XIV Міжнародна наукова інтернет-конференція ADVANCED TECHNOLOGIES OF SCIENCE AND EDUCATION

Русский English




Научные конференции Наукові конференції

Татолов Е. Р., Иртлач И.М. ОБЩАЯ ТЕОРИЯ, ЗАДАЧИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ

Студент, Татолов Евгений Робертович

Донецкий Национальный Технический Университет;

Студентка, Иртлач Инна Михайловна

Автомобильно-Дорожный Институт Донецкого Национального Технического Университета (АДИ ДонНТУ)

ОБЩАЯ ТЕОРИЯ, ЗАДАЧИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ

         Даже самые сложные преобразования цифровой информации в конечном счете сводятся к простейшим операциям над логическими переменными: 0 и 1. Такие операции реализуются логическими элементами в соответствии с формулами алгебры логики [1]. Логические элементы представляют лишь небольшую часть устройств, выполняющих обработку и преобразование двоичных сигналов. В общем случае устройства, оперирующие с двоичной информацией, подразделяются на два больших класса: комбинационные логические схемы (дискретные автоматы без памяти) и последовательностные логические схемы (дискретные автоматы с памятью) [2].

Процесс проектирования логических схем - это последовательность этапов синтеза и анализа. На этапе синтеза осуществляется проектирование схемы, реализующей заданный закон функционирования. В связи с тем, что формальные методы синтеза применимы только при известной идеализации элементов схемы, а во многих случаях могут быть использованы только интуитивные методы, этап синтеза должен завершаться этапом анализа (логического моделирования), когда на основе описания спроектированной схемы воспроизводится закон ее функционирования [3].

         Логическое моделирование заключается в построении математической модели исследуемого устройства - системы соотношений, описывающей поведение этого устройства с заданной точностью, и последующем анализе поведения этой модели по ее реакции на входные воздействия [4].

         Как удачно указано в [5], логическое моделирование представляет собой процедуру реализации работы логической схемы с помощью ЭВМ. Цель логического моделирования состоит в том, чтобы выполнить функцию проектируемой схемы без ее физической реализации; в случаях, когда какие-либо изменения схемы после ее изготовления сделать нелегко (например, в СБИС), логическое моделирование оказывается эффективным инструментом для проверки правильности или верификации проекта.

         С помощью моделирования решаются следующие задачи [4]:

•1.     Проверка правильности логического функционирования схемы;

•2.     Проверка временных характеристик схемы;

•3.     Анализ состязаний сигналов и рисков сбоя.

К характеристикам алгоритмов моделирования относятся:

•1.     Точность;

•2.     Быстродействие.

В некоторых литературных источниках [4] выделяется еще одна характеристика алгоритмов моделирования: объем оперативной и внешней памяти, который они требуют для своего корректного функционирования. Однако, эта характеристика имеет незначительную ценность в условиях современных запоминающих устройств, емкость которых непрерывно возрастает и достигает колоссальных величин.

Формально говоря, под точностью моделирования понимается степень соответствия результатов моделирования истинному поведению исследуемой схемы. Особую сложность в данном контексте вызывает моделирование последовательностных схем в связи с неопределенностью начальных состояний и состязаний между сигналами. Еще труднее адекватно моделировать переходные процессы, однако для большинства важных задач это и не требуется: достаточно правильно вычислять установившиеся значения сигналов [4].

Адекватность является важнейшей характеристикой алгоритмов моделирования и определяется в зависимости от целей моделирования. В случае моделирования на уровне логических элементов, задача оказывается достаточно простой, если требуется определить только логические значения. Однако, если моделирование осуществляется с точностью до формы сигнала, то необходимы более подробные сведения о форме сигнала вплоть до времен задержек элементов. При этом усложняются модели элементов и процедура обработки [5].

Точность моделирования зависит от [4]:

•1.     принятых моделей цифровых устройств,

•2.     принятых моделей элементов,

•3.     принятых моделей сигналов,

•4.     выбранного способа учета временных соотношений между сигналами.

Обработка при логическом моделировании происходит со скоростью, которая существенно ниже скорости обработки на реальных элементах. Обработка в аппаратуре осуществляется параллельно, в то время как в подавляющем большинстве методов моделирования она происходит последовательно [5]. Наиболее быстрыми являются алгоритмы двоичного моделирования без учета задержек, где реальный порядок срабатывания элементов не принимается во внимание. Существенно ниже быстродействие алгоритмов двоичного моделирования с учетом задержек элементов. Быстродействие алгоритмов, принимающих во внимание не только номинальные задержки элементов, но и их разброс, еще ниже [4].

Для увеличения быстродействия моделирования применяются наиболее современные технологии параллельной и распределенной обработки. В частности, Ю.В. Ладыженским и Ю.В. Поповым была предложена Web-ориентированная распределенная система моделирования логических элементов [6].

         В заключение следует отметить, что выбор метода моделирования заключается в нахождении компромисса между требуемой скоростью моделирования схем и степенью детальности получаемых выходных данных.

Литература:

•1.     Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - СПб.: БХВ-Петербург, 2007. - 800 с.: ил.

•2.     Зельдин Е.А. Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1986. - 280 с.: ил.

•3.     Проектирование цифровых вычислительных машин / Майоров С.А., Новиков Г.И., Немолочнов О.Ф. и др.; Под ред. С.А. Майорова. - М.:Высшая школа, 1972. - 344 с., ил.

•4.     Автоматизированное проектирование цифровых устройств / Бадулин С.С., Барнаулов В.А., Бердышев В.А. и др.; Под ред. С.С. Бадулина. - М.:Радио и связь, 1981. - 240 с., ил.

•5.     Киносита К., Асада К., Карацу О. Логическое проектирование СБИС: Пер. с япон. - М.:Мир, 1988. - 309 с., ил.

•6.     www.sim.1024.info

e-mail: tatolov@bk.ru


Залиште коментар!

Дозволено використання тегів:
<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <code> <em> <i> <strike> <strong>