- •Электронное конструирование эвм Основы компоновки и расчета параметров конструкций
- •Введение
- •Глава 1. Тенденции развития средств вт
- •1.1. Поколения средств вт и их связь со степенью интеграции и уровнем развития микроэлектронной технологии.
- •1.2. Классификация функциональной структуры средств вт. Уровни компоновки и конструкции.
- •Глава 2. Основные компоновочные параметры логической схемы и конструкции
- •2.1. Общая характеристика компоновочных параметров.
- •2.2. Функциональный объем и степень интеграции.
- •2.3. Число внешних контактов.
- •2.4. Соотношение между числом входных и числом выходных внешних контактов.
- •2.5. Число каскадов элементов в логической схеме.
- •2.6. Нагрузочная способность логических цепей.
- •2.7. Индексация компоновочных параметров по уровням.
- •Глава 3. Соотношения взаимосвязи компоновочных параметров в логической схеме устройства эвм
- •3.1. Исходные соотношения. Правило Рента.
- •3.2. Системные аналитические соотношения.
- •3.2.1. Компоновочная модель логической схемы устройства. Описание модели, параметры и частные соотношения.
- •3.2.2. Методика анализа логических цепей
- •3.2.3. Системные соотношения статической модели. А. Базовое системное соотношение.
- •Б. Системное соотношение с измененным основным аргументом.
- •3.2.4. Системные соотношения динамической модели.
- •Глава 4. Основы компоновки элементов в логических схемах и особенности применения системных соотношений
- •4.1. Методы компоновки элементов в логической схеме
- •4.2. Базовый критерий компоновки
- •4.3. Принципы, критерии и законы системной взаимосвязи при матричных (классических) методах компоновки элементов
- •4.4. Сводная система соотношений, используемая для расчета компоновочных параметров элементов и устройств эвм при матричных (классических) методах компоновки
- •А. Базовые соотношения системной взаимосвязи:
- •Б. Частные соотношения системной взаимосвязи:
- •В. Формулы перевода характеристик структурного элемента в характеристики, выраженные в элэ:
- •Глава 5. Правила определения значений производных компоновочных параметров логической схемы
- •5.1. Правило определения числа логических цепей
- •5.2. Правило определения числа логических связей
- •5.3. Правило определения среднего числа связей в цепи
- •Глава 6. Коммутационные элементы многоуровневых конструкций устройств эвм и методы расчета их параметров
- •6.1. Характеристика основных положений по конструкции
- •6.2. Методика расчета средней длины связи
- •6.3. Правила расчета средней длины логической цепи и суммарной длины связей
- •6.4. Правила расчета плотности связей и трасс
- •6.5. Методика расчета трассировочной способности и числа логических слоев
- •Глава 7. Системное быстродействие элементов и устройств эвм и методика расчета его параметров
- •7.1. Параметры системного быстродействия
- •7.2. Методика расчета параметров системного быстродействия
- •Глава 8. Примеры практических расчетов компоновочных параметров логических схем и конструкций
- •8.1. Пример расчета основных компоновочных параметров логической схемы обрабатывающего устройства эвм
- •8.2. Пример расчета производных компоновочных параметров логических схем обрабатывающего устройства эвм
- •8.3. Пример расчета средней длины связи и средней длины логической цепи в конструкциях коммутационных элементов обрабатывающих устройств эвм
- •Продолжение таблицы 8.4.
- •8.4. Пример расчета суммарной длины связей и плотности трасс в конструкциях коммутационных элементов устройств эвм
- •Продолжение таблицы 8.5.
- •8.5. Пример расчета трассировочной способности и слойности коммутационных элементов устройств эвм
- •Продолжение 1 таблицы 8.6
- •Продолжение 2 таблицы 8.6
- •8.6. Пример расчета параметров системного быстродействия элементов и устройств эвм
- •Продолжение таблицы 8.9
- •Заключение
- •Литература
- •Содержание
- •Глава 1. Тенденции развития средств вт 5
- •Глава 2. Основные компоновочные параметры логической схемы и конструкции 10
4.2. Базовый критерий компоновки
Данный критерий устанавливает формальное взаимное соответствие (взаимосвязь, зависимость) между параметром Ki, характеризующим уровень схемной завершенности устройства, и функциональным объемом Mi на всем диапазоне интеграции от N = 1 до Nmax, независимо от методов и принципов компоновки элементов в схеме.
В основу разработки этого критерия положен принцип, согласно которому увеличение числа входных и числа выходных внешних контактов в устройстве при увеличении его функционального объема (степени интеграции) происходит не пропорционально между собой, а имеет место замедление одного по отношению к другому (“принцип непропорциональности”).
С ростом степени интеграции устройства “темпы” увеличения числа его входных внешних контактов снижаются по сравнению с “темпами” увеличения числа его выходных внешних контактов. В конечном итоге, при достижении функциональной законченности (функциональной завершенности) устройства, а значит и достижения его максимальной степени интеграции, т.е. Nmax, это приводит к примерному равенству абсолютных значений числа входных и числа выходных внешних контактов в этом устройстве. Это положение может характеризовать отношение между числом входных и выходных внешних контактов как стремящееся к 1 или примерно равное 1.
Если считать, что максимальная степень интеграции устройства соответствует его функциональной законченности и, следовательно, завершенности процессов преобразования и обработки, после которых следует процесс обмена информацией между устройствами, то граничное условие Kmin = 1 устанавливает как бы водораздел между процессом обработки информации в устройстве, где Ki > 1, и процессом обмена информацией между устройствами ЭВМ, где Ki = 1.
Используемый в рассматриваемом критерии “принцип непропорциональности” позволяет установить границы изменения параметра Ki и соответствующие им значения степени интеграции устройства на каждом уровне компоновки. Так, например, на начальном 0-м уровне компоновки при использовании 3-х входового ЭЛЭ минимальному значению интеграции элемента, т.е. Nmin = M0 = 1, соответствует максимальное значение параметра Ki, равное Kmax = K0 = 3. На последнем i-м уровне компоновки максимальному значению степени интеграции устройства, т.е. Nmax = Mimax, соответствует минимальное значение параметра Ki, составляющее Kimin = Kmin = 1. Это означает, что диапазон возможного изменения значения параметра Ki, напр., при использовании 3-х входового ЭЛЭ, составляет от K0 = 3 до Ki = 1.
Примечание
Изменение степени интеграции устройства от N0 = 1 до Nmax можно также интерпретировать изменением исходного числа входов ЭЛЭ от mвх0 до 1 как результат “действия” компоновочного фактора. Изменяющееся в процессе компоновки исходное число входов ЭЛЭ целесообразно характеризовать понятием “компоновочное число входов ЭЛЭ”, обозначив его как (mвх0)i. Учитывая, что в ЭЛЭ, принятом за “нулевой” базис, число выходов всегда равно 1, то начальное условие характеризуется равенством K0 = mвх0, а согласно используемому “принципу непропорциональности” для случая максимальной степени интеграции устройства имеет место равенство Kimin = (mвх0)imin = 1. Это обстоятельство позволяет рассматривать изменение параметра Ki как адекватное по отношению к изменению “компоновочного числа входов ЭЛЭ” во всем диапазоне изменения степени интеграции устройства.
Суть данного критерия заключается в том, что изменение параметра Ki (в пределах установленных границ) можно рассматривать как пропорционально убывающее с ростом степени интеграции устройства от N0 = 1 до Ni = Nmax, при этом зависимость выражается линейной функцией (в системе координат с логарифмическим масштабом). Графически такая зависимость (взаимосвязь) показана на рис. 4.1, аналитический вид которой характеризуется соотношением:
или . (4.1) (4.2)
а) б)
Рис. 4.1. Графическое представление базового критерия компоновки элементов в логической схеме устройства а) в общем виде; б) с переходом на другой уровень компоновки (i=1,2,3)
Здесь необходимо отметить следующее. Как видно из соотношений (4.1 и 4.2), описывающих рассматриваемый критерий, важное значение при практическом его использовании имеет информация по оценке значения максимального функционального объема проектируемого устройства. Он изначально должен быть известен (или задан), поскольку для разных типов устройств эти значения могут существенно отличаться друг от друга. С использованием БИС и СБИС значение Nmax в устройствах ЭВМ может составлять 50 – 100 тысяч и более ЭЛЭ. Поэтому более достоверная оценка максимальной степени интеграции обрабатывающего устройства, подлежащего компоновке, позволяет точнее определять значение параметра Ki для отдельных устройств на соответствующих уровнях компоновки и точнее определять как число внешних контактов, так и значения других параметров логической схемы на каждом уровне компоновки и по всему устройству в целом.