Функции и структура моделей микропроцессоров в учебно-исследовательской САПР микропроцессорных систем Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

двух нечетких интервалов. Самая простая процедура сравнения и 1\ представлена ниже.

В реальных ВС количество комм/конц п обычно невелико, поэтому количество вариантов выбора комм/конц равно 2". Для п=10, количество вариантов - 1024, т.е. даже с точки зрения средней вычислительной производительности невелико. Необходимо оценить суммарный трафик все каналов для всех вариантов распределения. Кодирование решения, т.г варианта выбора комм/конц, удобно представить битовой строкой длины п. м которой 1-я позиция содержит 0, если это концентратор и 1, если и" коммутатор. Генерация очередного варианта - это операция инкремента пи I двоичного числа, представленного битовой строкой.

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ВЫБОРА КОММУНИКАЦИОННОГО

ОБОРУДОВАНИЯ

Утверждение 2. Задача выбора коммуникационного оборудования м<»*м быть эффективно решена с помощью алгоритма выбора оптималмм варианта распределения. '^Ê Решение задачи переподключения рабочих станций - это ii|Miifll

направленного перебора вариантов подключения с целью оптимииишф' Размерность задачи велика даже для вычислительной сети среднего (до 1000 узлов). Поэтому целесообразным представляется решить ннм м î помощью генетического алгоритма. Кодирование решения »•«<•*# (хромосомы) может быть следующим. Вариант разбиения узлов на <п миц% т.е. решение, удобно представлять как ряд целых чисел. Пусть м<» имеют уникальные номеоа от 1 до m и упоояцочены в еоотнмсМ

А 4 ' А • •

номерами. Позиция i содержит номер комм/конц (от i до п), К мм подключен узел i. Наибольшую важность имеет определение фу|

ATTTn-iOTTr 7ТАЛФ11 VVW4 * Ж Г\ Г* П Т Т^ЛТ/" Aniria гга II fia iiÏÏlïÎfi^T M5Ï rUltilAfl

wiiAfimcuiuiAuviu yxj^/Wivxvy V/W i C*xv Аид v/ixj^w/jj^jiv^jlljri V DJA/JLAV1 i lu 1 rtv»'#l

эволюции.В качестве функции оптимальности может быть взята им « ,м

sud tmn

VM£LV^<Ki

ь — 14 г.. хч

множество всех вариант«

где К - количество каналов, a L -коммуникационного оборудования. Утвеождение 3. Результативным

л. • • ^ • • •

является генетический алгоритм с функцией оптимальности

sup min

VUeLVk,k<K

Tk~ - Pk~

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В статье решены следующие задачи оптимизации вычш /пнЦфчг размещения и выбора коммуникационного оборудовании, <м0 топологии сети.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Yarushkina N. Soft hierarchy analysing method for economic expert system // Proceedings of Seventh International Fuzzy Systems Association World Congress. Vol. ».June 1997. P.80-82.

2. Yarushkina N. Soft Hierarchy Analysing Method for Economic Experts System // Proceeding of 5th European Congress on Intelligent Techniques and Soft Computing. Aachen, Germany. 1997. P.980-981.

Ярушкина Надежда Глебовна, доктор технических наук, окончила /нбиотехнический факультет Ульяновского политехнического института. Ьтдуегп кафедрой информационных систем. Имеет статьи и монографии 6 тети использования мягких вычислений в автоматизированном I^актировании.

Л .

Пирогов Владимир Витальевич, аспирант кафедры информационных систем, кончил радиотехнический факультет Ульяновского политехнического *>ттута. Имеет работы в области использования .мягких вычислений в ш!и)матизированном проектировании.

Ills (.К 1.3

§

МШ'ГОДА

ИКЦИИ И СТРУКТУРА МОДЕЛЕЙ

ТЪ

ЛР -У llilili^

У Ii'IV т^АттллА^

'11*1 V1I.Ï ViaJC/VWÏ '

СЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ САПР МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ МММ

И ♦ ми,с рассматриваются требования к моделям микропроцессоров учебно--^ие.чьской системы моделирования микропроцессорных систем, являющейся и < ДПР. Предлагается и обсуждается подход, обеспечивающий вовлечение и процесс моделирования с целью более глубокого познания архитектуры ыч микропроцссоров и микроконтроллеров.

ВВЕДЕНИЕ

«мпши построения учебио-иссл едсвател ьской системы милмю-логического моделирования (УИС ФЛМ) как основы 1 М 1!> микропроцессорных систем (МПС), рассмотренная з работе

.....тгает создание такой среды деятельности студента, в которой

!»✓>•>* глч%т^тт/чг»пг»*т т^^л» ттоттлтъотттжет гтпттггогоол*тг\/ ГТ7-*О.Г-ГГЧ гготэапгр ПРЛЛ

проектных решений, их модификации и формирования своих • и решений с поддержкой экспертизы проектной деятельности. В I мрешеден анализ структур программ моделирования с позиции

IIIV 2/99 87

MI

возможностей варьирования функциональности, быстродействия и объема программ эмуляции микропроцессоров (МП) и микроконтроллеров (МК). И настоящей работе проводится уточнение функций и структуры моделей с: учетом того, что построение определенных частей моделей МП и МК выступает как вид учебной деятельности студента. Для упрощения текст там, где это не приводит к недоразумениям, МП и МК объединены в один класс устройств - микропроцессоры. То есть аббревиатура МП относится км и к микропроцессорам, так и микроконтроллерам. I

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ 1С МОДЕЛЯМ МП

Естественным требованием к любой модели МП является адекватное 11»•* структуры и поведения структуре и алгоритмам функционироиаим* реального микропроцессора. Для УИС ФЯМ, концепция которой изложим работе [1], предполагается моделирование на уровне межрегистромMI передач без реализации процессов сигнального уровня. В этой ни mi естественной структурообразующей основой для построения модели f ,м является множество его программно-доступных компонентов (И" И алгоритм командного цикла (АКЦ), алгоритмы определения местс операндов и множество операций системы команд. Реп п и' • перечисленных объектов в виде модели МП УИС ФЛМ

и СрСДЫ HOilJl* |

ее функционирования должна удовлетворять не TOJI ько трсбо» i

адекватности и эффективности, но и ряду специфических третий

■

вытекающих из учебно-исследовательского назначения моделей.

Во-первых, это возможность вовлечения студентов в п{К моделирования для углубленного освоения вопросов органикииш Структура модели должна при этом обеспечивать порождение числа вариантов заданий для студентов при приемлемой сложим« 9i выполнения. Это требование заставляет строить модель как ком НИ достаточно самостоятельных моделей, часть из которых рмим студентами. Число таких моделей должно быть достаточно вояиКЦ Ь модели должны быть относительно просты. Традиционное м<уи1'!М|1(! где основу декомпозиции сложного дискретного устройств разбиение его на функциональные узлы, для создания »••• I многокомпонентной модели не годится. Более эффективно ими » и ■■ качестве такой основы декомпозицию не структуры, <» »ч* функционирования МП. При этом порождаются достаточмм Щ множества операций [1]. I

Во-вторых, ограниченные по своей функциональности модв'1Й должны встраиваться в модель МП таким образом, чтоОм целостная модель микропроцессора. То есть для каждою 1шри*И(| студента должен быть сформирован архитектурный кири.р, ••

ovх^antíaiviMUAV/JIM • Ci^CíllUb.

В-третькх, модели МП должны снабжаться достаточно м»н • « простыми в использовании моделями внешней среды: диалш нммим ввода-вывода, моделями двоичных и многосегментны* м»

88 Iи.-» |

файлами ввода-вывода. Механизм отображения состояний объектов «иода вывода должен давать возможность легко распознавать верность или ошибочность процессов обработки данных в модели.

В-четвертых, модель должна поддерживать проведение многих •жспериментов с отдельными последовательностями команд с целью изучения архитектуры МП. При использовании традиционных отладчиков систем эмуляции стартовые состояния объектов МП формируются чаще исего вручную либо из файлов. Затем состояния однозначно определяются последовательностью выполняемых команд. В принципе, пользователю доступны функции редактирования состояний объектов модели, но большинство студентов не может достаточно свободно планировать и проводить эксперименты, направленные на достижение определенных иошавательных целей. Для них целесообразно строить базу данных •нисриментов. Это дает возможность многократно повторять эксперименты •»« I излишних ручных манипуляций, обеспечивающих достижение такого • гояния объектов модели, после которого собственно и начинается Мйблюдение интересующих студента процессов.

И пятых, среда моделирования должна включать в себя средства •издержки тестирования моделей студентов. На этапе разработки моделей v см их программных функций создаются и используются студентом. Когда ^•подаватель выполняет верификацию результата моделирования, тесты mi мы извлекаться из встроенной базы данных тестов. Такой подход ИУЬпиет содержание деятельности студента по моделированию и повышает •II жодительность труда преподавателя.

/ "ГП'.ГГ/,ГП7Г:Т Т .4 Т>Л7У гтг^т.-^г'; т: :т T-S7 т г А Т.тг i /n^-чтч т. i/-.Tro .. - ^ У,

1 i г у i\ i у г ох п.г ЛУ11 JZrJM. yrrLDJLA. IViU^ilJitiKl IVIi 2

Поскольку для каждого варианта заданий по моделированию in и aft! астся создавать свой архитектурный каркас, сложность УИС ФЛМ «оиокупности среды поддержки моделирования и множества »♦ мурных каркасов становится неоправданно большой. Естественным • иом уменьшения этой сложности является создание для каждого типа »того настраиваемого архитектурного каркаса, содержащего в этом ионную модель МП. Предоставляя такой каркас студенту, необходимо иронать использование им тех программных функций, которые операции, определенные индивидуальным заданием. Механизм тки существенно зависит от способа объединения архитектурного и компонентов, созданных студентом. Если используется •и мм компоновка в процессе выполнения программы •ншшия, то блокировка должна базироваться на ветвлении по коду ♦ индивидуального задания. С концепцией телекоммуникационной

III) I i i О ГиМТСГИРм ЛФЙПАи 9А /V\rnnPi;OT/>n ТТТ1ТТЛ1 #т*тгллт^л rt ^пг/ЛТГАПТ/'Л

4 1 w I • J ^ vv^A^uivii v x\JXiK.'2.LXL vvi J±%A\J J V X. WX ДШ1ШУХПVAOA IWlVlUUXlV/OiXCb

ll f M f % ^ПЛРА^ЛТТ rrrw /ГТАТТГЧПТ/,¥ Jf ТТЛ тчлпои согпгчттгч n r/чт/ч^у 1) I I UC v 4 X\.\JJL*XAkKJXX\J£j£\XX £XK* ^CtWVlVXU 1 ^ilUUiU X. V/Л •

► прообразующая основа для построения модели МП, йроншшая в начале данной статьи, обеспечивает порождение

Ell I v 2/99

89

различных по своей структуре архитектурных каркасов. Наиболее общег логико-алгебраическое представление модели МП согласно [2] выглядит так.

МР=рм, Эь Ир^мт},

где МР - модель микропроцессора на уровне межрегистровых передач; I )(и, Оя, Dl - декларации соответственно модели памяти, модели программа-доступных и служебных регистров, модели слова состояния МП(признпм1 результата операций, управление прерываниями и т.п.), модели объски"» ввода-вывода (порты, регистры внешних устройств и т.п.); Г;Р - модем поведения микропроцессора при реализации системы команд; Рщт - МОДОМ обслуживания внешних прерываний. I

В модель МК, кроме перечисленных, должны войти также моди/Ш встроенных контроллеров: таймеров-счетчиков, контроллеров прерывании и прямого доступа к памяти, широтно-импульсных модуляторов и т.п. И

Для порождения большого количества вариантов заданий чм перечисленных компонентов модели наилучшим образом подходит ми.'мми поведения Бр. Остальные компоненты должны входить в архитектурно > каркас без возможностей замещения студенческими компонентами.

В работе [2] даны логико-алгебраические представления различи« моделей РР поведения микропроцессора, базирующиеся на опшйШ программных функций процессов функционирования. Наиболее про* I

т гг*л/ тт» т»тт*»» •

Ш1 /V fllVl^V--1 £>*!/ .

Fp - {RBcmdj SWcj/ad --FCMD-SCMD^Sfcmdj Ssacmd, NXpc}>

где Dcmd ~ чтение кода Mai пи иной команды; SW-md - нрогрйИ функция выбора из множества Ssacmd блоков операторов, рсалм команды; эта функция реализует отображение Fcmd'Scmd-^Sfcmd M,h Scmd кодов команд в множество ветвей программы Зрсмгь NX|»<- (В формирования адреса следующей команды; для большинстни ММ функция опускается, т.к. чтение частей команды сопр<имШ|| продвижением счетчика команд.

Программной реализацией функции SWCmd обычно является (Я Bbi6opa(switch, case и т.п.), точкам входа в ветви которого соопнм элементы множества SFcmd- От этих точек берут старт com ищи блоки операторов Ssacmd. Разбиение множества Ssacmd на два и»» л М-как раз и лежит в основе механизма порождения вариантов индиим заданий. Естественно, что при разбиении функция Fcmd декомпозиции. Пример такой декомпозиции будет приводам и рассмотрении более сложного случая.

Рассмотренная структура модели может быть поло via* ни к архитектурного каркаса, только когда мощность множества колЦЙ не наемного превышает мощность множества самих опсрштН данных и управления ходом выполнения программы и ми»м адресации относительно примитивны. Если это не тик, ситуацию, при которой несколько команд различных фирм«!

9Q II». НН«| I

реализуют в МП одну и ту же операцию обработки данных, что делает целесообразным строить структуру модели FP, опираясь на понятия множества операций и множества форматов команд. Кроме того, определение местоположения операндов при развитых методах адресации является одинаковым по смыслу действием для различных команд. Структура модели FP, учитывающая указанные факторы в полной мере для двухадресной архитектуры МП, может быть описана так:

Fp = {Smem = {RDcop, RDqpi, RD0p2, WRreS, SRAmem},

¿>dcop - {SWdcop::F gfc* scop~>sppc, , sspfcI?

• — , Ш

Sadr = {DLi::FA1:SPFcixSAi->SDb DL2::Fa2:SPfc2 x SA2 ->Sdl, Sbadr},

Srop = {SW0p::F0p: SCop-> SSAop; Ssaop, Sbaop, Sflag}, NXpc }5

•vic Smem - подмножество функций моделирования доступа к данным; в это множество входят: RDCqp, RD0Pb RD0P2. - чтение кода операции(либо метакода для группы операций) и двух операндов, WRRts - запись (кчультата, SBAmem - множество базовых процедур поддержки моделирования доступа к данным;

Sdcop - подмножество функций дешифрации кода операции, куда входят программная функция SWDCop реализации отображения Fgfc множества Нодоь операции SCop в множество признаков форматов команды SPFc> множество Sspfc последовательностей действий по формированию штшаков; на уровне программно-технических решений Sdcop может быть |Ни дсна к выборке элементов Spfc из соответствующего массива;

Чиж - подмножество программных функций обработки адресных полей

•|м I И! ' ЩГ ПГх TT&.l"<x/'Cl77T£>£, /иДУТУО и «Л! и Г1.! . лгтгкагтлгтлтттт/. ^/ч/чтл-гт/ч гт#%чт^«/\т¥т«гг

Г'4'*1 wi/u.vwM^i»»^^ £ла% цп v. JL>i-rj п v^VJ JTLZiJl 1VICVX VIiyjiU/ЛVilfJ/i

Ымюго и второго операндов; DLj реализуют отображение FA! состояния И 41 юге поля из множества состояний SAi и значений признаков формата рапиды из Sppci в указатели объектов данных из множества SDb DL? -<"Ю| ично DLb но для второго операнда; для архитектур с высокой ;mmimo ортогональности функции DL] и DL2 в большей части действий

ШЧ!1!0'Г ПР-ЯТГТЯПГиЛ/ГПа гТтло»тс»тТЛГУ-» _ •

к V vwAiiw^, A v л. WA i*w.WMV/m HUUi^V/^jr U ^'bi'lUKj

Нищ* подмножество функций реализации операций, включающее в себя »иию SWop выбора последовательности действий по выполнению ыции, сами последовательности S.saop, набор базовых действий Sbaop> из

И|М.1Х СТПОЯТСЯ ппппеппкятрлт^ипгтм ИЗ и и Qhnn /Ъуи^тттлм

X ----- -------f—>-------------------"оличиз " • ■V^/V^» * -

ироьания признаков результата SFlag. 'I приведенной структуре для порождения вариантов могут быть Инонаны разбиения уже нескольких множеств: Sspfc Spfc, Sol, Ssaop, роме того, при моделировании всей МПС в адресном пространстве н могут фигурировать области, физически располагаемые в адаптерах Ци1гп В этом случае, архитектурный каркас может включать в себя разбиения множеств RD0pi, RDqp2. WRres-1 ржка разбиения множеств программных функций на видимую »им часть архитектурного каркаса и часть, реализуемую в ходе "inn индивидуального задания, должна базироваться на дальнейшей

М IV 2/99

t

91

детализации процесса поведения МП. Рассмотрим механизм такой детализации на примере подмножества функций реализации операций SRor По-видимому, для поддержки разбиения на этапе моделировании целесообразнее всего выполнить такую декомпозицию функции SWop, при которой часть работы по выполнению отдельных операций(комамд) выделяется в отдельные компоненты, реализуемые студентами. При этом подмножество соответствующих функций приобретает вид: J

Srop = { Sri op = {SWiop::Fiop:Sicop—> SsaiopÎ Ssaiop> SBaiop> $iflag}> j

Sreop = {SWeop-Feop:Secop~* Ssaeopí Ssaeop» Sbaeop, Seflag }> J

Sdlop? NXpс }> fl

где Sriop - подмножество программных функций, выполняем^ архитектурным каркасом; аббревиатуры ЮР, ICOP, SA10P, ВАЮР, IM Л(( • индексах множеств являются модификацией аббревиатур OP, СОР, SA"!19 т.п. Символом I отражается тот факт, что это внутренняя часть эму)пм присущая архитектурному каркасу. По своему смыслу это при

разбиения множеств Srop, SCop> SSaop и других. Щ

Sreop -.подмножество программных функций, реализуемых ciy/мИ« (внешние компоненты, подсоединяемые к архитектурному каркасу) Ц символом Е в индексах множеств выделяются те продукты рймЯ множеств Srqp, SCop> SSaop и других, которые реализуются студеншми

Sdlop - подмножество модулей, обеспечивающих дииммм'Н связывание внешних и внутренних компонентов.

На уровне преподавателя механизм порождения вариантом части разбиения -множества Srop базируется на формиреммннм подмножеств S?cop с: $со?; для которых обеспечивается д>н разнообразие машинных команд и приемлемая сложность рп. - части множеств Sadr процесс разбиения строится аналогично.

V

ЗАКЛЮЧЕНИЕ J

Создание открытой среды функционально-логичсско!о МП, поддерживающей участие студента в качесни \ ♦ •»^■И программных функций моделей, целесообразнее всего ci рыт концепции архитектурных каркасов. Порождение варианта выделение видимой студентом части архитектурного карий» •» *щI разбиении множества программных функций модели Мм M i^H элементов данных, выделяющих видимую часть карм»« М^^Н использовать коды операций и коды форматов команд, Koinpuff MÍ^H этом основой для формирования кода индивидуального 'ШД'Имт

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

I. Негода В.Н. О построении учебно-исслс/МН" * j^^H функционально-логического моделирования микролрши • • , чпц Вестник УлГТУ. 1998. №1. Сер. «Информационные тсхложн им* ^^^Н

Негода Виктор Николаевич, кандидат технических ни\>к, иь.тчт радиотехнический факультет Ульяновского политехнического ип^тшщ пш Цокторант кафедры ВТ УлГТУ. Имеет статьи и монографии п опншти проектирования микропроцессорных систем и автоматизации обучении

WIK 800.681.3

III. СОСНИНА

П ГОМАТИЗИРОВАННОЕ ОБУЧЕНИЕ ИНОСТРАННЫМ И.1 KAM

Анализируется современное состояние прикладной лингвистики » области «^минированного обучения иностранным языкам (CALL), подчеркиваются основные ■ м*мы CALL-техяологии. Анализ и исследование существующих методов и средств минерной лингвистики показали, что методология обучения иностранному языку с »• »минем ПК достаточно однообразна, и в настоящее время актуальной является »•нин комгтьютерно-ориентированныч методик изучения иностранных языков 1 ичодик). отличных от тпадрционньзх мультимедийных методик. Работы по ИМ' и адаптации существующих методик н изучении и преподавании языков при Щ | омпьютера в настоящее время ведутся в лаборатории «Вычислительная

и «ним» УлГГУ.

ВВЕДЕНИЕ

• "Mi»im направлением прикладной лингвистики является возможность ••ифопанного обучения иностранным языкам (Компьютерная имика). За рубежом это направление, известное как Computer \ 4i|Miage Learning (CALL), является перспективным и преподается |мы>1 диецршлина прикладного языкознания на лингвистических < колледжей и университетов. 1НН1ИС компьютерных технологий (особенно технологии (пни) и процессе обучения иностранным языкам положительно •и. то себя в последние два десятилетия. Мультимедиа ip (нмиоляет моделировать среду, имитирующую лингвистическую Мы иную реальность, что очень важно для языкового обучения, а Цитировать основные методические принципы обучения a üiiiiKiiM - развитие навыков: аудирования, говорения, чтения и 11 I loo гьемлемой частью компьютерного образования с

2. Негода В.Н. Структуры программ модслирсииншн ............ И н

учебно-исследовательской САПР микропроцессорных • ш и м I1п♦ нпмнш и

технологии, системы и приборы. Сб. науч. трудом /Улмшон« ьнП I - > . ч.....»..ичИ

гехнический университет. Ульяновск, 1998.