Разработка и моделирование однородных регистровых сред с программируемой структурой Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

54

Известия ДГПУ, №4, 2013

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 004.3

РАЗРАБОТКА И МОДЕЛИРОВАНИЕ ОДНОРОДНЫХ РЕГИСТРОВЫХ СРЕД С ПРОГРАММИРУЕМОЙ СТРУКТУРОЙ

THE DESIGN AND SIMULATION OF HOMOGENEOUS REGISTER ENVIRONMENTS WITH THE PROGRAMMABLE

STRUCTURE

© 2013 Амаева Д. К, Салимов Р. И.* Дагестанский государственный технический университет * Дагестанский государственный педагогический университет

© 2013 Amaeva D. K., Salimov R. I.* Dagetstan State Technical University *Dagestan State Pedagogical University

Резюме. В работе рассматриваются преобразователи информации в программируемых однородных аппаратных средах, в частности регистровые структуры. На основе регистровых сред с программируемой структурой формируются генераторы псевдослучайных чисел, цифровые фильтры, сигнатурные анализаторы, кодирующие и декодирующие устройства обнаруживающие и исправляющие ошибки, которые осуществляются в используемых функциональных ячейках.

Abstract. The author of the article review the information converters in programmable homogeneous hardware environments, in particular register structures. On the basis of register-based environments with programmable structure formed a pseudorandom number generators, digital filters, signature-based analyzers, encoders and decoders detecting and correcting errors taking place in the used functional cells.

Rezjume. V rabote rassmatrivajutsja preobrazovateli informacii v programmiruemyh odno-rodnyh apparatnyh sredah, v chastnosti registrovye struktury. Na osnove registrovyh sred s pro-grammiruemoj strukturoj formirujutsja generatory psevdosluchajnyh chisel, cifrovye fil'try, sig-naturnye analizatory, kodirujushhie i dekodirujushhie ustrojstva obnaruzhivajushhie i ispravlja-jushhie oshibki, kotorye osushhestvljajutsja v ispol'-zuemyh funkcional'nyh jachejkah.

Ключевые слова: регистровая структура, MicroCap, аппаратная среда, схемотехника, нейронная сеть.

Key words: registered structure, MicroCap, hardware environment, circuit technique, neural network.

Kljuchevye slova: registrovaja struktura, MicroCap, apparatnaja sreda, shemotehnika, ne-jronnaja set'.

В последние годы в схемотехнике активно внедряются методы формирования схем преобразования информации и функциональных узлов в программируемых однородных аппаратных средах. Функциональные преобразователи ин-

формации можно формировать в программируемых средах, т. е. средах, структуры которых могут быть программно настроены на выполнение достаточно широкого круга функций и преобразований. Регистровые структу-

Естественные и точные науки •••

ры находят широкое применение в вычислительной технике и интерпретаторах передачи информации. На их основе формируются генераторы псевдослучайных чисел, цифровые фильтры, сигнатурные анализаторы, кодирующие и декодирующие устройства обнаруживающие и исправляющие ошибки, и т. д. В этом и заключается актуальность выбранного направления исследования.

Наиболее ярким представителем такого класса сред являются сетевые среды, в том числе искусственные нейронные сети. Они представляют собой однородные среды, состоящие из одинаковых элементов или групп элементов, связанных между собой. Некоторые из

55

этих сред представляют программируемую логику и конструктивно оформлены в виде программируемых интегральных микросхем (ПЛИСы) [2].

Например, на рисунке 1 приведена универсальная логическая ячейка с программируемой структурой. Она содержит синхронный (D) - триггер (Т), сумматор по модулю два (XOR), восемь логических элементов (И), три логических элемента (ИЛИ). Для моделируемой ячейки однородной среды характерно также наличие информационных входов элементов - X0, X1, X2 и управляющих сигналов - 1,2,3,4,5,6,8,9 а также информационных выходов элементов -Y1-Y3.

Рис. 1. Схема универсальной логической ячейки программируемой однородной среды

Приведенная схема ячейки позволяет изменять в однородной среде функции и структуру связей между ячейками, управляя направлением информационных потоков.

На рисунке 2 приведена схема универсальной логической ячейки с программируемой структурой в пакете прикладных программ Microcap 8. MicroCap-8 - это универсальная программа схемотехнического анализа, предназна-

ченная для решения широкого круга задач.

Программа MicroCap-8 позволяет включить моделирование электронных устройств даже без глубокого ее изучения. Интерфейс программы является стандартным для программ ОС Windows [1]. Нами был проведен анализ переходных процессов универсальной логической ячейки с программируемой структурой. Анализ переходных процес-

56

Известия ДГПУ, №4, 2013

сов начинается со значений переменных состояния в рабочей точке по постоянному току (есёи расчет по постоянному току имеё место) иёи начальных значений, заданных тем иёи иным способом, есёи такого расчета не производиёось. Испоёьзуя неёинейные модеёи состав-ёяющих схему компонентов, программа ёинеаризует их дёя поёучения значений

переменных состояния. Далее производится решение системы линейных уравнений для определения приращений переменных состояния на текущем шаге. Эти линейные приращения добавляются к исходным значениям напряжений и токов схемы, и производится проверка на сходимость относительно требуемых их значений.

Рис. 2. Схема универсальной логической ячейки программируемой однородной среды в

программе Microcap

Рис. 3. Окно задания параметров моделирования

Естественные и точные науки

• ••

57

Рис. 4. Результаты моделирования универсальной логической ячейки программируемой однородной среды

Результаты моделирования приведены на рисунках 3 и 4, которые показывают, что триггер работает в режиме сохранения информации, а схема функционирует в режиме генерации или переключения. Отсюда следует, что универсальная логическая ячейка с программируемой структурой работает в требуемом режиме [3].

В заключение можно отметить, что существуют различные регистровые среды с программируемой структурой, отличие которых состоит в используемых

функциональных ячейках, которые получили название «полиномиальные регистровые среды». Они используются для преобразований информации в двоичных расширенных полях Галуа [4]. Существует также значительная группа элементов, которые позволяют строить программируемые среды различной степени сложности, соответственно обладающие различными возможностями для формирования на их основе преобразователей информации и функциональных узлов цифровых устройств.

Литература

1. Евреинов Э. В., Косарев Ю. Г. Однородные универсальные вычислительные системы высокой производительности. Новосибирск: Наука, 1966. 308 с. 2. Евреинов Э. В., Прангишвили И. В. Цифровые автоматы с настраиваемой структурой (Однородные среды). М. : Энергия, 1974. 240 с.

3. Каляев А. В. Многопроцессорные системы с программируемой структурой. М. : Радио и связь, 1984. С. 320-325 4. Каляев А. В. Однородные коммутационные регистровые структуры. М. : Советское радио, 1978. С. 240-250.

References

1. Evreinov E. V., Kosarev Yu. G. Homogeneous computing systems of high performance. Novosibirsk: Nauka, 1966. 308 p. 2. Evreinov E. V., Prangishvili I. V. Digital machines with custom structure (Homogeneous environment). M : Energiya, 1974. 240 p. 3. Kalyaev A. V. Multiprocessor systems with programmable structure. M. : Radio and Communications, 1984. P. 320-325. 4. Kalyaev A. V. Homogeneous switching register structure. M : Soviet radio, 1978. P. 240-250.

Literatura

1. Evreinov Je. V., Kosarev Ju. G. Odnorodnye universal'nye vychislitel'nye sistemy vysokoj proiz-voditel'nosti. Novosibirsk: Nauka, 1966. 308 s. 2. Evreinov Je. V., Prangishvili I. V. Cifrovye avtomaty s nastraivaemoj strukturoj (Odnorodnye sredy). M. : Jenergija, 1974. 240 s. 3. Kaljaev A. V. Mnogoproc-essornye sistemy s programmiruemoj strukturoj. M. : Radio i svjaz', 1984. S. 320-325 4. Kaljaev A. V. Odnorodnye kommutacionnye registrovye struktury. M. : Sovetskoe radio, 1978. S. 240-250.

Статья поступила в редакцию 12.11.2013 г.