الطرق غير الخوارزمية للنمذجة الرقمية. مقدمة

9. المراقبة بالفيديو الرقمي حتى الآن، معظم المواضيع التي تمت مناقشتها في هذا الكتاب تتعلق بإشارات الفيديو التناظرية. لا تزال معظم أنظمة المراقبة بالفيديو الحديثة تستخدم الكاميرات التناظرية، على الرغم من أن عددًا متزايدًا من الشركات المصنعة تقدم ذلك

2.2. الأساليب غير الخوارزمية

النمذجة الرقمية.

إن سرعة حل عدد من المشكلات المعقدة باستخدام طريقة خوارزمية البرنامج على جهاز كمبيوتر رقمي للأغراض العامة غير كافية ولا تلبي احتياجات أنظمة التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD). إحدى فئات المشكلات هذه، المستخدمة على نطاق واسع في الممارسة الهندسية عند دراسة ديناميكيات (العمليات العابرة) لأنظمة الأتمتة المعقدة، هي أنظمة المعادلات التفاضلية غير الخطية عالية الترتيب في المشتقات العادية. لتسريع حل هذه المشكلات، يمكن أن تشتمل أنظمة برمجيات وأجهزة CAD، بالإضافة إلى الكمبيوتر الرقمي الرئيسي (الرائد) للأغراض العامة، على أجهزة GVM موجهة نحو حل المشكلات لحل المعادلات التفاضلية غير الخطية. ويتم تنظيمها على أساس النمذجة الرياضية الرقمية باستخدام طريقة غير خوارزمية. يتيح لك هذا الأخير زيادة إنتاجية CAD بسبب التوازي المتأصل في عملية الحوسبة، وتتيح لك الطريقة المنفصلة (الرقمية) لتمثيل الكميات الرياضية تحقيق دقة معالجة ليست أسوأ من الكمبيوتر الرقمي. تستخدم GVMs طريقتين للنمذجة الرقمية:

1. نمذجة الفروق المحدودة؛

2. نمذجة التفريغ.

الطريقة الأولى المستخدمة في GVMs مثل المحللات التفاضلية الرقمية (DDAs) وأجهزة التكامل الرقمية (DIMs) هي الطريقة المعروفة لحسابات الفروق المحدودة التقريبية (خطوة بخطوة). تقوم وحدات التشغيل الرقمية لـ GVM، المبنية على دوائر رقمية، بمعالجة زيادات صغيرة منفصلة إلى حد ما من الكميات الرياضية المنقولة عبر خطوط الاتصال بين وحدات التشغيل. يتم تمثيل الكميات الرياضية المدخلة والمخرجة، وتخزينها، وزيادتها في رموز n-bit الرقمية في عدادات أعلى/أسفل أو سجلات المجمع.

عادةً ما يتم ترميز الزيادات في جميع الكميات بوحدة واحدة ذات ترتيب منخفض: D:=1ml. ر. وهذا يتوافق مع التكميم حسب مستوى جميع الكميات المعالجة مع خطوة تكميم ثابتة D = 1. وبالتالي، فإن معدل الزيادة لجميع كميات الماكينة محدود: |dS/dx|1 جنيه إسترليني.

يتم تشفير علامات الزيادات ذات البت الواحد باستخدام طريقة تشفير الإشارة على خطوط الاتصال ذات السلكين بين وحدات التشغيل:

https://pandia.ru/text/78/244/images/image002_51.gif" width = "476" height = "64 src = ">،

حيث DSi=yiDx هي زيادة التكامل في الخطوة i للتكامل، ويتم حساب الإحداثي i للدالة التكاملية الفرعية y(x) – yi من خلال تجميع زياداتها:

https://pandia.ru/text/78/244/images/image004_39.gif" width = "208" height = "56 src = ">

مع إدخال معامل التطبيع الثابت kn = 2-n، يتم تشكيل الزيادات في مخرجات التكاملات بشكل تسلسلي ومعالجتها في التكاملات التالية أيضًا بشكل تسلسلي. الاستثناء هو تكامل مجموع عدة وظائف تكاملية

https://pandia.ru/text/78/244/images/image006_34.gif" width = "239" height = "56 src = ">

بعد ذلك، على طول عدة خطوط إدخال m، يمكن أن تصل الزيادات l بشكل متزامن عند خطوة j. بالنسبة للإضافة التسلسلية، يتم تباعدها ضمن خطوة باستخدام خطوط التأخير، مما يزيد من تردد الساعة للمجمع المتراكم للمدخل بمقدار م مرة. لذلك، عادةً ما يقتصر عدد الدوال التكاملية القابلة للجمع على اثنتين: m=2.

التنظيم الهيكلي للمتكامل الرقمي بسيط للغاية. وهي مبنية على شكل اتصال تسلسلي للوحدات الوظيفية التالية:

· دائرة 2OR مع خط تأخير tз=0.5t عند أحد المداخل

· أداة تجميع المدخلات لزيادات الوظائف المتكاملة، والتي تجمع إحداثيات n-bit الخاصة بها وفقًا لزيادات الإدخال:

https://pandia.ru/text/78/244/images/image008_28.gif" width = "411" height = "194 src = ">

عندما يتم إرسال الكود yk:=(10) Dx بدون تغييرات، وعندما يشكل الناتج Dx:=(01) رمزًا معكوسًا لرمز الإدخال yk.

· مولد زيادة الإخراج المتكامل: DSi:= وحدة الفائض Si، تحويل إشارة الفائض إلى رمز زيادة ثنائي القطب (يتم تنفيذه ببساطة إذا كانت الأرقام المتراكمة السالبة Si ممثلة في رمز معدل: مباشر أو معكوس أو مكمل). يظهر الشكل التخطيطي المقابل للمتكامل الرقمي. 9.14 (ص.260) من الكتاب المدرسي. في دوائر النماذج الرقمية، يتم استخدام الرمز التالي للمدمج الرقمي:

"الزنك". يشير إلى علامة الانعكاس (-) إذا كان ذلك مطلوبًا. من المزايا الهامة لطريقة النمذجة الرقمية ذات الفرق المحدود أن نفس المتكامل الرقمي، دون تغيير دوائره، يستخدم لإجراء العمليات الخطية وغير الخطية اللازمة لحل المعادلات التفاضلية العادية. ويفسر ذلك أنه عند برمجة CDA وCIM، يتم تحويل المعادلات الأصلية في المشتقات إلى معادلات في التفاضلات. دعونا نلقي نظرة على أبسط برامج النماذج الرقمية:

1. ضرب المتغير x في الثابت k :

بالانتقال إلى التفاضلات dS=кdx، سنتأكد من أن هذه العملية يتم تنفيذها بواسطة مُكامل واحد مع الإعداد الأولي المقابل له:

3. الضرب S=xy، أو في التفاضلات dS=xdy+ydx.

4.2. الدوال المثلثية، على سبيل المثال y=sinx، وهو حل لمعادلة تفاضلية من الدرجة الثانية (منذ)، أو في التفاضلات

وبالنظر إلى أن إنشاء أجهزة الكمبيوتر الموجهة نحو حل المشكلات هذه يتطلب تكاليف إضافية كبيرة، فعند إنشاء أدوات CAD التقنية، غالبًا ما يتم استخدام طريقة أبسط لتنظيمها من خلال الجمع بين أجهزة الكمبيوتر الرقمية ذات الأغراض العامة ذات الإنتاج الضخم وأجهزة الكمبيوتر التناظرية الإلكترونية (AVMs) المبنية على العمليات التشغيلية. مكبرات الصوت في مجمع الحوسبة. يتم الجمع بين الكمبيوتر الرقمي والكمبيوتر الرقمي باستخدام جهاز تحويل وواجهة قياسي (CTD)، يتكون بشكل أساسي من ADC وDAC. يتم تقسيم المشكلة المعقدة التي يتعين حلها بشكل منطقي إلى جزأين بين المعالجات التناظرية والرقمية عند برمجة المجمع. علاوة على ذلك، فإن الجزء التناظري غالبًا ما يكون موجهًا نحو حل المشكلات عند حل المعادلات التفاضلية ويستخدم في عملية الحوسبة العامة كإجراء فرعي سريع.

2.3 معمارية أنظمة الحوسبة الهجينة (HCC).

2.3.1. هيكل مجمع الحوسبة التناظرية الرقمية (ADCC)

GVK أو ATsVK عبارة عن مجمع حاسوبي يتكون من كمبيوتر رقمي وكمبيوتر آلي متعدد الأغراض، مدمجين باستخدام UPS، ويحتوي في الجزء الرقمي على برامج إضافية لأتمتة برمجة الجزء التناظري، وإدارة تبادل المعلومات بين الجزء التناظري والأجزاء الرقمية، ومراقبة واختبار الجزء التناظري، وأتمتة إجراءات الإدخال والإخراج.

دعونا نفكر في الرسم التخطيطي لـ ADCC مع أبسط UPS، المبني على ADCs و DACs ذات قناة واحدة. لإنشاء المتطلبات الأساسية لأتمتة برمجة AVM تحت سيطرة جهاز كمبيوتر رقمي، يتم تقديم الكتل الإضافية التالية كجزء من أجهزة AVM:

1. يتم استبدال المقاومات المتغيرة القابلة للتعديل يدويًا (مقاييس الجهد) عند مدخلات مكبرات الصوت التشغيلية في مجموعة من وحدات التشغيل (NOB)، المعروفة لك من العمل المختبري على TAU، بمقاومات يتم التحكم فيها رقميًا (DCR)، والتي تستخدم كـ DAC متكامل الدوائر.

3. يتم إجراء الاتصال التلقائي لوحدات التشغيل وفقًا لدائرة النموذج التناظري المرسومة في الكمبيوتر الرقمي (البند 2.1) بواسطة دائرة تبديل تلقائي (ASC) باستخدام ناقل التبديل الثنائي لمفاتيح SAC المتكونة في الكمبيوتر الرقمي ويتم تخزينها أثناء حل المشكلة في سجل معلومات التكوين (RN) في UPS.

أوضاع تشغيل AVM: التحضير، بدء التشغيل، التوقف، العودة إلى الحالة الأولية، إخراج النتائج إلى الأجهزة الطرفية التناظرية (مسجلات المخططات، أجهزة التسجيل اللوحية ثنائية الإحداثيات - DRP) يتم ضبطها من جانب الكمبيوتر من خلال وحدة التحكم UPS ( يو بي إس بو).

تقوم وحدة التحكم UPS أيضًا بتنفيذ المزامنة المتبادلة لتشغيل الكمبيوتر الرقمي والكمبيوتر الآلي: فهي تنقل إشارات المقاطعة الخارجية من النموذج التناظري إلى البرامج الرقمية للكمبيوتر الرقمي، وتحت سيطرة برامج الأجزاء الرقمية، تقوم بمزامنة استقصاء البيانات النقاط في النموذج التناظري، وتحويل الفولتية عند هذه النقاط إلى رموز رقمية ونقل الأخيرة من خلال BSK وقناة الإدخال والإخراج في ذاكرة الوصول العشوائي للكمبيوتر الرقمي؛ أو بالمثل التحويل العكسي للرموز الرقمية إلى جهود كهربائية وإمداد الأخيرة إلى النقاط المطلوبة عند مدخلات وحدات التشغيل للنموذج التناظري. يتم دعم مبدأ التنظيم الوظيفي للتفاعل بين الأجزاء الرقمية والتناظرية في الأجهزة بواسطة كتل UPS: ADC وDAC، وAM وADM - معدد الإرسال التناظري ومزيل تعدد الإرسال، ML - كتل الذاكرة التناظرية للإدخال والإخراج المبنية على مجموعة متنوعة من عينات التخزين المماثلة الدوائر (SSC). يتم توصيل مدخلات الإدخال SVX (على اليسار) بالنقاط المطلوبة لدائرة النموذج التناظري (مخرجات كتل التشغيل المقابلة). في اللحظات المنفصلة الضرورية، وتحت سيطرة جهاز كمبيوتر رقمي، يتم أخذ إحداثيات عينة فردية للإشارات التناظرية (الفولتية الكهربائية) من النموذج التناظري وتخزينها في نظام التخزين المؤقت. ثم يتم استقصاء مخرجات SVR بواسطة مُضاعِف AM ويتم تحويل جهد الخرج الخاص بها بواسطة ADC إلى رموز رقمية، والتي تتم كتابتها في وضع الوصول المباشر ككتلة من الأرقام (صفيف خطي) إلى OP للكمبيوتر الرقمي.

أثناء التحويل العكسي، يتم توصيل مخرجات SVX للمجموعة الثانية من ذاكرة الإخراج التناظرية ML (على اليمين)، تحت سيطرة الكمبيوتر الرقمي، بالمدخلات المطلوبة لوحدات التشغيل للنموذج التناظري، ومدخلات SVX يتم توصيلها بمخرجات جهاز إزالة تعدد الإرسال التناظري، الذي يتم تزويد مدخلاته بجهد خرج DAC. في وضع الوصول المباشر، تتم قراءة كتلة من الأرقام من OP للكمبيوتر الرقمي. يتم تحويل كل رقم من الأرقام إلى جهد كهربائي في DAC، والذي، تحت سيطرة الكمبيوتر الرقمي بمساعدة ADM قيد التشغيل، يتم تسجيله للتخزين في أحد مستودعات التخزين المؤقتة. يتم تخزين المجموعة الناتجة من العديد من الفولتية في العديد من أنظمة التخزين المؤقتة لفترة زمنية يحددها برنامج الكمبيوتر الرقمي (على سبيل المثال، أثناء حل مشكلة في الجزء التناظري) وتتم معالجتها بواسطة وحدات التشغيل التناظرية.

2.3.2. طرق تنظيم التناظرية -

الحوسبة الرقمية.

مبدأ تناوب أوضاع التشغيل لأجهزة الكمبيوتر الرقمية وأجهزة الكمبيوتر الآلية، مما يقلل من تعقيد نظام التحكم.

يتم استخدام ATsVK للنمذجة التناظرية الرقمية لأنظمة الأتمتة المعقدة التي تحتوي على أجهزة كمبيوتر رقمية للتحكم، وكذلك لتسريع حل المشكلات الرياضية المعقدة التي تتطلب استهلاكًا مفرطًا لموارد الذاكرة ووقت الكمبيوتر. في الحالة الأولى، تتم محاكاة خوارزميات التحكم برمجياً على جهاز كمبيوتر رقمي، ويتم برمجة نموذج رياضي تناظري لكائن التحكم في الكمبيوتر الآلي، ويتم استخدام ACVK كمجمع لتصحيح الأخطاء والتحقق من خوارزميات التحكم، مع مراعاة اللاخطية وديناميكيات كائن التحكم، والتي يصعب جدًا أخذها في الاعتبار عند تطوير الخوارزميات، إذا لم تحل المعادلات التفاضلية للكائن باستمرار لتحديد استجابته لكل إجراء تحكم جديد.

في الحالة الثانية، على سبيل المثال، عند حل المعادلات التفاضلية، تنقسم المشكلة العامة المرهقة للحسابات التقريبية إلى جزأين، وعادة ما يتم وضع الحسابات المكثفة حسابيًا في الجزء التناظري الذي يُسمح فيه بخطأ قدره 0.1...1٪.

وفقا لمبدأ تقسيم المهمة المذكورة أعلاه إلى قسمين وطريقة تنظيم التفاعل بين AVM والكمبيوتر الرقمي، تنقسم أجهزة الكمبيوتر الرقمية الحديثة إلى 4 فئات من الحوسبة التناظرية الرقمية

يمكن تنفيذ الفئات 1،2،3 على أساس التنظيم الهيكلي المدروس لـ ADVC باستخدام UPS مبسط مبني على ADC و DAC أحادي القناة.

الفئة 1 هي الأبسط من حيث تنظيم التفاعل بين الألغام المضادة للمركبات والكمبيوتر الرقمي. تعمل الأجزاء الرقمية والتناظرية في أوقات مختلفة، وبالتالي لا توجد متطلبات عالية على مزامنة تشغيل AVM والكمبيوتر الرقمي وسرعة الكمبيوتر الرقمي وUPS.

تتطلب الفئة 2 تنظيمًا خاصًا لأنماط التشغيل المتناوبة لـ AVM وDVM وUPS في كل دورة من العمليات الحسابية والتفاعلية

نظرًا لأن التيار المتردد وCC لا يعملان في وقت واحد، فلا توجد مشاكل في مزامنتهما ولا توجد متطلبات عالية على سرعة UPS والكمبيوتر الرقمي. فئات المشاكل التي يتعين حلها: تحسين معلمات النموذج التناظري، وتحديد البارامترية، ونمذجة العمليات العشوائية باستخدام طريقة مونت كارلو، والنمذجة التناظرية الرقمية لأنظمة التحكم الآلي غير في الوقت الفعلي، والمعادلات التكاملية.

تتطلب الفئة 3 تنظيمًا مختلفًا لأنماط التشغيل البديلة لـ AVM وTsVM وUPS.

في المرحلة أ، يتم تنفيذ مهمتين جزئيتين لمهمة معقدة واحدة، متوافقة في الوقت المناسب، في وقت واحد في AC وCC. في CC في المرحلة B، غالبًا ما يتم استلام القيم المنفصلة للوسائط الوظيفية من AC وتخزينها، ثم في المرحلة A، يتم حساب إحداثيات الوظائف المعقدة منها وإعدادها للتيار المتردد، والتي في المرحلة التالية B يتم نقلها إلى التيار المتردد، حيث يتم تخزينها في الذكريات التناظرية (SVH)، ثم يتم استخدامها في المرحلة التالية أ في الحسابات التناظرية، وما إلى ذلك. فئات المشاكل التي يتعين حلها: الحسابات التكرارية، وحل التفاضلات العادية مع شروط حدودية معينة ، المشاكل الديناميكية مع تأخير الحجج، المعادلات التكاملية، المعادلات التفاضلية الجزئية. في الفئة 3، لا توجد متطلبات عالية على سرعة الكمبيوتر الرقمي والكمبيوتر الرقمي، ولكن يلزم المزامنة الدقيقة لتشغيل الكمبيوتر الرقمي والكمبيوتر الرقمي في المرحلة B، لأنه بسبب توقف المعالج الرقمي، التحكم غير المتزامن من المستحيل نقل البيانات، ويتم النقل المتزامن لكتل ​​البيانات تحت سيطرة وحدة تحكم الوصول المباشر إلى الذاكرة (KPDP) من خلال قناة الإدخال / الإخراج للكمبيوتر الرقمي.

غالبًا ما تكون الفئة 4 عبارة عن نمذجة تناظرية رقمية لأنظمة التحكم الآلي الرقمية في الوقت الفعلي لفحص وتصحيح أخطاء برامج الكمبيوتر الرقمية للتحكم في الديناميكيات. وهو الأكثر تعقيدا من حيث تنظيم التفاعل والتزامن بين تشغيل AVM والكمبيوتر الرقمي، حيث يتم هنا دمج المرحلتين A وB، فيحدث تبادل مستمر للبيانات أثناء عملية الحساب، وبالتالي يتم استخدام مطلوب جهاز كمبيوتر رقمي و UPS بأقصى سرعة.

التنظيم الهيكلي لـ UPS، المذكور أعلاه والمناسب للفئات 1،2،3، لا ينطبق على الفئة 4. تتطلب الفئة الأخيرة تنظيمًا متعدد القنوات لـ ADC وDAC دون تعدد الإرسال مع تضمين إضافي لسجلات المخزن المؤقت المتوازية عند إدخال وإخراج ملف BSC، والتبادل مع OP للكمبيوتر الرقمي في وضع الوصول المباشر. يتم تحويل محتويات كل سجل إما عن طريق DACs منفصلة متصلة بالتوازي عند نقل البيانات إلى AVM، أو يتم إنشاؤها بواسطة ADCs منفصلة متصلة بالتوازي عند نقل البيانات من AVM إلى الكمبيوتر الرقمي.

2.3.3 مميزات برنامج ACVK.

لأتمتة برمجة الألغام المضادة للمركبات باستخدام كمبيوتر رقمي وأتمتة عملية الحوسبة التناظرية الرقمية بشكل كامل، يتم استكمال برامج الكمبيوتر الرقمية التقليدية ذات الأغراض العامة (انظر الشكل 13.2 ص 398 في الكتاب المدرسي) بوحدات البرامج التالية:

1. تتضمن برامج المعالجة مترجمين إضافيين من لغات خاصة للنمذجة التناظرية الرقمية، على سبيل المثال Fortran-IV، تكملها إجراءات فرعية في لغة التجميع الموسعة التي تحتوي على أوامر تناظرية رقمية خاصة، على سبيل المثال، للتحكم في الجزء التناظري باستخدام رقمي برنامج كمبيوتر، ينظم نقل البيانات بين الترددات الرقمية والتيار المتردد، ومعالجة مقاطعات برامج التردد المركزي التي يتم تهيئتها بواسطة الجزء التناظري؛ يتم إنشاء نظام تجميع تناظري رقمي؛

2. تشتمل برامج العمل وتصحيح الأخطاء والصيانة على برنامج تشغيل تبادل بين الأجهزة للتحكم في الجزء التناظري كمعالج طرفي وبرامج عرض رسومية وتسجيل وتحليل النتائج؛

3. تتضمن مكتبة البرامج التطبيقية برامج حساب الوظائف والبرامج الرياضية التناظرية الرقمية القياسية.

4. يتم تضمين اختبارات UPS واختبارات وحدات تشغيل AVM في برامج الصيانة التشخيصية.

5. يتم إدخال مجموعة كاملة من وحدات التحكم الإضافية في برامج التحكم في نظام التشغيل:

نظام التشغيل الآلي للبرمجة التناظرية (SAAP) ويتكون من محلل معجمي; محلل(التحقق من امتثال البرنامج التناظري الذي تم إدخاله باللغة الخوارزمية لقواعد بناء الجملة)؛ مولدات مخطط الكتلة(تكوين وترميز دوائر النماذج التناظرية باستخدام طريقة تقليل الترتيب والوظائف الضمنية، كما في الفقرة 2.1)؛ كتلة من برامج الحساب(تحجيم النموذج التناظري كما في البند 2.1، النمذجة البرمجية الرقمية للجزء التناظري على جهاز كمبيوتر رقمي بعملية حسابية واحدة لحساب القيم القصوى المتوقعة للمتغيرات وتوضيح تحجيم النموذج التناظري وكذلك إنشاء ملف للتحكم الثابت والديناميكي في الجزء التناظري بعد برمجته)؛ برامج عرض الإخراج(عرض ورسم البنية المركبة للنموذج التناظري، وطباعة التحكم لرموز البرامج التناظرية، وعوامل القياس، وملفات التحكم الثابتة والديناميكية)؛

· خدمة المزامنة والتفاعل بين أجهزة الكمبيوتر الآلية وأجهزة الكمبيوتر الرقمية (تنفيذ أوضاع التشغيل المتناوبة)؛

· خدمة معالجة المقاطعات التي تتم تهيئتها بواسطة الجزء التناظري.

· برنامج لإدارة تبادل البيانات بين الألغام المضادة للمركبات والكمبيوتر الرقمي.

· برنامج لإدارة تحميل رموز الدوائر النموذجية التناظرية إلى SAC (في RN)؛

· برنامج للتحكم في وضع التحكم الثابت والديناميكي (تصحيح أخطاء البرنامج التناظري المحمل في AVM).

بناءً على نتائج أتمتة البرمجة التناظرية الرقمية على القرص المغناطيسي للكمبيوتر الرقمي المضيف، بالإضافة إلى الملفات الرقمية التقليدية، يتم إنشاء ملفات البيانات الإضافية التالية، التي تستخدمها الوحدات الإضافية المذكورة أعلاه لبرنامج ACVK: التناظرية ملف الكتلة، ملف التبديل (لـ SAC)، ملف التحكم الثابت، ملف التحكم الديناميكي، ملف التحضير للمحولات الوظيفية التناظرية، مكتبة البرامج القياسية التناظرية إلى الرقمية.

2.3.4. لغات النمذجة التناظرية الرقمية.

تسمح لك البنية المدروسة للكمبيوتر الرقمي بوصف وإدخال البرامج التناظرية الرقمية فقط في الكمبيوتر الرقمي المضيف بلغات خوارزمية عالية المستوى. ولهذا الغرض، يتم استكمال لغات البرمجة الرقمية التقليدية بمشغلات خاصة لوصف كائن النمذجة التناظرية، وتنظيم نقل البيانات بين التيار المتردد والتيار المستمر، والتحكم في الجزء التناظري باستخدام برنامج كمبيوتر رقمي، ومعالجة الانقطاعات من الجزء التناظري، وإعداد معلمات النموذج التناظري، ومراقبة الجزء التناظري، وإعداد معلومات الخدمة، وما إلى ذلك.

يتم استخدام اللغات العالمية، مترجمة عن طريق التجميع (Fortran IV) أو الترجمة الفورية (BASIC، Gibas، Focal، HOI)، مكملة بإجراءات فرعية خاصة في التجميع، تسمى عادةً بواسطة مشغل Call... الذي يشير إلى معرف الروتين الفرعي المطلوب.

من أجل زيادة سرعة تشغيل CAAP، عادة ما يتم وصفه واستخدام لغات النمذجة التناظرية الرقمية المتخصصة عند الإدخال: CSSL، HLS، SL – 1، APSE، وللتفسير الداخلي لغة Poliz (عكس البولندية الرموز).

يمكن إدخال تعليمات الماكرو التناظرية الرقمية التالية في اللغات العالمية المجمعة:

1. بقعة AA س- ضبط مقياس الجهد (DCC) في الجزء التناظري ذو العنوان AA على الموضع (قيمة المقاومة) المطابق لقيمة الكود الرقمي المخزن في الكمبيوتر الرقمي OP على العنوان x؛

2. MLWJ AA س- اقرأ القيمة التناظرية عند مخرج وحدة التشغيل في التيار المتردد بالعنوان AA، وقم بإخضاعها للتحويل من التناظري إلى الرقمي، واكتب الكود الرقمي الناتج في الكمبيوتر الرقمي OP على العنوان x. يمكن وصف التفاعل بين الجزء التناظري والجزء الرقمي بأنه استدعاء إجراء:

اتصل بـ JSDA AA x، حيث JSDA هو المعرف المقابل للروتين الفرعي للمكون الإضافي في لغة التجميع، على سبيل المثال، إجراء التثبيت - قم بتعيين القيمة x من مخرج DAC لعنوان AA في الجزء التناظري.

لذلك، من المهم جدًا أن نفهم كيف يؤثر نوع التوازي للمشكلة التي يتم حلها على طريقة تنظيم الكمبيوتر المتوازي.

3.1.1 التوازي الطبيعي

مهام مستقلة.

يتم ملاحظة ما إذا كان هناك تدفق للمهام غير ذات الصلة في الطائرة. في هذه الحالة، يتم تحقيق زيادة الإنتاجية بسهولة نسبيا عن طريق إدخال BC "الحبيبات الخشنة". فرقةمعالجات تعمل بشكل مستقل ومتصلة بواجهات OP متعددة الوحدات وتهيئة معالجات الإدخال / الإخراج (I / O).

عدد وحدات OP هو m>n+p لضمان إمكانية الوصول المتوازي إلى الذاكرة لجميع معالجات المعالجة وجميع PVVs ولزيادة التسامح مع الخطأ للكمبيوتر. تعد وحدات OP الاحتياطية (m-n-p) ضرورية للاسترداد السريع في حالة فشل وحدة العمل ولتخزين SSP للمعالجات والعمليات عند نقاط تفتيش البرنامج المطلوبة لإعادة التشغيل في حالة فشل المعالج أو وحدة OP.

يتم إنشاء فرصة لكل مهمة من المهام التي يتم حلها لدمج الزوج مؤقتًا: Pi+OPj كجهاز كمبيوتر يعمل بشكل مستقل. في السابق، كانت نفس وحدة OP تعمل في أزواج: PVVk + OPj، وفي OPj، تم إدخال البرنامج والبيانات في المخزن المؤقت للإدخال. في نهاية المعالجة، يتم تنظيم المخزن المؤقت للإخراج وتعبئته في OPj، ثم يتم إدخال وحدة OPj في زوج OPj+PVVr للتبادل مع الجهاز الطرفي.

تتمثل المهمة الرئيسية لتنظيم عمليات الحوسبة، والتي يتم حلها بواسطة برنامج النظام "المرسل"، في التوزيع الأمثل للمهام بين المعالجات المتوازية وفقًا لمعيار تعظيم حملها، أو تقليل وقت توقفها عن العمل. وبهذا المعنى فهو الأمثل غير متزامنمبدأ تحميل المهام على المعالجات دون انتظار معالجة المهام في معالجات أخرى مشغولة.

إذا تم تخزين حزمة من مهام الإدخال المتراكمة خلال فترة زمنية معينة في VRAM، فإن مشكلة الجدولة غير المتزامنة المثالية تتلخص في إنشاء جدول زمني مثالي عند تشغيل المهام على معالجات مختلفة. بيانات الإدخال الرئيسية المطلوبة لذلك هي مجموعة من أوقات المعالجة الحسابية المتوقعة المعروفة لجميع مهام الدفعة المتراكمة، والتي يشار إليها عادةً في بطاقات التحكم الخاصة بمهامها.

على الرغم من الطبيعة المستقلة للمهام في مجمل عمليات الحوسبة غير المتزامنة، فمن الممكن حدوث تعارضات بينها فيما يتعلق بموارد الكمبيوتر المشتركة:

1) خدمات نظام تشغيل مشترك متعدد الأنظمة، على سبيل المثال، معالجة مقاطعات الإدخال/الإخراج، أو الاتصال بنظام تشغيل موثوق مشترك أثناء حالات الفشل وإعادة التشغيل؛

(О–) – ®О-Д – تغيير إشارة D.

مع عملية في الطبقة الأولى، يمكن إجراء عمليتين في كل من الطبقتين الثانية والثالثة بالتوازي إذا كان لدى وحدة الحساب والحساب (ALU) فائض مماثل في كتل التشغيل.

إن توازي العمليات الذي تمت مناقشته أعلاه في حل المعادلات التفاضلية وعند معالجة المصفوفات ينتمي إلى الفئة العادية، حيث تتكرر نفس العملية عدة مرات على بيانات مختلفة. المثال الأخير للمعادلة التربيعية يحتوي على توازي غير منتظم للعمليات، عندما يمكن تنفيذ أنواع مختلفة من العمليات في وقت واحد على بيانات مختلفة.

كما هو موضح أعلاه، يعد استخدام التوازي المنتظم للعمليات مع تحسين الأداء أمرًا مناسبًا تنظيم المصفوفةالطائرات مع السيطرة العامة.

في الحالة العامة للتوازي غير المنتظم للعمليات، يتم النظر في طريقة أكثر ملاءمة لتحسين الأداء منظمة التدفقأجهزة الكمبيوتر والطائرات. في أجهزة الكمبيوتر المتدفقة، بدلاً من التحكم التقليدي لبرنامج فون نيومان في عملية الحوسبة وفقًا لترتيب الأوامر التي تحددها الخوارزمية، يتم استخدام المبدأ العكسي للتحكم في البرنامج وفقًا لدرجة جاهزية المعاملات، أو تدفق البيانات (تدفق المعامل)، لا يتم تحديده بواسطة الخوارزمية، ولكن بواسطة الرسم البياني للمعامل (الرسم البياني لنقل البيانات).

إذا كان هناك فائض كافٍ من أجهزة المعالجة في معالج متوازي، أو مجموعة من المعالجات الدقيقة الزائدة عن الحاجة في نظام كمبيوتر، فمن الطبيعي والتلقائي (بدون جدولة خاصة وجدولة الإطلاق) أن تلك العمليات المتوازية التي تم إعداد معاملاتها من خلال الحسابات السابقة ستكون متزامنة أعدم.

تبدأ العملية الحسابية بتلك العمليات التي تكون معاملاتها هي البيانات الأصلية، على سبيل المثال، في الطبقة الأولى من المعدل التراكمي للمعادلة التربيعية، يتم تنفيذ ثلاث عمليات في وقت واحد، ثم تتطور عندما تصبح المعاملات جاهزة. بعد ذلك يتم استدعاء أمر الضرب، ثم الطرح والتحقق من الشرط المنطقي، ثم عامل الماكرو (Ö) وبعد ذلك فقط - أمرين في نفس الوقت: الجمع والطرح، وبعدهما - أمران قسمة متطابقان.

يمكن التنفيذ الفني لتنظيم تدفق الطائرات بثلاث طرق:

1) إنشاء معالجات دقيقة متدفقة خاصة، والتي تنتمي إلى فئة المعالجات المتخصصة وسيتم مناقشتها في الفصل الدراسي القادم.

2) التنظيم الخاص لعملية الحوسبة وتعديل لغة الآلة ذات المستوى المنخفض في مجموعة أجهزة الكمبيوتر متعددة المعالجات الدقيقة المبنية على معالجات فون نيومان القياسية؛

3) إنشاء معالجات بها فائض من نفس النوع من وحدات التشغيل وإضافة أنظمة تشغيل باستخدام طريقة الدفق لتنظيم عملية الحوسبة (يتم تنفيذها في معالج الدفق المحلي EC2703 والكمبيوتر العملاق Elbrus-2).

تمت صياغة مشكلة النمذجة الرقمية للإشارات الراديوية والتداخل الراديوي والعمليات العشوائية على أنها مشكلة إيجاد خوارزميات (بسيطة قدر الإمكان) تتيح الحصول على تطبيقات منفصلة (وظائف مختارة) للعمليات المحاكاة على جهاز كمبيوتر رقمي. هذه مهمة مستقلة ومعقدة إلى حد ما لتجميع العمليات العشوائية المنفصلة التي تحاكي العمليات المستمرة بخصائص إحصائية معينة. يتم حلها من خلال إيجاد تحويلات خطية وغير خطية مناسبة للتنفيذ على جهاز كمبيوتر رقمي، والتي من الممكن من خلالها تحويل الأرقام العشوائية المستقلة بشكل موحد أو موزعة بشكل طبيعي والتي تم إنشاؤها بواسطة مستشعر الأرقام العشوائية إلى تسلسلات عشوائية مع الخصائص الإحصائية المطلوبة .

تمت صياغة مشكلة النمذجة الرقمية للأنظمة الراديوية كمشكلة تطوير خوارزميات تسمح، استنادًا إلى خصائص معينة للأنظمة، على سبيل المثال، وظائف النقل والخصائص غير الخطية للوصلات الفردية، بتحويل التطبيقات المنفصلة لتأثيرات المدخلات على جهاز كمبيوتر رقمي بدقة أو مع وجود خطأ مقبول في التطبيقات المنفصلة لتأثيرات الإخراج المقابلة للأنظمة المحاكاة. تسمى هذه الخوارزميات نماذج النظام الرقمي.

ينبغي شرح بعض ميزات النمذجة الرقمية للأنظمة الراديوية ونهج النمذجة المعتمد هنا.

يتم تحديد تطور نظرية النمذجة بشكل عام، والنمذجة الرقمية بشكل خاص، من خلال درجة الوصف الرياضي للظواهر والعمليات التي تحدث في مختلف فروع العلوم والتكنولوجيا. على عكس بعض مجالات تطبيق النمذجة الرقمية الأخرى، مثل نمذجة العمليات الصناعية أو العمليات في الأنظمة البيولوجية، حيث غالبًا ما يكون الوصف الرياضي للظواهر مهمة معقدة للغاية، فإن الوصف الرياضي لعمل الأنظمة الراديوية متطور تمامًا.

في الواقع، الغرض الرئيسي من أنظمة الراديو هو إرسال واستقبال ومعالجة المعلومات الواردة في الإشارات. من وجهة نظر معلوماتية، يمكن اعتبار الأنظمة الراديوية بمثابة أجهزة كمبيوتر متخصصة (عادة ما تكون تناظرية ذات سرعة عالية جدًا)، والتي تنفذ بدقة أو تقريبًا خوارزميات التشغيل المحددة مسبقًا (انظر حول هذا الموضوع). العمليات المضمنة في هذه الخوارزميات، مثل التعديل، والتصفية، والتضخيم، وتحويل التردد، والكشف، والحد، والتراكم، والتتبع، وما إلى ذلك، كقاعدة عامة، تسمح بصياغة رياضية بسيطة نسبيًا.

يتم تقليل الوصف الرياضي إلى ترجمة برنامج معروف لتشغيل نظام راديوي، تمت صياغته بلغة الهندسة الراديوية العادية، إلى لغة الرياضيات، حيث، على سبيل المثال، الترشيح هو التكامل المنزلق، والتراكم - الجمع، واكتشاف السعة - استخراج المغلف، وما إلى ذلك، ونتيجة لذلك، نموذج رياضي للنظام الراديوي. يتم الحصول على نموذج رقمي للنظام في المرحلة الثانية، عندما يتم، بناءً على النموذج الرياضي، تطوير خوارزمية منفصلة لعملية عمل كائن النمذجة، مخصصة للتنفيذ على جهاز كمبيوتر رقمي.

إن تنفيذ نموذج رقمي لنظام راديوي على حاسوب رقمي يعني في جوهره استبدال الحاسوب المتخصص، وهو هذا النظام الراديوي، بحاسوب رقمي عالمي.

إن النهج المتبع في نمذجة الأنظمة الراديوية كاستبدال جهاز كمبيوتر بآخر هو ما يسمى بالمبدأ الوظيفي للنمذجة، والذي بموجبه يعتبر النموذج مكافئًا للأصل إذا كان يستنسخ بدقة كافية وظيفة الأصل فقط، على سبيل المثال، خوارزمية لتحويل إشارات الإدخال إلى إشارات خرج لجهاز استقبال الراديو. في الوقت نفسه، لا يتشابه النموذج والأصل بشكل عام، لأنه أثناء النمذجة، يتم حذف التفاصيل غير المهمة من وجهة نظر المعلومات، المرتبطة، على سبيل المثال، بتجسيد مادي محدد للنظام المصمم. يعد هذا النهج في النمذجة مناسبًا لعدد من المشكلات، على سبيل المثال، عند اختيار مبادئ إنشاء أنظمة الراديو في مرحلة التصميم، وعند تقييم مناعة الضوضاء لدوائر معالجة الإشارات (الخوارزميات)، وعند تقييم فعالية التداخل، وفي حالات أخرى دراسات.

بالطبع، هناك مشاكل لا يكون فيها المبدأ الوظيفي عمليًا لحلها باستخدام طريقة النمذجة، على سبيل المثال، عند دراسة تأثير معلمات العناصر الحقيقية (الفراغ الكهربائي وأجهزة أشباه الموصلات، والحث، والسعات، والمقاومات، وما إلى ذلك) التي قم بتكوين جهاز (وحدة) راديو معين، وفقًا لخصائصه: وظائف النقل، والاستقرار، والخطية، والنطاق الديناميكي، وما إلى ذلك. في هذه الحالات، تحتاج إلى الانتقال إلى مستوى النمذجة الأكثر تفصيلاً. يسمى هذا النهج في النمذجة في الأدبيات الأجنبية باستخدام أجهزة الكمبيوتر الرقمية لتحليل وتوليف الدوائر. لم تتم مناقشة طرق النمذجة الرقمية هذه في هذه الدراسة.

ويعرض طرق النمذجة الرقمية القائمة على معرفة خصائص الأنظمة الأكثر عمومية من خصائص أبسط عناصرها. على هذا النحو، يتم استخدام خوارزميات تشغيل الأنظمة، بناءً على غرضها الوظيفي، أو وظائف النقل أو الخصائص العابرة النبضية للروابط الديناميكية الخطية، والخصائص غير الخطية للكتل غير الخطية التي تشكل النظام، أي يتم إجراء النمذجة على مستوى المخططات الوظيفية بدلاً من المخططات الدائرية للأنظمة.

عادة، يمكن تمثيل أنظمة الراديو المحاكاة كمجموعة من نوعين رئيسيين فقط من الروابط - وصلات القصور الذاتي الخطية (مكبرات الصوت، والمرشحات، وأنظمة التتبع، وما إلى ذلك) والروابط غير الخطية الخالية من القصور الذاتي (المحددات، والكاشفات، والكتل المنطقية، وما إلى ذلك) . من هذين النوعين من الوحدات الوظيفية، من خلال زيادة المخطط التفصيلي وتغيير خصائص الروابط، يتم بناء أنظمة الراديو بأي تعقيد. ليس من الصعب العثور على خوارزميات لنمذجة مثل هذه الأنظمة الوظيفية إذا كنت تعرف خوارزميات نمذجة الأجزاء الفردية من الأنظمة.

ليس لمشكلة الوصف الرياضي لعمل وصلات النظام الراديوي حل فريد. على سبيل المثال، يمكن وصف الترشيح الخطي بأنه عملية تغيير اتساع وأطوار توافقيات تأثير المدخلات (طريقة فيرير) وكتكامل منزلق لعملية الإدخال مع بعض الوزن (طريقة دوهاميل التكاملية. وفي المقابل، يمكن وصف الترشيح الرقمي المختلف يمكن أن تتوافق النماذج مع نفس النموذج الرياضي؛ على سبيل المثال، يمكن تمثيل عملية التصفية المستمرة، المحددة في شكل تكامل دوهاميل، بشكل منفصل كجمع منزلق وكعملية حسابية وفقًا لمعادلة الفرق المتكررة وفي هذا الصدد، فإن الاتجاه الرئيسي في تطوير أساليب النمذجة الرقمية للأنظمة الراديوية لا يتمثل في الوصف الرياضي وإنشاء نماذجها الرقمية بشكل عام، بل كم عدد النماذج الرقمية المكافئة واختيار أكثرها ملاءمة للتنفيذ على جهاز كمبيوتر رقمي، أي الأكثر فعالية من وجهة نظر معيار الكفاءة المختار.

وعلى هذا النحو، يتم استخدام معيار الحد الأدنى من التكاليف الحسابية (الحد الأدنى لحجم ووقت العمليات الحسابية) لدقة نمذجة معينة فيما يلي.

يوضح الكتاب طرقًا مختلفة لتقليل التكاليف الحسابية. أهمها ما يلي.

1. استخدام خوارزميات ماركوف الاقتصادية المتكررة عند نمذجة الإشارات والضوضاء وعمليات عمل الأنظمة، والتي بموجبها يمكن بسهولة العثور على الحالة التالية لكائن النمذجة من خلال معرفة حالة أو أكثر من حالاته السابقة. (لهذه الطريقة نطاق واسع جدًا من التطبيقات، نظرًا لأن العديد من العمليات في الأنظمة الراديوية إما ماركوفية بشكل صارم أو تقريبي.)

2. تطبيق طريقة المغلف من أجل استبعاد المكونات عالية التردد للتردد الحامل من الاعتبار.

3. التحويلات المكافئة للمخططات الوظيفية للأنظمة من أجل الحصول على أنظمة متشابهة وظيفيا وأسهل في النمذجة.

4. النمذجة متعددة النطاق (باستخدام خطوة أخذ عينات صغيرة للعمليات المتغيرة بسرعة وخطوة أخذ عينات كبيرة للعمليات المتغيرة ببطء عند نمذجة الأنظمة التي تحدث فيها العمليات في وقت واحد في أجزاء مختلفة من نطاق التردد) والنمذجة على نطاق متغير (باستخدام متغير خطوة أخذ العينات).

إن استخدام هذه الأساليب يجعل النمذجة الرقمية والتناظرية أقرب إلى السرعة. وفي جوانب أخرى، قد يكون لعمليات المحاكاة الرقمية والتناظرية للأنظمة الراديوية كفاءات مختلفة، تحددها مزايا وعيوب أجهزة الكمبيوتر الرقمية والتناظرية.

ومع ذلك، عندما يكون مطلوبًا وجود جهاز عالمي لنمذجة مجموعة متنوعة من الأنظمة: أنظمة أوتوماتيكية منفصلة، ​​أنظمة ديناميكية مستمرة ومنفصلة (خطية وغير خطية ذات معلمات ثابتة ومتغيرة ومجمعة وموزعة)، وأنظمة الانتظار، وما إلى ذلك، حيث تكون الدقة عالية ، المنطق المتطور، وجود نظام ذاكرة فعال، نطاق ديناميكي كبير من القيم، النمذجة الرقمية لها مزايا كبيرة مقارنة بالتناظرية.

تشمل عيوب النمذجة الرقمية في الوقت الحاضر ما يلي: السرعة المنخفضة نسبيًا، ونظام الاتصال غير الكامل بين الإنسان والآلة (التسجيل المرئي غير الكافي للنتائج، والصعوبات في تغيير المعلمات وهيكل النظام المحاكى في عملية حل المشكلة)، والتكلفة العالية لمدة ساعة من وقت الكمبيوتر. ومع ذلك، هناك سبب للاعتقاد بأنه في المستقبل، مع تحسن تكنولوجيا الكمبيوتر الرقمي الإلكتروني وطرق دعمها الرياضي، سيتم القضاء على هذه العيوب. تمت الإشارة إلى بعض المزايا والعيوب الإضافية للنمذجة الرقمية أثناء عرض المادة.

تعد النمذجة التناظرية أبسط، وفي بعض الحالات تتفوق على النمذجة الرقمية في الأداء، وأكثر بصرية، وأكثر ربحية من الناحية الاقتصادية، ولكنها ذات دقة منخفضة، ونطاق ديناميكي صغير نسبيًا، وليست عالمية. يستخدم هذا النوع من النمذجة بشكل أكثر فعالية، كما هو معروف، في دراسة الأنظمة الديناميكية المستمرة الموصوفة بالمعادلات التفاضلية العادية.

يمكن التعويض عن عيوب النمذجة التناظرية من خلال النماذج التناظرية الرقمية المدمجة.

سيركز هذا الكتاب فقط على النمذجة الرقمية، ولكن يمكن استخدام بعض الأساليب التي تمت مناقشتها فيه في النمذجة التناظرية وكذلك النمذجة التناظرية إلى الرقمية، على سبيل المثال، طريقة مرشح التشكيل عند نمذجة الإشارات العشوائية.

وفي المستقبل، بدلاً من مصطلح "النمذجة الرقمية"، كقاعدة عامة، سيتم استخدام مصطلح "المحاكاة".

وبما أن الكتاب يتناول أساليب النمذجة الرياضية، فإن هناك "الكثير من الرياضيات" فيه. ومع ذلك، لفهم المادة، لا يحتاج القارئ إلى الكثير من المعرفة بالرياضيات بمعناها الكلاسيكي الصارم، بل يتطلب معرفة "رياضيات الراديو"، في مصطلحات S. M. Rytov، و"رياضيات الدوائر"، أي. مصطلحات وودوارد، بالإضافة إلى قضايا النظرية التطبيقية للعمليات العشوائية والهندسة الراديوية الإحصائية في مجلد فصول الكتاب المقابلة. بالإضافة إلى ذلك، يطلب من القارئ معرفة بعض أساسيات الجهاز الرياضي لنظرية الأنظمة المنفصلة، ​​ولا سيما الخصائص الأساسية للتحويلات وإمكانيات الكمبيوتر الرقمية ومبادئ البرمجة.

لا يقدم الكتاب مخططات بيانية للبرامج الممكنة لتنفيذ خوارزميات النمذجة على جهاز كمبيوتر رقمي. يتم إعطاء الخوارزميات في شكل صيغة. لشرح الخوارزميات الصيغةية، يتم تقديم وظائف النقل والرسوم البيانية للمرشحات المنفصلة التي تقوم بعمليات على تسلسلات رقمية مدخلة بما يتفق بدقة مع الخوارزميات المقترحة.

مفهوم النمذجة المنطقية تُفهم النمذجة المنطقية على أنها إعادة إنتاج برمجية كاملة ودقيقة لسلوك الدائرة الرقمية وفقًا لوصفها الوظيفي و/أو الهيكلي ومجموعات معينة من إشارات الإدخال. في التصميم اليدوي، يتم تمثيل النموذج بتخطيط عمل أو نموذج أولي (نموذج أولي). في التصميم بمساعدة الكمبيوتر، يتم استبدال التخطيط الحالي بنموذج محاكاة (برنامج) للمشروع، ويتم استبدال التجارب واسعة النطاق أو الفيزيائية بنماذج (آلة) نموذجية. من السهل إجراء أي تغييرات على النموذج وبالتالي تحسين المشروع حتى يصل إلى الجودة المطلوبة.

المشاكل التي تم حلها عن طريق طريقة النمذجة المنطقية 1. المهمة الرئيسية للنمذجة المنطقية هي التحقق من الأداء الصحيح للدائرة الرقمية قبل تنفيذها الفعلي (المادي) 2. دراسة خصائص توقيت الدائرة - السرعة، وقت تنفيذ العمليات ، الحد الأقصى لترددات العد أو التحول. كشف ظروف السباق ومخاطر الاصطدام. التأخير. 3. التحكم في علاقات التوقيت - الوقت المحدد مسبقًا ووقت الانتظار والحد الأدنى لمدة الإشارة. 4. تطوير اختبارات المراقبة والتشخيص. نمذجة الأخطاء. 5. مقارنة حلول الدوائر البديلة واختيار الأنسب منها. "طغيان البدائل." يتم إنفاق ما يصل إلى 70٪ من وقت العمل في المشروع على التحقق منه

تم حل المشكلات بطريقة النمذجة المنطقية 6. مراقبة إخراج المكونات إلى الحمل المسموح به. 7. مراقبة مكونات الدائرة لتبديد الطاقة المسموح بها. 8. تحديد العناصر القابلة للإلغاء باستخدام إشارات إعادة الضبط أو التهيئة. 9. إجراء التقييمات الإحصائية، على سبيل المثال، تحديد النسبة المئوية لإنتاجية الدوائر المناسبة، والتي لا يمكن إجراؤها على نماذج أولية فردية. 10. إجراء الاختبارات المناخية ودرجة الحرارة في أغلب الأحيان.

يتم إجراء محاكاة عملية النمذجة المنطقية بطريقة مشابهة للتحقق اليدوي من الدائرة. أثناء تجربة تخطيط العمل، يقوم المهندس بضبط مستويات الجهد عند مدخلات الدائرة ويلاحظ إشارات الخرج على شاشة راسم الذبذبات. وفي حالة النمذجة المنطقية، فإنه يحاكي هذه الإجراءات باستخدام برنامج خاص يسمى النمذجة (محاكي، مقلد). الفرق هو أن الإشارات المادية الحقيقية يتم استبدالها بإشارات تم إنشاؤها بواسطة البرامج ويتم ملاحظتها ليس على راسم الذبذبات، ولكن على شاشة العرض.

عملية النمذجة المنطقية من وجهة نظر معالجة البيانات، تتلخص عملية النمذجة في ثلاث عمليات رئيسية: إعداد وصف للدائرة المحاكاة بلغة معينة (LOO - لغة وصف الكائن) وإدخالها في الكمبيوتر. يمكن تحديد الوصف على شكل رسم تخطيطي، أو قائمة المكونات والاتصالات (NetList)، أو على شكل عرض تقديمي جدولي، أو على شكل رسم تخطيطي لحالة الجمهور المستهدف. التحكم في الوصف (على سبيل المثال، البحث عن المدخلات العائمة، والمخرجات المختصرة، والأسماء المكررة) وترجمتها إلى رمز الكائن. برنامج التحكم ERC - فحص القواعد الكهربائية. إجراء تجارب باستخدام نموذج برمجي يحاكي عمل الدائرة. قبل البدء في المحاكاة، يتم تحديد مجموعات إشارات الإدخال والحالة الأولية للدائرة ونقاط التحكم للمراقبة ووقت المحاكاة النهائي.

التمثيل الرسومي لعملية النمذجة المنطقية إدخال وصف الدائرة NetList مكتبات الأوصاف الرسومية للمكونات التوليد التلقائي لنموذج الدائرة مكتبات النماذج الرياضية لمكونات الأسلحة النووية Designer & Y=A and B; نموذج الدائرة إجراء النمذجة أدوات المحاكاة الرئيسية مخططات إشارة الإدخال الحالة الأولية للدائرة التحكم في الإخراج الشروط الخاصة طريقة المحاكاة نتائج المحاكاة برنامج التشغيل NPO M1 - مبدأ دلتا T M2 - مبدأ دلتا Z min درجة حرارة الخطأ القصوى النموذجية تجميع المحاكاة رابط رابط

نماذج الإشارات الرقمية يتم تحديد نطاق المشكلات التي يتم حلها بواسطة طريقة النمذجة المنطقية بشكل أساسي من خلال عدد الحالات المميزة التي يمكن أن تتخذها الإشارة الرقمية. ترتبط كل دولة برمزها الفردي الخاص، ويشكل مزيجها أبجدية النمذجة. أبسط أبجدية - ثنائية، مستخدمة في AFM القديم، تحتوي على مجموعة بت (0، 1). وبما أنه في هذه الحالة يمكن لأي إشارة أن تأخذ قيمتين فقط (0 و1)، فيجب اعتبار التغيير في المستوى المنطقي فوريًا. حدث التقريب الثنائي لعتبة الإشارة الحقيقية - ميزة التبديل اللحظي - اقتصادية. يسمح لك بحل مهمة نمذجة رئيسية واحدة فقط - التحقق من تشغيل الدائرة

نماذج الإشارات الرقمية مع النمذجة الثلاثية (0، 1، X)، يمكن تصوير إشارة التبديل بشكل أكثر واقعية، على سبيل المثال 0X1 أو 1X0. مثل هذا التسجيل يعني أنه عندما تتغير حالة عنصر ما، فإن إشارة الخرج الخاصة به لبعض الوقت (أثناء تشكيل الارتفاع أو الانخفاض) لها قيمة غير محددة. 0 1 X Switching 0X1 Switching 1X0 0 1 X 0X1 Active-HDL 8.1 X – قيمة غير معروفة يتم استخدام الأبجدية المكونة من ثلاثة أرقام (0,1,X) في لغة PML (CAD PCAD 4.5) X يتم تعيينها للإشارة عند إخراج LE أثناء العملية العابرة. يتم تعيين X لمخرجات المشغل بعد تطبيق مجموعات الإشارات المحظورة على مدخلاته ويتم تعيين X لمخرجات المشغل في بداية المحاكاة، عندما تكون حالتها غير معروفة

نماذج الإشارات الرقمية عند نمذجة المكونات ذات المدخلات الديناميكية (القلابات، العدادات، السجلات، الذاكرة)، يكون من السهل جدًا تسجيل اللحظات التي تتحول فيها الإشارات في اتجاه أو آخر. لهذا الغرض، تتم إضافة قيمتين أخريين إلى أبجدية النمذجة: أو/أو R (من كلمة Rise - front) - تبديل الإشارة لأعلى؛ أو \ أو F (من كلمة سقوط - تراجع) - لتبديل الإشارة لأسفل. يستخدم CAD OrCAD 9.1 (مشاريع PSpice) أبجدية مكونة من ستة أرقام (0,1,X,R,F,Z)

نماذج الإشارات الرقمية لنمذجة هياكل الناقل، يتم إدخال حالة Z أخرى في أبجدية قيم الإشارة المسموح بها، وهي حالة مقاومة عالية عند الخرج عندما تكون معزولة فعليًا عن الحمل: (0,1,X, ص، ف، ض). الأبجدية المكونة من أربعة أرقام (0،1،X،Z) شائعة جدًا. يتم استخدامه في لغات وصف الأجهزة مثل Verilog وABEL وAHDL (Altera) وDSL (DesignLab). غالبًا ما تسمى الأبجدية المكونة من أربعة أحرف بأبجدية تركيب FPGA.

نماذج الإشارات الرقمية للحصول على تمثيل أكثر دقة للإشارات (نمذجة أكثر ملاءمة)، يمكنك استخدام تقنيتين رئيسيتين: توسيع أبجدية النمذجة (لقد قمنا بذلك بالفعل)؛ التعريف بمفهوم قوة الإشارة المنطقية (مستوى القوة). على سبيل المثال، ضع في اعتبارك أن أبجدية النمذجة الموسعة لبت نوع لغة VHDL هي (0،1)؛ - نوع الإشارة الأساسي المدمج. نوع الأبجدية (0,1) std_ulogic هو (U,X,0,1,Z,W,L,H,-); - نوع الإشارة الموسعة. الأبجدية (U,X,0,1,Z,W,L,H,-) يوجد نوع الإشارة الموسعة في حزمة منفصلة std_logic_1164، الموجودة في مكتبة IEEE. لذلك، لتضمين هذا النوع من الإشارات في النموذج، عليك وضع الخطوط أمامه:

نماذج الإشارات الرقمية لغة VHDL Alphabet (U,X,0,1,Z,W,L,H,-) U – من كلمة Unnitialized – حرفياً “لم تتم تهيئتها” وهذا يعني أن الإشارة في البرنامج لم يتم تخصيصها لأي القيم على الإطلاق؛ يوفر التحكم في صحة التهيئة - - حالة اللامبالاة (لا تهتم) وهذا يعني أن الإشارة يمكن أن تأخذ أيًا من القيم المسموح بها، مما لن يؤثر على تشغيل الدائرة. في الكتب والكتب المرجعية، غالبًا ما يُشار إلى حالة اللامبالاة بالرموز "d" أو "*". JK flip-flop R C J K Q NQ Reset 1 * * * 0 1 عند تجميع CA في الحالات المحظورة، بدلاً من "*" يمكنك وضع 0 أو 1 والحصول على حلول دوائر مختلفة. في CAD، يتم ترك اختيار قيمة معينة للمترجم من أجل تحسين الجهاز المصمم. مثال. لغة DSL في CAD DesignLab 8. في التعبير Y =.X.; سيقوم برنامج التحويل البرمجي PLSyn بتعيين Y = 0 افتراضيًا؛

نماذج الإشارة الرقمية Active-HDL 8.1 تمثيل رسومي لقيم الإشارة الرقمية. مفاهيم الإشارات القوية (القوة) والضعيفة (الضعيفة) X – إجبار مجهول 0 – إجبار صفر 1 – إجبار واحد W – ضعيف مجهول L – صفر ضعيف (صفر ضعيف) H – ضعيف (واحد ضعيف) يتم تكوين إشارة ضعيفة من مصادر تسمى السائقين. لديهم مقاومة إخراج عالية مقارنة بمصادر الإشارة القوية. على سبيل المثال، دائرة مجمعة أو باعثة مفتوحة.

نماذج الإشارات الرقمية SDRZ 0S0D0R0Z0 1S1D1R1Z1 XSXDXRXZX لنعود إلى مفهوم قوة الإشارة المنطقية (مستوى القوة). ونحن نعلم بالفعل أن توسيع قدرات النمذجة وزيادة كفايتها لا يمكن تحقيقه فقط من خلال زيادة أبجدية النمذجة، ولكن أيضًا من خلال إدخال مفهوم "مستوى قوة الإشارة المنطقية". تم تنفيذ هذه الفكرة لأول مرة بلغة PML الخاصة بحزمة PCAD 4.5. مثال: تحتوي لغة Verilog على أبجدية نمذجة مكونة من 4 أرقام فقط (0،1،X،Z)، ولكن في نفس الوقت 8 قيم قوة منطقية. القوة المنطقية S > D > R > Z د>ص>ي">

نماذج العناصر المنطقية عند إنشاء نماذج العناصر المنطقية، يمكن مراعاة الخصائص التالية: الوظيفة التي يتم تنفيذها؛ تأخير انتشار الإشارة؛ سعة التحميل؛ عتبات الاستجابة؛ مدة الجبهات انتشار عشوائي للتأخير. تغيرات في درجة الحرارة في المعلمات (على سبيل المثال، التأخير الزمني، ومستويات الصفر المنطقي والواحد، وما إلى ذلك). لاحظ أنه كلما زادت أهمية أبجدية النمذجة وكلما زاد عدد الخصائص التي يتم أخذها في الاعتبار في النموذج، زادت الموارد (وقت المعالج والذاكرة) المطلوبة لتشغيل النموذج. لهذا السبب، في أنظمة النمذجة الحديثة، عادة لا يتجاوز عدد القيم المسموح بها للإشارة الرقمية 4..9، ومن الخصائص المحتملة، كقاعدة عامة، يتم نمذجة الوظيفة والتأخير الزمني وسعة التحميل فقط.

النماذج المنطقية تعمل نماذج البوابة البوليانية مع الأبجدية الثنائية (0،1) ويمكن تنفيذها على النحو التالي: معادلة منطقية، أو جدول حقيقة، أو مخطط كتلة خوارزمية IN1 IN2 OUT1 & AND2 IN1 IN2 OUT1 & AND2 IN1 IN2 OUT1 & AND2 F1 وصف دائرة التدفق F2 Y1: Y1 = A & B؛ (PCAD 4.5، لغة PML) Y1 = A * B؛ (DesignLab 8، لغة DSL) Y1

الإجراء AND2 (الإدخال IN1، IN2؛ الإخراج OUT1)؛ TRUTH_TABLE IN2, IN1::OUT1; 1, 1::1; نهاية TRUTH_TABLE؛ ENDAND2; النماذج المنطقية IN1 IN2 OUT1 & AND2 IN1 IN2 OUT1 & AND2 IN1 IN2 OUT1 & AND2 F1 F2 Y1 IN1IN2OUT الوصف الخوارزمي الوصف الجدولي اللغة DSL البداية النهاية IN1=0 IN2=0 OUT1=0OUT1=1 نعم لا نعم لا

النماذج المنطقية عادةً، تُستخدم النماذج المنطقية للنمذجة المتزامنة لكل ساعة على حدة (مبدأ دلتا T) دون مراعاة التأخير. هذه هي النمذجة الأكثر بدائية. ميزتها الرئيسية هي البساطة والكفاءة. في النمذجة البوليانية، ينقسم الوقت إلى دورات على مدار الساعة (مبدأ t). يتم تحديد مدة الدورة بحيث لا يتم تبديل الإشارة أكثر من مرة خلال دورة واحدة. يتم نقل التبديل الفعلي إلى بداية الدورة التي حدث فيها. يعتبر التبديل فوريًا. لم تتم نمذجة تأخير انتشار الإشارة من الدخل F1 (أو F2) إلى الخرج Y1، حيث يتم نقل كلا المحولين إلى بداية الساعة T2 (أو T4) ويصبحان متزامنين. وقت النموذج F1 F2 Y1 ساعة إشارة حقيقية نموذج منطقي T0T1 T2 T3T4T5T6 خطر الفشل حدث "إبرة" فوري خلل

النماذج المنطقية عادة، تتوافق دورة الساعة الواحدة مع مجموعة واحدة من إشارات الإدخال وتتم معالجتها في دورة واحدة من مصمم النماذج. مع كل دورة، تتم إضافة وحدة إلى عداد وقت النموذج، أي أن وقت النموذج يتقدم بدورات الساعة وفقًا للتعبير: T:=T+1. في الدائرة الحقيقية، بسبب تداخل واجهات الإشارات F1 وF2، قد تظهر نبضة قصيرة عند خرج العنصر 2I - خطر الفشل (الدورة T6). النماذج المنطقية غير قادرة على التنبؤ بظهور مثل هذه الإبر التي تشكل خطورة كبيرة على تشغيل المعدات الرقمية. تحل النمذجة المنطقية مهمة رئيسية واحدة فقط لأي نمذجة - التحقق من الأداء الصحيح للمعدات الرقمية

النماذج الثلاثية النماذج الثلاثية، على عكس النماذج البوليانية، تحاكي حدوث عمليات عابرة عندما تتغير مستويات الإشارة. في النمذجة الثلاثية، يتم تقسيم الإيقاع إلى نصفين. خلال نصف الدورة الأول، تأخذ إشارة التبديل القيمة X (التغييرات)، وفي نصف الدورة الثاني تصل إلى قيمة جديدة. تستخدم النماذج الثلاثية أبجدية مكونة من ثلاثة أرقام (0،1،X)

النماذج الثلاثية وقت النموذج F1 F2 Y1 خطر فشل الإشارة الحقيقية 0 1 X نموذج خطر الفشل النموذج الثلاثي 1 X X Tick T6 نصف دورة عدم اليقين نصف دورة اليقين IN1 IN2 OUT1 & AND2 IN1 IN2 OUT1 & AND2 IN1 IN2 OUT1 & AND2 F1 F2 Y1 IN1IN2OUT IN1IN2OUT1 0X0 X00 1XX X1X XXX M2 M3 1X0 0X1 0X0 جدول الحقيقة للعنصر 2I للمنطق ثلاثي القيم

النماذج الثلاثية تتم الإشارة إلى خطر الفشل من خلال قيم إشارة متطابقة في دورات الساعة المجاورة وقيمة X في نصف دورة عدم اليقين بينهما. 0011XX خطر الفشل تعكس النمذجة الثلاثية فقط حقيقة تبديل الإشارة ولا تحدد المدة التي استغرقها التبديل ومكان حدوثه بالضبط خلال دورة الساعة. وبعبارة أخرى، فإن مدة الحالة X في النمذجة الثلاثية تساوي دائمًا نصف دورة ولا تتعلق بأي حال من الأحوال بوقت تبديل الإشارة الحقيقي.

النماذج متعددة القيم تتيح النماذج متعددة القيم وصف سلوك العناصر الحقيقية بشكل أكثر دقة، ومع ذلك، بالمقارنة مع النماذج الثلاثية، فإنها لا تحتوي على أي شيء جديد بشكل أساسي. للمقارنة، خذ بعين الاعتبار جداول الحقيقة للعنصر 2I للنمذجة الثنائية والثلاثية والخماسية. OUT1 IN2 01X IN X X0XXXX 0 X X 0 XX IN1 IN2 OUT1 & AND2 IN1 IN2 OUT1 & AND2 IN1 IN2 OUT1 & AND2 F1 F2 Y1 X ? IN1 IN2 OUT1 و AND2 ؟ IN1 IN2 OUT1 و AND2 M2M3 M5

نماذج العناصر المنطقية التي تأخذ في الاعتبار التأخيرات. هذه النماذج، على عكس النماذج الثلاثية، تحاكي التأخيرات بشكل صريح. لعرض التأخير، يجب عليك الإشارة إلى الموضع الحقيقي لإشارة التبديل على محور الوقت. تأخيرات النمذجة بطريقة اتجاه عقارب الساعة لتقديم وقت النموذج (مبدأ دلتا T). ولعكس التأخير، من الضروري زيادة دقة الوقت، أي تقسيم الساعة إلى وحدات زمنية أصغر، تسمى الكوانتا (دورات صغيرة) أو خطوات. على سبيل المثال، في حزمة PCAD، تسمى الدورة CYCLE، ويسمى الكم STEP. 1 A Y A Y دورة كمية tз = 8 كوانتا يتم تمثيل التأخير كعدد صحيح - عدد الكمات

نماذج العناصر المنطقية التي تأخذ في الاعتبار التأخيرات في النماذج التي تأخذ في الاعتبار tз، يتم تقسيم الدورة بشكل واضح إلى الكميات. علاوة على ذلك، يجب أن تكون القيمة الكمية جزءًا صغيرًا من التأخير، على سبيل المثال 1ns. أصبحت دورة تشغيل برنامج المحاكاة الآن غير مرتبطة بدورة الساعة، بل بالكم. لذلك، من أجل محاكاة تشغيل الدائرة خلال دورة ساعة واحدة، سيتعين على المصمم أداء قدر أكبر من العمل، أي عدد الدورات بقدر الكميات الموضوعة على طول دورة الساعة. الآن، وبدقة كمومية، يمكنك الإشارة إلى لحظات التبديل الحقيقي عند المدخلات والمخرجات، وكذلك حساب تأخير الانتشار باستخدام عدد صحيح من الكمات. كل ما تبقى هو نمذجة ذلك. يحتوي النموذج الكلاسيكي لعنصر المنطق مع مراعاة التأخير على كتلتين. الأول يطبق المنطق (الوظيفة)، والثاني ينفذ التأخير النقي. φ tз = 0 B A C YсYс Y كتلة المنطق كتلة التأخير Yс (من كلمة متزامن) تستجيب على الفور للتغيرات في إشارات الإدخال النموذج الديناميكي في مشاريع PSpice

نماذج العناصر المنطقية مع مراعاة التأخيرات AYсYс الكتلة المنطقية LOGICEXP PINDLY عداد tз الحاوية Yс الحاوية Y Y NextCurrent يخزن القيمة المستقبلية يخزن القيمة الحالية كتلة التأخير إمكانية تنفيذ كتلة تأخير لنمذجة كل ساعة على حدة يعمل عداد التأخير للطرح. عند التبديل المتزامن لمخرج Yc، تتم كتابة القيمة الجديدة في حاوية القيم المستقبلية، ويتم إدخال التأخير الذي يجب أن تظهر به قيمة Yc الجديدة عند مخرج Y في العداد tз.

نماذج العناصر المنطقية التي تأخذ في الاعتبار التأخيرات في عملية تقديم وقت النموذج (tquanta = tquanta + 1)، يتناقص التأخير في العداد tз، لكنه لا "يذوب" إلى الصفر. تصبح قيمة الإخراج المستقبلية هي القيمة الحالية، مما يعني أنه يجب إعادة كتابة محتويات الحاوية اليسرى إلى الحاوية اليمنى. تأخيرات النمذجة باستخدام آلية قائمة على الحدث لتقديم وقت النموذج (مبدأ دلتا Z). لقد نظرنا في الخيار عندما يتم نمذجة التأخير داخل كل عنصر منطقي. يؤدي هذا الحل إلى إنفاق كبير لموارد الكمبيوتر المفيدة. هناك احتمال آخر لنمذجة تأخير حقيقي وهو التخطيط لحدث جديد عند المخرجات وحساب لحظة حدوثه t(Y) وفقًا لقاعدة بسيطة: t(Y) = t(Yс) + tз لكن t(Yс) هو وقت النموذج الحالي t (الحالي) هذا يعني أنه بالنسبة لأي حدث (التبديل) يمكنك تخطيط وقت حدوث حدث مستقبلي مثل t(future) = t(current) + t(delays)

نماذج العناصر المنطقية التي تأخذ في الاعتبار التأخيرات. يتم وضع الحدث المحسوب بواسطة المصمم في قائمة انتظار أحداث OBS المستقبلية، والتي يتم فرزها بترتيب زمني. كما ترون، يتم نقل جميع أعمال محاكاة التأخير إلى مصمم النماذج، والذي يحتاج فقط إلى الإشارة إلى قيمة التأخير بالنسبة إلى وقت النموذج الحالي. لاحظ أنه لم يعد من الضروري تقريبه إلى عدد صحيح من الكمات. في VHDL يتم ذلك بشكل أنيق للغاية: Y