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 aij, равными состоянию, в которое система переходит из состояния ai при входном воздействии хj; столбцы – входные воздействия, строки – состояния.
- таблица выходов – прямоугольная матрица с элементами yi, равными элементам вектора выходных параметров системы, которыми характеризуется система при ее состояниях ai.
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.