Файл: Пакулов, Н. И. Мажоритарный принцип построения надежных узлов и устройств ЦВМ.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.10.2024
Просмотров: 88
Скачиваний: 0
Связи между операторами отмечены й микропрограмме верхни ми номерами, если имеет место передача управления, или точкой с запятой, если нет передачи управления соседнему справа опера тору. Все арифметические и логические операторы записываются в том .порядке, в каком они должны последовательно выполняться при запуске устройства. При этом пустой оператор Ло обозначает начало работы всех независимых операторов, т. е. тех операторов, которые не имеют непосредственной связи с предыдущими или по следующими операторами.
На основании микропрограммы, приведенной в табл. 2.24, со ставим логическую схему алгоритма (ЛСА), которая представляет собой строчную запись арифметических и логических операторов и определяет не только порядок выполнения операторов в зависимо сти от значений логических переменных, но также и порядок вы полнения логических условий:
|
|
F = А1, ' 3’ 8' 9> |
10; |
Л?’ 5Я, Аи |
|
|
|
|
|
Я,4- 7; |
4 ; |
Я2Л7; Р .Л ^ Х у , |
|
(2.92) |
|
в |
ЛСА (2.92) удобно для дальнейшего использования представить |
||||||
виде |
матричной |
схемы |
алгоритма |
(MCA), |
как показано |
||
в |
табл. |
2.25. В табл. 2.25 через gi обозначены функции выхода каж- |
|||||
л 1,3.8,у,10.
л 0 |
• |
л] - 5
а6 .
л3»
4 ; .
4 ’7;
4;
А7;
А2
Л 8
А 4,
л5
лю-
|
|
Та б л и ц а |
2.25 |
|
Ai Ла |
*^3 Ai A6 Aa A, |
As |
a9 |
Aiq |
S'о |
Pigо |
Pago p 281 P 2^0 |
|
Pigi |
g 'i Pig'г |
82 |
|
|
|
— |
83 |
|
|
£4
8 s |
Р г 8 г |
ga
88
8»
gn
1
146
цого оператора. В клетках этой таблицы записаны значения част ных функций возбуждения (qij) отдельных операторов, которые определяются но следующим правилам.
1. Если в ЛСА оператор Aj выполняется непосредственно за
оператором At, то qa = gi.
2. Если в ЛСА оператор Aj ни при каких значениях логических операторов Ph не выполняется непосредственно после выполнения
At, то функция qij= 0.
3. Если оператор Aj связан с оператором Л; определенными логическими условиями, то функция qtj представляется в виде ло гического произведения следующего вида:
Qu = 8t (Л V?,P2V - V Ап),
где в круглых скобках записывается дизъюнкция всех возможных
последовательностей логических |
операторов, следующих в ЛСА |
к оператору Aj непосредственно |
за генератором Л,-. |
Из сформулированных правил следует, что частная функция воз буждения устанавливает все возможные логические связи между операторами Aj и At.
Под общей функцией возбуждения будем понимать функцию,
которая устанавливает логическую связь между всеми частными функциями возбуждения qtj, взятыми по столбцу матричной схемы алгоритма.
Так как в столбец матрицы вписаны все операторы, входящие в состав заданной ЛСА, то можно утверждать, что при этом учи
тываются все логические связи, |
существующие |
между оператором |
||
и множеством операторов ЛСА, т. |
е. |
|
||
|
|
п |
|
|
|
9 (Ai) = |
^ |
ЯП. |
|
|
|
1=0 |
|
|
где § —знак логической |
связи (дизъюнкции, конъюнкции или дру |
|||
гой логической связи в |
зависимости |
от условий |
объединения). |
|
Конечной целью синтеза заданного устройства является отыска ние минимальных форм общих функций возбуждения для всех опе раторов, входящих в состав ЛСА, и построение структурной схемы устройства.
На основании сформулированных правил составим систему ло
гических равенств для |
общих |
функций возбуждения КУ: |
||||
I) 0 (/l,)= ^ o § g 2t o , |
2) |
()(^2 )= /,,g,Sg.1 |
3) |
0(И „)= Р ,# о. |
||
4) О(Л*) = * '! § £ . , |
5) |
U M - P ig 'i& f .fc fi,,, |
6) |
0(i4e) = g s§S4, |
||
|
|
|
|
|
|
(2.93) |
7) Q^(A^)=p2gь, |
8) 0 (As) = Pzga, |
9) |
0 (A9) = Pzgo, |
|||
10) 0 (Лm) ~Pzgo, |
g'o=x, go=l; |
Pi = ti, |
Pi — ft- |
|||
На рис. 2.56 приведена структурная схема одного канала КУ, построенная согласно полученной системе равенств (2.93).
В микропрограмме заданного устройства приводится содержа тельное описание операторов, входящих в состав ЛСА, что дает возможность установить соответствие каждого оператора в алго ритме определенному функциональному узлу в устройстве. Для по строения принципиальной схемы КУ на базе УФМ используем схемы узлов, синтезированные в предыдущих параграфах данной главы: сумматор (рис. 2.38 и 2.45), сдвигающий регистр (рис. 2.52), триг-
10* |
147 |
Рис. 2.56. Структурная схема одноканального контрольного устрой ства.
гер с парафазными входами (рис. 2.28 и табл. 2.21, 16-я строка). На рис. 2.57 показана принципиальная схема одноканального КУ, по строенная на базе указанных узлов.
На основании опыта проектирования и рассмотренного примера
можно |
сформулировать правила синтеза устройств ЦВМ. |
1. |
На основе выбранных алгоритмов, укрупненной функциона |
ной схемы устройства и заданных исходных данных составляются микропрограммы, в которых указывается порядок выполнения от дельных операторов в зависимости от логических условий.
Рис. 2.57. Функциональная схема одноканального контрольного устройства.
2.Составленные микропрограммы объединяются и минимизи руются.
3.В соответствии с объединенной минимизированной микропро граммой составляется ЛСА.
4.ЛСА представляется в виде MCA.
5.С помощью MCA составляется система равенств для общих функций возбуждения.
6.На основании полученной системы равенств строится струк турная схема заданного устройства.
2.6.ОЦЕНКА КОЛИЧЕСТВА ОБОРУДОВАНИЯ
ИЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЕКТИРУЕМЫХ УЗЛОВ
ИУСТРОЙСТВ ЦВМ
Для сравнительной оценки различных вариантов схем узлов и устройств ЦВМ с целью выбора наиболее эффек тивного из них необходимо иметь такой обобщающий параметр, который бы интегрально оценивал их эффек тивность по совокупности ряда наиболее важных показа телей. К таким показателям можно отнести быстродей ствие и количество оборудования, определенное в услов ных единицах с учетом наиболее важных экономических характеристик (надежности, стоимости, энергоемкости
и др.).
Для количественной оценки эффективности узлов п устройств ЦВМ введем интегральный параметр эффеи тивности /Сафф, определяющий общие экономические за
траты на достижение |
заданного |
быстродействия: |
|
^ = V |
cp/Mcp[ e |
^ - ] , |
(2.94) |
где ЦСр — среднее быстродействие устройства (для узла— тактовая частота); Nc.v — среднее количество оборудова ния в условных единицах (уел. ед.).
Другими словами, введенный параметр эффективно сти определяет, сколько операций в секунду (рабочих тактов) приходится на одну условную единицу оборудо вания.
Среднее быстродействие устройства 17Ср можно найти по формуле
П „ = ( | й ч ) " р £ ™ £ ] . |
(2.95) |
где pi — вероятность появления г-й операции в програм ме; т, — время выполнения /-й операции; п — общее коли чество операций, выполняемых устройством.
Под количеством оборудования Ncv узла или устрой ства условимся понимать среднее количество условных
ИУ
единиц оборудования, учитывающих с определенным ве сом оцениваемые качества всех элементов, входящих
всостав узла или устройства.
вL
|
2 Yi 2 |
|
ы |
|
|
|
Уср~ —— |
-------- |
(уел. ед.], |
(2.96) |
|
где В — количество оцениваемых качеств; L — количество |
|||||
различных |
типов элементов |
в узле (устройстве); у./ — |
|||
важность |
условных единиц |
/-го |
качества |
(O ^ y j^ l); |
|
ctij — j-e качество элементов |
г'-го типа; bj0 — у-е качество |
||||
эталонного элемента; jV, — количество элементов г-го ти па в узле (устройстве).
В качестве эталонного элемента, как правило, выби рают лучший по основным показателям элемент из всех сравниваемых узлов (устройств).
Заметим, что оценка количества оборудования узла или устройства может быть дана только по одному, на иболее важному для заданной ситуации качеству, напри мер по надежности или стоимости. В этом случае все yj, кроме одного, равны нулю.
Произведем оценку надежности и эффективности одноканального контрольного устройства, синтез которо го рассматривался в предыдущем параграфе. Дадим оценку двум вариантам схем КУ, реализованных на УФМ и «а системе элементов И, ИЛИ и НЕ интеграль ного типа. В качестве эталонного элемента возьмем УФМ. Результаты расчета надежности и эффективности для двух вариантов схем КУ приведены в табл. 2.26. Как видно из таблицы, КУ, построенное на УФМ, превосхо дит но эффективности КУ, построенное па элементах И, ИЛИ и НЕ, по не удовлетворяет заданному требованию по надежности. С целью повышения надежности постро
енного |
одноканалыюго |
КУ используем |
мажоритарный |
способ |
резервирования, |
суть которого |
рассматривается |
в следующей главе. |
|
|
|
Наименование
устройства
КУ на УФМ КУ на элементах И. ИЛИ. НЕ
|
|
Т а б л и ц а 2.26 |
|
vKy, |
" ср- |
^эфф |
/>«) |
бит/с |
(*=100 ч) |
||
уел. ед. |
|
|
|
5-106 |
9 |
5,5-105 |
0,9991 |
5 -10е |
12 |
4,2-105 |
0,9988 |