Лекции

Файлы скачаны со студенческого портала для студенты "Baumanki.net"

Файлы представлены исключительно для ознакомления

Не забывайте, что Вы можете зарабатывать, выкладывая свои файлы на сайт

Оценивайте свой ВУЗ в различных голосованиях, в том числе в досье на преподавателей!

Распознанный текст из изображения:

«Бортовые вычислительные машины и системыл

(БВМиС);

Лектор: проф. Белоусов Юрий Алексеевич

Распознанный текст из изображения:

Тема 1.

Особенности бортовых вычислительных машин и систем (БВМ и С) по

сравнению со стационарными ЭВМ

Особенности БВМ и С по сравнению со стационарными ЭВМ

определяются совокупностью двух факторов:

в Назначением;

в Условиями применения.

Назначение: Бортовые ВМиС предназначены для решения заданного,

фиксированного (ограниченного) набора задач;.

Условия приивнеиия БВМ и С отличаются от условия применения

стационарных ЭВМ:

жесткими ограничениями по массе, габаритам, потребляемой

мощности;

— повышенным уровнем воздействия дестабилизирующих факторов:

широкий диапазон температур (-70' —: -ь125');

повышенный уровень влажности;

в широкий диапазон атмосферного давления;

высокий уровень механических воздействий (линейные

ускорения, удары, вибрация);

в радиационные воздействия;

в нестабильность электропитания (изменения напряжения,

скачки, перепады, перерывы);

в высокие требования по надежности вычислений;

специфические терминальные устройства;

в реальный масштаб времени.

Совокупность перечисленных факторов определяет существенные различия

бортовых ВМ и С от стационарных ЭВМ в следующих вопросах:

в специальная конструкция (малые габариты, прочность,

защита от воздействий дестабилизирующих факторов);

в использование простых архитектурных решений;

в использование упрощенного набора команд;

в ограниченная разрядная сетка;

широкое использование форматов с фиксированной запятой;

в использование постоянного запоминающего устройства для

хранения программы;

в использование надежных специальных интерфейсов.

Все это в совокупности приводит к тому, что разработка БВМ и С вЂ” это

специальное направление (раздел) вычислительной техники.

Распознанный текст из изображения:

Тема №2.

Методика оценки узлов и устройств БВМ и С по критериим сложности

(С) и быстродействия (Б).

22К Противоречивость критериев С и Б.

Проектирование узлов и устройств бортовых ВМ - это поиск рационального компромисса между критериями сложности и быстродействия.

Требования к увеличению быстродействия, связанные с усложнением и увеличением качества решаемых на борту задач, достигается за счет усложнения аппаратуры, т.е. приводит к росту сложности (С).

С другой стороны ограничения по массе, потребляемой мощности и физическому объему БВМ ужесточаются (на современном истребителе устанавливается более 20- ти БВМ), т.е. требуется минимизировать затраты оборудования, т.е. сокращать сложность аппаратной части БВМ.

Таким образом выбор решения по построению любого устройства и БВМ и С в целом — это поиск компромисса между критериями С и Б.

2.2. Критерий сложности — С (по Квайну).

Сложность устройства определяется суммарным количеством входов

логических элементов в составе устройства.

Единица сложности — один вход логического элемента, цена

инверсного входа принимается равной 2.

Достоинства критерия оценки слозкности по Квайну:

является наиболее точным методом, т.к, применяется

минимальная единица измерения сложности по сравнению с

другими единицами (вентилем, триггером, корпусом и т.д.);

позволяет оценивать логические схемы по булевым выражениям;

я все классические методы минимизации обеспечивают минимум

сложности (по Квайну).

Недостаток критерия — трудности расчета сложности для больших

у'стройств — может быть преодолен за счет заранее подготовленных таблиц

сложности для более простых узлов.

Пример таблицы сложности триггеров:

Распознанный текст из изображения:

2.3. Критерий быстродействии - Б.

Быстролействие — это величина обратная максимальному времени выполнения устройством своих основных функций:

Б = 1 ! Т,„

Величина Т,„измеряется в условных единицах времени. Единица измерения Т„„- это задержка сигнала на одном логическом элементе (И, ИЛИ, И-НЕ, ...) Задержка сигнала от инверсного входа логического элемента до его выхода принимается равной 2.

Данный критерий обеспечивает высокую точность оценки быстродействия устройств и не зависит от типа используемых логических элементов. Для любой конкретной системы элементов можно легко перейти от условных единиц времени к реальным единицам времени. 2.4. Применение методики на примере построении двух вариантов

одноразрядного сумматора. Одноразрядный сумматор — это узел ВМ, осуществляющий арифметическое сложение трех одноразрядных операндов — а,, Ь,, с; и формирующий сигналы на выходах 3, (сумма) и Се~ (перенос следующий старший разряд) в соответствии со следующей таблицей истинности:

Й 2.4.1. Сумматор с раздельным формированием выходов В; и Сн, ( 2,, ).

В соответствии с таблицей истинности формируем совершенные дизьюнктивные нормальные формы булевых функций для выходов 3, и С,.-б

З,=(1,2,4,7), Сн1 =(3,5, 6,7);

Распознанный текст из изображения:

Проводим минимизацию этих функций с помощью диаграмм Вейча, принимая а, за старший разряд, а с, за младший: а, а, 5 С

с, Функция Я; не поддается минимизации:

5, =аЬ,с, маЬ,с, ма,Ь,с, ~ аЬс,; Функция С, после минимизации принимает следующий вид: чг

С„= аЬ, уас, мЬ с, Предполагаем, что на входе сумматора нет инверсий входных сигналов (а, Ь, с, ). Это предположение распространим на другой вариант построения сумматора. Схема сумматора 1 ( 2, ) представлена на рис, 2.1.

у .Л ~ уеуу уа яэу~я7 уумууу о уеэяу~ ыу /'. -. уувуу'е„у а гуу-~ е в ' с

~7. =~; к~а, ~""а

С=ЗГ. Гь =Л, г =З ~ (-,Г, Оценки ~з на критериям С иБз

С=31; т,. =3; 1, =2. Задержка тк считается как время распространения переноса, т.е. от входа С,до выхода С„,. Т.о. сумматор 1 характеризуется следующей тройкой цифр 2., (31, 3, 2),

Распознанный текст из изображения:

2.4.2. Сумматор с зависимым формированием входов С„, и Я, ( ~з ).

Идея построения етого варианта сумматора основана на анализе

показанной выше таблицы истинности функционирования сумматора. На всех наборах входных переменных, кроме двух крайних (000) и (111), сигнал на выходе б, можно легко сформллровать на основе сигнала на выходе С,,:

5, =Сса (т.е. Я, зто инверсия С„,) (2.1);

Теперь остаеться только подкорректировать зту формулу (2.1) для наборов

000 и 1!1:

— для набора (000) это можно сделать так:

5, = С,, (а, ч Ь, ч с, ) (2.2);

Скобка (а, мЬ, ос ) обращается в «Ов только на одном наборе (000).

Т.о. на наборе (000) формула 2.2. «работаетв в соответствии с

таблицей истинности, но на наборе (111) она формирует сигнал

Я, =0;

— для набора (111) формулу (2.2) необходимо дополнить знаком

дизъюнкции ( и ) с минтермом а,Ь,с,, который принимает значение

«1в только на одном наборе (1! 1). Окончательный вид формулы для

о, будет иметь вид:

Я, = С,,(а, мЬ, ос)маЬс, (23);

Для упрощения схемной реализации 2, запишем выражение для выхода

Д 1 Я;в следующем виде:

Х, = а,Ь,'~Ь,с, ма,с, =а,Ь, мс,(а, мЬ,) (2.4):

Схемная реализация 'Гз в соответствии с формулами 2.3 и 2.4 представлена на рис.2.2..

Распознанный текст из изображения:

—,рМ ~~рвЪ„, с ~на о в ъ8' .е. «р .х м е ' с и'а г е вг Г,,~

ру,

с=17; ! =к 1т=-б; ед1х2,6х Оиенни ~з по ~ритеритьи С и Б:

С=17; 1, =б; 1, =2. Здесь, как и в 2, величина 1„рассчитывается как задержка распространения сигнала от входа С, до выхода С,., Т.о. сумматор 2 характеризуется следующей тройкой цифр: 2„з (17, б, 2) 2.4.3. Сравнение ~~ и 'Г,

Сумматор 1 (2'1) лучше по критерию быстродействия; Сумматор 2 (2.з) лу ппе по критерию сложности.

Предпочтительность применения 2,, или 2з определяется конкретнои

схемой построения на их основе многоразрядных сумматоров.