Основи автоматизації та проектування Рівні творчої діяльності Відкриття Теоретичне обгрунтування Експериментальне підтвердження Винаходи Винахід – це новерішення технічної задачі, яке має суттєві відмінності від відомих рішень, яке дає позитивнтй, по відношенню з існуючими, яке може бути здійснено. Характерезує: Новина Корисність Здійсненість Об’єкт винаходу – спосіб, пристрій, речовина. Проектування – це процес виготовлення документації. Це використання технічної інф. І уявлення для визначення структури системи, яка здатна виконувати задані ф-ції з найбільшою ефективністю та економічністю. Особливості задачі САПР. 1.Широта знань математики 2.Складання задач САПР Еврістичний алгоритм – дозволяє розв’язати задачу за сприятливий час. 3.Проектування – ітераційний процес
Рис.1 Вимоги до САПР високопродуктивність модульна побудова інтерактивний режим роботи контроль на вихідних операціях СИСТЕМНИЙ ЕТАП Системний етап – розглядаються структура системи її здатність забезпечити задану продуктивність. Обернена задача – по заданій продуктивності визначити необхідну структуру. Структура системи – це основні функціональні блоки системи, що з’єднані ШД і ШУ. Визначення вимог 1) складність - наявність різнорідних складових - кількість елементів - кількість ф-цій що виконуються 2) зміст системи проектування - формування вимог (час проектування, складність проектування) - перетворення вимог в характеристики - моделювання системи 3) об’єкти ситемного проектування - універсальні системи - спеціалізовані системи 4) універсальні системи - реалізує наближене коло формалізуємих задач Задачі нової моделі - використання нових досягнень технології (НВІС) - усунення недоліків - розширення кола функцій - підвищена продуктивність - підвищена ефективність проектування 5) спеціалізовані системи - вбудовані системи, контролери - прискорювач обчислень - системи підвищеної надійності Вимоги до спеціальних комп’ютерів - висока продуктивність на обмеженній кількості спеціальних функцій - висока продуктивність розробки розроблення 2. Перетворення вимог. Х-ки складності: 1) висока продуктивність комп’ютера 2) скорочення терміну проектування - апаратна А - часова L - програмна Р - структурна S - місткісна М - часова складність V=1/T – продуктивність Більшість способів зменшення часової складності збігається з способом зменшення програмної складності. 3. Моделюванняпродуктивної Системи Масового Обслуговування (СМО) зметою визначення оптиізації проектування.
Рис.2 Тсер = 1/ - інтенсивність обслуговуваннязаявки Тсрз = 1/ - середнє обслуговування однієї заявки Дані моделювання: 1. Довжина черги – середня і максимальна 2. Середній час перебування заявки в черзі 3. Час роботи приладу, час простою 4. Кількість заявок, що пройшли без черги Системне проектування Визначення вимог. Перетворення вимог в характристики складності. Моделювання СМО (Системи Масового Обслуговування) з метою організації проектування. 1. Система – множина взаємозв’язаних елементів. Комп’ютерні системи – складні системи за такими ознаками: наявність різнорідних складових (апаратна, програмна) кількість функцій, що виконуються. Вимоги до системи проектування: а) складність; б) зміст системи проектування: формування вимог; перетворення вимог в характеристики складності; моделювання системи; в) об’єкти системного проектування: універсальні системи; спеціалізовані системи; г) універсальні системи; Реалізує необмежене коло формалізованих задач. Задачі нової моделі: використання нових технологій НВІС; усунення недоліків попередньої моделі; розширення кола функцій; підвищення продуктивності; підвищення продуктивності проектування; д) спеціалізовані системи: вбудовані системи, контролери; прискорювачі обчислень; системи підвищення надійності; Вимоги до спеціалізованих комп’ютерів: висока продуктивність на обмеженій кількості спеціальних функцій; висока продуктивність розроблення; 2. - висока продуктивність комп’ютера; - скорочення терміна проектування;
Характеристики складності: апаратна, часова, програмна, структурна, місткісна. Часова складність: . Продуктивність: . Більшість способів зменшення часової складності збігається зі способами зменшення програмної складності. 3. СМО (Система Масового Обслуговування):
- інтенсивність вхідного потока; - середній час між двома заявками; - інтенсивність обслуговування заявок; - сер. обслуговування однієї заявки. Дані моделювання: а) довжина черги сер. і макс. б) сер. час перебування заявки в черзі. в) час роботи приладу, час простою. г) кількість заявок, що пройшли без черги. Системне проектування Задачі. Способи моделювання. Метод Монте-Карло (1974 р.) Імітаційний експеримент. Мови моделювання. 1.Дослідження СМО - досягнення максимальної продуктивності при заданому об’ємі обладнання. - мінімізувати об’єм обладнання, якщо задана продуктивність.
Рис.3 2. Способи моделювання Модель – це уявний образ реального об’єкта. Способи моделювання: - фізичне моделювання (макети вузлів) - аналітичне моделювання – основане на використанні випадкових закономірностей. - імітаційне моделювання.
Закон рідких подій:
Pa – ймовірність того, що в певний час буде певна кількість заявок. - вхідний потік (рис.2) а – математичне очікування (спостереження) , що в заданий час буде а транзакцій. a- ще є і дисперсією:
Рис.4 При великих а крива Пуасона вироджується в розподіл Гауса - імітаційний спосіб: береться якийсь параметр і досліджуються характеристики цього параметру. 1-ша модель функція затримка 2-а модель затримка 3. Монте – Карло 3 основні операції: - Знаходження випадклвих залежностей і детермінованих величин - Моделювання за допомогою генератора випадкових чисел (псевдовипадкових) - Обробкарезультатів моделювання (аналіз). Генератор випадкових чисел
Рис.5 Білий шум – частотна характеристика від 0 – до на одному і тому ж самому рівні. Псевдовипадкові числа мають всі характ. випадкових чисел крім однієї – можна передбачити наступне псевдовипадкове число. Генератор фон Неймана Метод середніх квадратів
Залишковий генератор:
Імітаційний Експеримент (ІЕ) СМО методом Монте-Карло
Рис.6 ГПВЧ – генератор псевдовипадкових чисел Псевдовипадкові числа і випадкові числа мають однакові х-ки (дисперсія...) Крім одної – не знаємо яке воно приймає значення в наступний момент часу. Задача ІЕ Визначити затримку динамічного об’єкту системи (транзакта) при проходженні системи.
Рис.7 П-прилад Ч-черга Початкові дані(вихідні): 1.Середній час генерації заявки на обслуговування Тсер 2. Тсер1 Тсер2 Тсер... – середні часи обслуговування заявки 3.Т0 – час роботи системи 4. Р – імовірність транзакції в напрямку результату Результати: Інформація про черги. Час роботи кожного приладу. Синтез моделі Задача – загальноцільова система моделювання GPSS - general-purpose simulation system(универсальная система моделирования)
Транзакт: Номер транзакта; Час майбутньої події. Номер блока, в якому знаходиться транзакт. Номер блока, в який прямує транзакт. Рівень пріоритету. ФУНКЦІОНАЛЬНО – ЛОГІЧНЕ ПРОЕКТУВАННЯ Функціональний – виконання задач використовуючи функціональні схеми і часові діаграми та діаграми станів. 1.Задача ФЛП.
Рис.8 2. математичний апарат 3.схеми, які використовуються: - функціональні - часові діаграми - логічні схеми 4. метод дослідження - імітаційний експеримент - натурний експеримент Засоби моделювання комп’ютерної системи на рівні регістрових передач Моделювання вручну. Мови опису моделювання. Мова DDL. Мікропрограма для попередньої схеми с1
с2
с3
с4
с5
с6
с7
с8
с9
с10
Розгляд DDL Часовий аналіз роботи пристрою на мові DDL. Таблиця. Часовий лічильник аналізу до попередньої схеми CL m e m AV m e m RD R E D W R I T E IR RF0 RF
OP D S1 S2
1 2 3 4
0000 0 0 0 0 0 0 0 0 85 - - - -
0001 1 0 1 0 0 0 0 0 86 - - - -
0010 0 1 1 0 1 2 3 1 86 5 2 0
0011 1 0 1 0 1 2 3 1 86 5 2 3
0100 1 0 1 0 0 0 0 0 87 - - - -
Аналіз роботи схеми Види несправностей Статичні несправності: постійний 0 постійна 1 перемичка Динамічні несправності – за рахунок гонок (або змагання Formula 1, Off Road…) Гонки: 1.Сигнали управління 2.Сигнали управління і даних 3.Сигналів даних Гонки сигналів управління - Статичний ризик збою
Рис.9 - Динамічний ризик збою
Рис.10 - Гонки сигналів управління
Рис.11 Синхронізація конвеєра першого рівня Дані випереджують сигнали управління Гонки сигналів даних Багаторозрядний сумувач
Рис.12 Перехід до доповняльного коду потребує додаткового обладнання. Умова винекнення гонок:
Фізичний зміст:
Рис.13 Дві схеми виявлення несправностей: з апаратною надлишковістю з часовою надлишковістю Апаратне резервування:
Рис.14 Переваги: -менша апаратна складність Недолік: контроль арифметичних операцій по залишкам Виявлення несправностей 1. Схема з часовою надлишковістю 1) Надлишковість апаратури робота та контроль на функціональних кодах
Критерії ефективності 1.Тестова повнота 2.Імовірність виявлення несправностей 3.Ефективність тестових наборів При формуванні тестів використовують: 1.наростаючий код 0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
.. .... .. ...
2.Біжуча 1 0 0 0 1
0 0 1 0
0 1 0 0
1 0 0 0
3. Біжучий 0 1 1 1 0
1 1 0 1
1 0 1 1
0 1 1 1
4.Шаховий код 0 1 0 1
1 0 1 0
0 1 0 1
1 0 1 0
Ітераційний спосіб
Рис.20 F – кількість несправностей Si – схема з і –тою несправністю І – тестовий набір Алгоритмічний спосіб D-алгоритм Імплікація D-прохід D-повернення D – місце несправності Додаток дофункціонально – логічного проектування Мережі Петрі C=(P,T,O,I) де Р – множина позицій Т – множ. переходів О – відображена множина позицій Р в множині позицій Т (Р ->T) І – відображена множина переходів в множину позицій (Т->Р) Фішкес
Рис.21 O(P1)={t1}, O(P2)={t2}, O(P3)={t2, t3} Такий метод дозволяє побудувати матричний опис. І(Р1)={}, I(P2)={t1, t2}, I(P3)={t2, t3}
Потужності САПР визначається – загальний шлях розв’язування рівн. На етапі проектування, диф. рівн. перетворюються в лінійні алгебраїчні рівняння. 0 – Рунге-Кутта 1 – метод Ейлера 2 – метод скінчених різниць 3 – Гальоркіна ( 4 – метод сіток КОНСТРУКТОРСЬКИЙ ЕТАП 1. Мови конструкторського проектування – це мови високого рівня 2. Математичний апарат. 3. Комбінаторика. Структура. 3.1 Компонування вузлів 3.2 Розташування елементів 3.3 Трасування 3.3.1 Складання списку з’єднань 3.3.2 Розподілення з’єднань по шарах 3.3.3 Встановлення черги 3.3.4 Трасування К-сть операцій для розв’язання задачі (3.1):
Дерево Прима:
Рис.29 Дерево Штейнера:
Рис.30 Хвильовий алгоритм розповсюдження хвилі проеладення шляху Алгоритм лівого або правого краю(канальне).
Рис.31
Рис.32 m – складність n – к-сть відтрасованих з’єднань
