17.3 Проектирование мультимикропроцессорных систем.

Организация проектирования мультимикропроцессорных систем

Организационно проектирование ММПС аналогич­но проектированию существующих вычислительных систем. Структуру и выполняемые функции при этом представляют на системотехническом, схемотехниче­ском и конструктивном уровнях. На системотехниче­ском уровне структура технических средств опреде­ляется с точностью до устройств и интерфейсов. Состав программного обеспечения задается перечнем программ лингвистического и информационного обес­печения системы. Функционирование системы опреде­ляется в терминах процессов, реализация которых связана с использованием памяти, устройств, программ и наборов данных. На схемотехническом уровне опре­деляется структура устройств в форме структурных, функциональных и принципиальных электрических схем, детально представляющих организацию отдель­ных подсистем и устройств системы. Функционирова­ние устройств описывается в виде микропрограмм, вре­менных диаграмм, автоматов, булевых функций и электрических процессов. На конструктивном уровне вычислительная система описывается как совокупность конструктивных единиц.

При проектировании ММПС разрабатывается комп­лект конструкторской и проектной документации для изготовления и эксплуатации.

Стадии проектирования установлены ГОСТ 2.103—68.

Проектирование ММПС на основе МП К БИС отли­чается от проектирования систем на основе ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ или на основе стандартных ИС. Например, на системотехническом уровне проектировщик сталки­вается с нетрадиционными проблемами выбора аппарат­ных средств и состава требуемого ПО. На схемотехни­ческом уровне для функционально сложных изделий, каким является ММЛС, по ряду причин невозможно с достаточной точностью построить подробную времен­ную диаграмму. К таким причинам относятся нетри­виальные алгоритмы функционирования БИС, недоста­ток подробной нормативно-технической документации, быстро расширяющаяся номенклатура БИС и т. п.

При разработке ММПС на МП К БИС используется метод нисходящего проектирования, основные эта­пы которого следующие: описание выполняемых функ­ций и требуемых характеристик системы; разработка архитектуры системы (сюда входит решение вопросов об обосновании и выборе однопроцессорной или мультимикропроцессорной системы); разработка МПМ, вы­бор запоминающих устройств и способов организации связи МП с оперативной памятью данных; определение состава аппаратных и программных средств и разработ­ка системного программного обеспечения; разработка способов и средств тестирования системы.

Проектирование ММПС тесно связано с распределе­нием реализуемых системой функций по аппаратным (hardware), микропрограммным (firm ware) или про­граммным (software) средствам. Следует отметить тен­денцию перераспределения реализуемых функций как между перечисленными средствами, так и среди одно­типных. Для определения функций системы и организации ее работы используют средства моделирования, мето­дики и средства автоматизированного проектирования, методики количественной оценки ММПС. К средствам моделирования, используемым для исследования ха­рактеристик сложных вычислительных систем, к кото­рым относятся ММПС, предъявляются следующие тре­бования: модель должна иметь такую же логиче­скую структуру, как и моделируемая система; модель должна учитывать аппаратное и программное обеспече­ние системы; необходимо предусмотреть возможность моделирования отдельных подсистем системы; модель должна включать в себя достаточное количество пара­метров, изменение которых позволит менять свойства моделируемой или проектируемой системы; средства моделирования должны обеспечивать получение ста­тических данных о функционировании модели при минимальном объеме повторных вычислений.

Задача глобального моделирования ММПС практи­чески трудно разрешима из-за необходимости формали­зации большого числа факторов. Представляет практи­ческий интерес разработка методик и средств автома­тизированного

проектирования различных аппаратных и программных подсистем ММПС. В качестве формализованной модели проекти­рования структуры вычислительного ядра ММПС ис­пользована многофазная многоканальная система мас­сового обслуживания с ожиданием. После выбора структуры внутрисистемного интерфейса и вычисли­тельного ядра ММПС осуществляется комплексирование системы периферийными устройствами и решается задача обеспечения необходимой жизнеспособности системы.

Наряду со средствами моделирования и автоматизи­рованного проектирования разрабатываются методики количественной оценки ММПС. На основании сформу­лированных в работе положений для выбора одной из нескольких структур вычислительных систем при решении конкретной задачи необходимо определить набор критериев, описывающих системы, которым при­сваивается численное значение; численное значение критериев для решаемого класса задач; степень соот­ветствия значений критериев каждой системы требова­ниям к вычислительным средствам для решения зада­чи; относительную важность критериев с точки зрения решаемой задачи.

В качестве критериев можно выбрать производи­тельность, модульность, устойчивость к сбоям и отка­зам, удобство обслуживания и т. д. Каждому из крите­риев присваиваются весовые функции, которые необ­ходимо соотнести с ресурсами системы и требованиями задачи. Методика позволяет осуществить выбор типа системы среди потенциально пригодных. Выбрав и обосновав тип системы, необходимо, зная требования по быстродействию и объему перерабатываемой инфор­мации, перейти к разработке ее архитектуры.