Об одном методе динамического перестраивания цифровых интегрирующих машин

В статье рассматривается динамическое перестраивание цифровых интегрирующих машин. Применение методов неавтономной арифметики обеспечивает их многовариантную реконфигурацию, создавая предпосылки для повышения надежности и живучести без введения сложной дополнительной аппаратуры....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2009
Автор:	Ковалев, Н.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України 2009
Теми:	Архитектура, алгоритмическое и программное обеспечение интеллектуальных многопроцессорных систем
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/7834
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Об одном методе динамического перестраивания цифровых интегрирующих машин / Н.А. Ковалев // Штучний інтелект. — 2009. — № 1. — С. 166-174. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-7834
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-78342010-06-01T15:08:16Z Об одном методе динамического перестраивания цифровых интегрирующих машин Ковалев, Н.А. Архитектура, алгоритмическое и программное обеспечение интеллектуальных многопроцессорных систем В статье рассматривается динамическое перестраивание цифровых интегрирующих машин. Применение методов неавтономной арифметики обеспечивает их многовариантную реконфигурацию, создавая предпосылки для повышения надежности и живучести без введения сложной дополнительной аппаратуры. Reconfiguration of digital integrating systems in process of computing is considered. The use of on-line arithmetic provides its multiversion reconfiguration and creates the prerequisites for improving reliability and liveness without insertion of complicated additional hardware. 2009 Article Об одном методе динамического перестраивания цифровых интегрирующих машин / Н.А. Ковалев // Штучний інтелект. — 2009. — № 1. — С. 166-174. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1561-5359 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/7834 004.2 ru Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Архитектура, алгоритмическое и программное обеспечение интеллектуальных многопроцессорных систем Архитектура, алгоритмическое и программное обеспечение интеллектуальных многопроцессорных систем
spellingShingle	Архитектура, алгоритмическое и программное обеспечение интеллектуальных многопроцессорных систем Архитектура, алгоритмическое и программное обеспечение интеллектуальных многопроцессорных систем Ковалев, Н.А. Об одном методе динамического перестраивания цифровых интегрирующих машин
description	В статье рассматривается динамическое перестраивание цифровых интегрирующих машин. Применение методов неавтономной арифметики обеспечивает их многовариантную реконфигурацию, создавая предпосылки для повышения надежности и живучести без введения сложной дополнительной аппаратуры.
format	Article
author	Ковалев, Н.А.
author_facet	Ковалев, Н.А.
author_sort	Ковалев, Н.А.
title	Об одном методе динамического перестраивания цифровых интегрирующих машин
title_short	Об одном методе динамического перестраивания цифровых интегрирующих машин
title_full	Об одном методе динамического перестраивания цифровых интегрирующих машин
title_fullStr	Об одном методе динамического перестраивания цифровых интегрирующих машин
title_full_unstemmed	Об одном методе динамического перестраивания цифровых интегрирующих машин
title_sort	об одном методе динамического перестраивания цифровых интегрирующих машин
publisher	Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України
publishDate	2009
topic_facet	Архитектура, алгоритмическое и программное обеспечение интеллектуальных многопроцессорных систем
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/7834
citation_txt	Об одном методе динамического перестраивания цифровых интегрирующих машин / Н.А. Ковалев // Штучний інтелект. — 2009. — № 1. — С. 166-174. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT kovalevna obodnommetodedinamičeskogoperestraivaniâcifrovyhintegriruûŝihmašin
first_indexed	2025-07-02T10:38:45Z
last_indexed	2025-07-02T10:38:45Z
_version_	1836531293540581376
fulltext	«Искусственный интеллект» 1’2009 166 4К УДК 004.2 Н.А. Ковалев Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», г. Киев nikolay@onet.in.ua Об одном методе динамического перестраивания цифровых интегрирующих машин В статье рассматривается динамическое перестраивание цифровых интегрирующих машин. Применение методов неавтономной арифметики обеспечивает их многовариантную реконфигурацию, создавая предпосылки для повышения надежности и живучести без введения сложной дополнительной аппаратуры. Введение Цифровые интегрирующие машины (ЦИМ) обладают высокой точностью и быстродействием при решении ряда задач моделирования и управления как в реальном времени, так и с его опережением [1], [2]. Они реализуют эквивалентные системы диф- ференциальных уравнений Шеннона с помощью методов численного интегрирования по Стилтьесу. Автономные системы управления реального времени, основой которых явля- ются ЦИМ, могут эксплуатироваться в неблагоприятных условиях внешней среды, неэффективного охлаждения и ограниченного энергообеспечения. Эти факторы зна- чительно повышают риски аппаратурных сбоев и отказов. Повышение надежности и живучести ЦИМ в этих условиях может быть связано с управлением использования ее аппаратных ресурсов, и как следствие, рассеиваемой тепловой мощностью и энерго- потреблением в процессе вычислений. Это можно осуществить путем изменения интенсивности вычислений, которая зависит от параметров точности и быстродействия ЦИМ. Следовательно, сохранение работоспособности ЦИМ в сложных ситуациях долж- но предусматривать преднамеренную деградацию ее основных характеристик. При наступлении благоприятных условий следует максимально возможно восстанавливать эти характеристики. Таким образом, возникает необходимость перестраивания ЦИМ в процессе ее работы. Появление архитектурно развитых типов элементных баз сверхбольшой интегра- ции (FPGA, CPLD, ASIC, Structured ASIC, ULC и т.д.) позволяет на новом уровне разрабатывать технологии реконфигурируемых вычислений (Reconfigurable computing, RC-технологии). При этом к современным и перспективным элементным базам вы- двигается требование возможности управления уровнем задействования их архитектур- ных ресурсов, что позволит изменять энергетические характеристики ЦИМ и «обходить» возникающие в ней неисправности. Так, уменьшение потребляемой мощности ЦИМ, реализованной на базе FPGA, достигается прекращением тактирования незанятых в Об одном методе динамического перестраивания... «Штучний інтелект» 1’2009 167 4К вычислениях ее ресурсов (технология «Gated Clocks») и минимизацией переклю- чений в неиспользуемой комбинационной логике [3]. Это также исключает влияние действия этих ресурсов на процесс вычислений. Наиболее известные RC-технологии [4], [5] не могут обеспечить простой меха- низм самостоятельной перестройки ЦИМ в процессе вычислений, требуют существенных дополнительных аппаратурных, временных и проектных затрат. Поэтому необходимо разработать метод автономной динамической реконфигурации ЦИМ, предполагающий управление степенью использования ее ресурсов с целью адекватного условиям функ- ционирования изменения энергетических характеристик и ее самовосстановление в случае неисправностей. При этом должны требоваться минимальные дополнительные аппаратные и временные затраты. Архитектура и реконфигурация ЦИМ Одним из параметров, по которому можно перестраивать работу ЦИМ, является порядок точности используемой в вычислениях формулы численного интегрирования по Стилтьесу. Он определяет характеристики точности и быстродействия ЦИМ, а также степень использования логических ресурсов цифровых интеграторов (ЦИ), составляю- щих ее основу. В [6] показаны преимущества применения в ЦИМ методов неавто- номной арифметики. Их использование позволяет организовать реконфигурацию ЦИМ по еще одному параметру, – основанию избыточных симметричных систем счисления, в которой ЦИ реализуют неавтономные вычисления. Он определяет степень исполь- зования логических ресурсов как ЦИ, так и коммутационной сети (КС), изменяя быстродействие ЦИМ. Ввиду небольшого количества сигнальных линий в каналах передачи цифр приращений интегрируемых переменных между квазипараллельными ЦИ значительно упрощается перестраивание работы КС. Использование разных осно- ваний позволяет также организовать много вариантов передачи данных в ней, в том чис- ле при неисправностях каналов. Таким образом, комбинация вида «порядок точности – основание системы счисления» способна обеспечить многорежимное функциониро- вание ЦИМ, создавая предпосылки для повышения ее характеристик надежности и живучести. Рассмотрим одну из возможных архитектур ЦИМ и метод ее перестраивания, включающий алгоритмы и тактики преднамеренной деградации и восстановления параметров точности и быстродействия. Пусть ее основу составляют t квазипарал- лельных ЦИ (рис. 1). Для упрощения аппаратуры цифры данных представляются единым образом в дополнительном коде с двоичной разрядностью, зависящей от максимального основания систем счисления и определяющей число сигнальных линий в каналах КС. Для осуществления реконфигурации в состав ЦИМ вводятся устройство управления (УУ), t-входовый элемент «ИЛИ» (выделены серым цветом), а также специальные шины и сигналы (обозначены пунктирной линией). В состав КС допол- нительно вводятся простые коммутирующие устройства, устанавливаемые на входах и выходах ЦИ. Единый режим работы ЦИ задается УУ по шине «Режим», несколько младших разрядов которой определяют порядок точности формулы интегрирования, а старших – основание систем счисления. Проверку правильности вычислений в ЦИ можно осуществлять методом косвенного функционального контроля квазипарал- лельных вычислительных устройств [7]. На входе «Внеш. усл.» УУ считывает код, соответствующий внешним условиям эксплуатации ЦИМ (температура, уровень энергопотребления и т.д.). Ковалев Н.А. «Искусственный интеллект» 1’2009 168 4К ЦИМ начинает работу с использованием формулы численного интегрирования максимального порядка точности в системе счисления с максимальным основанием. После каждого решения систем уравнений проверяется состояние каналов КС и формируется значение на каждой из шин «Сост. кан. j» ( tj ,1 ). Оно соответствует максимальному основанию системы счисления, цифры которого можно передавать по наименее исправному каналу, связанному с входом j-о ЦИ. Возникновение нештатной ситуации проявляется формированием сигнала «Ошибка» при неисправностях ЦИ, неприемлемым значением на входе «Внеш. усл.», измене- нием значений на шинах «Сост. кан. 1» – «Сост. кан. t» при неисправностях в КС. В этих случаях предлагается такой алгоритм преднамеренной деградации основных характеристик ЦИМ: 1) УУ сигналом «Стоп» прерывает процесс вычислений. При этом произво- дятся начальные установки ЦИ для повторного решения задачи и проверки состояния каналов; 2) УУ задает по шине «Режим» новый менее точный и/или скоростной режим вычислений; 3) осуществляются реконфигурации ЦИ и КС; 4) УУ снимает сигнал «Стоп», и начинается повторное решение задачи. Рисунок 1 – Структура перестраиваемой квазипараллельной ЦИМ, реализующей вычисления по формулам интегрирования с порядком точности n = 2 – 5 в 8-й, 4-й или двоичной системах счисления Выполнение алгоритма повторяется до тех пор, пока не исчезнут признаки нештатных ситуаций. Тактика деградации ЦИМ должна формироваться на основе экспериментально полученных зависимостей уменьшения энергетических показа- Об одном методе динамического перестраивания... «Штучний інтелект» 1’2009 169 4К телей ее работы и задействования оборудования, но по возможности сохранять ее точностные характеристики. Поэтому рекомендуется сначала уменьшать основание систем счисления и только затем – порядок точности формулы интегрирования. В дальнейшем могут наступить более благоприятные внешние условия эксплуа- тации ЦИМ. С другой стороны, возникшие неисправности могут носить временный характер. Следовательно, появляется возможность определенного восстановления пара- метров точности и быстродействия ЦИМ, для чего можно использовать следующий алгоритм: 1) после решения очередной задачи УУ задает по шине «Режим» код нового более точного и/или скоростного режима работы ЦИ, запоминая код предыдущего; 2) производятся реконфигурации ЦИ и КС; 3) определенное число раз проводится решение задач с заданными парамет- рами точности и быстродействия. Эти действия повторяются до появления любого признака нештатной ситуации. Тогда по ранее приведенному алгоритму преднамеренной деградации ЦИМ произво- дится «откат» показателей ее работы. При этом в качестве текущего режима вычис- лений задается предыдущий (последний исправный). Последовательность смены режимов вычислений при восстановлении основных характеристик ЦИМ должна также основываться на экспериментальных данных, предполагая плавное повышение энергетических параметров или постепенное задейст- вование ресурсов во избежание быстрого вовлечения в работу отказавшего обору- дования. Перестраивание КС предусматривает вначале проверку состояний каналов со стороны входов ЦИ, а затем – со стороны их выходов. Поэтому каналы являются двунаправленными, направление передачи по ним контролируется УУ с помощью сигнала «Напр. пер.». По результатам проверки с помощью коммутирующих устройств осуществляется необходимая перекоммутация между исправными сигнальными ли- ниями каналов и разрядами входов и выходов ЦИ. УУ может основываться на несложном управляющем автомате. Количество дополнительно введенных сигналов и шин существенно меньше числа основных сигналов и шин в КС. Процедура реконфигурации ЦИМ вполне осуществима за небольшое количество тактов. Построение и реконфигурация ЦИ Рассмотрим подробнее построение и реконфигурацию ЦИ, составляющих основу ЦИМ. Базовой является архитектура ЦИ, вычисляющего по формуле максимального порядка точности в системе счисления с наибольшим основанием. С целью уменьшения дополнительных аппаратурных затрат, а также сохранения однородности ЦИМ целесо- образно строить ЦИ как единое квазипараллельное вычислительное устройство. С этой целью на основе методики в работе [8] был разработан алгоритм неавтономного вычисления по общей формуле приращения интеграла Стилтьеса [2], эквивалентной целому рациональному выражению вида: . 1 )(2 34241443121      m s YYYYCXXXXZ sssss l (1) Здесь результат Z соответствует приращению интеграла Стилтьеса, операнд X1 – подынтегральной функции, остальные операнды – приращениям интегрируемых переменных на разных шагах процесса интегрирования. Значения коэффициентов Cs и числа слагаемых m зависят от порядка точности вычислений. Ковалев Н.А. «Искусственный интеллект» 1’2009 170 4К Алгоритм обрабатывает входные операнды и формирует результат в избыточных симметричных системах счисления по основанию lk 2 , где l − целое, c цифрами в диапазоне          2 , 2 kk , используя только операции сложения и сдвига, а также проме- жуточные переменные вида RY, RC, H и R: 1. X1(-1)=X2(-1)=X3(-1)=R-1=0; для ms ,1 выполнить: (4 )( 1) (4 1)( 1) (4 2)( 1) (4 3)( 1) 0.s s s sRY RY RY RY          ss CRC  )1( . 2. Для 1,0  pi выполнять пп. 3 – 10. 3. Для ms ,1 выполнить: 1 )1(   kRCRC issi 4. Для ms ,1 выполнить: siisisis RCyRYRY )4()1)(4()4(   ; siisisis RCyRYRY )24()1)(24()24(   . 5. i iii kxXX    2)1(22 ; 3 3 3( 1) .ii i iX X x k    6.       } 2{ 1 )24()1)(34()34()24()4()1)(14()14()4( 31)1(1321)1(121           m s isisisisisisisis iiii l iiii p i yRYyRYyRYyRY XxXxXxXxkkRiH . 7. Для ms ,1 выполнить: siisisis RCyRYRY )14()1)(14()14(   ; siisisis RCyRYRY )34()1)(34()34(   . 8. 1 1 1( 1) .ii i iX X x k    9. 0iz . 10. ii HR  . 11. Для     s Nppi , (N – эквивалентная двоичная разрядность переменных) выполнять п. 3 – 8, 12 и 13. 12. 1, 2 2 ... 3 11, е ; 2 2 1 10 , е ; 2 2 1 31, е ; 2 2 ... 1, . 2 2 i k kе с л и H i с л и H i z с л и H i с л и H i k kе с л и H i                           13. Ri = Hi – zi. Об одном методе динамического перестраивания... «Штучний інтелект» 1’2009 171 4К Алгоритм позволяет совмещать поразрядный ввод интегрируемых переменных и получение цифр результата со старших разрядов с запаздыванием на p шагов. Поэтому при неизменности точности вычислений число шагов Q для получения всех цифр результата составит: .NQ p l       Чтобы разрядности основных регистров и сигналов ЦИ не зависели от используемых систем счисления N выбирается как общее кратное их оснований, а задержка p – по максимальному из них. Рассмотрим реконфигурацию ЦИ с учетом особенностей общей формулы Стилтьеса, выражения (1) и методов неавтономной арифметики. 1. По порядку точности процесса интегрирования. Формулы разной точности отли- чаются необходимостью реализаций вычислений слагаемых вида ( 21XX ), ( 312 XXl ) или определенного числа слагаемых вида )( 3424144   sssss YYYYC ( ms ,1 ). Структура этих слагаемых и порядок использования в них интегрируемых переменных одинаковы для формул интегрирования разного порядка. Поэтому предлагаются такие одновре- менные действия: – управление подачей сигнала тактирования для регистров сдвига, применяемых для реализации п. 3, а также аккумуляторов и регистров, используемых для реализации пп. 4, 5, 7 и 8 алгоритма. Также необходимо управлять сигналами синхронного либо асинхронного сбросов этих регистров; – управление подачей на входы ЦИ цифр, входящих в эти слагаемые переменных X и Y, для чего можно использовать небольшое количество элементов «И»; – изменение значений коэффициентов Cs ( ms ,1 ), что осуществляется простой комбинационной схемой либо блоком памяти небольшого объема. 2. По основанию систем счисления. Вследствие универсальности предложен- ного алгоритма, принятого кодирования цифр, постоянства разрядностей основных регистров и сигналов базовая архитектура ЦИ способна правильно формировать разряды приращения интеграла Стилтьеса и в системах счисления с меньшими основаниями. Для этого необходимо заменить все регистры сдвига на l разрядов, используемые для реализации п. 3, формирования значения ( 1ikR ) и параллельных кодов iX1 , iX 2 , iX 3 в соответствии с п. 5, 8 алгоритма, управляемыми регистрами сдвига на ( l1 ) разрядов. При этом: – снижаются степени использования подсистем сумматоров и связанных с ними мультиплексоров для формирования целочисленных произведений вида (xX), (yRY) в соответствии с п. 6, а также параллельных кодов вида X и RY в соответствии с п. 4, 5, 7 и 8 алгоритма. Такое снижение особенно будет заметно при уменьшении основа- ний с большими значениями (k = 8, 16), что и покажут практические исследования. Для исключения переходных процессов в комбинационной логике нужно посредством элементов «И» управлять подачей операндов на входы этих сумматоров; – сужается диапазон значений старших (l+2) разрядов переменной H, что приводит к уменьшению степени задействования аппаратуры для реализации п. 12 алгоритма. Координирование перестраиванием ЦИ возможно с помощью комбинационной схемы, управляемой по шине «Режим». Оба типа реконфигурации могут выполнять- ся одновременно за один такт. Ковалев Н.А. «Искусственный интеллект» 1’2009 172 4К Экспериментальные исследования Современные микросхемы FPGA выступают оптимальной элементной базой для оценки эффективности разработанных методов реконфигурации ЦИМ. Поэтому на базе семейства Xilinx Spartan 3 создан прототип динамически перестраиваемой квазипараллельной ЦИМ. В ее состав входит 7 ЦИ, построенных по предложенному выше алгоритму. Они способны вычислять по формуле кубичных парабол в 8-й системе счисления в максимальном случае точности и быстродействия и по формуле прямоугольников в двоичной системе счисления в минимальном. При этом неавтономные вычисления в ЦИМ проводятся над полноразрядными приращениями с эквивалентной двоичной разрядностью 18. Создание, моделирование и оценка показателей работы ЦИМ проводились в САПР Xilinx ISE 9.2i Web Edition и Mentor Graphics ModelSim SE v.6.1g. Схемы описывались на языке VHDL. Экспериментальные данные показывают следующее: 1) ресурсоемкость дополнительно введенной аппаратуры для проведения рекон- фигурации ЦИ составляет не более 7 % относительно ресурсоемкости его базовой архитектуры на большом диапазоне эквивалентной двоичной разрядности вычислений. Поэтому можно ожидать, что суммарный относительный объем оборудования для реконфигурации ЦИМ будет составлять всего 10 – 15%; 2) существенное сокращение объема высвобождаемого из вычислений обору- дования (рис. 2) происходит при реконфигурации ЦИ в диапазоне высоких точност- ных и скоростных параметров вычислений. Это резко повышает шансы на быстрый «обход» отказов в ЦИМ, функционирующей с максимальными значениями основных характеристик, при незначительном их снижении. С другой стороны, реконфигур- ция, предусматривающая максимальную деградацию точности и быстродействия ЦИМ, позволяет вывести из вычислений более 90 % ее ресурсов. Это значительно повышает вероятность самовосстановления ЦИМ при большом числе неисправностей различного характера; Рисунок 2 – Объем высвобожденного оборудования в процессе реконфигурации ЦИ 3) перестраиваясь с вычислений по формулам высокого порядка точности (n = 4 – 6) и большими основаниями (k = 8, 4) на вычисления по формуле прямоугольников в двоичной системе счисления, ЦИМ способны в 2 – 3 раза продлить срок своего автономного функционирования (рис. 3). При этом температура корпуса микросхемы уменьшается почти на 40 %, что существенно снижает вероятность выхода ее из строя при недостаточном охлаждении (рис. 4). Даже незначительное уменьшение максималь- 0 20 40 60 80 100 5-8 5-4 5-2 4-8 4-4 4-2 3-8 3-4 3-2 2-8 2-4 2-2 Параметры реконфигурации ЦИ: «порядок точности – система счисления» О бъ ем а пп ар ат ур ы , % Об одном методе динамического перестраивания... «Штучний інтелект» 1’2009 173 4К ных значений параметров точности и быстродействия снижает энергопотребление ЦИМ уже в 1,5 – 2 раза, а температуру корпуса микросхемы – на 25 – 30 %; 4) в очень неблагоприятных условиях функционирования оптимально перестраи- вать ЦИМ на вычисления по формуле трапеций в 4-й системе счисления, что обеспечи- вает приемлемые точность и скорость решения задач. Дальнейшая деградация основных параметров ЦИМ в плане большего снижения энергопотребления, тепловой рассеивае- мой мощности и высвобождения аппаратуры малоэффективна; Рисунок 3 – Изменение мощности энергопотребления ЦИМ Рисунок 4 – Изменение температуры корпуса микросхемы FPGA 5) перестраивание ЦИМ на режим вычислений в системах счисления с больши- ми основаниями (k ≥ 8) вызывает ожидаемое большое изменение степени использования ресурсов и энергетических показателей ЦИМ (об этом упоминалось в предыдущем разделе). Оно «выпадает» из общих тенденций зависимостей этих параметров (моно- тонное уменьшение или увеличение). Поэтому при реконфигурациях, не связанных с возникновением неисправностей, целесообразно не переходить в режим вычислений в системах счисления с такими основаниями. Выводы Предложенный метод динамической реконфигурации ЦИМ позволяет авто- номно управлять степенью использования ее ресурсов для адекватного условиям функционирования изменения энергетических характеристик и «обхода» неисправ- ностей. Он заключаются в варьировании интенсивностью вычислительного процесса путем изменения порядка точности формулы интегрирования, а также основания 40 45 50 55 60 65 70 5-8 5-4 5-2 4-8 4-4 4-2 3-8 3-4 3-2 2-8 2-4 2-2 Параметры реконфигурации ЦИМ: «порядок точности – система счисления» Те м пе ра ту ра , г ра д. 0 500 1000 1500 2000 5-8 5-4 5-2 4-8 4-4 4-2 3-8 3-4 3-2 2-8 2-4 2-2 Параметры реконфигурации ЦИМ: «порядок точности – система счисления» М ощ но ст ь, м В т Ковалев Н.А. «Искусственный интеллект» 1’2009 174 4К систем счисления, что стало возможным благодаря применению методов неавто- номной арифметики. Сочетание этих параметров вычислений обеспечивает много- режимную работу ЦИМ, существенно изменяя ее основные характеристики, а также показатели функционирования цифровых интеграторов и коммутационной сети. При этом для сохранения работоспособности в сложных условиях эксплуатации предусмат- ривается преднамеренная деградация точностных и скоростных характеристик ЦИМ, которые в более благоприятных условиях максимально возможно восстанавливаются. Проведенные теоретические и практические исследования показывают следующее. 1. Предложенный метод реконфигурации требует минимальных дополнитель- ных аппаратных затрат и позволяет быстро адаптировать ЦИМ к разнообразным условиям функционирования. 2. Появляется возможность плавного изменения параметров энергопотребле- ния, тепловой рассеиваемой мощности и степени задействования ресурсов ЦИМ в широком диапазоне значений. Это позволяет предотвратить возникновение неисправ- ностей и сохранить ее работоспособность при множественных отказах различного характера без введения сложного оборудования. 3. Тактика перестраивания ЦИМ обеспечивает максимально возможное сохра- нение ее параметров точности и быстродействия при адаптации к различным не- благоприятным условиям. 4. Возможна эффективная реализация высоконадежных сложных ЦИМ на базе небольшого числа бюджетных микросхем FPGA, что часто оказывается существенно дешевле реализации ЦИМ в одной дорогой микросхеме. Таким образом, разработанный метод динамического перестраивания позво- ляет повысить надежность и живучесть ЦИМ в сложных условиях. Литература 1. Ковалев Н.А., Кравченко Н.И., Стефанович В.Т. Исследование метода реализации баллистического вычислителя на базе FPGA // Артиллерийское и стрелковое вооружение. – 2007. – № 3 (24). – С. 42-47. 2. Каляев А.В. Теория цифровых интегрирующих машин и структур. – М.: Советское радио, 1970. – 472 с. 3. Jennifer Stephenson. Design Guidelines for Optimal Results in FPGAs. – San Jose: Altera Corp., 2006. 4. Michael Barr. A Reconfigurable Computing Primer // Multimedia Systems Design. – 1998. – Sept. – P. 44-47. 5. Cindy Kao. Benefits of Partial Reconfiguration // Xcell Journal. – 2005. – oct. – P. 65-67. 6. Жабин В.И., Ковалев Н.А. Реализация цифровых интеграторов на ПЛИС // Проблемы автома- тизации и управления. – 2007. – № 1 (19). – С. 50-55. 7. Жабин В.И. Косвенный функциональный контроль вычислительных систем // Праці міжнародного симпозіуму «Комп’ютери у Європі. Минуле, сучасне та майбутнє». – К: «Фенікс» УАННП. – 1998. – С. 363-366. 8. Жабин В.И., Корнейчук В.И., Тарасенко В.П. Некоторые машинные методы вычисления рациональ- ных функций многих переменных // Автоматика и телемеханика. – 1977. – № 12. – С. 145-154. Nikolay Kovalyov About the Method of Dynamic Reconfiguration of Digital Integrating Systems Reconfiguration of digital integrating systems in process of computing is considered. The use of on-line arithmetic provides its multiversion reconfiguration and creates the prerequisites for improving reliability and liveness without insertion of complicated additional hardware. Статья поступила в редакцию 17.07.2008.

Об одном методе динамического перестраивания цифровых интегрирующих машин

Репозитарії

Схожі ресурси