Самостоятельные и контрольные работы по информатике
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голоса)

Автоматизация моделирования дискретных устройств

Цель моделирования: определить функцию и характеристику спроектированного устройства.

Исходные данные: модель дискретного устройства и набор тестов, на которые проверяется функционирование дискретного устройства.

Результат: значение сигналов на выходах схемы и в цепях в процессе реакции схемы на тесты.

Логическое моделирование – это построение математической модели устройства (система отношений, описывающая поведение устройства с заданной точностью) и последующий анализ поведения модели.

Моделирование рассматривается как процесс автоматизации эксперимента с проектируемыми устройствами. Математическая модель характеризуется степенью точности – адекватностью (степень соответствия результатов моделирования к истинному поведению устройства). Желательно получить модель с наибольшей адекватностью. Повышение адекватности модели приводит к усложнению модели, следовательно повышаются затраты оперативной памяти для такой модели и время обработки возрастает.

Цели эксперимента:

1) проверка правильности функционирования устройства;

2) сравнение различных вариантов реализации устройства по заданным критериям;

3) исследование временных соотношений при функционировании устройства;

4) проверка устойчивости схемы к разбросам параметров;

5) проверка качества контролируемых тестов и анализ диагностических свойств схемы.

На точность модели влияет уровень представления дискретного устройства.

Существуют следующие уровни представления дискретных устройств:

1) системотехнический уровень (устройство представляется в виде структурной схемы; задача моделирования на данном уровне – проверка алгоритма, определение ограничений на параметры устройства).

2) уровень системы команд (соответствует операционная схема; производится проверка на реализацию функций устройства; основными элементами являются команды).

3) уровень межрегистровых передач (операционная схема устройства с большей степенью детализации; основные операции : сдвиг, пересылка).

4) функционально-логический уровень (соответствует логическая схема).

5) схемотехнический уровень (схема электрическая принципиальная; кроме дискретных сигналов могут использоваться непрерывные).

Модели сигналов.

1) двоичная модель;

{0 , 1} - можно задавать только два значения 0 или 1.

2) троичное моделирование;

{0 , 1, x} – x-неопределенное значение.

3) девятизначное моделирование;

{0 , 1 , x, E, E , F, F , G, G}, где F – сигнал статического риска, G – сигнал динамического риска.

4) пятизначное моделирование;

Это наиболее часто используемое моделирование. {0 , 1 , x, E, E}.

5) четырехзначное моделирование;

{0 , 1, x, z}, где z – третье состояние.

6) шестизначное моделирование; {0 , 1 , x, z, E, E}.

Сходимость моделирования – это обеспечение завершения моделирования при устойчивом состоянии схемы.

В связи с тем, что логические сигналы являются грубым аналогом электрических сигналов, задача обеспечения сходимости является сложной.

Способы обеспечения сходимости:

1) определение устойчивости состояния сигнала;

2) определение устойчивости состояния схемы;

3) ограничение времени моделирования;

4) ограничение на число изменений сигнала в цепях или на выходах схемы.

Модели элементов.

Модель дискретного устройства представляет собой модели элементов и связи между ними.

Требования к модели:

1) обеспечение требуемой адекватности;

2) минимальный объем памяти;

3) максимальное быстродействие обработки модели.

Модели:

1) граф (автоматная модель);

2) таблица;

Таблица представляет собой перечень входных и внутренних состояний и соответствующие им выходные и последующие внутренние состояния.

3) система функций;

4) модель на процедурно – инструментальном языке программирования;

5) модель на основе спецификации;

6) модель на основе спец языков;

Для различных уровней описания дискретного устройства существуют различные языки:

1) системный : GPSS;

2) межрегистровых передач : CDL;

3) командный : IPS;

4) логический;

5) описание элемента построенного на БИС : VHDL.

В настоящее время процесс создания модели и их отладки является очень трудоемким, так как модели на спец языках значительно упрощают этот процесс, то, несмотря на их малое быстродействие, используются именно они.

Модели дискретных устройств.

Модель дискретного устройства представляет собой описание структуры устройства.

Модели ДУ классифицируются:

1) по уровням представления описания;

2) по способам организации вычислительного процесса.

По уровням:

1) одноуровневая модель;

Сводится фактически к описанию соединений. Основной частью модели является перечень связей между элементами, т. е. модели элементов фактически отсутствуют. Функция элемента настолько проста, что нет смысла создавать модель. Эта модель используется в основном для схем построенных с помощью логических элементов.

2) двухуровневая модель;

Функции элементов описываются отдельными моделями элементов. В данном случае описание связей, как и в одноуровневой модели. Описание уровней соответствует описанию моделей элементов. Такой подход позволяет описать и выполнять моделирование со сложными функциями. Применим и до уровня БИС, т. е. современных дискретных устройств.

3) многоуровневая модель;

Используется тогда, если для учета всех особенностей элемента дискретного устройства одного уровня описания недостаточно. Для получения более адекватной модели необходимо описывать элемент на более низком уровне.

В основном используется двухуровневая модель дискретных устройств.

По способам организации вычислительного процесса:

1) интерпретативная модель;

Выполняется специальной программой (интерпретатором). Модель дискретного устройства представляет собой набор данных, которая классифицирует связи элементов и набор данных.

2) компилятивная модель;

При создании компилятивной модели описание ДУ преобразуется в процедуру, в которой процесс моделирования выполняется макросами. Схема отображается в виде параметров макроса.

Компилятивная модель имеет большее быстродействие, но недостатками является высокая трудоемкость создания макросов и большое количество требуемой памяти.

Создание модели дискретного устройства.

Этапы:

1) создание описания ДУ;

2) трансляция;

3) создание элементов ДУ;

4) создание тестов;

5) моделирование ДУ;

6) анализ результатов моделирования.

Описание ДУ содержит:

1) перечень элементов;

2) перечень внешних контактов;

3) описание цепей.

Модель ДУ содержит:

1) таблица элементов (номер элемента, тип, функция);

2) таблица внешних контактов (имя внешнего контакта, тип, цепь);

3) список цепей (номер цепи, контакты).

Методы моделирования дискретных устройств.

Классификация:

1) по моделям сигналов:

а) двухзначные;

б) трехзначные;

в) девятизначные;

г) пятизначные;

д) четырехзначные;

е) шестизначные;

2) по способу учета задержек элемента:

а) моделирование без задержек;

б) моделирование с учетом задержек элемента;

3) по способу выбора шага моделирования:

а) синхронное (шаг моделирования постоянный);

б) асинхронное (шаг моделирования переменный и зависит от времени изменения сигнала);

4) по способу выбора элементов для моделирования :

а) несобытийное (в каждом такте моделирования все элементы моделируются);

б) событийное (на каждом шаге определенное множество элементов рассматривается, элементы которые требуют моделирования).

Синхронное моделирование.

Алгоритм синхронного моделирования:

1) загрузка модуля в оперативную память;

2) выделение памяти для массивов;

3) предыдущее значение сигнала в цепи задается значением x;

4) если есть установочный набор тестов, то он считывается и формируется начальное значение сигналов на входах схем;

5) проверка условия завершения моделирования, переход к п.10;

6) выполняется моделирование элементов;

7) значения сигналов цепей выводится в файл временных диаграмм;

8) произвольный переход по рабочему массиву на следующий такт;

9) считывание определенного тестового набора и переход к п.5;

10) завершение моделирования.

Недостаток данного метода: тяжело реализовать моделирование схем, в которых большой разброс задержек элементов.

Преимущество: простота реализации.

Асинхронное моделирование.

Задержка элементов задается в единицах времени.

Моделирование содержит :

1) массив значений сигнала в цепях;

2) массив активных элементов;

3) таблица событий.

Алгоритм асинхронного моделирования:

1) проверяется условие моделирования, если цель выполняется, то переход к пункту 9;

2) если первый такт моделирования, то в массив активных элементов записываются номера всех элементов;

3) новые значения сигнала в цепях объявляются текущими;

4) из таблицы событий выбирается событие с минимальным временем;

5) текущее время моделирования устанавливается равное минимуму;

6) новые значения сигналов в цепях изменить в соответствии с выбранным событием;

7) определить множество цепей, в которых происходит изменение сигнала;

8) элементы, входы которых связаны с выбранными цепями, записываются в массив активных элементов;

9) выполняется моделирование элементов;

10) новые значения записываются в файл временных диаграмм;

11) считывается очередной входной набор, в соответствии с временем его формирования переход к п.1.

Недостаток данного метода: более сложная реализация.

Преимущество: в процессе моделирования моделируются только активные элементы.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

По темам:

История Украины

Культурология

Высшая математика

Информатика

Охотоведение

Статистика

География

Военная наука

Английский язык

Генетика

Разное

Технологиеские темы

Украинский язык

Филология

Философия

Химия

Экология

Социология

Физическое воспитание

Растениевосдство

Педагогика

История

Психология

Религиоведение

Плодоводство

Экономические темы

Бухгалтерские темы

Маркетинг

Иностранные языки

Ветеринарная медицина

Технические темы

Землеустройство

Медицинские темы

Творчество

Лесное и парковое хозяйство

Агрономия

Преподавателям

Юридические темы

Google