ПЕРСПЕКТИВЫ В ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПОРАЗРЯДНОЙ КОНВЕЙЕРНОЙ ОБРАБОТКИ В КОМПОНЕНТАХ СИСТЕМ КРИТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ

Abstract

Системы критического применения являются развитием компьютерных систем на уровне диверсификации ресурсов, что в условиях отставания в проектировании цифровых компонентов создает проблему скрытых неисправностей. Приведены результаты экспериментов, сравнивающих на примере умножителей в производительности и энергопотреблении поразрядные конвейеры, решающие проблему, с традиционными матричными схемами, взятыми из библиотеки САПР.

The safety-related systems are development of the computer systems at the level of diversification of resources with division of an operating mode on normal and emergency. Designing of the digital components lags behind in development the system level as is based on the use of traditional array structures which correspond in development of resources to the bottom level – replication. Array structures reduce a checkability of the digital circuits in a normal mode and create a problem of the hidden faults which can be accumulated throughout a continuous normal mode and reduce fault tolerance and the functional safety of system and its components in the most responsible emergency mode. Changeover of array structures by bitwise pipelines which correspond in development of resources to diversification level allow to solve a problem of the hidden faults. However Computer-Aided Design also shows lag in development of resources as is oriented in designing of the digital circuits on support of the array structures. Results of experiments which compare the array structures and bitwise pipelines implemented in field programmable gate array by means of the Computer-Aided Design of Altera are offered. Researches of array structures and bitwise pipelines are conducted on the example of multipliers of the binary codes. Comparing of the circuit decisions is performed in throughput in case of identical complexity of the circuits and in energy consumption at the rate of execution of one operation. The received results of comparing show on unequal conditions in designing of the iterative array and bitwise pipeline multipliers. Preference is given to array structures. The method which increases efficiency of bitwise pipeline multipliers by data processing on two bits in a clock cycle is suggested. The efficiency of bitwise pipeline multipliers increases at the same time both in throughput and in energy consumption.

Системи критичного застосування є розвитком комп’ютерних систем на рівні диверсифікації ресурсів з розподілом робочого режиму на нормальний та аварійний. Проектування цифрових компонентів відстає в розвитку від рівня системи, оскільки базується на використанні традиційних матричних структур, які відповідають у розвитку ресурсів нижньому рівню – реплікації. Матричні структури знижують контролепридатність схем у нормальному режимі та створюють проблему прихованих несправностей, які можуть накопичуватися протягом тривалого нормального режиму та знижувати відмовостійкість і функціональну безпеку системи та її компонентів у найбільш відповідальному аварійному режимі. Заміна матричних структур на порозрядні конвеєри, що відповідають у розвитку ресурсів рівню диверсифікації, дозволяє вирішувати проблему прихованих несправностей. Однак системи автоматизованого проектування також показують відставання у розвитку ресурсів, оскільки орієнтовані на підтримку матричних структур. Пропонуються результати експериментів, які порівнюють матричні структури та порозрядні конвеєри, що імплементовані в програмовані логічні інтегральні схеми за допомогою системи автоматизованого проектування «Альтера». Дослідження матричних структур та порозрядних конвеєрів здійснюються на прикладі помножувачів двійкових кодів. Порівняння схемних рішень виконується за продуктивністю при однаковій складності схем та за енергоспоживанням у розрахунку на виконання однієї операції. Одержані результати порівняння вказують на неоднакові умови проектування матричних та порозрядних конвеєрних помножувачів. Переваги надаються матричним структурам. Запропоновано метод, що підвищує ефективність порозрядних конвеєрних помножувачів обробкою даних по два розряди утакті. Ефективність порозрядних конвеєрних помножувачів підвищується водночас і за продуктивністю, і за енергоспоживанням.