книги из ГПНТБ / Ландау И.Я. Применение ЦВМ для проектирования ЦВМ
.pdf
Применение ЦВМ для проектирования ЦВМ
в « Э Н Е Р Г И Я » • МОСКВА • 1974
■' у
ш , |
2 £ 5 3 ч |
л и |
|
Ландау И. Я.
Л 22 Применение ЦВМ для проектирования ЦВМ. М., «Энергия», 1974.
152 с. с ил.
Книга посвящ ена |
вопросам |
практического |
построения автоматизиро |
|||
ванной систем ы проектирования |
ЦВМ (А С П ). |
В |
ней рассм атриваю тся |
|||
работы , |
выполняемые на различных этапах проектирования ЦВМ |
и опи |
||||
сы ваю тся |
методы выполнения этих работ с помощью маш ины . О сновное |
|||||
внимание |
уделяется при |
этом систем ном у подходу |
к автоматизации |
проек |
||
тирования, т. е . выполнению с помощью машины ряда последовательны х
этапов |
проектирования, |
заканчиваю щ ихся вы пуском производственной |
||||
докум ентации. |
|
|
|
|
||
|
Книга м ож ет быть |
полезна |
инж енерам и |
аспирантам , работаю |
||
щим в |
области |
проектирования ЦВМ |
и разработки |
А С П . |
||
„ |
30502-266 |
|
|
|
|
|
Л |
051|01)-74 |
207'74 |
|
|
6Ф7 |
|
©Издательство «Энергия», 1974 г.
Л А Н Д А У И Г О Р Ь Я К О В Л Е В И Ч
Применение ЦВМ для проектирования ЦВМ
Редактор Е. А. Ш м е л е в |
|
|
||
Редактор издательства |
Н. Г. Д а в ы д о в а |
|
|
|
Технический редактор |
О. Д. К у з н е ц о в а |
|
|
|
Корректор А. К. |
У л е г о в а |
|
|
|
• |
|
|
|
|
Сдано в набор 23/XI |
1973 г. |
Подписано к печати 24/VII |
1974 г. |
Т-12867 |
Формат 84х Юв'/зз |
|
Бумага типографская № 2 |
||
Уел. печ. л. 7,98 |
|
|
Уч.-пзд. л. 8,67 |
|
Тираж 10 000 экз. |
|
Зак. 504 |
Цена 44 коп. |
|
• |
|
|
|
|
Издательство «Энергия», Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10. |
|
|||
Московская типография № 10 Союзполнграфпрома |
|
|
||
при Государственном комитете Совета Министров СССР |
|
|||
по делам издательств, полиграфии и книжной торговлц. |
|
|||
Москва. М-114, Шлюзовая |
наб., 10. |
|
|
|
Предисловие
Внедрение автоматизированных систем управления в различные сферы народного хо зяйства— от управления технологическими объектами до управления целыми отраслями хозяйства — требует выпуска большого коли чества' цифровых вычислительных машин (ЦВМ), являющихся основным элементом та ких систем. Широкий спектр применения ЦВМ предполагает разработку значительного коли чества типов машин, различающихся быстро действием, объемом запоминающих устройств, набором внешних устройств и т. д. Однако эти требования не могут быть удовлетворены при сохранении существующих методов проек тирования ЦВМ.
Проектирование современных ЦВМ — весь ма сложная и трудоемкая работа. Для изго товления ЦВМ необходимо огромное количе ство документации (десятки тысяч листов различных таблиц и чертежей); только раз работка этой документации занимает 1,5— 2 года работы большого коллектива. Значи тельное время уходит также на наладку и освоение производства, поэтому между нача лом разработки и запуском машины в серию проходит много времени; машина успевает морально устареть еще до выпуска первого серийного образца.
Происходящий в настоящее время переход па новую техническую базу — микроэлектрон ные схемы и многослойный печатный монтаж— еще более усложняет процесс проектирования.
Старые методы проектирования (изготов ление макетов, доводка и устранение ошибок разработчиков на опытных образцах) при этом уже не годятся. Действительно, разра ботка и изготовление многослойной печатной платы настолько трудоемкая и дорогая рабо та, что выполнять ее несколько раз практиче ски невозможно. Такая плата должна быть сразу разработана без ошибок. Для этого не должно быть ошибок в размещенной на ней электрической схеме, для чего, в свою очередь, не должно быть ошибок в логической схеме и т. д. Очевидно, что при «ручном» проектиро вании невозможно полностью устранить ошиб ки в документации; на практике документа ция все еще корректируется даже при изготов лении первых образцов машины.
Снизить трудоемкость проектирования, со кратить сроки разработки новых машин и по лучить свободную от ошибок проектную документацию можно только путем автомати зации проектирования ЦВМ, т. е. использова ния ЦВМ для проектирования ЦВМ. Возмож-
гность применения вычислительных машин для решения задач проектирования определяется тем, что многие (и притом наиболее трудоем кие) этапы проектирования допускают фор мальное описание; схемы и конструкция машин представляют собой, как правило, однородные структуры; входная и выходная информация в основном текстовая (различно го вида списки и таблицы) и удобна для ма шинной обработки.
Первая работа, посвященная этому вопро су, появилась в 1956 г.; в ней описывались программы размещения элементов и составле ния монтажных таблиц и конструкторской документации. В настоящее время все веду щие зарубежные фирмы, занятые производст вом цифровых устройств, либо используют ЦВМ для выполнения отдельных этапов про ектирования и изготовления, либо имеют автоматизированные системы проектирования
ЦВМ (АСП).
В СССР первые публикации по автомати зации проектирования ЦВМ появились в на чале 60-х годов. Сейчас такие работы прово дятся во многих организациях; опубликовано большое количество статей по этому вопросу. Однако они, как правило, посвящены решению отдельных задач проектирования ЦВМ приме нительно к конкретным особенностям тех или иных разработок, что затрудняет широкое ис пользование предлагаемых авторами методов.
В данной работе систематически рассмат риваются задачи, возникающие на этапах ло гического и конструкторского проектирования цифровых устройств, и -методы их решения с помощью ЦВМ. Алгоритмы и программы, описанные ib книге, мало зависят от конкрет ной конструктивно-элементной базы и могут быть применены для широкого класса цифро вых устройств. Основное внимание при изло жении материала уделяется системному под ходу к автоматизации проектирования, т. е. выполнению с помощью машины ряда после довательных 'этапов проектирования, заканчи вающихся выпуском производственной доку ментации. При этом рассматриваются задачи формального описания и моделирования рабо ты схем, компоновки и размещения элементов, составления и выпуска конструкторской доку ментации, взаимодействия разработчика с ма шиной в АСП. Отдельная глава посвящена применению ЦВМ для анализа электронных схем (эта глава написана совместно с А. Ю. Ливеровским). Указанные задачи рас сматриваются преимущественно с точки зре ния их практического решения.
Машинные методы проектирования начали применяться совсем недавно и находятся (во всяком случае в практических приложениях) пока на уровне искусства, т. е. большинство решений принимается на основании интуитив ных оценок и экспериментальных исследова ний. Различные авторы часто предлагают раз ные методы для решения одной и той же задачи, а сравнительная оценка их затруднена
из-за отсутствия достаточного статистическоГб материала. Это обстоятельство создает опре деленные трудности при отборе материала и трактовке отдельных направлений. Изложен ные в книге материалы основаны главным об разом на результатах работ по автоматизации проектирования ЦВМ, проводимых при уча стии и под руководством автора в Институте электронных управляющих машин (ИНЭУМ) с 1962 г. Все алгоритмы, описанные в гл. 2 и 3 книги, были запрограммированы на ЦВМ «Минск-22», БЭСМ-4 или АСВТ; эти програм мы используются при проектировании цифро вых устройств в ИНЭУМ и ряде других орга низаций.
При написании книги предполагалось, что читатель знаком с основами вычислительной техники и программирования, а также с основ ными характеристиками наиболее распростра ненных отечественных ЦВМ (БЭСМ-4, М-220, Минск-22). Для ознакомления с этими вопро сами можно рекомендовать литературу [Л. 7,
25, 37].
Настоящая работа является одной из пер вых попыток обобщения опыта автоматизации проектирования ЦВМ, поэтому многие момен ты в ней могут показаться опорными. Автор будет признателен за замечания по изложен
ным в книге вопросам.
Автор
Г л а в а п е р в а я
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЦВМ
1-1. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЦВМ
Процесс проектирования ЦВМ состоит из следующих основных этапов:
разработки элементно-конструктивной базы; логического проектирования; конструкторского проектирования.
Это разбиение до некоторой степени условно, по скольку работы отдельных этапов могут частично пере крываться. 1
На первом этапе на основании требований к быст родействию, надежности, габаритам, условиям работы и прочим характеристикам проектируемой машины выби раются (или разрабатываются) система физических эле ментов, из которых она будет построена, и типовые кон струкции. Задачи, решаемые на этом этапе, значительно отличаются от остальных задач проектирования; боль шое количество различных обстоятельств (экономиче ских, технологических и производственных) затрудняет использование ЦВМ для их решения. Практически при менение ЦВМ здесь ограничивается задачами расчета электронных схем (этот вопрос излагается в гл. 5).
На этапе логического проектирования вначале на основании технического задания разрабатывается струк турная схема ЦВМ. При этом определяются блок-схема
1 В практике проектирования цифровых устройств пока еще не установилась единая терминология, и различные авторы вкла дывают разный смысл в названия этапов проектирования, элементов конструкций и т. д. При употреблении подобны^ наименований будет
•раскрываться их содержание,
7
машины, пути передачи информации между отдельными блоками, их взаимодействие и алгоритмы работы каждо го блока. В качестве блоков на этом этапе выступают логически законченные узлы машины, такие как арифме тическое устройство, центральное управление, оператив ная память, периферийные устройства.
Затем разрабатываются функциональные схемы бло ков. При этом определяются состав и структура каждого блока (количество элементов памяти, связи между ними, способы синхронизации), необходимые для реализации логических функций этого блока.
Завершающей работой этапа логического проектиро вания является разработка детальных логических схем отдельных устройств. Эти схемы привязываются к вы бранной элементной базе, т. е. строятся в терминах тех логических функций, которые реализуются принятыми физическими элементами (например, НЕ — И, НЕ — ИЛИ). Разработчик детальной логической схемы обычно использует так называемые базовые элементы. К базо вым элементам относятся как сами физические элемен ты, так и некоторые построенные из них часто встречаю щиеся схемы, например триггеры различных типов. На бор базовых элементов зависит как от принятой конст рукции, так и от схемных решений.
Таким образом, при выполнении работ логического проектирования составляются ряд последовательных, все более детальных, описаний функционирования проекти руемой машины; каждое из этих описаний является тех ническим заданием для составления следующего. Резуль тат логического проектирования — детальная логическая схема в базовых элементах — служит исходной инфор мацией для работ следующего этапа (конструкторского проектирования).
Основная цель работ, выполняемых при конструк торском проектировании, заключается в привязке разра ботанных на этапе логического проектирования логиче ских схем устройств к заданной системе конструктивных элементов и выпуске необходимой для изготовления и эксплуатации ЦВМ документации.
Наладочная и эксплуатационная документация пред назначены для проверки работоспособности устройства и его блоков и для локализации неисправностей в рабо тающем устройстве, т. е. сюда входят различного рода таблицы проверки и тест-программы,
8
