Глава 4. Основы компоновки элементов в логических схемах и особенности применения системных соотношений

Полученный в главе 3 наиболее широко используемый итоговый вариант системного соотношения (3.31) представляет собой в целом зависимость числа внешних контактов от функционального объема элементов и устройств ЭВМ. Функциональный объем в этой зависимости выступает в роли основного аргумента функции. Однако в этом системном соотношении имеется ряд ключевых параметров, а именно: К_i, r_i и r_i^l, без определения значений которых невозможно определить значение конечной функции m_i, а также значений ряда других параметров, напр., h_i, l_i, n_i. Эти параметры связаны между собой, зависят от функционального объема устройства и играют главную роль при практическом применении системных соотношений. Поэтому применение системных соотношений предусматривает использование определенных правил, учитывающих как разнообразие современных методов компоновки элементов в устройствах, так и отдельные принципы их компоновки, присущие некоторым методам. При этом важное значение имеет наличие формальной взаимосвязи (соответствия) между уровнями функциональной (схемной) завершенности устройства и их функциональным объемом.

4.1. Методы компоновки элементов в логической схеме

Применительно к используемой динамической модели логической схемы компоновка элементов представляет собой процесс последовательного их объединения в группы (структурные уровни) в соответствии с определенными правилами. Эти правила предусматривают использование ряда методов компоновки, характеризующихся своей областью применения и своими основными принципами взаимосвязи компоновочных параметров в схеме. Такие принципы можно представить в виде формализованных законов системной взаимосвязи, которые отражают главные структурные принципы построения устройств ЭВМ на любом уровне компоновки.

В качестве основного “управляющего” параметра, характеризующего методы компоновки элементов и соответствующие им законы взаимосвязи, может использоваться главный вектор динамической

модели ФП логической схемы r_i.

Существует три основных метода компоновки элементов: последовательный, параллельный и параллельно-последовательный (матричный) методы. Каждый из них характеризуется своей наиболее предпочтительной областью применения. При этом матричные методы компоновки целесообразно разделить на два вида: классические (или традиционные), используемые, как правило, на низших уровнях компоновки (напр., i = 1 ‑ 4), и специальные, ориентированные для использования, как правило, на высших уровнях (напр., i = 4 – 5).

Последовательный метод компоновки предусматривает размещение элементов схемы в один ряд, что соответствует значению параметров M_i/h_i = 1, а h_i = M_i = Var. Он характеризуется минимальным быстродействием на всех уровнях компоновки. Поэтому данный метод является крайне не эффективным и использование его, особенно на младших уровнях компоновки, может рассматриваться как исключение. Для этого метода главный вектор ФП логической схемы характеризуется условием:

.

Параллельный метод характеризуется тем, что размещение элементов в ФП схемы осуществляется также в один ряд, но в пределах одного каскада. Это соответствует случаю, когда функциональный объем устройства тождественен функциональному объему одного каскада на i-м уровне компоновки. В этом случае

,

Метод характеризуется максимальным быстродействием устройства на любом уровне компоновки. Число внешних контактов при данном методе будет зависеть от степени параллельного объединения элементов в логической схеме устройства. Для этого метода компоновки главный вектор ФП характеризуется условием:

На низких уровнях компоновки параллельный метод, как правило, не используется, хотя в ряде частных случаев может иметь место. Но он обладает большими преимуществами в уменьшении числа внешних контактов на высоких уровнях компоновки (напр., для i = 4 – 5), особенно при использовании максимально возможной степени параллельного объединения элементов в устройстве. Такой метод, как правило, лежит в основе построения обрабатывающих устройств ЭВМ с конвейерным способом обработки информации.

Наибольший интерес представляет параллельно-последовательный (или матричный) метод компоновки элементов. Он является наиболее распространенным (особенно для низших уровней) и представляет собой рациональное сочетание последовательного и параллельного методов, при котором элементы в ФП логической схемы расположены в виде матрицы, характеризующейся как числом каскадов элементов h_i, где 1 < h_i = Var, так и функциональным объемом каскада M_i/h_i, где 1 < M_i/h_i = Var.

В матричном методе наиболее важную роль играет главный вектор r_i, значение которого отражает основные принципы построения устройства на каждом уровне компоновки. Однако эти принципы для устройств разных ЭВМ могут существенно отличаться друг от друга. Поэтому матричный метод в целом характеризуется наличием нескольких вариантов. Способ задания закона изменения главного вектора r_i будет определять тот или иной вариант матричного метода компоновки элементов на i-м уровне.

Специальные матричные методы компоновки, в отличие от классических, могут применяться, в основном, на высоких уровнях компоновки (i = 4 – 5 и более) и характеризуются использованием директивных значений для главного вектора r_i, а также директивных значений для параметров l_i и n_i.