Метод синтезу цифрових пристроїв за умовами надійності на основі альтернативних форм представлення інформації
Класифікація структурних кодів на основі базових груп. Аналіз показників оцінки потужності підмножин пріоритетів. Характеристика матрично-аналітичного методу синтезу основних шифрів. Метод мінімізації логічних функцій у формі поліномів Ріда-Мюллера.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 15.07.2014 |
| Размер файла | 112,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МОДЕЛЮВАННЯ В ЕНЕРГЕТИЦІ ім. Г.Є.ПУХОВА
Спеціальність 05.13.05 - “Елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування”
УДК 681.3.14/21:519.713
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
АВТОРЕФЕРАТ
МЕТОД СИНТЕЗУ ЦИФРОВИХ ПРИСТРОЇВ ЗА УМОВАМИ НАДІЙНОСТІ НА ОСНОВІ АЛЬТЕРНАТИВНИХ ФОРМ ПРЕДСТАВЛЕННЯ ІНФОРМАЦІЇ
Пантєлєєва Наталія Миколаївна
КИЇВ - 2003
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі загальнотехнічної підготовки Черкаського інституту управління при Черкаської академії менеджменту Асоціації навчальних закладів України недержавної форми власності.
Науковий керівник доктор технічних наук, професор Кочкарьов Юрій Олександрович, Черкаський інститут управління, зав. кафедрою загальнотехнічної підготовки.
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор Додонов Олександр Георгійович, Інститут проблем реєстрації інформації НАН України, заступник директора.
кандидат технічних наук Арістов Василь Васильович, Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України, провідний науковий співробітник.
Провідна установа:
Національний технічний університет України “КПІ” Міністерства науки і освіти України, факультет електроніки, кафедра конструювання та виробництва електронно - обчислювальних засобів, м.Київ.
Захист відбудеться “28” жовтня 2003р. о “14.00” год. на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.185.02 Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України за адресою: 03164, м.Київ, вул. Генерала Наумова,15
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України за адресою: 03164, м.Київ, вул. Генерала Наумова,15
Автореферат розісланий “18” вересня 2003р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради
кандидат технічних наук Е.П. Семагіна.
1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність роботи. Постійне розширення галузі застосування засобів обчислювальної техніки і систем керування, побудова складних систем централізованого та розподіленого керування, в яких цифрові пристрої і системи є їх невід'ємною частиною, збільшення обсягів переданої та обробленої інформації призводять до зростання вимог по забезпеченню надійності. Вирішення даної проблеми можливе завдяки підвищенню надійності елементної бази, введенню різних видів надмірності, оптимізації логічних структур, поліпшенню технічного обслуговування на основі розробки ефективних методів прогнозування. Питання, які пов`язані з вивченням, проектуванням та використанням цифрових елементів, вузлів та пристроїв для засобів обробки інформації, розглядались у роботах В.М. Глушкова, А.Д. Закревського, С.І. Баранова, В.А. Склярова, В.В. Соловйова, Є.П. Угрюмова, П.М. Бибила та ін. Значна частина методів забезпечення надійності засобів обчислювальної техніки ґрунтується на надмірності - апаратній або інформаційній. Аналіз існуючих методів забезпечення надійності на основі штучного введення апаратної надмірності, показав, що більшість з них призводять до погіршення показників швидкодії, складності, енергоспоживання; порушують ітераційність, модульність апаратури та роблять її менш технологічною з точки зору сучасної елементної бази. Можливості забезпечення високого рівня надійності завдяки лише апаратній надмірності на сучасному етапі можна вважати вичерпаними. Разом з тим дослідження альтернативних форм представлення логічних функцій виявило необхідність впровадження їх у практику проектування сучасних логічних структур цифрових пристроїв окремо або спільно з класичним базисом. Значний внесок у вирішення проблеми створення надійних систем керування за допомогою інформаційної надмірності, а саме кодування інформації, зроблено науковцями Дж. Фон Нейманом, К. Шенноном, Дж.Поуєном, С. Виноградовим, М.О. Гавриловим, О.П. Стаховим, Є.І. Брюховічем, Ю.Г. Дадаєвим та ін. Аналіз існуючих кодових систем свідчить, що їх властивості залежать від рівня надмірності. Так, негативним наслідком збільшення надмірності є підвищення інтенсивності потоку помилок, збільшення ймовірності виникнення помилок, зменшення ймовірності їх корекції. Тому перспективним напрямком досліджень є синтез кодів, які були б оптимальні з точки зору рівня надмірності, корегувальних здібностей, швидкості передачі і обробки інформації.
Таким чином, у роботі пропонується новий підхід стосовно вирішення проблеми забезпечення надійності засобів обчислювальної техніки, котрий у даний час недостатньо досліджений та полягає у спільному використанні надмірного кодування інформації і апаратної надмірності схемотехнічної реалізації на основі альтернативних форм представлення логічних функцій.
Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась згідно з планом науково-дослідних робіт Черкаського інституту управління при Черкаській академії менеджменту протягом 1998-2003рр., а також безпосередньо пов`язана з держбюджетною НДР з теми №41 “Дослідження ізоморфізму логічних та кусково-постійних функцій” (номер державної реєстрації 0102U005507) за 2002-2003рр. Результати роботи відображено у звітах з науково-дослідної роботи академії.
Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка методу синтезу цифрових пристроїв, що дозволяє на основі альтернативних форм представлення інформації з урахуванням вимог до основних показників надійності і коефіцієнту інформаційної надмірності забезпечити надійність їх функціонування у системах реального часу. Для досягнення поставленої мети вирішуються такі задачі:
Дослідження арифметичних кодів, що контролюють помилки, з метою узагальнення аналітичних залежностей розрахунку основних характеристик структурних кодів та вибору кодів, які найбільш повно відповідають вимогам створення високонадійних цифрових пристроїв.
Розробка методів і алгоритмів виконання арифметичних операцій, операцій контролю і корекції помилок для визначених структурних кодів; розробка математичних моделей синтезу функціональних вузлів комбінаційного типу на їхній основі.
Розширення класифікації альтернативних форм представлення логічних функцій на основі багатокритеріального аналізу, дослідження ефективності їх використання у логічному синтезі у базисі програмованих логічних матриць.
Розробка методу синтезу високонадійних цифрових пристроїв в альтернативних формах представлення інформації та оцінка основних властивостей надійності синтезованих цифрових пристроїв.
Створення функціональної схеми арифметико-логічного пристрою мікропроцесорної системи на основі запропонованого методу синтезу.
Об'єкт дослідження - цифрові пристрої в системах обробки інформації реального часу.
Предмет дослідження - синтез цифрових пристроїв за умовами надійності на основі альтернативних форм представлення інформації.
Методи дослідження - основні наукові результати і висновки одержані на основі розділів теорії інформації, теорії ймовірності, теорії надійності, методів дискретної математики, теорії стійкого до перешкод кодування, теорії цифрових автоматів, а також методів комп`ютерного моделювання.
Наукова новизна отриманих результатів полягає у наступному:
1. Визначено новий підхід до забезпечення надійності функціонування цифрових елементів і пристроїв, як спільне використання надмірного кодування та апаратної надмірності схемотехнічної реалізації на основі альтернативних форм представлення інформації.
2. Узагальнені аналітичні залежності розрахунку основних характеристик структурних кодів. Вперше запропоновано математичний апарат аналізу структурних кодів на основі базових груп, за допомогою якого проведено класифікацію структурних кодів та визначений новий клас кодів - альтернативні структурні коди. Розроблено новий матрично-аналітичний метод синтезу структурних кодів. Розроблено новий метод корекції інформації на основі реконфігурації альтернативних структурних кодів, який дає змогу виявляти та виправляти помилки в процесі передачі інформації і при виконанні арифметико-логічних операцій. Запропоновано математичні моделі пристроїв передачі, перетворення та обробки інформації, які можуть бути основою синтезу високонадійних і відмовостійких пристроїв.
3. Розроблено метод мінімізації логічних функцій, представлених у вигляді поліномів Ріда-Мюллера (матричний метод міжбазисних переходів). Запропоновано розв`язання класичної задачі мінімізації логічних функцій для альтернативних форм представлення, а саме у формі поліномів Жегалкіна шляхом зведення до розв'язання задачі лінійного програмування.
4. Розширено класифікацію альтернативних форм представлення логічних функцій: запропоновані нові підмножини пріоритетів та їх об'єднання; досліджено ефективність їх використання у логічному синтезі. Уточнений відомий й одержано новий вираз для оцінки площі програмованих логічних матриць при використанні підмножини пріоритетів та їх об'єднань.
5. Розроблено новий метод синтезу високонадійних цифрових пристроїв на основі альтернативних форм представлення інформації, який дозволяє забезпечувати заданий рівень надійності.
Практичне значення отриманих результатів. Запропоновані аналітичні вирази дозволяють здійснювати вибір структурного коду, який найбільш повно відповідає реальним каналам і умовам виникнення помилок; докладно оцінювати ефективність використання структурних кодів для каналів обробки, передачі і збереження інформації з урахуванням статико-динамічного режиму роботи пристрою, що з практичної точки зору дозволить адаптувати форму представлення інформації до існуючої моделі пристрою, елементної бази, технології виробництва та досягти мінімального потоку збоїв і відмов. Запропоновані математичні моделі втілено у синтез комбінаційних схем цифрових пристроїв.
Одержані у роботі результати оцінки потужності підмножини пріоритетів дають можливість обґрунтовувати вибір форми представлення логічних функцій при виконанні логічного синтезу. За допомогою запропонованого методу синтезу за умовами надійності на основі альтернативного представлення інформації розроблено функціональну схему арифметико-логічного пристрою мікропроцесорної системи та проведено її оцінку відносно заданої моделі помилок: імовірність виявлення і виправлення помилок, імовірність безвідмовної роботи з урахуванням середньої ймовірності корекції помилок для каналів передачі/ збереження і обробки інформації та з урахування коефіцієнта надмірності елементної бази.
Отримані результати дисертаційних досліджень, запропоновані математичні моделі, методи, аналітичні вирази та практичні розрахункові результати оцінки основних властивостей надійності можуть бути використані для вирішення задачі забезпечення надійності при проектуванні цифрових пристроїв та спеціалізованих систем керування, систем комунікацій, систем цифрової обробки сигналів, автоматизованих систем керування широкого застосування та ін.
Теоретичні та практичні результати дисертаційної роботи використані та впроваджені в:
Науково-виробничому об'єднанні “Фотоприлад” (м.Черкаси) у дослідних зразках виробів спеціалізованих обчислювачів ТБВ-Ф і ВБВ-Ф, ;
Черкаському державному технологічному університеті на кафедрі комп'ютерних систем у матеріалах лекційного курсу “Організація обчислювальних процесів”;
Черкаському інституті управління на кафедрі загальнотехнічної підготовки у лекційних курсах “Елементна база цифрових пристроїв” та “Мікропроцесорні засоби і системи”, а також при дипломному проектуванні.
Особистий вклад здобувача. У друкованих працях, опублікованих у співавторстві, автору дисертації належать: [1] - огляд існуючих методів і розробка нового методу мінімізації ЛФ у класі поліномів РМФП, програмна реалізація повної множини ЛФ, графічне і табличне представлення результатів критеріального аналізу повної множини ЛФ у класичному і альтернативному базисах; [2] - процедура міжбазисного прямого і зворотного переходу між класичним базисом і РМФП; [4] - рішення задачі мінімізації ЛФ у базисі поліномів Жегалкіна як розв`язання задачі лінійного програмування; [5] - критеріальний аналіз структури множини РМФП; [6] - розрахунок і аналіз границь можливого зменшення площі ПЛМ за рахунок введення альтернативної форми представлення; [7, 13]- оцінка потужності підмножин пріоритетів з урахуванням складності ПЛМ2; [8]-розрахунок і аналіз питомих ваг і границь підмножин пріоритетів у залежності від кількості аргументів та критеріальних оцінок; [9]- дослідження потужності об'єднань підмножин пріоритетів з урахуванням коефіцієнта схемотехнічного ускладнення ПЛМ; [10] -огляд методів синтезу кодів, узагальнені аналітичні залежності розрахунку основних характеристик структурних кодів; [11]-визначення відносного утримування підмножин пріоритетів і таблиць множення; [12] - розрахунок і аналіз зміни потужності підмножин пріоритетів для класичної і альтернативної форм представлення ЛФ; [14] - розрахунок і аналіз бінарних форм представлення ЛФ. Одна стаття [3] висвітлює результати, що отримані здобувачем особисто.
Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідалися і обговорювалися на конференціях, семінарах, радах, у тому числі на: науково-практичних конференціях і семінарах Інституту проблем моделювання в енергетиці НАН України, Київ, 1998-2001р.; п'ятій міжнародній конференції “Advanced Computer Systems”, Szczecin, Poland, November 1998р.; шостій міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини - СИЭТ6-99”, Харків, 1999р.; міжнародних науково-технічних конференціях “Проблеми фізичної і біомедичної електроніки”, НТТУ “КПІ”, Київ, 1998-2003рр.; конкурсі наукових праць, що проводився Ассоціацією навчальних закладів України недержавної форми власності у 2001р. (диплом за ІІІ місце з монографію “Классические и альтернативные минимальные формы логических функций: Каталог-справочник”).
Публікації. Основні положення і результати дисертаційних досліджень викладені в 14 публікаціях, з яких одна монографія; 9 статей у журналах та збірниках наукових праць, що надруковані у виданнях, які входять до переліку фахових; 3 тез доповідей на наукових конференцій. Публікації відповідають вимогам ВАК України.
Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаної літератури, трьох додатків. Загальний обсяг дисертації 253 сторінки. Основний зміст викладений на 163 сторінках, у тому числі на 42 сторінках розміщено: 59 таблиць, 33 рисунки. Список використаної літератури з 119 найменувань. Додатки на 83 сторінках.
2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтована актуальність теми, формулюється мета дослідження і визначаються завдання для її реалізації, показується наукова новизна і практичне значення результатів роботи.
У першому розділі роботи дається огляд сучасного стану і тенденції розвитку елементної бази засобів обчислювальної техніки; огляд методів і засобів забезпечення надійності цифрових елементів та пристроїв, визначено новий підхід до вирішення задачі синтезу надійних цифрових пристроїв, котрий полягає у спільному використанні інформаційної та апаратної надмірностей на основі альтернативних форм представлення інформації.
При аналізі і порівнянні якості цифрових пристроїв, розрахунку надійності, визначенні ймовірності правильності функціонування необхідна кількісна характеристика надійності. Для оцінки основних результатів досліджень визначені показники оцінки якості функціонування цифрових пристроїв. Для оцінки складності систем щодо їх надійності найбільш доцільно використовувати основний показник безвідмовності - імовірність безвідмовної роботи
, (1)
де- загальна кількість вузлів цифрових пристроїв , охоплених контролем і корекцією;
- імовірність безвідмовної роботи безнадлишкового аналогу цифрового пристрою; -коефіцієнт інформаційної надлишковості; - імовірність виникнення помилки переходу одиниці в нуль та нуля в одиницю; - імовірність нуля і одиниці в розряді кодової комбінації; - імовірність виникнення помилки при перехідних процесах; - кількість способів корекції; - кількість способів контролю; - кратність помилок, виявлених способом контролю; - умовна ймовірність виявлення -кратних помилок способом контролю в -ому пристрої; - коефіцієнт корекції -кратних помилок -им способом корекції в -ому пристрої; - повнота корекції -кратних помилок -им способом корекції в -ому пристрої; - коефіцієнт зміни імовірності безвідмовної роботи, враховуючий схемну реалізацію логічних функцій; визначає мінімальну ймовірність.
Для оцінки достовірності функціонування систем доцільно використовувати показник імовірності отримання достовірного результату
(2)
, (3)
де - умовна ймовірність виявлення -кратних непоправних помилок способом контролю в -ому пристрої, яка визначається
, (4)
де - умовна ймовірність виявлення помилок, - умовна ймовірність виправлення помилок.
Розглядаючи цифрові пристрої на рівні структурних схем, будемо оцінювати функціональну повноту і складність через реалізацію ЛФ, використовуючи для цього критеріальні оцінки. Оскільки логічний синтез передбачається виконувати також у базисі ПЛМ, то для оцінки і порівняння функціонального опису, якості мінімізації і складності реалізації використовуються критерії: SL-кількість букв у записі ЛФ; SAD-кількість доданків у записі ЛФ; SSH-кількість шин; SS-габаритна площа і SAC-площа активних елементів ПЛМ1. Для кожного з вищенаведених критеріїв раніше введений відносний показник ефективності форми представлення ЛФ (ФП ЛФ), що являє собою середнє значення ймовірності реалізації ЛФ за обраним критерієм:
(5)
де - кількість ЛФ, реалізованих на ПЛМ, при заданому значенні відповідного критерію; - повна кількість ЛФ заданого числа аргументів n; - максимальне значення обраного критерію для усіх ФП, яке забезпечує реалізацію всіх ЛФ.
Коефіцієнт зміни ймовірності безвідмовної роботи, що враховує схемну реалізацію ЛФ у заданій формі представлення, визначається як
, (5)
де - мінімальна форма ЛФ; - імовірність безвідмовної роботи i-го функціонального елемента; - форма представлення ЛФ; - кількість функціональних елементів, що використовуються для реалізації синтезованої схеми.
На основі обраних показників надійності та достовірності можна здійснювати порівняльний аналіз архітектури цифрових пристроїв.
У другому розділі формуються методики оцінки основних характеристик синтезованих структурних кодів (СК) за аналітичними залежностями; наводиться класифікація СК на основі базових груп; вибирається СК найбільш пристосований для вирішення поставленого завдання; розробляються теоретичні основи синтезу альтернативних СК (АСК); розробляється метод корекції інформації на основі реконфігурації АСК; розробляються математичні моделі процесів виявлення і виправлення помилок при передачі, збереженні і обробки інформації.
На основі проведеного аналізу кодових систем і методів кодування інформації, які забезпечують інформаційну надійність, визначено, що стійкі до перешкод коди, які традиційно використовуються в синтезі, мають недоліки. Тому пропонується для розв`язування наукових задач використовувати структурні коди. Існуюче поняття структурного коду як коду, для усіх комбінацій якого існує правило чергування символів, не дозволяє використовувати єдиний підхід до синтезу і аналізу кодів та пристроїв на їх основі. Тому було запропоновано поняття базової групи, якою називається мінімальний набір комбінацій символів, що допускаються в структурному коді. Тоді структурним кодом (СК) називатимемо код, синтезований на основі принципу чергування груп однойменних символів. Показниками оцінки СК визначені деякі якісні характеристики. Приватні якісні характеристики СК: потужність кодів довжиною n - і кількість одиниць у кодах довжиною n - . Загальні якісні характеристики: функція СК, що визначає алгоритм синтезу СК; потужність n-розрядного коду; кількість одиниць у n- розрядному коді; частка одиниць у розряді коду; кількість нулів у n-розрядному коді; вагозначимість коду.
З урахуванням якісних характеристик СК їх можна класифікувати і розподілити на такі кодові сукупності.
у кожному слові, m1,m2,…,mh - кількість одиничних символів у кожному слові, і при , , тоді:
функція СК визначається як
, (6)
потужність кодів підмножини довжиною n визначається
, (7)
кількість одиниць у кодах довжиною n визначається як
(8)
Запропонований новий матрично-аналітичний метод синтезу СК, на відміну від існуючих, спрощує алгоритм синтезу завдяки зміщенню операції виключення неприпустимих кодових слів та однозначно визначає алгоритм доповнення нових кодових слів до синтезованої кодової послідовності. Основними операціями методу є: вибір вихідної структурної форми, враховуючи вимоги надійності і надмірності; визначення БГ СК; синтез кодових слів початкових значень чисельного ряду; визначення функції коду; аналітичний розрахунок параметрів коду (6-8); визначення вагозначимості коду, розрахунок вагових коефіцієнтів, які визначають алгоритми виконання арифметичних операцій. Серед множини СК визначені групи кодів, які синтезовані на основі послідовного вибору з безнадлишкового двоїчного коду комбінацій символів, що відповідають вимогам БГ і мають однакові функції потужності кодів. Такі коди будемо називати альтернативними структурними кодами (АСК). З точки зору потужності пакетів “1” підмножину кодів АСК можна розглядати як сукупність 1-АСК, 2-АКС, … m-АСК кодів. Перетворення n-АСК у m-АСК, де n і m є натуральними числами при логічному стану входу, визначаються математичною моделлю виходу , де h- порядковий номер входу/виходу:
(9)
Математична модель пристрою виявлення помилок визначається виразом
(10)
Математична модель пристрою виправлення помилок визначається виразом
(11)
Математична модель пристрою перетворення 2-АСК у 3-АСК на підставі (9) визначатиметься виразом
. (12)
Математична модель пристрою- кодеру з виправленням помилок, що перетворить 3-АСК у 2-АСК, при відомому векторі помилок визначається виразом:
. (13)
Дослідження свідчать, що аналогічний відсоток виправлення помилок дає декодер 3-АСК у 2-АСК при наявності сигналу помилки, математична модель якого визначається як
(14)
Запропонований метод корекції інформації в альтернативних структурних кодах (АСК) полягає у виконанні таких операцій: знаходженні непоправних помилок в 2-АКС, перетворенні 2-АСК в 3-АСК, повторному виконанні операції в 3-АСК; декодуванні 3-АСК в 2-АСК з корекцією помилок.
Метод доцільно застосувати при розробці високонадійних засобів ЕОТ на базі структурних кодів (у пристроях передачі й обробки інформації). Розглядається синтез функціональних пристроїв комбіна-ційного типу, а саме загальний алгоритм побудови суматора арифметико-логічного пристрою на основі структурних систем числення та надається схемо-технічне рішення
У третьому розділі розглядаються можливості спільного використання класичної й альтернативних форм представлення логічних функцій. Вважаються альтернативними стосовно класичної форми дві поліноміальні форми: алгебраїчна форма представлення (АФП) у вигляді арифметичного полінома та поліноми Ріда-Мюллера (РМФП) у системі додавання по mod2.
Питання забезпечення надійності пов`язане з розв`язанням задачі оптимізації логічних структур, а саме задачі мінімізації. Проведено огляд методів мінімізації ЛФ, що представлені поліномами по mod2. Пропонується новий метод формування поліномів РМФП із використанням матриць міжбазисних переходів, особливістю якого є використання спеціального РМ-перетворення та процедури одержання поляризованої матриці переходу. Рівняння перетворення у даному випадку має вигляд:
, (15)
де n - кількість аргументів ЛФ; і - номер ЛФ множини L(n); - вектор полінома Ріда- Мюллера відповідно вектору поляризації множини, - процедура перетворення, яка виконується над матрицею переходу для заданого вектора поляризації, - вектор i-й ЛФ от n-аргументів у класичній формі представлення.
Розглядається можливість розв`язання задачі мінімізації ЛФ у формі позитивно поляризованих поліномів Жегалкіна до оптимізаційної задачі лінійного програмування. Задачу можна вирішити, використовуючи канонічне Ф-перетворення кожного аргументу ЛФ, заміною алгебраїчної суми сумуванням по mod2 на основі формул ізоморфізму, приведенням подібних членів і отриманням представлення ЛФ у вигляді поліномів Жегалкіна. Методи використовувалися при програмній реалізації для формування повної множини поліномів Ріда-Мюллера з урахуванням вектора поляризації та критеріальних оцінок. Результати дослідження повної множини поліномів Ріда-Мюллера дозволили виділити окремі класи поліномів з урахуванням довжини кон`юнкції і вектора поляризації, визначити потужність кожного класу та підкласу. Так, зазначені наступні класи поліномів: позитивної полярності (поліноми Жегалкіна), негативної полярності, фіксованої полярності, довільної полярності. Для кожного класу поліномів можливо також зазначити групи рівнозначних та нерівнозначних поліномів. Проведене дослідження РМФП як складової ОФП, а саме: вплив вектора поляризації на структуру множини ЛФ у РМФП; порівняльний аналіз двох форм представлення - КФП і РМФП за критеріями мінімізації. Результати аналізу свідчать, що продуктивність нульового вектору поляризації, якій відповідає поліномам Жегалкіна та нульовій індексній групі, дорівнює 17,89% при n=3 і 8% при n=4. Продуктивність одиничної індексної групи, де можливе використання однієї змінної в інверсному вигляді, дорівнює 40,63% при n=4. Таким чином, використання поліномів Ріда-Мюллера в синтезі логічних структур повинно здійснюватись з урахуванням вектору поляризації.
Виконана класифікація, яка визначила такі класи альтернативних ФП: унарні, бінарні та тернарні. До класу унарних належать ФП - КФП, АФП та РМФП, які є повними і дозволяють реалізовувати повну множину ЛФ. До класу тернарніх належить ОФП, яка об'єднує усі унарні ФП з попередньою оптимізацією по визначеним критеріям. У роботі особлива увага приділяється бінарним ФП: алгебро-класичній (БАКФП), алгебро-Ріда-Мюллерівській (БАРМФП), Ріда-Мюллерівсько-класичній (БРМКФП). Також до бінарних ФП віднесені форми, в яких тільки одна ФП є повною: бінарна безінверторна класична ФП з АФП (БИКАФП= БИКФП+ АФП); бінарна безінверторна класична ФП із РМФП (БИКРМФП= БИКФП+ РМФП); бінарна безсуматорна АФП із класичною ФП (БСАКФП= БСАФП+ КФП); бінарна безсуматорна АФП з РМФП (БСАРМФП). Сутність дослідження полягає у визначенні найкращої форми представлення ЛФ з погляду забезпечення мінімальних значень для показників складності реалізації. Проведений розрахунок ефективності усіх форм представлення та їх об'єднань доданий у табл.1.
Досліджена динаміка зміни потужності підмножин пріоритетів тернарної ОФП у залежності від росту кількості аргументів і вихідного розподілу потужності підмножин пріоритетів унарних АФП, КФП і РМФП (табл.2). Результати порівняльних розрахунків повних множин ЛФ (n=3,4) табл.1,2 свідчать, що класи бінарних форм за більшістю критеріїв мають перевагу і можуть розглядатись як рівноправні поряд з унарними формами. Аналіз ефективності форм представлення і потужності підмножин пріоритетів свідчить про те, що динаміка зміни потужності підмножин пріоритетів класичної форми має явно убуваючий характер зі збільшенням n, відносна потужність підмножини складає більш, ніж 95% та забезпечує дійсний мінімум площі (показники SS і SАС) у більшості випадків.
Таблиця 1
|
Форма |
Крітеріальні показники ефективності і потужність підмножин приоритетів |
||||||||||
|
N=3 |
N=4 |
||||||||||
|
SAD |
SS |
SAC |
KLASIC % |
ALTER% |
SAD |
SS |
SAC |
KLASIC % |
ALTER% |
||
|
КФП |
0,74 |
0,45 |
0,53 |
- |
- |
0,74 |
0,49 |
0,50 |
- |
- |
|
|
АФП |
0,69 |
0,67 |
0,85 |
- |
- |
0,64 |
0,65 |
0,77 |
- |
- |
|
|
РМФП |
0,70 |
0,68 |
0,85 |
- |
- |
0,66 |
0,66 |
0,76 |
- |
- |
|
|
БАКФП |
0,839 |
0,672 |
0,839 |
28,52 |
71,48 |
0,644 |
0,62 |
0,74 |
1,53 |
98,47 |
|
|
БРМКФП |
0,844 |
0,694 |
0,844 |
31,25 |
68,75 |
0,746 |
0,538 |
0,561 |
3,98 |
96,02 |
|
|
БАРМФП |
0,871 |
0,702 |
0,871 |
- |
100 |
0,682 |
0,657 |
0,766 |
- |
100 |
|
|
БИКАФП |
0,661 |
0,672 |
0,84 |
28,52 |
71,48 |
0,645 |
0,622 |
0,738 |
3,27 |
96,73 |
|
|
БИКРМФП |
0,682 |
0,695 |
0,844 |
31,64 |
68,36 |
0,659 |
0,635 |
0,727 |
4,13 |
95,87 |
|
|
БСАКФП |
0,716 |
0,492 |
0,584 |
62,89 |
37,11 |
0,742 |
0,479 |
0,484 |
95,20 |
4,80 |
|
|
БСАRMФП |
0,678 |
0,673 |
0,867 |
- |
100 |
0,66 |
0,636 |
0,729 |
- |
100 |
Таблиця 2
|
N |
Підмножини пріоритетів множини за критерієм SS |
|||||||
|
С- |
А- |
R- |
СА- |
CR- |
AR- |
CAR- |
||
|
5 |
0,0015 |
0,3151 |
0,3895 |
0,0048 |
0 |
0,2763 |
0,0130 |
|
|
6 |
0,0023 |
0,2573 |
0,4496 |
0,0085 |
0 |
0,2579 |
0,0120 |
|
|
… |
||||||||
|
12 |
0,0009 |
0,1926 |
0,5628 |
0,0051 |
0 |
0,2187 |
0,0072 |
|
|
13 |
0,0009 |
0,1909 |
0,5663 |
0,0051 |
0 |
0,2175 |
0,0070 |
|
|
14 |
0,0009 |
0,1897 |
0,5686 |
0,0050 |
0 |
0,2167 |
0,0070 |
У четвертому розділі розроблено метод синтезу цифрових пристроїв за умовами надійності, практична реалізація методу синтезу розглядається на прикладі арифметико-логічного пристрою мікропроцесорної системи, для якого проведена повна оцінка імовірності безвідмовної роботи; проведено порівняльну оцінку зміни ймовірності виникнення помилок при використанні структурних кодів для каналів передачі, прийому й обробки інформації, ймовірності виявлення і виправлення помилок структурними кодами; оцінка площі програмувальних логічних матриць з урахуванням введеної надмірності при використанні альтернативних форм представлення логічних функцій. потужність структурний код поліном
Узагальнені результати досліджень формалізовані у методі синтезу цифрових пристроїв за умовами надійності в альтернативних формах представлення інформації, що дозволяє одержати схемотехнічну реалізацію пристроїв необхідного рівня надійності (рис.3), який включає:
визначення вимог щодо надійності, які визначаються існуючою схемотехнікою реалізації, рівнем інтеграції елементів на кристалі, складністю пристрою та ін.;
вибір базової групи структурного коду, тому що саме БГ і синтезований на її основі код впливають на зміну (зменшення) ймовірності виникнення помилок за рахунок зменшення кількості перехідних процесів;
синтез і аналіз СК, визначення основних і окремих характеристик коду за допомогою матрично-аналітичного методу синтезу;
побудова математичної моделі помилок на основі БГ коду, яка відповідає СК і його здібностям щодо виявлення і корегування помилок;
зіставлення моделі помилок з реальними помилками обраної елементної бази і технології її виробництва;
визначення помилок СК, що виявляються і корегуються;
визначення ймовірності виникнення помилок СК, що виявляються і корегуються;
розрахунок статико-динамічного режиму роботи пристрою, визначення коефіцієнта ймовірності виникнення помилки при реалізації синтезованої структурної системи числення;
перевірку відповідності отриманих результатів вимогам надійності;
побудову математичних моделей цифрових пристроїв, що реалізовані обраною структурною системою числення: перетворювачів кодів, суматорів, лічильників, пристроїв виявлення помилок, кодерів з виправленням помилок та ін.;
аналіз отриманих математичних моделей з погляду оптимальної реалізації у базисі альтернативних форм представлення логічних функцій;
синтез цифрових схем на ПЛМ за оцінками ефективності підмножин пріоритетів логічних функцій;
повний розрахунок надійності та ймовірності безвідмовної роботи пристрою, що синтезується.
Запропоновано варіант синтезу АЛУ мікропроцесорної системи в альтернативних структурних кодах з реконфігурацією інформації, що дозволяє підвищити надійність прийому, обробки і видачі результатів арифметико-логічних операцій. Основними блоками розглянутого АЛУ мікропроцесорної системи є: блок прийому інформації із системної шини контролю і корекції помилки; АЛУ, що самоконтролюється і контролює помилки; блок видачі результату виконання операцій у системну шину, що забезпечує повторну видачу коду при виявленні помилки у прийомній стороні.
Проведені дослідження виявили, що найбільш ефективним для синтезу цифрових пристроїв є використання альтернативних структурних кодів (АСК). Для оцінки ефективності застосування СК визначено відношення ймовірностей виникнення помилок у них до ймовірності виникнення помилок у двійковому беззбитковому коді:
, (18)
де - імовірність безвідмовної роботи безнадлишкового аналогу цифрового пристрою; - коефіцієнт інформаційної надлишковості; - імовірність виникнення помилки переходу одиниці в нуль та нуля в одиницю; - імовірність нуля і одиниці в розряді кодової комбінації. Імовірність виникнення помилки в розряді коду залежить також від зміни статико-динамічного режиму пристрою. З урахуванням цього відношення ймовірності виникнення помилок у двійковому беззбитковому коді дорівнює
, (19)
де - імовірність виникнення помилки при перехідних процесах.
Для аналізу було обрано чотири СК заданих БГ. Для кожної БГ було синтезовано код і визначені його якісні характеристики. В якості традиційних кодів обрані: беззбитковий двійковий код, беззбитковий двійковий код з контролем на парність і арифметичний код на основі модуля 5. Для каналів обробки інформації відношення ймовірності виникнення помилки в СК і ймовірності виникнення помилок у двійковому беззбитковому коді, з урахуванням статико-динамічного режиму роботи пристроїв обробки, визначається як
(20)
Результати розрахунків свідчать про те, що застосування СК у каналах передачі, зберігання і обробки інформації призводить до зменшення ймовірності виникнення помилок. Так, наприклад, при значенні ймовірності виникнення помилки 0,3 для переходу пристрою з “0” в “1” і при значенні ймовірності виникнення помилки у момент переключення логічного елемента 0,99 відносна ймовірність виникнення помилки дорівнює 0,04-0,05. Для каналів обробки інформації за тих самих умов відносна ймовірність виникнення помилки дорівнює 0,07-0,1. Запропоновані математичні вирази кількісної оцінки моделі помилок для означених СК, кількісних характеристик властивостей СК щодо виявлення і корегування помилок. Проведена оцінка змін імовірності виникнення помилок з урахуванням відшукувальних аналітичних здібностей альтернативних структурних кодів та їхнього впливу на узагальнену ймовірність безвідмовної роботи цифрових пристроїв. Отримані аналітичні залежності дозволяють підібрати оптимальний СК, який найбільш повно відповідає реальним фізичним каналам і умовам виникнення помилок. З практичної точки зору, це дозволяє адаптувати форму представлення інформації під існуючу модель пристрою, елементну базу і технологію виробництва, що дозволить значною мірою досягти мінімального значення потоку збоїв і відмов.
Впровадження альтернативних ФП ЛФ вимагає оцінки схемотехнічного ускладнення реалізації логічних структур. Для оцінки відносного схемного ускладнення елементів об'єднання кон`юнкцій введено коефіцієнт , котрий можна розглядати як коефіцієнт схемної надмірності відповідно до кожної з альтернативних форм. Для оцінки змін площі ПЛМ уведений коефіцієнт , якій є відношенням площ ПЛМ2, котрі займані відповідно елементами додавання кон`юнкцій у альтернативної і класичній формах представлення. Розрахункові результати аналізу множини ЛФ з точки зору оцінки впливу збільшення коефіцієнту і збільшення кількості аргументів n на площу ПЛМ і потужність підмножин пріоритетів свідчать, що, наприклад, для n=32 і <=15 більше половини всієї множини ЛФ доцільно реалізовувати в альтернативних формах, що, в свою чергу, приводить до зменшення площі ПЛМ1. Використання унарної КФП для реалізації пристроїв за допомогою ПЛМ забезпечує мінімальність площини ПЛМ менш ніж на 10%.
ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі розглянуто проблему забезпечення надійності функціонування цифрових пристроїв і систем керування. Основну увагу приділено розробці методу синтезу цифрових пристроїв за умовами надійності на основі альтернативних форм представлення інформації, розвитку методів синтезу надлишкових кодів та аналізу їх властивостей щодо виявлення і виправлення помилок, розвитку методів мінімізації і можливості використання альтернативних форм представлення логічних функцій. До основних результатів роботи відноситься наступне.
На підставі огляду існуючих кодових систем, що забезпечують надійність, визначений клас структурних кодів, які надають можливість створювати адаптивну відмовостійку систему керування реального часу, що характеризується високою ефективністю і простотою корекції збоїв і відмов у момент їх виникнення. Структурні коди дають можливість проектування систем з високим рівнем надійності ії функціонування, що ґрунтується на здібності кодів до виявлення і виправлення помилок, простоті виконання арифметичних операцій. Для проведення аналізу множини структурних кодів визначені основні і окремі характеристики кодів та введене поняття базової групи.
Проведено класифікацію структурних кодів, виділено і визначено основні кодові сукупності, аналітичні залежності розрахунку якісних і кількісних показників структурних кодів.
Розроблено новий матрично-аналітичний метод синтезу структурних кодів на основі базової групи, який дозволяє отримати нові, раніше не досліджені коди, що мають нові вагарні ряди і меншу інформаційну надмірність. Особливістю методу є вибір початкової структурної форми з урахування вимог надійності і надмірності, аналітичний розрахунок усіх характеристик коду. У методі використовується спеціально розроблений математичний апарат перевірки приналежності структурних кодів до структурних систем числення за типом базової групи та визначення рекурентної залежності рядів вагових коефіцієнтів, що дозволяє на етапі вибору форми представлення інформації оцінити принципові можливості виконання арифметичних операцій.
Виділено новий клас структурних кодів, названий альтернативними структурними кодами; запропоновані математичні моделі, таблиці істинності виконання операцій і варіанти схемотехнічних рішень кодоперетворювачів, пристроїв виявлення і корекції помилок в альтернативних структурних кодах, які дозволять на етапі синтезу оцінити складність реалізації пристроїв і їх надійність.
Розроблено новий метод корекції інформації, представленої альтернативними структурним кодами, на основі реконфігурації, що дозволяє виявляти і виправляти помилки у процесі передачі інформації і виконання арифметико-логічних операцій для визначених структурних кодів. В основу методу покладені основні методи підвищення надійності: інформаційна надмірність, виявлення помилок, тимчасове резервування, маскування відмов, декодування з виправленням помилок.
Знайшов подальший розвиток підхід застосування у проектуванні цифрових пристроїв альтернативних форм представлення логічних функцій. Розширено класифікацію форм представлення логічних функцій завдяки запропонованим бінарним формам представлення, які можуть бути рівноправними відносно класичної форми і унарних: арифметичної і Ріда-Мюллеровської. Вперше досліджені структури підмножин бінарних форм. Наведені результати вказують, що потужність альтернативних бінарних підмножин зі зростанням кількості аргументів збільшується і для n=4 складає більш 95%. Динаміка зміни потужності підмножин пріоритетів при збільшенні кількості аргументів свідчить, що використання класичної форми представлення має явно убуваючий характер і підтверджує необхідність практичного впровадження альтернативних форм представлення.
Розроблено метод мінімізації для форми представлення у вигляді поліномів Ріда-Мюллера. Особливістю методу є використання спеціальної процедури перетворення для поляризованої матриці, результатом якої є побудова таблиці коефіцієнтів зсуву, що дозволяє побудувати матрицю переходу для будь-якого n і вектору поляризації. Досліджено вплив вектора поляризації на структуру підмножини пріоритетів поліномів Ріда-Мюллера, який підтвердив необхідність спільного використання різних векторів поляризації з метою забезпечення ефективності використання форми представлення.
Запропоновано розв`язання класичної задачі мінімізації логічних функцій для поліномів Жегалкіна шляхом зведення її до задачі лінійного програмування, де цільова функція і система обмежень відповідають заданому критерію мінімізації.
Розвинуто методику оцінки площі програмованих логічних матриць при використанні альтернативних форм представлення логічних функцій у синтезі цифрових пристроїв, а саме запропонована оцінка збільшення площі ПЛМ2 у відповідності до зменшення площі ПЛМ1. Визначено граничну величину схемотехнічного ускладнення (надмірності), потужність альтернативних підмножин, коли використання альтеративних форм є доцільним і забезпечує економію площі ПЛМ.
Усі результати попередніх досліджень покладені в основу розробки нового методу синтезу цифрових пристроїв за умовами надійності в альтернативних формах представлення інформації.
Суть методу полягає в наступному: отримання структурних кодів на основі базової групи; розрахунок їх характеристик; синтез математичних моделей пристроїв; вибір логічного базису схемотехнічної реалізації; оцінка надійності пристроїв, що синтезуються. Центральними процедурами методу є вибір базової групи і синтез структурних кодів на її основі, вибір форми представлення логічних функцій, оцінка надійності. Реалізація методу дозволяє розширити кількість форм представлення інформації для створення гнучкої відмовостійкої системи керування, яка має реконфігуровану інформаційну структуру та здатність адаптуватись до розв'язуваних задач і моделі помилок.
Практична реалізація запропонованого методу синтезу цифрових пристроїв показана на прикладі синтезу арифметико-логічного пристрою мікропроцесорної системи, для якого: розроблено функціональну схему; визначено залежності для оцінки ймовірності виникнення помилок при використанні структурних кодів, що враховують статико-динамічний режим роботи цифрових пристроїв; проведено оцінку ймовірності безвідмовної роботи з урахуванням змін статико-динамічного режиму роботи логічних елементів, виявляючих і корегуючих здібностей альтернативних структурних кодів; проведено оптимізацію структури програмувальної логічної матриці.
Ефективність запропонованого методу синтезу цифрових пристроїв обґрунтована результатами теоретичних розрахунків синтезованого АЛУ, що показали можливість підвищення ймовірності безвідмовної роботи схемотехнічної реалізації до 25% та були підтверджені результатами попередніх іспитів дослідного зразка спеціалізованого обчислювача на НВК “Фотоприлад”.
СПИСОК ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
Кочкарев Ю.А., Казаринова Н.Л., Пантелеева Н.Н. Классические и альтернативные минимальные формы логических функций: Каталог- справочник. Монография / Институт проблем моделирования в энергетике им. Г.Е. Пухова, Черкасский институт управления.- Черкассы, 1999.- 195с.- ISBN 966-95730-0-9.
Кочкарев Ю.А., Пантелеева Н.Н., Казаринова Н.Л. Взаимные преобразования классических и альтернативных представлений комбинационных схем цифровых автоматов //Сб.науч.трудов НАН Украины; Институт проблем моделирования в энергетике им. Г.Е. Пухова.- Львов.-1998.- В.3.- С.94-99.
Пантелеева Н.Н. Анализ структуры множества логических функций в полиномиальном представлении //Сб.науч.трудов НАН Украины; Институт проблем моделирования в энергетике им. Г.Е. Пухова.- Черкассы: ЧИУ, 1998.-В.6.- С.94-99.
Кочкарев Ю.А., Пантелеева Н.Н., Казаринова Н.Л. Минимизация логических функций как задача линейного программирования // УСиМ.- 1999.-№4.- С.7-12.
Кочкарев Ю.А., Пантелеева Н.Н., Казаринова Н.Л. Альтернативные модели биомолекулярных вычислений на основе изоморфизма логических и кусочно-постоянных функций // Электроника и связь.-1999.- Т.1, №6.- С.217-221.
Кочкарев Ю.А., Казаринова Н.Л., Пантелеева Н.Н. Минимизация площади ПЛМ на основе оптимизированной формы цифровых автоматов // Электроника и связь.- 2000.-Т.2, №8.- С.282-286.
Кочкарев Ю.А., Пантелеева Н.Н. Множества приоритетов и оценка их мощности с учетом сложности ПЛМ2 // Сб.науч.трудов НАН Украины; Институт проблем моделирования в энергетике им. Г.Е. Пухова.- 2000.-В.5.- С.34-41.
Кочкарев Ю.А., Пантелеева Н.Н. Динамика изменения мощности подмножеств логических функций, перспективных для альтернативных реализаций // Электроника и связь.- 2001.-№11. - С.81-86.
Кочкарев Ю.А., Пантелеева Н.Н., Казаринова Н.Л. Оптимизация структуры цифровых устройств с помощью объединения классических и неклассических форм // Электроника и связь.- 2002.-№14. - С.106-108.
Рудницький В.Н., Пантелеева Н.Н. Исследование методов синтеза структурних кодов // Электроника и связь.- 2003.-№18. - С.62-64.
Кочкарев Ю.А., Казаринова Н.Л., Пантелеева Н.Н. Априорное определение оптимальной формы представления логических функций // Збірник наукових праць “Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини”: Спец. випуск журналу “Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах”. - К.: ФАДА, ЛТД. -1999.- В.6.-С.429-432
Kochkarev J.A., Panteleyva N.N., Kazarinova N.L. Minimization of logic function in the optimized form of representation // Advanced computer systems (ASC'98).- Szczecin (Poland).- 1998.- Р.567-568.
Кочкарев Ю.А., Пантелеева Н.Н. Уточнение границ множества приоритетов с учетом сложности ПЛМ2 // Тезисы ХХ научно-технической конференции “Моделирование”, Институт проблем моделирования в энергетике им. Г.Е. Пухова.- К., 2000.- С.8.
Кочкарев Ю.А., Пантелеева Н.Н., Шакун С.А. К вопросу оптимизации структуры программируемых логических матриц // Электроника и связь.- 2003.-№18. - С.155-157.
АНОТАЦІЇ
Пантєлєєва Наталія Миколаївна. МЕТОД СИНТЕЗУ ЦИФРОВИХ ПРИСТРОЇВ ЗА УМОВАМИ НАДІЙНОСТІ НА ОСНОВІ АЛЬТЕРНАТИВНИХ ФОРМ ПРЕДСТАВЛЕННЯ ІНФОРМАЦІЇ. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 - “Елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування”.- Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України, Київ, 2003.
Дисертаційна робота присвячена розробці методу синтезу цифрових пристроїв за умовами надійності на основі альтернативних форм представлення інформації, який забезпечить надійність функціонування цифрових пристроїв у системах реального часу.
Запропоновано: поняття базової групи; класифікацію структурних кодів на основі базових груп; альтернативні структурні коди; характеристики для оцінки властивостей структурних кодів; поняття підмножини пріоритетів; показники оцінки потужності підмножин пріоритетів; класифікацію альтернативних форм представлення логічних функцій на основі підмножин пріоритетів.
Розроблено: матрично-аналітичний метод синтезу структурних кодів; математичний апарат розрахунку характеристичних оцінок структурних кодів і визначення систем обчислення; метод перетворення, контролю і корекції інформації в альтернативних структурних кодах; алгоритм виявлення і виправлення помилок при реконфігурації інформації; метод мінімізації логічних функцій у формі поліномів Ріда-Мюллера; розв`язання класичної задачі мінімізації логічних функцій у формі поліномів Жегалкіна шляхом зведення її до задачі лінійного програмування; метод синтезу цифрових пристроїв за умовами надійності; функціональна схема арифметико-логічного пристрою мікропроцесорної системи, як практична реалізація запропонованого методу.
Центральними процедурами методу синтезу цифрових пристроїв за умовам надійності є: вибір базової групи і синтез структурних кодів на її основі та вибір форми представлення логічних функцій. Реалізація методу дозволяє розширити кількість форм представлення інформації для створення гнучкої відмовостійкої системи керування, яка має реконфігуровану інформаційну структуру, здатність адаптації до розв'язуваних задач і моделі помилок.
Ефективність запропонованого методу синтезу цифрових пристроїв обґрунтована результатами теоретичних розрахунків, що показали можливість підвищення ймовірності безвідмовної роботи схемотехнічної реалізації до 25%. Теоретичні розрахунки були підтверджені результатами попередніх іспитів дослідного зразка спеціалізованого обчислювача на НВК “Фотоприлад” (м.Черкаси).
Ключові слова: надійність, імовірність безвідмовної роботи, системи обчислення, форми представлення інформації, синтез кодів, логічний синтез, контроль інформації, корекція інформації, математичні моделі пристроїв, програмувальні логічні матриці.
Panteleeva N. M. THE METHOD OF A DIGITAL DEVICE SYNTHESIS UNDER RELIABILITY CONDITIONS ON THE BASIS OF ALTERNATIVE FORMS OF INFORMATION PRESENTATION. - Manuscript.
Thesis on receiving Ph.D. scientific degree on speciality 05.13.05 - Elements and devices of computer hardware and control systems. - G.E. Puhov's Institute of modeling problems in power engineering, National Academy of Science of Ukraine, Kyev, 2003.
The thesis is devoted to the problems of studying and development of digital devices synthesis method on the basis of alternative forms of information presentation to provide reliability of digital devices functioning in real time systems.
The following has been offered: basic group notion, classification of structural codes on the basis of basic groups, alternative structural codes, characteristics to evaluate structural codes properties, priority subset notion, priority subset power evaluation indicators, classification of alternative presentation forms of logical functions on the basis of priorities' subset.
Array- analytical method of structural codes synthesis; mathematical support of calculation of structural codes characteristics evaluation and determination of calculation systems; method of transformation control and correction of information in alternative structural codes; algorithm to discover and correct mistakes in reconfiguration of information; minimization method of logical functions in Reed- Muller polynomials' form; solving classic task minimization in Zhegalkin polynomials' form by way of entering to the linear programming problem; synthesis method of digital devices on reliability condition; function circuit of arithmetic & logical device microprocessor system as a practical realization of the proposed method have been developed.
Подобные документы
Розробка та дослідження алгоритмів і програм кодування даних з виявленням помилок на основі циклічних CRC-кодів. Аналіз циклічних кодів. Розробка та тестування програмних модулів. Розрахунок економічних показників. Вирішення питань охорони праці.
дипломная работа [5,4 M], добавлен 22.06.2010Характеристика особливостей мікроконтролерів AVR сімейства Mega: пам'ять даних на основі РПЗПЕС, можливість захисту від читання і модифікації пам'яті програм. Аналіз проблем побудови цифрових пристроїв на МК та ПЛІС. Розгляд портів введення-виведення.
курсовая работа [4,0 M], добавлен 05.12.2014Виконання сумісної мінімізації функцій. Операторні представлення для реалізації системи функцій на програмувальних логічних матрицях в канонічних формах алгебри Буля, Жегалкіна, Пірса і Шеффера. Склад пристроїв. Етапи проектування і терміни їх виконання.
контрольная работа [622,1 K], добавлен 07.08.2013Системи автоматичного керування. Описання методу стикування розв'язків на основі теореми по n-інтервалів. Застосування методу динамічного програмування (рівняння Р. Белмана). Моделювання задачі синтезу та аналізу на електронній обчислювальній машині.
контрольная работа [632,5 K], добавлен 31.03.2014Аналіз основних операцій спецпроцесора обробки криптографічної інформації, його синтез у модулярній системі числення та дослідження математичної моделі надійності. Виведення аналітичних співвідношень для оцінки ефективності принципу кільцевого зсуву.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 15.10.2013Таблиця істинності логічних функцій пристрою, який необхідно синтезувати. Отримання логічних функцій пристрою та їх мінімізація за допомогою діаграм Вейча. Побудова та аналіз структурної схеми пристрою в програмі AFDK з логічними елементами до 3-х входів.
курсовая работа [320,4 K], добавлен 03.05.2015Системи обробки даних: класифікація обчислювальних комплексів і систем за потоками команд і потоками даних. Метод відображення алгоритму в ярусно-паралельній формі. Компонентно-ієрархічний підхід до розробки ПООСІК. Вибір елементної бази для синтезу.
лекция [4,1 M], добавлен 20.03.2011Синтез логічних пристроїв з великою кількістю виходами. Особливості побудови реальних логічних пристроїв. Використання логічних елементів: що мають надлишкове число або недостатню кількість входів. Подання й мінімізація функції за допомогою карт Карно.
лекция [95,3 K], добавлен 13.04.2008Класифікація та характеристики пристроїв відображення інформації. Структура електронно-променевої трубки (ЕПТ), газорозрядної комірки та електролюмінесцентної панелі. Стандартизація пристроїв відображення на ЕПТ. Структура алфавітно-цифрових дисплеїв.
реферат [2,6 M], добавлен 14.04.2010Мова VHDL. Створення проекту для моделювання цифрових і аналогових схем. Синтез і моделювання комбінаційних пристроїв, заданих в табличній формі, за допомогою системи Active-HDL 6.1. Створення ієрархічних структур при проектуванні складних пристроїв.
реферат [287,3 K], добавлен 14.02.2009
