Особенности вычислительных систем, как объектов моделирования

В теории и практике автоматизированного проектирования цифровых вычислительных систем логическое моделирование работы их функциональных узлов занимает особое место, что вытекает из необходимости предсказания реального поведения гипотетических элементов, узлов, устройств вычислительных систем уже на ранних этапах проектирования. Это дает возможность значительно сократить общие сроки проектирования и повысить качество проекта. Современные вычислительные системы построены на логических элементах, содержащих в качестве основных компонентов полупроводниковые транзисторы и диоды. Эти компоненты работают в ключевом режиме открыт-закрыт. Анализ элементов может быть проведен с необходимой точностью с помощью методов расчета электрических цепей. Однако для оценки поведения цифровых устройств в большинстве случаев оказывается достаточным моделирование их на логическом уровне, когда оценивается только тот факт, что выход всего устройства или отдельного его элемента имеет высокий или низкий потенциал, что соответствует, например, логическим значениям «0» или «1». На данном уровне моделирования различные переходные состояния, расположенные между двумя основными логическими состояниями, зачастую не рассматриваются. Это ограничение на число состояний вызвано соображениями экономии времени моделирования и не являются принципиально необходимым. Состояние сложной структуры в каждый момент времени характеризуется множеством состояний ее логических элементов.

Главная задача логического моделирования (анализа) – оценка качества предлагаемого варианта функциональной схемы цифрового устройства. Эта оценка может быть многоступенчатой.

Под логическим моделированием подразумевается имитация на ЭВМ работы функциональной схемы в смысле продвижения информации, представленной в виде логических значений «0» и «1», от входа схемы к ее выходу. Процесс логического моделирования состоит: в подаче на вход функциональной схемы некоторого входного воздействия (слова), представляющего собой значений выходов всех ее элементов и получении таким образом реакции схемы, соответствующей поданному входному воздействию.

Логическая модель цифрового устройства представляет собой систему булевых выражений, описывающих все логические операции, которые должна реализовать его функциональная схема.

Исходными данными для моделирования являются функциональная схема устройства или система логических уравнений непосредственных связей (для двоичного структурного алфавита – система булевых уравнений, где переменная выражена в виде числа, обозначающего выходной узел логического элемента), временные диаграммы, иллюстрирующего требуемый закон функционирования при различных комбинациях входных сигналов, система проверочных тестов.

Далее с помощью соответствующих программ проводится моделирование функциональной схемы на ЭВМ и проверка ее на соответствие требуемому закону функционирования. Для обработки каждого из типов элементов схемы имеется своя моделирующая подпрограмма.

Если результаты проверки оказываются неудовлетворительными, то осуществляется корректировка функциональной схемы и процесс моделирования повторяется снова. С целью уменьшения количества избыточной информации на этапе логического моделирования и на этапе выходного контроля готовых изделий осуществляется минимизация проверочных тестов.

В результате логического моделирования составляется таблица преобразованных на ЭВМ уравнений непосредственных связей с учетом ограничений, накладываемых на выбранную элементную базу, и строятся условные временные диаграммы.

Одним из наиболее распространенных языков имитационного моделирования сложных систем является универсальный язык GPSS, который хорошо приспособлен для исследования цифровых вычислительных систем. описываемых с применением аппарата теории массового обслуживания.

Моделирование вычислительной системы можно осуществлять на уровне алгоритмов ее функционирования, на уровне детализации системы в виде процессоров запоминающих и периферийных устройств, переключательных сетей, а также на уровне описания операций. Языковая система GPSS удобна для оценки надежности технических систем, применима для определения характеристик систем управления с ЭВМ, различных систем массового обслуживания.

Основные задачи имитационного моделирования вычислительных систем:

Проверка возможности обеспечения вычислительной системой заданной конфигурации определенных потребностей по передаче и обработке сообщений (потребности формулируются в виде некоторого критерия оптимизации и ограничений);

Определение чувствительности вычислительной системы к изменению характеристик ее устройств и оптимальной конфигурации системы;

Определение характеристик загрузки оборудования и процесса обслуживания заявок, а также параметров очередей [1, с.212-214, 310].

Молчанов А.А. Моделирование и проектирование сложных систем. К.: Выща школа, 1988. – 359с.)

Дата добавления: 2014-01-06