Разработка модулярных специализированных процессоров с минимальной аппаратурной избыточностью вычислительных трактов

• Автор: Болкунов, Александр Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 139 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ГЛАВА 1. НАПРАВЛЕНИЯ РАЗРАБОТКИ СТРУКТУР ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ТРАКТОВ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОРОВ С МИНИМАЛЬНЫМИ АППАРАТУРНЫМИ ЗАТРАТАМИ.

1.1. Пути разработки специализированных процессоров, их достоинства

и недостатки

1.2. Анализ известного научнометодического аппарата обоснования рациональных структур специализированных процессоров

1.3. Цели и задачи исследования.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК СИНТЕЗА НАДЕЖНОСТНЫХ СТРУКТУР ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ТРАКТОВ МОДУЛЯРНЫХ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОРОВ.
2.1. Методика оптимизации структуры специализированного процессора с постоянным резервированием вычислительных трактов и представлением остатков в ПСС
2.2. Методика оптимизации структуры специализированного процессора с динамическим резервированием вычислительных трактов
2.3. Методика оптимизации структуры специализированного процессора, функционирующего в позиционноостаточной системе счисления
ГЛАВА 3. МЕТОДИЧЕСКИЙ АППАРАТ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ 1ЕНКИ АППАРАТУРНЫХ ЗАТРАТ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ТРАКТОВ МОДУЛЯРНЫХ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОРОВ.
3.1. Разработка методики оценки аппаратурных затрат основных функциональных узлов специализированных процессоров при реазизании алгоритмов модульных операций
3.2. Определение аппаратурных затрат вычислительных трактов, реализующих операции табличной арифметики.
3.3. Определение аппаратурных затрат вычислительных трактов, реализованных методом кольцевого вращения.
ГЛАВА 4. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИК И РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ СТРУКТУР ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ТРАКТОВ МОДУЛЯРНЫХ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОРОВ.
4.1. Алгоритмы расчета оптимальных структурных схем надежности модулярных специализированных процессоров с различными видами резервирования вычислительных трактов
4.2. Результаты сравнения надежностных структур специализированных процессоров в модулярной и позиционной системах счисления
4.3. Результаты выбора схемотехнических решений вычислительных трактов модулярных специализированных процессоров с учетом величины основания модулярной системы счисления
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Работа изложена на 9 страницах, включая рисунков, таблиц и список литературы из наименований. В первой главе приведен анализ направлений проектирования минимально избыточных надежностных структур специализированных процессоров. Показано, что одним из основных способов решения данной задачи в настоящее время является распараллеливание процесса вычислений за счет алгоритмических и архитектурносхемотехнических решений, как на уровне совершенствования структур СП, так и на уровне выполнения арифметических операций. При этом наиболее перспективным является путь повышения функциональной надежности, основанный на введении структурной и информационной избыточности. Исходя из этого, особую актуальность приобретает исследование путей эффективного применения СП и арифметических устройств, функционирующих в МСС, характеризующейся возможностью коррекции ошибок в динамике вычислительного процесса, что существенно повышает надежность вычислений, гак как резерв из общего ресурса СП в МСС может добавлят ься малыми более надежными, чем в ПСС блоками. Это способствует уменьшению аппаратурных затрат на резервирование вычислительных трактов, снижает энергопотребление и массогабаритные характеристики СП. Вместе с тем анализ путей достижения заданной надежности СП за счет применения указанных методов показал, что до настоящего времени задача поиска оптимальных структур АУ в МСС с точки зрения минимизации аппаратурных затрат при заданной надежности еще далека от завершения. Многообразие алгоритмов выполнения модульных операций и методов реализации модулярных АУ предопределяет необходимость выбора рациональных схем таких АУ для различных диапазонов представления чисел в МСС и определения таких структур АУ СП в МСС, которые обеспечивают для заданного основания МСС минимальные объемы аппаратурных затрат. Рассмотрение известного научнометодического аппарата обоснования рациональных структур специализированных процессоров указывает на го, что основной задачей, стоящей перед разработчиками при проектировании вычислительной техники, является обоснование областей предпочтительного применения и оптимизация схемотехнических решений вычислительных структур, удовлетворяющих заданным требованиям по производительности, стоимости, надежности, объему оборудования, условиям эксплуатации и возможностям технологии производства. Исходя из приведенного анализа сделан вывод о целесообразности получения аналитических зависимостей для расчета объема оборудования функциональных элементов АУ, оценки аппаратурных затрат на реализацию модулярных АУ в целом, а также сравнения различных вариантов построения ЛУ с целью определения минимально избыточных схемотехнических решений в зависимости от величины основания МСС. Вторая глава посвящена синтезу минимально избыточных надежностных структур модулярных СП. Для получения оптимальных по аппаратурным затратам структур СП осуществлены постановка и решение прямой задачи оптимального резервирования для СП в МСС, в которых заданная надежность обеспечивается за счет применения постоянного либо динамического резервирования вычислительных фактов. Кроме того, рассмотрены случаи, когда вычислительные факты СП реализованы с представлением остатков в двоичной ПСС или с применением позиционноостаточной системы счисления ПОСС кода Фибоначчи. Полученные с помощью метода неопределенных множителей Лагранжа примеры решения прямой задачи оптимального резервирования подтверждают целесообразность применения модулярных систем счисления при разработке перспективных высоконадежных СП с малыми аппаратурными затратами. Это объясняется простотой применения поэлементного резервирования вычислительных трактов СП в МСС, ввиду независимости выполнения арифметических операций по основаниям МСС. В третьей главе проведен анализ аппаратурных затрат при проектировании основных функциональных узлов вычислительных трактов модулярных СП, реализующих наиболее распросфаненные алгоритмы выполнения модульных арифметических операций базового набора. С этой целью рассмотрены основные методы построения модулярных АУ, их достоинства и недостатки.