блок-схемы), отра ботки системы команд, отладки микропрограммного управления, автоматизации построения тестов.
16
Таким образом, на этапе логического проектирования ЦВМ применяется главным образом для анализа и конт роля выполненной человеком работы.
На этапе конструкторского проектирования решают ся следующие задачи:'
1.Компоновка конструктивных элементов (модулей из базовых элементов, ячеек из модулей и т! д.)\
2.Размещение элементов (модулей на ячейке, ячеек на плате п т. д .).
3.Составление и выпуск монтажной документации
(трассировка соединений, составление таблиц проводов
ичертежей печатного монтажа).
4.Составление п выпуск тёкстовой документации (спецификаций, ведомостей покупных деталей).
5. Построение тестов.
Все эти работы могут быть выполнены машиной, однако при решении ряда задач конструкторского про ектирования встречаются противоречивые требования, и это не всегда позволяет построить пригодные для ЦВМ критерии выбора оптимального решения. Так, например, при компоновке ячеек из модулей желательно реализо вать возможно большее число связей между модулями внутри ячейки (это улучшает электрические характери стики схемы) и одновременно иметь возможно меньше разнотипных ячеек (это диктуется интересами производ ства и эксплуатации). В этом случае поиск оптимально го решения задачи приводит к полному перебору всех вариантов компоновки, что практически невозможно, так как требует слишком много машинного времени. При машинном проектировании печатного монтажа обычно удается развести не более 90% соединений (для слож ных плат), остальные соединения выходят на перемычки.
В таких случаях целесообразно допустить вмеша тельство разработчика в работу системы. Он может оп ределить типовые ячейки, реализующие (с некоторой избыточностью) стандартные устройства (регистр, раз ряд арифметики), скорректировать разработанный ма шиной чертеж печатной платы и т. д.; результаты вме шательства должны каждый раз контролироваться машиной. Необходимость вмешательства человека в ра боту системы на различных этапах проектирования вы двигает определенные ■требования к характеристикам используемой в АСП машины. Если вычислительная машина, на которой проводится проектирование, рабо-
2— 504
taeT в режиме последовательной обработки информаций, каждое вмешательство потребует много времени: маши на печатает результаты проделанных расчетов, они пере даются разработчику, указания разработчика наносятся на перфокарты или перфоленту и вводятся в машину. Поэтому разработчик должен иметь возможность непо средственного общения с машиной. Для того чтобы при этом не было непроизводительных потерь машинного времени, желательно, чтобы машина в системе проекти рования работала в режиме разделения времени.
На различных этапах проектирования входная ин формация и результаты работы машины имеют разную форму (записи на языке проектирования, схемы разме щения элементов, таблицы, чертежи печатных плат). Пульт разработчика должен обеспечивать быстрый ввод и вывод как алфавитно-цифровой, так и графической информации. /Наиболее удобен для этого пульт с инди катором на электронно-лучевой трубке и световым пе ром.
Исходной информацией для программ конструктор ского проектирования служит детальная логическая схе ма в базовых элементах. В машине она обычно пред ставляется в виде списка элементов и списка связей меж ду их выводами. По мере компоновки конструктивных элементов старших рангов (модулей, ячеек и т. д.) вы рабатываются новые версии описания схемы: перечень ячеек и список связей между контактами разъемов; пере чень панелей п т. д. После решения задачи размещения описания дополняются сведениями о местоположении элементов, затем решается задача трассировки и появ ляются данные о способах реализации соединений.
Отдельные задачи проектирования решаются разны ми программами и в разное время; в процессе проекти рования иногда приходится менять ранее принятые ре шения, что требует корректировки результатов выполне ния некоторых работ. Поэтому результаты выполнения каждого этапа конструкторского проектирования долж ны постоянно храниться на машинных носителях (маг нитных лентах, магнитных дисках) и должны быть обес печены средства для поиска и изменения этих данных. Иными словами, в состав АСП должен входить архив,
состоящий |
из «хранилища» (библиотеки магнитных |
|
лент) и «архивариуса» |
(специальных обслуживающих |
|
программ). |
Через архив |
осуществляется обмен инфор- |
18
Техническое Л ( з а д а н и е )
' Разработка структуры
\блок-схем
Г
Временные
Система базовых (коррект и ровка)-*\3!£^ \
элементов
'РазработК |
|
|
||
4ка детальнои\ |
Описания |
Строктурное |
||
логической U |
||||
схемы |
|
J |
блоков |
моделирование |
С |
|
|
|
V |
|
|
|
|
|
('Корректировка) * |
^ г р а т м . |
|
||
/ |
Разработка |
|
||
конструктив- |
|
|||
V |
|
ной базы |
|
|
|
|
|
|
Компоновка |
|
|
|
|
и размещение |
|
|
|
|
конструктив- |
|
Разработка^ |
ных элементов |
||
( |
элементов J |
|
||
|
|
|
||
|
|
|
Эскизы |
Трассировка |
|
|
|
трассировки |
печатного и |
|
|
|
|
проводного |
|
|
|
|
монтажа |
|
|
|
(Корректировка^ |
_____ . |
|
|
|
|
выпуск |
|
|
|
|
документации |
|
Логическое проектирование |
|
' |
1 § |
проектирование |
f § |
|
| | |
|
В1 |
|
>5; |
Конструкторское |
тека |
|
Библио |
|
магнитных
лент
Текстовые Документы документы для ручного {изготовления^
Документы на машинных носителях для управления станками-автоматами
Рис. 1-4. рдрк-с*ема АСП,