- Проектирование аппаратных средств

Лекция № 4

Проектирование аппаратных средств

Тип применяемой логики непосредственно влияет на min время основного цикла устройства обработки данных.

Наиболее критическими для конвейеров являются характеристики фиксаторов. Т.к. они  определяют характеристики датчиков синхроимпульсов, что оказывает влияние на достижимый уровень дробления функций, и на максимальное быстродействие системы.

Любая ступень конвейера имеет 2 компонента:

1. Логика, выполняющая требуемую подфункцию

2. Механизм (фиксатор), который сохраняет данные с выхода на вход.

Эти компоненты являются раздельными блоками аппаратуры.

Базовый период

Рекомендуемые материалы

Синхронизация имеет 2 участка T, W

Т – время, в течении которого сигналы могут распространятся от выхода одного фиксатора по логике до входа другого фиксатора.

W – ширина синхроимпульса, время необходимое для приема вычисл-х результатов и стабилизации выхода.

P – период синхронизации

Структурные ограничения

1. T_MAX – время необходимое для прохождения сигнала по наиболее длинному пути внутри логики, необходимо чтобы было меньше Т

2. Путь данных внутри логики может оказаться настолько коротким, что они достигают выхода уже во время этого же синхроимпульса. Такая ситуация называется критическими гонками.

Выход – реализация временной задержки.

Эти 2 ограничения устанавливают пределы для min и max объемов логики на любом пути.

Эти пределы еще сужаются из-за временного явления – переноса синхроимпульсов.

Это связано с  различными длинами кабелей, нагрузками и основными цепями.

Тогда T_MAX≤T-S если импульс приходит раньше  

Если же импульс задерживается, то создаются более благоприяnyst условия для критических гонок. Поэтому

         Т.е конвейеры особенно чувствительны к переносам импульсов синхронизации и изменениям в задержках на логических элементах, что вызывается 3-мя причинами:

1. наличие проводников, соединяющих элементы

2. изменения электрических характеристик компонентов

3. различие в быстродействии компонентов, связанных с изменением нагрузок.

Две последние причины преодолимы при тщательном экранировании и хорошем базовом проектировании

1 проблема связана с пакетированием, т.е. размещением компонентов и их соединений между собой. Проблемы пакетирования в 1-ю очередь возникают в системе распределения синхроимпульсов.

Используются различные варианты создания таких систем.

1. Островная структура

В островки группируются родственные элементы логических схем, есть только 1 точка входа синхроимпульса в островок.

В пределах островка используют 1 подход к распределению синхроимпульсов по отдельным платам и компьютерам.

При большом числе островков топология напоминает 2-х или 3-х мерную звезду с островками на периферии и источником синхроимпульсов в середине.

2. Временные цепи

Синхроимпульс входит только в 1 ступень, а каждая следующая ступень задерживает и переформировывает импульс, поступивший от предыдущей ступени.

Особые требования к частоте синхронизации:

Т_ИМП>Т_MAX задержки на любой ступени временной цепи.

3. Звезда

Звездообразное распределение синхроимпульсов на каждую ступень и использование временной цепи для выбора синхроимпульса, который пойдет к фиксатору ступени.

З_{адержки} < Т_{синхр-ции}

t_{вых имп} > t_{синхр имп}

?????????????. центральный источник запускает ступень Þ влияние изменений в задачах и перекоса синхронизации ↓.

«+» Источник синхроимпульсов временной цепи независим от центрального источника синхроимпульса. Этот импульс генерируется только тогда, когда элемент данных поступает на конвейер. Т.е. временная цепь выполняет больше функцию управления чем согласования

Следующая проблема при пакетировании – задержка, создаваемая проводниками (между отдельными компонентами на плате, между платами, между стойками).

Эти задержки настолько значительны, что если логика была бы с «0» задержкой, то тогда бы производительность возросла в 2 раза.

2 подхода

1. Различные способы размещения компонентов на платах и в модулях.

3 Структурное, модульное и процедурное программирование - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

Т.е. 1 ступень – одна плата

Т.е. каждая ступень разбивается на секции, которые оформляются в виде отдельных плат.

2. Разбиение проводника на участки с фиксаторами.

При очень коротких синхроимпульсах, межсоединения уподобляются линиям передачи, поэтому возможно появление отражений сигнала, эхо.