Модели и виды моделирования, применяемые на логическом уровне в процедурах анализа и синтеза.

Типовой маршрут проектирования комбинационной логической схемы.

1.Синтез алгоритма функционирования, представленного в виде подпрограмм. Этот этап проводится практически вручную с использованием средств для разработки программ и выполняется в той же последовательности, что и разработка любых программ вообще:

- пишется программа на входном языке,

- программа транслируется,

- программа отлаживается,

- документируются результаты.

2.Составление функции переходов и выходов в табличной форме.

- таблица переходов – прямоугольная матрица с элементами a_ij, равными состоянию, в которое система переходит из состояния a_i при входном воздействии х_j; столбцы – входные воздействия, строки – состояния.

- таблица выходов – прямоугольная матрица с элементами y_i, равными элементам вектора выходных параметров системы, которыми характеризуется система при ее состояниях a_i.

Процесс составления таблиц состоит их двух проходов программы. На первом проходе обозначаются условия переходов, на втором – заполняются строки таблиц.

3.Поиск эквивалентных состояний и исключение их. Эквивалентные состояния – это такие, после которых система функционирует одинаково при любых входных воздействиях.

4.Кодирование внутренних состояний. Поочередно просматривают столбцы таблицы переходов. Число устойчивых состояний для столбца- g определяет число бит кода для этого столбца: ≥log₂γ

5.Формулировка функций выходов, то есть кодирование таблиц выходов. После стыковки кодированных таблиц переходов и выходов имеем таблицу истинности комбинационной схемы устройства.

6.По таблице истинности с использованием формул алгебры логики, карт Карно или метода Квайна-Мак-Класки строится принципиальная схема.

Модели для системного проектирования.

При проектировании на системном уровне объект проектирования представляет собой совокупность статических элементов - обслуживающих аппаратов и динамических – заявок.

1. Аналитические модели. Y=f(X,Q), где Х – параметры обслуживающих аппаратов, Q - параметры заявок. Такие модели применяются при ограничениях:

- входные потоки заявок

а)стационарны – вероятность поступления заявки не зависит от времени,

б)ординарны – в один момент времени поступает одна заявка,

в) нет последействия – моменты поступления заявок не зависят от поступления других заявок,

- времена обслуживания распределены по нормальному закону,

- дисциплина обслуживания без приоритетов - FIFO.

2. Имитационные модели. Используются следующие модели элементов:

- источник входного потока заявок – алгоритм вычисления моментов появления заявок. Бывают независимые (интервал появления заявки случаен) и зависимые (интервал зависит от синхронизирующей заявки на каком либо входе),

- устройство – алгоритм расчета интервала обслуживания, а также дисциплина обслуживания,

- память – алгоритм определения объема памяти (ресурсов), необходимого для обслуживания заявки, Часто зависит от типа заявки и имеет дисциплину обслуживания,

- узел – элемент для отображения маршрутов продвижения заявок.

7.3 Моделирование в системе имитационного моделирования, модели элементов и систем:

Система имитационного моделирования – это алгоритм упорядоченных обращений к моделям элементов. В процессе моделирования изменяется дискретное время и накапливается статистическая информация об объекте проектирования. Имитация заканчивается по завершении заданного отрезка времени или обработки заданного числа заявок.

В процессе моделирования вычисления производятся только для тех узлов сети, где произошли какие-либо изменения (экономичный подход).

Анализ соответствия модели объекту проектирования производится на основе статистических исследований и основной вид модели – система массового обслуживания - СМО.

Структура системы массового обслуживания - сеть соединенных между собой статических объектов – обслуживающих аппаратов - ОА, по которой перемещаются динамические объекты – заявки. Обслуживающие аппараты характеризуются собственным состоянием (свободен – занят) и состоянием очереди на входе (длина, при наличии нескольких приоритетов – длины одноприоритетных очередей). Заявки описываются статусом (обслуживается, ждет в очереди).

Функционирование СМО, заключающееся в перемещении заявок по сети, описывается последовательностью событий – изменений состояния хотя бы одного статического или динамического объекта, совершающихся мгновенно.

Сети Петри.

Назначение сетей Петри – имитационное моделирование. Вид – двудольный граф, вершины первого типа называются позициями (обозначаются кружком), вершины второго – переходами (обозначаются вертикальной линией). В позициях размещаются маркеры – заявки, чем имитируются очереди на входе ОА. Позиции предназначаются для моделирования времени обслуживания в самом ОА. От позиции к переходу направлены входные дуги. От перехода к позиции направлены выходные дуги. Моделирование процессов заключается в перемещении маркеров по позициям. Алгоритм перемещения маркеров: за одно событие из всех входных позиций одного перехода изымается по одному маркеру (если хоть в одной позиции маркера нет, то событие не совершается), а во все выходные позиции добавляется по одному маркеру.

Свойства сетей Петри:

- ограниченность – конечное число маркеров (заявок),

- безопасность – количество маркеров не менее 1,

- сохраняемость – невозможность возникновения или уничтожения ресурсов (переходов, позиций, ветвей),

- живость – из любого состояния, достижимого их начального, возможен переход в любое другое состояние, достижимое их начального.

Модели и виды моделирования, применяемые на логическом уровне в процедурах анализа и синтеза.

Выделяют три основных вида моделирования на логическом уровне:

- двоичное - выполняется по законам и правилам алгебры логики с двумя возможными состояниями выходов элементов: лог.0 и лог.1 и предназначено лишь для проверки логики установившихся состояний схемы,

- троичное (трехзначное). Кроме «лог.0» и «лог.1» в наборе состояний элемента есть неопределенность – «*», возникающая из-за задержек при работе элементов. Троичное моделирование диагностирует возможные состязания сигналов – разновременный приход сигналов из одного узла по разным путям к сходящемуся узлу и позволяет определить статический риск сбоя (установка в не предусмотренное логикой работы состояние элементов памяти). Риск сбоя есть в том случае, когда при исходных, промежуточных и окончательных значениях вектора входных параметров состояние какого-либо узла схемы описывается вектором (1,*,1) или (0,*,0),

- более точная картина состояний и диагностика динамического риска сбоя получается при использовании более подробных алфавитов: пяти-, семи- и девятизначного, использующих кроме значений «0,1,*» состояния переходов, например, для пятизначного алфавита: D – это переход из 1 в 0 и Е – это переход из 0 в 1. В случаях такого моделирования для определения риска сбоя отслеживаются при исходных, промежуточных и окончательных значениях вектора входных параметров векторы, отличающиеся от правильных последовательностей: (0,Е,1) и (1,D,0).

7.6 Классификация, характеристики и методы синтеза тестов:

Классификация тестов:

- по программной основе:

1 функциональные – проверяют соответствие функционирования устройства заложенным в него принципам,

2 структурные – проверяют схему устройства,

- по цели:

1 проверяющие – определяют исправность устройства,

2 диагностические – локализуют неисправности.

Параметры (характеристики) тестов:

- глубина диагностирования – количество выявляемых тестом неисправностей,

- полнота – отношение количества выявляемых тестом неисправностей к их полному количеству,

- длина – число элементарных проверок в тесте. Неизбыточный тест – такой, из которого нельзя убрать ни одной проверки без уменьшения его глубины.

Методы синтеза тестов:

- структурные – оперируют явно заданным множеством неисправностей,

- абстрактные – оперируют моделью исправной системы.

8.1 Основные задачи проектирования электронных устройств на конструкторском аспекте:

- построение ряда конструктивных элементов, реализующих функцию разрабатываемой аппаратуры,

- преобразование функциональной схемы в электрическую схему соединений выбранных элементов,

- разделение схемы на части, реализуемые в виде отдельных компонентов – компоновка,

- трассировка соединений в отдельных компонентах.

Первые две задачи, как правило, выполняются вручную, а для последних двух наработан достаточно большой материал, позволяющий осуществлять автоматизацию.