автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Исследование и разработка программных аппаратно- расширенных процессеров цифровой обработки сигналов

РГ6 Л0РДАВНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ "ЛЬВШСЬКА П0Л1ТЕХН1КА"

2 7'ИЮН

На- правах рукопису

ДМОЦЬ 1ВАН ГРИГОРОВИЧ

УДК 581.325

Д0СЛ1ДЖЕННЯ I Р03Р0БКА ПРОГРАМОВАНИХ АПАРАТНО-РОЗОМРЮВАКИХ ПРОЦЕСОР1В ЦИФРОВОЙ ОБРОБКИ СИГНМ1В

Специальность 05.13.05. - Елёменти та пристро!

обчислювально! техн!ки . х систем управления

АВТОРЕФЕРАТ

дисерташл на здобуття наукового ступеня ■кандидата техн1чних наук

Лвв1в 1394

Робота виконана у ЛьЫьському науково-досадному рад!отехн1чному хнститут!

Науковий кер1вник: доктор техначних наук А.О.Мельник

0ф1шйн1 опонекти: доктор техн1чних наук, професор В.Б.Дудикевич

. . • кандидат техначних наук, доцент Р.Б.Дунець

•Лров1две Шдприемстьо - Ки1вський науково-досапдний 1нститут

. рад1овитрювально1 аларатури

ЗахистдисертадаЗ в!дбудеться "24 "червня. 1994р. о • № год. &С) хв. на зас1данн1 спешал1зовано'1 ради Д068.36.04 лри Державному университета "Льв1вська лодптехшка" (290013, Льв1в, вул. Ст.Бандери, 12).

■. 3 дисертащею можна овнайомитись в б1бл1отец1 Деожавного ун!версйтету "Льйвська псштехшка"" С2&0013, Льв1в. ■ вул.- Професорська, 1).

Автореферат розюланий -23 - травня 1994р.

Вчений секрет ар спешалааовако] ради, кандидат техн1чних наук

Я.Т.Луцик

ЗЛГДЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальность теми: Бри виршешп значно! частини задач цифро-бо'1 об робки сигналов (БОС) ъ1д засоб1в обчислювально? техя1ки ви-магаетъся обробка в реальному масштаб! часу потоков даних велико! хнтекоивноет! по широкому набору алгоритмов, вкюочаючи алгоритми керувакня 1 прийняття р1иень. Кр1м того, в таких областях эастосу-ваыня ПОС як радюлокацхя, гидроакустика, геоф1зика, зв'явок 1 т.д., а особливо в системах спешального призначення, обчислюваль-Н1 засоби часто повишп задов1льняти коротким вимогам умов експлу-атацП, а такозк обмехеннкм в часта габаркт1в, ваги 1 спожизано! потужностд. Дим «имогам дснуючд ушверсальш сбчжуювальнд засоби з послхдовним 1 парэлельним принципами обчислення не заведи аадо-в1льняють. Тому ¿ятенсивно йде пощук нових шлях!в створення висо-копродуктивних малоггйаритких рбчислшальних засобдв," як1 б дозволили ефективно виршувати ащроне-кэдо задач ЦОС х задовальняли б вкзде перераховаа! вимоги.

Одним 1з шлях 1 в вдаиэння таких проблем е створення програуо-ванйх апаратно-розширюваних проресрр1в (ПАРП) на баз1 лрограмова-ного, незшнного за окладом обладнання, процессрного ядра 1 до-з1льного числа эпаратних роэшрювач1в, що тдщпочашься до проце-сорного ядра в ззлшжност! -в1д вимсг задач,. як1 вирдшуються. Проце-сорним ядром е однокристалький програмованки кикропроцесор з архг-. тектурою. ор1ентовакш на задач! ЦОС, доповнений необх1диим обрамлениям, а апаратними розширюванзми - обчислювачд, лобудованд на баз1 спещал1зованих операц1йних. пристро!в, яка виконують найб1льп с клади! 1 часомЮтк! операцП та алгоритми ДОС. При цьому для за-безпечення високих параметр! в за езвидкод!бю 1 ефективнЮтю вико-ристання обл&днанвя в основу Зх структурно! оргашзацп сад пок-ласти принципи апаратного воображения сгрукт^ои алгоритму, що ре- . ¿шзуеться з використакням дсиуючих можливост-- для просторового 1 часового розпарааелення обробки. Кр1м того слЩ в1дзначити, що на швидкод1Ю ПАРП такш вплдаають пшныипи органхзацП 1 швидкод1я пристроив общ НУ 1нформащею мдж процесорним ядром та апаратними розвирювачами. Варпсть 1 час проектування ПАРП в *качн1й. мЮ1 визначаються наявн1стю днструментальних аасоб!в IX ровробки 1 на-лагодкення, Задача розробки гщаратних розщирювач1в 1 цроцесорних Я2ер та с;дагезу на 1х баз! ПАРП для вир1шення гздач ДОС е актуальной 1 ?аагуговув сшюст1.й?оп) ^ршпажэивя.

■ Метою- дисертад! йно! робота 6 дослАдження принцип1в побудови 1 розробка методики синтезу, ПАРП для вир1шекня задач ЦОС, досл1джен-ня та синтез базозих структур ПАРП, 1х процесорних ядер, швидкодЬ ючих аларатних розширювач1в 1 пристро!в гкформац1йного обкину.

, Задач! досл1дження. Зг1дно з поставленсю метою задачами дсс-л1дяення е:

1..,Визначення особливостей задач 1 алгоритм!в НОС. вщцлення базового набору операций для !х реал1зацП, формулюванкя вимог до процесор!в обробки сигкал!в (ПОС) 1 визкачекня основних налрямк1в вдосконалення !х характеристик.

2. Виб!р принциШв побудови 1 синтез базових структур ПАИ, процесорних ядер ! аларатних р08ширювач1в, ощнка !х швидкснш, затрат обладнання 1 ефективност! його використання та розробка методики структурного синтезу ПАРП.

3. розробка структура . 1 алгорит^Лчних основ спец!ал1зоьаних операщйних пристроив для виконашш- бааових операций алгоритм!в ЦОС з покраценими характеристиками за швидкод!*ею 1 ефективиЛстю використання обладнання.

4. Синтез пристро!в шформащйного обм1ну кйж'процесорним ядром 1 апаратними розширювачами, вибхр пришили в побудови 1 синтез структури шструментального комплексу розробки та калагодження ПАРП на робочих тактових частотах.

Методи досл!дхення. В дисертащший робот! використовувались чиселън! методи., теор!я цкфрових автомат!в,. методи проектувакня В 1С, методи математичного моделювання цифрових пристроив, теоре-тоап основи ЕОМ. теор!я обчислювальних систем, елементи теор1I граф1в ! методи ЦОС. ;

Наукова новизна отриманих реэультат!в:

1. Запропоновано принципи побудови ПАРП, 1х основних модул!в. спец!ал!зованих операцайних пристро!в та !нструментального комплексу розробки 1 налагодження ПАРП на робочих тактових частотах.

2. Розроблена методика структурного синтезу ПАРП, яка доведена до практичних рекомендаций проектування.

3. Отримано анал!ткчн! вирази для ошнки швидкоди, вит-рат обладнання ! ефективност! його використання для ПАРП, основних модул!в 1 вузд1в.

4. Вдосконалено алгоритми виконання базових операшй ЦОС:

- множення компдексних чисел на баз! попередн!х обчислень. якнй вхдр!зняеться В1д в!домих меншою к1льк1ста часткових добуткхв 1 ок~- ч«ним ча:ом ¡х формування;

- Шднесеиня до степени на 6aai операцП множення, який тд-розняеться вол водомкх одночасним атал!зом деколькох розрядОв' по-каэника степени i менпгою кхлыастю операцой множення;

- сортування чисел методами одкочаснсго попарного поровняння, '5КТЗСК6-ННЯ, вставки i' ЗЛИТТЯ. ЯКО водр1зкяються В1Д..В1Д0ШХ простотою реал iвашз i скороченням часу сортування.

5. Розроблеяо HOBi одно- i багатофункцоонально конзейерн! граф-адгсритмочн! иркстроо для зиконання ари&метичних операхдй над дхйсними i комплекснкми числами, п!днесення до степеня, виконачвя базових одерацш алгоритмов шзидксго перетворанкя Фур'е (!ШФ) i Хартло (ШП>0 та сортування чисел, яко в1др1зна:оться во.д вОдсдах гидзшеккмк Евадаод1е» i ефективн1ст» використання обладнакня.

ПраКТИЧКУ, UlHHlCTb робота сгансвлять:

- методика структурного синтезу, доведена до лрачткчних реко-менлашй проектузаяня; - яка доэволяе на оснозх анализу алгорзт&в вир1$ення задач1, базових структур ЛАЯЗ, БЫ, Ш та обмеж&яня азс-тоеузання синтезуватк ПАРП для вкрйензя конкретно"]' задач! ДОС;

- здосконалено азГоротш мнсжнкя комплексних чисел, ' п!дне-сёкня до степен! i сортування чисел, 'апаратка реаз1аац1я ягагх з вигляд1 коньейернкх грг^-алгорктьпчних сперацойних пристроЗв дозволила п1двкек?и т-видкод!» 1 ефектквнзсть використання обладнакня;

- CasoBi cipyicrypH ПЛРП i основних модулхв, одно- i багато-функцзоналйнкх конвейерних граф-алгоризчичних пристроив для зиконання арифметичнчх операц1й над д1кснкми i комплекснши числами, л внесения по степени, виконання базових операшй алгоритм! ъ Е1ПФ о ;2ПХ та сорту г vi ия чисел, як! використаяо при створенн1 вксокопро-дуктивних малогабарктних ПАРП для систем ДОС рад1олокац-1кнкх стан-щй. цифрового осцилографз i управления антено», а також мояуть бути виксристаш як сачсстиШ обчислювальни пр-строк

- структура пристроов Окформащиного -обмл-.у i 15ормусач1В адрес, яке забеэпечувть ефективну в&аемод1ю модулiB в ПАРП та гене-рують посл1дозост! адрес пем'ят! гля основних алгоритмов ДОС.

Практична щнш>-.ть i кориснесть результат!? работа пОдтверд-жуеться в1дпоз!Лними актами про впровадження результатов дтеертр-uiKHO'i роботи в 3 НДР о 5 ДКР.

Реал1зацоя 1 впрозздж&яяя результат роботи. Основний этот дисертацекно! роботи складаоть результата доолХдяень, яко автор внкокав cav.ocTiP.no в ЛьШвському H3PTI в перiод 187S - 1994 p.p.

Отршан! в дисертацшнхй poöori результата буди використан! при створеиН наступноХ апараТури :

- система ЦОС'(блок АГ4) i 1нструментальн1 засоби XX налагодження (стенд САГ4); •

- процесор первинно! обробки сйгнал1в (блок АНЗ);

- процесор управления i обробки сигналгв (модуль МГОС) та 1нструментальн1 засоби його налагодження (модуль ТПОС);

- процесор автоматичного пошуку i обробки Хкформ&щЛ (блок М04) та апаратура контролю, налагодження i проведения експеримен-TiB (блок К.04);

- процесори ШПФ (блок УЖ204), вторинноХ обробки сигналхв (УБ142) i шструменталан! засоби ix налагодження (стенди СУЗК204 1 СУБ142);

- процесор уйравлшня приводом антени (блок УАТ-11) i iHCTpy-менталън1 засоои наЛагоджекня (модуль ТПОС);

- процесор перьинно!- обробки сигнал!в (блок КБ062) i 1нстру-ментальн! засйбн налагодження (стенд СКБ062);

- процесори первинноХ (2БЙ025 1.вторинноХ (2БГО31) цифровоХ обробки сигнал1в, а також 1нструментальн1 засоби налагодження (стенди С2БП02 i С2Е031).

3 використаниям результат1в дисертадХйноХ роботи в рамках ДКР "ФШтр-М" "Идьтр-С" був розроблений комплект нал!взамовних КМОН BIC для npouecopiB обробки сйгнал!в в складЬ арифметичного пристрою 4.601 ВЯЗ-002, формувача адрес 4.6Gi ES3-QQ3, ломножувача комплексной чисел 4.601 ВЯЗ-006, комутатора з пам'яттв 4.601 ВЯ2-027. Комплект BIG випускаеться заводом нао "ФХзика" (м.Москва).

Б1льш1сть створеноi апаратури ЦОС захшдена авторськими cBi-доцтвами. Екикшчний ефект в1д впровадження результат Хв дисерта-ц!йноХ роботи перевищуе 1 млн.крб. на початок 1991р.

ДпробаЩя роботи. OcHOBHi результати дисертацхйно! роботи до-пов!дались i обгоаорювались на симпоз1умах, конферешиях ! семинарах:

- Всесоюзна конференшХ "Методы и микрозлектронные средства цифрового преобразования и обработки сигналов", Рига, 1986р.

- vi ceMiHapi по однорХдних обчислювальних середовищах i сис-толХчних структурах, Льв1в, 19о?р.;

- VI Всесоюзному ciwnoBiyMi " Проблемы создания преобразователе й формы информации", КиХв, 1988р.:

- Всесоюзной науково-техн1чнш конференцп "Специализованная элементная база для РЭА". Ташкент, 1989р..;

- м1жнародн!й конференцИ "Latvian Signal Processing International Coference", Рига,-1990р.;

- XVI ceMiHapi по одноруких середовиках i систсшчних структурах, JIbBiB, 1993р.;

- ceMiHapi " Применение микроконтроллеров на базе GM ЭВМ. БМК, ПЛИС в народном хозяйстве", Ки!з, 1393р.

Публхкащ I по .робот!За результатами дисертзтйно! роботи опублхкована 51 робота. В роботах, що викбкая! у cnisaETopcTBi частка творчого вкладу кожного is ствавторхз однаксза.

На захист»виносяться:

1. Методика структурного синтезу ПАРП для виршеккя задач ДОС, базов1 структури ПАРП i основних модул1в.

2. Вдосконален1 алгоритма виконання операций: мнсахення ксмп-лексних чисел на 6asi попередн!х обчислеиь.з одночасним анал1зом дегалькох розряд1в мнснкнкка;. гпднесення до степеня на 6asi опера-ui'i множення з одночасним анал!зомдек!дькох розряд1в покаэника степеня; сортування чисел методам» попарного пор!вняння, в>тснен-ня, вставки i злиття.

3. Нов! структури швидкод!ючих високоефектаганих одно- i бага-тсфунюцональних конвейерних граф-алгориттчних пристроив для виконання арифметичних операщй над дшсними i комплексними числами, шднесення до степеня, базових "операщй алгорнтм!в ШФ i ШПХ, об-числення квадратного кореня э суми квадрат!в деох i трьох, чисел, сортування чисел, а таксах результата к!дьк!сно1 оЩнки i nopiB-няльного анал!зу.

4. Hosi структури пристроив анформащиного обшну i формува-4iB адрес для ПАРК.

5. Принципи побудови инструментального комплексу розрооки 1 налагодження ПАРП та його структура.

Структура 1 об"ем ооботи, Диеертащя складачться з вступу, п'яти роздШв, BHCHOBKiB i списку лггеоатури, викдадених на 241 стор!нках машинописного тексту, з якйх 153 CTopiHQK - осковний текст, 65 cTopiHQK - таблиц! i глюстрацП, . 8 сторгнок. - зисновки по розд1лах, ю CTopiHQK - список л1т&ратури' я 107 назв.

- 6 -

ОСНОВНИЙ ЗМ1СТ РОВОГй

У.вступ! обгрунтовуеться актуальЫсть теми, формулювться мета 1 оекоьно задач! дзслодхенкя, розкриваетъся наукова новизна та пр?лтичне вкачення стриманих результатов.

■ на осново розгляду областей застосуьання

ЦОС. аадач, як1 вирхшуються в межах чожно! области анал1зу основ-ую: алгоритма обробки та сучаснкх ПОС, визиачено особлив оста задач 1 «рхотектур ПОС, вид!лено базовх операцп алгоритмов, сфор-нудьо1-ано вку.оги до ПОС ! галропоновено шляхи покравцення хх характеристик.

Ровглянуто обхает! застосування ЦОС (радхолокатя. гхдроакус-.'-в'ярт.-:. -геосМзика г зншх). аааач!, як! вирхшуються ъ межах ко«н01 ойластх. 1 ьизначено найб!лыа хасактерк1 :х особлявостх, до числа яких вхднесено: великий обсяг обчислень з перевагою обчиишо-вальник операдхй нал лоПчними: велика !ктенсивнхс?ь11 постхйность потоку ааних; - широкий дккамхчний 1 частотяий диапазон сигнал1в, ш оЗро&ляються: регуляриють : реклреивншгз алгоритмхв; мсмошвхсть •. роапераяеленяя процесу обробки, як ь час!, так 3. простор!; постхй-не усклазнення кових алгоритмов 1 пхдЕише.чкя вимог до точностх об-ро6)С5. Показано, до неввакаочи ка широкий перелгк 1 рхзкомгнзт-нхеть застосувань ПОС, кЫькхсть алгоритмов, якх використовуються для оброОки, е порхвнянс невеликою. Це. г. основному, е алгоритми перетьорень ! фхльтралН еэткакхв.. Из основх проведеного аналхзу цих алгоритм!ъ вид!ленх базоь! .опер&цП: додавання. ъ!днхмання, множення 1 дхгення дзйсних 'та «окплексних чисел, обчислення суми парнйх добутклв г трктонокетркчних функшй, добуванни квадратного кореия. лхднгееннй до степени, сортування, мел1анна фхлътратя, базовх операцЗ.1 алгоритмов ШФ 1 ШПХ. - Показана, то Ш операшо е операшйною основою апаратури ПОС.

Специфика задач 1 алгоритм!ь ЦОС накладае певнх вимоги на архитектуру ПОС, ккх вхдроэняють :П вхд арх1тектур бхлыюст! унхвер-сальних продесорхр. Проведений аналхз арх!тектур ПОС'дозволив ви-дхлити найб!дып характернх особливостх, до числа яких в першу черту вЩзосяться: наявнЮть арифметичного пристрою, здатного викоьу-вати операнд множення в накопиченням; здатнЮть шдтримувати кон-вейерну обробку; короткий командный цикл ! виконання бхльшостх команд ва один цикл; наявн!сть команд для виконання арифметичних операШй б тидвищеною точШстю; епеШадьна система обм!ну та лаяв-нхеть спещ&Изованих пристрохв для виконання базовйх операций

- t -

ЦОС. HeodxiflHicTb обробки сйгиал1в, як! презставляються в тЬров!й форм! маеивами даних, в широкому частотному диапазон! по алгоритмах з квадратною i куб!чною залежюстю к1лькост1 обчисдюваяьнил операЩй в!Д величини масиву, ставить перед ПОС висок! вимоги до продуктивное^. Кр!м того в багатьох галузях застосування ПОС. особливо в системах спеталъного призначення, до ПОС- висуваютьсл ÄopcTKi вимоги, щодо raöap.HTiB, споживано! пстужиост!, ншпйност!, умов експлуатацП, а також вимоги до шьидкост! nepesipKH пранез-датностх. виявяення, локалхзацП та усунення неспралност!. Щоб за-дов!льнити ai вимоги запропоновак! шляхи вдосконадення характеристик ПОС на piBHi схемотехнхчних i арх1тектурних рлшеиь. На схемо-техн1чному pi«Hi запропоновако: модернгзащя елемеятно! баы*. застосування BIC та однокристапьних програмованих ткропроцесорхв-, . збЪтьшення обсяПв оперативно! пам'ятх та використчння розподые-но! по пристроях буферно! пам'ятЦ застосування апаратних розагир»-зач!в. На арх1тектурному pissi запропоновано: удсскоиалюьанкя структурно! i лог!чно1 органазацЛГ ядра ПОС, що направлена на я!д-вищення продуктивност! i аабезпечення модульно! побудови ПОС; зб!льшенн'я швидкод!! какалхв введения-виведення та роаширення 'ix функций; змешпення кХльксста внутрИшьопроцесорних oöMiHis iHÖcp-мащею; сум1щення в 4aci npouecis функшонування максимально'! кхлькост! вузл!в ПОС.

У другому роздан проводиться B5i6ip прмнцшйв побудови i синтез базових структур ПАРП та основних модул!в, а такс« розробка анал1тичних вираз!в для оц!нки швйякодП, витрат i ефектизност! використання обладания та методики структурного синтезу ПАРП. -

Виб!р зручно! форми зобрачення алгоритму е ваяливоо задачей знаходження cnGco6iB найб1лыи ефективного його розпаралеллення в ПАРП, або найб!льш ефективнсго Bapiamy його аг.аратно! peani-saui'i. Для р1аення тако! задач! в робот! використовувться в1дома ярусно-паралельна форма зображенкя алгоритм}/, яка аабезпечув меж-лиз!сть знаходження просторово-часових сп!вв1дношйнь, шо викорнс- ■ товуються при вибор! структур ПАРП i спеЩал!£оваких операаШих пристроив. Зображення алгоритму в ярусно-парал&аьн1й форьа меже бути зд1йснено з рхзною степени» його де?ал1зацЛ, а залежност! в!д 3acoöiB peaniaaui'i. Кодний алгоритм може ovtn раалазовзяий за допемогою одного э трьох 3aco6iB: програмних, макропрограмних чи апаратних.

На сучасному етаШ розвиТИУ. обчй&шовально! технхкк каиб1лыз перспективним е П1ДХ1Д, що передбачае сподучення програмних 1. ала-

- в -

ратних засооаь. Такцй шдх!д ¡використовуеться в ЛАРЛ, що стьррю-лться на баз! процессорного ядра i апаратних розширювачах. В основу побудови таких ПАРП в pofori запропоновано покласти наступи! принц или:

- модули.: сть добудови. яка передбачае .реад!з.ад!ю лроцесорво-го ядра i апаратних розширввач!ь в ьигдяд! модул1в;

- процесорну органхзащю апаратних розшировач1в:

- еумШен.чя в 4aci роботи процесоркого ядра i апаратних роз-ширювач!в;

- перекрадем« на ьпаратт розширювач! виконання найО!льш ча-оошсткйх оперший алгоретьйв ЦОС.

Ос ковким модулем ПАРП е процесорний модуль (ПМ), який буду-ктьск яз шйидкодлочо.го однокристального програмованого процессора обройкй. сигналив (ОЩОС) в арх!тектурою, ор!ентовано» на за-да«;з Цй;"..-Пор1вняккя параметр!ь i структур ОШСС pismix шхрм пока-3ve. ко Ыдм1нн1сть'Кр'истал!в р!зних фхрм одного" шжсшння незнач-ка_ через .üBU&KiCTb технологj 'i. виготоилення та архгтектури. -Така' охаметь LiiUiOC одних noiicaiiHb доавсишь для кожного в них розробити базовv структуру ПМ,' яку «ожна вииористозув&ги для синтезу Ш конкретного еасуосузайк)'!. Для ОГШОС гшшого псжоазййл в роботз ро&реодено Зазову . структуру Ш вш»хш гопоьнення його лристроями керуьачня i м1жпрЭДбсог.ного зь'язку. зоь'пшньш па><м:ттю програм i samtx, разсшрю&ачзми порт1ь\введення-?.пьед«-ння i буферними Шдси-лювача/к. Ссоблнз1с?й таюЗ структур« е рс>зд!лекня таи даних Ш ка ьнутр!амю i зовн!шш, що. дозваз«е пивиаити з&^алоспймсть. виадзичити вялив на його роботу хиших модул*в !. сукйстнти в час! ix роооту г росот&а т. При розроОц! ба?овкх структур Ш для наступит покол1Щ.'дазс, kiJSbKiCTb дсдаткових прис?гю!ь 1 ix скл&вшсть змеклугться. Тек« явдще -пов'язане в ш, вк> в колшому наступному покол!кн! ОППОС ужоскрдагоеться i розвкьаеться &c»EiSH'-/ интерфейс, а такая 8бШ>шуетъся тадьщсть .пряотрр!> !з зовтшнъого обрамления, яка переноситься на крисзал. .

фувкиП еяарзЬдах 'рогаяртач.г^ з ШЩ виконують обчислтаалью модуд! (ОМ). -3 сйшау • с?руетдао1 орган! вацП ОМ эапропоновапо покласти принцип яроаесоряо! орган1аац11, який передбачаа вхождения до IX скдаду пристрой керуваиня. збер1гання i обробки. ОМ шдключашься до Ш як зовнИып прлстро!, як1 завантажуються операндами по Mipi необх1дност! виконання обчислень у випавадкост! до осндао! программ. Р&ал!зал1я обчислень в ОМ в основному зд!йс-

т 9 -

нюеться за допомого» одно- 1 багатофунгацональних конвейерних граф-алгоритм1чних операШйних пристроив (КГАОП), в основу структурно! органа ваш яких залроповов&чо покласти принцип апаратного водображення графа алгоритму, шс зображений в ярусна-паралелькой форма, де кожний фунвдоональний оператор реалозуеться в!дповОдними операцойними блоками, а зв'язки м1х ними е каналами передач! да-них.

В робой розроблено базов! структури ОМ нерекурсивного и рекурсивного тип!в, включаючи структури з паралельним включениям КГАОП, особлив1стю яких е вхдповгдно водсутность о присутностъ оберненого эв'яаку в операцоиному пристроо. В нерекурсивному Ш весь алгоритм обчислення базово! операц!1 виконуеться аа один проход даних черев операцшний пристрой, а в рекурсивному ОМ - за де-колыта проходов, йерекурсмвним ОМ властива висока лшидкодоя, велико витрати обладнання 1 простота керування, а рекурсивном - мало витраги обладнання, невисока втидкод1я1 складне керування. Наос-ново еапропонованих базових структур ОМ можуть бути синтеаовано стуктури ОМ для виконання кожретних операдой з водповодними вимо-гти,

В робот1 запропоновано базов! структури ПАРИ з спольною шиною, з програмованиш каналами зв'язку мож ОМ та на основ! багато-портовоо пам'ято. Найбольш простою структурою для реад1ааи11 ЛАИЗ е структура з сильною шиною, яка характеризуемся одним онтерфей-сом, висутносто постойних зв'язкгв мож модулями та простотою збольшення ! зменшення колькост-о модулов. В такому ПАРП основн! обчислювальн! потужносто зосереджеМ в Ш, а ОМ приймають обмежену участь в вироиенно задачо 1 викорисговуються епозодично для виконання окремих базових операщй. Розвитком структури ПАРП з сшль-чою шиною я структура з програмованими каналами зв'язку шж Ш. В цьому ПАРП основка частина апаратних витрат ! ) -.ртосто лрипадае. на комутуюче середовище (КС) о ОМ. Задача в такому ПАРП в основному вирошуеться на СМ, а Ш приймае обмежену участь в виршенно аадач1 о в основному використовуеться для реалоаацо! операторов, яга не-ефективно реалозуються в ОМ, а також для вкконаняя функцШ ьведен-ня-виведення овформацП, эавантаженкя операндами ОМ, програмування КС та керування обчислювальним процесса*. Гнучкошо ва они! структури е структура ПАРП на базо багатопортово! пам'ято, яка дозволяе використовувати в повному обсязо обчислювальн! потужяост! ес1х модулов, а також адойснювати а'сднаяня модул1в в в!длов!днос-

■ 10.- ■•• ■ • -т1 До структур« аагфипив задач!, яка вир!шуеться. На основ1 зап-ропонованих базових структур ПАРП мшуть бути синтезован1 слрукту-ри ПАРЯ для вир1шотшя конкретно! задач! з в1Дпов1Дними вимогами. В робот! залропонована методика структурного синтезу ПАРП, яка доз-воляе на основ! анав!зу алгоритм!в виршення задач!, базових структур ПАЙ!, ИМ 1 СМ, та обмежень застосування визначити типи ! к!дьк!сть модулев, !х характеристики, обсяг пам'ят! програм ! да-них та на 1х основ! синтеаувати ПАРП з необх!дними характеристиками.

Витрати обладнання на ПАРП складаються з витрат на його складов! частини: г

1-1

де доданками е витрати обладнання на ПМ, пристро! введения-виве-дення, зовн!шню пам'ять та на 1-й ОМ. На основ! результат анал!-зу б!бл!отек елемент1в' базових матричних кристал!в 4.601ВЖЗ, 4.К603ВЖ2, 4.К603ВЖЭ, 4.К603ВЖ10 визначен! витрати обладнання на лоПч»! ! функц!ональн! едементи та отриманх анадИтичнх вирази для оц!нки витрат' ! часу спрацювання основних функщональних вузлхв ПАРП (регистр, комутатор, дешифратор, суматор, помнсжувач ! т.д.), де одиницями вимхру е вхдповШо лопчний вентиль ! час його спрацювання (т.вентиля). 3 викориетанням цих результат!в отримано ана-л!тичн! вирази для оцхнки витрат обладнання х такту роботи КГАОП. Витрати обладнання в вентилях на модул! ! ПАРП запропоновано виз-начати через суму витрат на '¡х вс1 складов!, якх представлен! на ровно функщональних елемент!в, вузл!в х КГАОВ. В робот! запропоновано вираз для овднки швидкоди ПАРП: '■■.

1

V - 0 /С N (1-Е-О / ^Кт. + Тпмэ + Том4 + £ Том,(1-Еом4) +

1-1

+ М (!-Е2) / ?г к2], де 0 - к1льк!сть операц!й, необхОних для вир!шення задач!; Тпм, 7ом3, Тоби - чес виконання ПМ 3-х алгоритм1в, ОМ !-их базових оперший 1 обмхну иож ПМ о ОМ; Ех, Е2, Еом! '- коефхцхвнти часового суиокккнк операц!й введения, виведенна !кформаШ! та виконання об-численьг2 - частота поступления даних ! видач! результатов; Кь Кг - к!дьк!сть входних о виходних канал!в; N. М - розм1рн!сть иа:ив1в вх!дних даних ! результатов.

. - и -

Для 0Ц1НКИ ефедтданоста структур операдШих пристрр5в моду-л1в ! ПАРП в робот! залропоновано одиницю витру ефектевнос-п, яка визначае внесок одинид! обдаднання в эагальну швидкодхю. Отримаяо вирази для оц2 нки ефективноет! базово! структури ПАРП.

У третьему роздЩ досаджудаться 1: розробляються алгоритми та структури одно- 1 бзгатофункШшаданих граф-алгоритм! чних пристроив для виконання арифметичних операцхй над дхйсними 1 комплексяими числами, гИднесення до степень добування кореня, сортування чисел. мед1анно1 ф1льтрши, обчислення тригонометричних фунюдй, виконання баэових операций алгоритм!в да 1 цвд. Доводиться К1ль-к!сяа ощиха розробледах структур за ввидкод!ею, витратами 1 ефек-тивл1стю використання хзбдаанадая, визначаш^ся галуз! 1х застосу-вання.

ОперацИ множення, деления 1 добування квадратного кореня е складними операщями ! реалззуються на основ: посл!довност! бхлыв простих операщй додаваяня, ъщпйщня,. !нверсп 1 зеування. ВидЬ лено два осногн! йдходй до створення конвейерних помножувач!в (КПМ): з посл!доввим формузанням та л1дсушвуванням часткових до-бутгав 1 з одночасним формур-анням вс1х часткових добутк!в та по-дальшим '¡х одночасним пгдсумсвуванкям. При першому п!дход1 проек-тування КШ вводиться до-синтезу одн1е! сходинки конвейера 1 посла довного з'еднанкя таких сходинок. При другому п!дход1 КПМ буду-еться на база Оагатовходового конвейерного суматора, мае меншу по-чаткоБУ аатримку 1 вимагае менгоих витрат обдаднання. Показано, да структури КПМ з анамзом двох а б1льше розряд1в мкожника б кращи-ми, Н1Ж структури з анал1зом одного розряду, як за витратами об-ладнання. так 1 за ефективнхетю його використання. 'Залропоновано алгоритми множенйя чисел з анал!зом одного розряду використовувати зри побудов! багатофункшональних конвейерни* арифметичних пристроив. В робот1 розроблен! 1 досуЦджет стоуктури конвейерних .пристроив доекня 1 добування квадратного кореня, обчислення в яких виконуеться за алгоритмами з вхдновленням 1 без в!дновлекня валишку. Показано, що для конвейерно! реал1зацП операдхй дхлення 1 добування квадратного кореня пеиав суттево! рхвниш в тому який. э двох алгоритм!в використовувати. Розроблен1 структури одно- ! багатофункшональних конвейерних арифметичних пристро!в, як! за-Сезпечують проведения обчислень з лрдвайною точнЮтю.

'На основ! структур однофункшональних конвейерних пристро1в множення з анализом одного розряду,. яШння 1 добування квадратного кореня без в!дновлення задишку, сиятезован! структури багато-

- 12 - • ... функцЮнадьних конвейерных пристро5в для виконання операшй мне-ження, дхлення 1 добування квадратного кореня.

Для високошвидк!сних застосувань ЦОС актуальним питаниям е розробка швидк1снйх помножувач:в комплексних чисел (ПКЧ). В робот! проведено пошук ефективних алгоритм1в множення комплексних чисел для побудови ПКЧ. Показано, шр такими алгоритмами е алгоритми, процес обчислення добутку в яких розглядаеться як виконання едино! операцп та базуеться на операциях додавання, хнверсП 1 зеування. За формуванням часткових добутюв 'гакх алгоритми роздгленл на два типи: э прямим формуванням часткових добуткхв 1 з формуванням на баз! попередн1х обчислеяь. Доавджено. що застосування попередн1х обчислень для формування часткових добутгав зменшуе !х к!льк!сть в два рази. Проведено удосконалення алгоритму множення комплексних чисел на баз! попередн!х обчислень з анализом одного розряду, яке дозволило зменшити к!льк!сть часткових добуткхв в два рази. Таке зменшення досягнуто за рахунок анал!зу множника трупами по три розряди, де сусОн! групи мають апльний розряд. Для кожно! !-о! груш розряд1в формування !-го часткового добутку Р!-НеР!+з1шР! запропоновано виконувати зг!дно виразу Р1 - ИеА - 1тАК]т81+

+ Я1?еА ;К1тВ1 + 1тА -К|?еВ1). Де

! 2, коли РгеВн-О, ЯеВ!2-КеВ1з-1;

I 1. коли Яевн-О, НеВхг^еВхз; К«аВ1 - ( О, коли Е?еВ11-Ке8!2-КеВ1з;

I -1, кали 1?еВ11-1, ИеВ!2»'КеВ!з;

4 -2, коли 1?еВ11-1, КеВ!2-КеВ1зЧЗ;

/ .2, коли ГтВ^-О, 1шВ12-1гпВ!з-1;

I 1, коли 1тВ!1=0, 1шВ!21«1шВ!3-, К1тВ1 - { 0, коли 1тВ1а-1тВ12-1тВ1з;

I -1, коли 1тВ!1-1, 1тВ!2*1тВ!э;

-2, коли №114), 1гаВ!2-1тВ!зЧЗ.

Визначено, ш для формування часткових добутгав по цьому алгоритму необхШо попередньо виконати а!сть наступних обчислень: КеА*1тА. йеА- 1тА, 2НеА+1гаА, 2КеА-1гаА, 21тА+1?еА ! 21тА-КеА. Розроб-ленЛ структури ПКЧ а посд!довною 1 паралельною реад!зад!ею алгоритмов. як а прямим формуванням часткових добутк!в. так ! на баз 1 по.!ередн1х обчислень. Показано, го структури ПКЧ з формуванням часткових добуткхв на баз! попередн1х обчислень крали структур прямим формуванням часткових добуткгв як за швидгашею. так ! аа ;. витпчтами обладнання.

В роботi розглянуто- два подходи до реад1эацп пристро'оз ni-лення комплексных чисел (ДКЧ): на основi оператй Д1лення, • мнолен-ня, додавання та пхднесення до квадрату i на оснсво onepauiü дода-ванпя, онвгрсо.1 та зсувашоя. Показано, до перший подход деяильпе викорисговуьати при побудов! ДКЧ на окремих мокросхемах. а яругий - при реал1зацП ДКЧ в вигляд1 BIC. При peanisauii долення комплексних чисел з використанням другого п!дходу для обчислення зиса-3iB ReAReB+ImAImB, ImAReB-ReAItnB i Re82+ImB2 залрспоксвано =мк:-ристсвувати алгоритми обчислення паоних добуткоз з формуванняч часткових результата на основО пог.ереднох обчиолень. 3 викооие-танням периого i другого подходов розроблен! стоуктури ДКЧ.•На сс-HOBi структур ПКЧ та ДКЧ синтезоваш структури багатоЬункц1онадь-них пристроив для виконання олерацой мнокення i долекня комплексних чисел. 0триман1 аналНично. вирази для ошкки розроблених одно-i багатофункцоснальних арифметкчних пристроив за шзидкод1ею о вит-ратами обладнання, проведено поровняння 'ix па цкх параметрах.

В po6oTi для обчислень степенов вигляду А"1 за даниуи л i f запропонованв використовуватя б1карно алгоритми зменшення кьяькос-то мкожень з посл!довним аналогом розряд1з покаэника степеня ;ti. od зависаний в дв1йковой систем! числення, починавчи з молэдиих аоо старших розряд1в. Проведено удосконалення цих алгоритм!в,' яке дозволило зменшити галыистъ мнокень в"1 разов. Таке зменшення досяг-нутс за рахунок одночасного аналозу I розрядов покаэника степени. Удосконазений б1нарний алгоритм обчислення А™ з послОдсзнш аналогом покаэника степени трупами по 1 розряд!в починаючи з молодших мае вигляд

lfB-D £1оз,ш!+1-1

¿5

р-1

Am- П Ар , ле N - -1

Ap-Anipt' mp"- " •rRp-

N а1

а починаючи з старших - Ат- П Fp. де Fp-Fp-tA^1-^2-•-^Р1, Fori.

р-1

Биэначено. що при апаратн!й peani3aui'o цих алгоритмов нагё^нки витрати обладнання будуть при 1-2. Видолен! два оскоен! п1дхеди до побудови конвейерних пристроив поднесения до степени: з одночаеним ¡{хэрмуванням часткових результатов поднесения до степеня та падаль-

шим )Х перемножениям ! з поем!давним формуванням та перемножения»' часткових результат!ь п!днесення до степени. Показано, до для ШФ-шого подходу - дощдьшюе використовувати удосконалений алгоритм е поел!ловким анализом груп розряд!в показника степеня, пйчиодоци в «ололшх. а для другого - удосконачений алгоритм в поеддовним акапьом. груп ровряд!в, починаючи о! старших. 3 використшшцм первого 1 другого подходов розроблено конвейерк) пристро!, якз ала-ратно реьлхвують удосконалещ бонарнз .алгоритм« обчиолення Ат. Отрицало ачалотичнх вирази для оцонкм розроблених пристроив тдне-оення до степеня еа швидкодоею а витратами обладнання. проведено IX порхвняння еа ними параметрами. На базо пристроив поднесения до с-епеня розроблено структуру пристрою обчиеушння коренхь "У/Г за даними А 1

В робот} розроблено структур/. пристро!ь для викрн&ння базових 01№.Г'&и1й алгоритмов ¡¡Ж ! ЩХ, особлиЫстю яких е валежн!сть три-, ьалост! такту ь1д значения вагових коефоШентов. На-базо розробле-ьу.у, ъ робото ПКЧ. АЛ 1 С'А оинтезоваао лотоковий пристр1й ШФ. Про-ьедекий анклав метод1Е обчислення та синтез пристроЗв^ для обчислення тригонометричккх функцхй ! вираз1в у'А^+В2, у^^-В^сХ Показано, то еастосування а*:горитм1ь набликеного обчислення для реал!' заш)' цих фуккц!й дозволяв суттево зменшити витрати оЩадиання на и; побудову.

Для виршення оагатьох задач ЦОС в»:кага£ться сортуязичя маси-ь!в чисел ь реальному' масштаб! часу, як! наахолять пзралельно або посл!довно по . одному чи по дек-олькох каналах. В робот! для шро-шення таких задач проведено дослодженкя алгоритмов сортування, яке показало, що базовсю . с/перавдею цих алгоритмов е лорхвняння двох чисел, а лшад'ксяоя визначаеться колькастю базових опрец!й, ао-ви-конуються одкочасно. Для паралельного сортування масив!в чисел на баз! метод1в вставки, злхбття та одночасного попарного пор1вняння всIX чисел розроблено ларнлельш алгоритми та синтезовано конве-йерно граф-алгоритмочт лристрох сортування чисел (ПСЧ). Показано, ио структури ПКЧ в одночасним попарним пор1внянням вс!х чисел ма-сиву мають високу шзидкодою ! вимагають для свое! побудови зна^чих витраг обладнання. Структури ПСЧ, як! реал1зують паралельн! алгоритми сортування чисел методом вставки 1 влитая е однор!дниыи !' в пор!внянн! з .ПСЧ -на баз! одночасних попарних пор1внянь'вимагають для свое! реал!зацП менших витрат обладнання ! цаютъ меншу швидг кодИо. ■ ЮлькЮть схем порЦшяння, я па необхШ'а для побудови ПСЧ з

.паралельною реа;п зафгао алгоритмов, р!ена (т2-ш')/2, не га. - ко.ть-к1сгь в масив!.

Для сортуваяня масив1в чисел, яко надходять поел1 давно по одному або по к каналах на баз! методов вставки, злиття та витоснен-ня розроблен! посл1довн1 алгоритми та синтезован! кенвейерн! граф-алгоритмочно ПСЧ," в яких процеси приймання-даних, сотуванчя 1 видач1 результатов сумхщено в часо. Апаоатн1 засоОи. лко реалЬ зують базов! операцП алгоритм!в сортування утворюють елемент сор-тування (сходинку конвейера). Показано, ¡до к!льк!сть елементхв сортування в конвейерному ПСЧ залежить в1д величини масиву ш, колькост! каная1в к приймання ! 'видач! оноормацоо та алгооитму сортування. Для конвейерних ПСЧ. яко реалхзують посл!довн1 алгоритми сортування чисел на баз! метод!в витоснення, вставки 1 злиття, к!лькхсть елементов сортування в1дпов1дно ровна т/2к. т-1 1 1о£2П/к. Пор!вняння за швидкодхе» конвейбрних ПСЧ з послодовною реал!зац1ею'алгоритм1в показало, шо найб1льш швидкодшчим е ПСЧ з реад1зац!ею алгоритм1в вставки. Отримано анал1тичн! вирази для оцонки розроВлених структур ПСЧ за швидкодхею ! витратами облад-нання та проведено !х пор!вняння за цими параметрами. Показано, ¡до найб1дъш ефективними за використанням обладнання серед розроблених ПСЧ з паралельною 0 посл!довксю реал!зац!ею алгоритмов е ПСЧ з ре-. ал!зац1ею адгоритм!в злиття.

В четвертому роздШ проводиться досл!дження 1 роэробка структур пристроов обм!ну (ПО), формувачов адрес (ФА) пам'яП, формулювання вимог до хнетрументаляих- засобхв розробки \ налагод-ження ПАРП, виб!р принципов ох побудови, роэробка структур онстру-ментального комплексу (1К) о внутр!шньосхемного емулятора (ВСЕ) та вибор апаратних модул1в 1К.

Ефективн!сть ПАРП в значигй мор1 визначаеться принципами ор-гаизаШо взаемодГо >аж Ш ! ОМ. Виходячи з молливостей ПМ о ОМ операцП обмо.ну м!ж ними запропоновано органозувати по принципу "ведучий-ведений", поклавши на 04 роль ведучого. Модулям ОМ. яЯ веденим, присвокяоться адреси !з адресного простору порт1в введек-ня-виведення ПМ. Обм!н м!ж ПМ ! ОМ зд1йснюеться через ПО по вкут-р!шньопроцесорн!й магхстралг з застосуванням одного 1э двох принцип! в синхрон!защЛг синхронного або асинхронного. В першому би-падку передбачаеться повна синхронность роботи ПМ 1 ОМ 31 здгйс-ненням обкину в визначен! моменти часу. У другому випадку обм1н онформацоею здойснюеться через нерегулярн1 прсм!жки часу а використанням механ!зм1в переривання або прапорвдв.

В робот i проведено розробку 1 дослхдження структур по & пря-М0Й передачею даних i э буферизацией. Показано, що ПО в прямою передачею даяил будуютьс* на базо р^гостров i ефектиьяо ьикористо-ЬУЮТЬСЯ при ПОСЛЦЬНОМу odmIhv а поыдьними ОМ i периФеройними пристроями. ПО У. буферизацию даних оудуються на баз! буферноо пам'ято i ьгоььпечутчь значле зменшення часу при o6ntiHi масивами даких, особливо при oOmihi Шк Ш i ОМ a pi зною швидкодоею вико-иаиня операций вьедеиня i виведенш онформаош. Показано, що буферной пш'пттю в ГО меже бути стек типу FIFO, або оперативник за-тий'ятоьувальний пристрой (ОЗП). Общи данным через ПО на базi стечу е 61дьш простим х ¡евид;«шючим. н1* обмон через ПО на 6asi :&к. Оргатзацоя обмзиу через стек типу FIFO до&воляе з допомогою згергзкйя до одного пор ту адомскзгата доступ до ыножини даних, а ■школ йберегти розпод.и<ену в 4aci онформацою. ГО на базх ОЗП мае 5.Kp5Ei буг.кцшяаиып MCurjirjsocTi, н1й ПО на 6asi стеку, так як доз-вс^йс- эмонкльати порядок запиеу i читанкя 1;«1ормац1 "i. Для повного використаннл часу к1ж авсргашшми до 0РП, а також для тдвищення saBFJioCTik-'-jCTi аапропоновако вэегти в ПО коявейг.рно регостри. За onraHisauiew обм1ну ГО ь С\ф;рй&а:о № данкх рог.дзлекс на два типи: s псчергови.у i з одночасдим дося-уламм. Проведено дослшшення цих ПО, де показано, що ПО першого типу булуе-гьс« на базх однхеГбу-ферноХ пам'ято i вабе&кечуе обмхь гнфоршшею еа час удв1ч! больший, Hix ПО другого типу. який може бу:.;\'ьатася, як на баз! двох, таг: i на Саз1 одное; буо&рно! пам*ят1. Ляя побудови Ш другого типу на oabi osHiel буферно! л^'ягл викорио.товуеться ОЗП, який йь'яааний з шинами даних Ifti.i ОМ через конвейерно рег!стри. Одно-часний ос.мон в цьому ПО вабеапечувтьоя орган! затею запксу (читан-ня) 1нфоркад1'1 ыд двох модуд1в за один перзод обтну больш швид-кодоючого модуля. Биапачено аалежкость EamiKOCTi ОйЛ вОд пер1оду об иону i наапакк.

Бизиачвно, що особлисЮтв б1льшосг! алгоритмов ДОС в необходно егь пересталовки элемент!® входного або вюЦдвого маскву даних, а тзкож прогни их результате обчиаш». Ия перестановка в ПАРП вдойснюеться ыяхом формувания необкодноо посл1довност! адрес пам'ят! проз ззлксу або читачн!. В робот! для. вирщення такоо задач! на базг доильника синтезовши i досл!джено структури ФА э фор-муванням посдодоьносто. адрес трьома способами: з'еднанням виход1в л1чильника з вхдповхдними адресними входами пам'ят!, за допомогою

табдцць i програмуванням. Показано, що основном нелегком структур ■ФА з першими двома способами формування адрес е складность SMimi лорядку 'ix формування. УнiверсалъHinmM е ФА, в ятому алгоритм формування -посл1довност1 адрес ¿задаеться шляхом програмування универсального комутатора. В цьому ФА процес генерацИ адрес сум!щений в H3ci в ироцесом програмування. Визначено,' що макоималъна к!льк1сть такт!В прогрёмування залежить в1д розрядност! адрес!

Доведено« до вартасть i час проектування ПАРП в значн!й Mipi визначаеться «аявшстю для ^нього анструменталъ-вих аасоб!в розробки i налагоджекня. В робот i для розробки i вадагадження ПАРП запропо-новано створити «а база ПЕОМ 1К i3 .smihhkm складом обладнання i покласти в основу його структурно! oprasiaani5 дастутп принципи: модульность .маг1ет.ральност1 i ирограмованост!. -Визначено, що ала-ратне ядро IK повинно складатися з ПЕШ, крейта та модуля зв'язку з ПЕОМ, а прапрамне ядро - з керуючо! лрограми. Апаратне i прог-рамне ядра IK новина! вадодатл властивЮпа роаширення, яка е основною передумовш стварення-на Гх баз! IK з р!зкими функШонадь-ними можливоствми. Показано, до задача розробки апаратно! частини таких IK розгдядаеться -як задача вкбору i розробки набору модул!в, а такси .внрзж-ння питань -зв'яэку Mi* цими модулям}! i ПАРП. Формування апаратно']' конф!гурацП ГК для конкретного ПАРП виконуеться зстановденням в крейт в!дпоз!дного набору модул!в. Bei апаратн! модуд! IK ловкий! бути преграмно-керозачими, конструктивно 1 функционально заврршеними пристроями. Визначено, ш при створенн1 IK можуть використовуватдсь наступи! anaparai модул!: внутрИпкьосхем-ний ■емуля™ор (ВСЕ) для ШПОС, накопичувач-аназизатор результат!в обчислекь. генератор керуючих сигнаив, генератор бх!дних !нформа-цштих сигиал!в; таймер i periстратор-грасувальник.

В робот! розроблела 1 досшджена структура ВСЕ для ОППОС ■ першого покол!чня. Визначено функцП ВСЕ, рс-.-глянут! проблемы! питания. яга виникадаь при проектуванн! ВСЕ.

У п'ятому роздШ яаведен; створен! а використанням резудьта-TiB дисертац!! ПАТЛ, !йструментальн! васоби розробки ! налагоджу-вання ПАИ!, комплект нахйввамовлюваних КМОН .BiC та розглянут! чпя-хи лодалыюго розвитку ПАРП i комплекту BIC.

До основних розробок виконаних при безпосереднай участ! автора з використанням реэультат1в дисертацП в!дносяться: комплект нашвзамовлюваних В1С в склада: -формувача адрес (4.6ШВЕЗ-003), помножувача комплексних чисел (4.601ВНЗ-006), арифмегичного прист-

рою (4.601ВЖЗ-002) i комутатора з пам'яттю (4.601ВЙ2-0027); три BapiaHTH ПАРИ для первинн!?! обробки сигнал!в (2БП02, КБ062, АНЗ), aKi мають швидкодш б1лыие 300 млн.операЩй S секунду типу множен-ня/додавання, об'ем апаратури в!Д 2 дм3 до 10 дм3 1 споживану по-тужн1сть Biд 50 Вт до 150 Вт; 91м BapiaHTiB ПАРП для вторинноЗ обробки сигнал1В (МПОС, УЖ204, 2БП031, УБ142, АГ4, МО-4, УАТ-li) з ШВИДК0Д16Ю 5" млн. операЩй в секунду типу множення/додавання, об'ем апаратури в1д 0,3 дм3 до 2 дм3 i споживану потужн1сть в1д 5 Вт до 20 Вт; micTb BapiaHTiB 1нструментального комплексу розробки 1 налагодження ПАРП (ТПОС, С2БП031, С2ВП02, СКБ062, СУЙ204, СУБ142), який дозволяе налагоджувати апаратуру на робочих тактових частотах.

На основ1 проведених в дйсертацп дойШджень з врахуванням перспектив розвитку 1нтегрально'1 технолог!! запропоновано подальпц шляхи розвитку ПАРП i комплекту BIC.

ВИСНОВКИ

Основн! результата роботи можна сформулкзвати так:

1. Визначенi особливост! задач ЦОС, арх!тектури ПОС, сфор-мульован! вимоги до ПОС ! запропонован! шляхи вдосконалення ix характеристик, На основ! проведеного анал!зу алгоритм!в ЦОС вщцлен! базов1 операцП для даних алгоритм1в.

2. Обгрунтоваиа необх!дн1сть створення, запропонован! принци-пи побудови i розробленх базов1 структура ПАРП, основних модул!в i конвейкрних граф-алгоритм i чних пристро!в для» виконання базошх. операций алгоритма ЦОС.

3. Запропонована методика структурного синтезу ПАРП на баз1 ПМ i спешагпзованих ОМ, яка дозволяв синтезувати процесори з ви-сошо ефективнилто використання обладнання.

4. 0триман1 анал!тичн! вирази для отнки швидкодП, ьитратл ефективност! використання обладнання ПАРП, осковних модул1в, кен-венерних-граф-алг6ритм!чних операщйних пристроив i основних функ-ц!ональних вузл!в.

5. Вдосконален1 алгоритми виконання бааових операц1й:

- множення комплексних чисел на Caai попередн1х обчислень з авад1аом декглькох розряд1в множника, якии видазняеться в1д в1до-мнх меншж KiibKicno часткових добутк1в i часом 'ix формування;

- Шднесення до степеня на 6aai операцП множення з анал!зом

декхлькох розрял!в показника степеня. який в1др1зняеться в!д в!до-мих меншою к!льк!стю операЩй множення;

- сортування чисел, що базуеться на методах одночасного попарного порхвняння, витюнення, вставки i злиття, як1 в1дрхзняють-ся в1д в1домих простотою peanisaai'i i малим часом сортування.

6. Для виконання базових onepaaiü алгоритм1в ЦОС розробленх нов! високоефективн! структури одно- i багатофункшональних прист-po'jB: множення дхйсних i комплексних чисел з посл1довним 1 пара-лельним формуванням часткових добутк1в; д1лення комплексних чисел нз базх операцИ множення та ка баз! едементарних арифметичних операцхй; дхдення i добування квадратного кореня по алгоритмах з вхдновленням i без вхдновлення заливку; добування квадратного кореня з суми квадратiв двох i трьох чисел; п1днесення до степеня з шхшдовним Л параледьним формуванням часткових результатов опера-щй; добування кореня, rao базуеться на операцИ п1днесення до степеня; обчислення тригонометричних функхцй таблично-алгоритм1чним способом; виконання ШФ i базових операцхй алгоритм!в ПШ i ШПХ; сортування чисел з р1зним ровнем паралел!зму. • Проведена кыьгасна i HKicHa oixiHKa розроблених структур i визначен1 галуз! 5х вико-ристання. . •

7. Розроблен! на базх буферно! пам'ят! новх структури пристро! в 1нфор;мад1йного обм!ну з почерговим i одночасним доступом, hkí дозволяють значно скоротити час ЩфорнаШйного обм!ну в ПАРП.

8. Сформулъован1 ьимогп, зытропоповалх пршщипи побудови 1 рэзроблеиа базова структура хнструментального комплексу чгазробки та налагод*°ння ПАРП. •

Основний змГст проведених досийджень викладений в таких роботах.

1. Пмош И.Г. Программируемый процессор обработки сигналов с аппаратной реализацией базовых операций ДОС. Тезиса докладов XVI семинара по однородным средам и систолическим структурам. Львов, 20-22 апреля 1993 г.

2. А.О.Мельник, Ю.М.Захарко, ЬГ.Лмощ» Малогабаритаий в-к-торний процесор первинно! обробки радхолокашйно! ОнформадП. Тезисы докладов семинара "Применение микроконтроллеров на базе СМ ЭВМ, БМК, ЩЩС в народном хозяйстве". Киев, 20-21 апреля 1993, с. 8.

- го -

В. А.В.Басараб, А.О.Мельник, I.Г.Цмоць. Програмований проце-сор обробки сигнал!? з переменим складом обладнання. Тезисы докладов семинара "Применение микроконтроллеров на базе ОМ ЭВМ, БМК, ПЛИС в народном хозяйстве",.Киев, 20-21 апреля 19S3, с. 8, 9.

4. Б.В.Коринвевич, А.О.Мельник, I.Г.Цмоць. Процесорний модуль для створення багатопроцесорних систем цифрово! обробки сигналов. Тезисы докладов семинара "Применение микроконтроллеров на базе ОМ ЭВМ, БМК, ПЛИС в народном хозяйстве". Киев, 20-21 апреля 1993, с. 7.

5. Мельник A.A., Цмодь И.Г. Вычислительная система обработки сигналов. Тезисы докладов VI . Всесоюзного , симпозиума "Проблемы соэ-б. Мельник A.A., Басараб A.B., Цмоць.И.Г. Систолический проце-сордания преобразователей информации". - Киев, 1988, с. 155-156.

6. Мельник A.A., Басараб A.B., Цмоць И.Г. Систолический процессор обработки сигналов на базе однокристальной микро-ЭВМ. -- Систолические вычислительные структуры. Препринт №3-87, ИППМП АН УССР, с. 20-23.

7. A.A.Melnlk, V.P.Kravetz, I.S.Tzmotz. LSI set for signal processors. Latvian Signal Processing International Conference.. Riga, April 24-26, 1990, pp. 231-235.

8. Мельник A.A., Цмоць И.Г. Быстрый алгоритм для БИС умножителя комплексных чисел.- Тезисы докладов отраслевой НТК "Специализированная элементная база для PEA". Ташкент. 24-26 окт. 1989, ДСП, с. 57.

9. А.А.Мельник, И.Г.Цмоць. , и др. Быстродействующий пронес-сор цифробой обработки сигналов. Тезисы докладов конференции "Ме-

" тоды и микроэлектронные средства цифрового преобразивания и обра-Сотки' сигналов". Рига, 1986, 1 т., с. 357-359.

10. А.А.Мельник, В.П.Кравец, И.Г.Цмоць. БИС формирователя адресов памяти для вычислительных систем обработки сигналов. Тезисы докладов' научно-технической конференции "Специализированная элементная база для РЭА". Ташкент, 24-26 октября 1989 г. ДСП.

11. А.А.Мельник, И.Г.Цмоць. и др. Автоматизированный комплекс разработки, отладки и исследования вычислительных систем обработки сигналов. "Обмен производственно-техническим опытом". 1988, выпуск 3. с. 16.

12. А.н.Малыш. А.А.Филимонов, И.Г.Цмоць. Стенд для контроля ка основе микро-ЗБМ. "Обмен опытом в радиопромышленности." 1985, выпуск 5. с. 67.

13. Мельник A.A., Басараб A.B., Рымарь Ю.М.. Теолюк a.v. , Цмоць И.Г. Инструментальный комплекс отладки систолических процессоров на базе однокристальных микрсгЗБМ. Систолические структуры. Препринт №3-87, ЙППММ АН УССР. Львов, 1988, с. 16-20.

14. А.А.Мельник. И.Г.Емоиь, А.В.Васаоаб. Инструментальный комплекс для отладки систолического процессора на базе мккроЬБМ. Тезисы VI семинара по однородный вычислительным средствам к систолическим структурам. Львов. 27-30 октября 1*8? г.

15. A.c. 1691847 (СССР). Систолический процессор. А.Д..Мельник. И.Г.Цмоць. - Опубл. в В.И.. 1991. №42.

16. A.c. 1608640 (СССР). Ячейка коммутирующей сети. Мельник A.A.. Цмоць №.Г.. Квурт Л.С. и Радутная K.P. - Опубл. в В.И.. 1990, №43.

17. A.c. 1300464 (СССР). Устройство для вычисления квадратного корня. / Е.Я.Ваврук, А.А.Мельник, И.Г.Цмоць. - Опубл. а В.И., 1987, №12.

18. A.c. 1148027 (СССР). Устройство для извлечения квадратного корня. / А.-А.Мельник, И.Г.Цмоць. - Опубл. в Б.И.. 1985, №12.

19. A.c. 1203511 (СССР). Конвейерное арифметическое устройство. / А.А.Мельник, И.Г.Цмоць. - Опубл. в Б.И.. 1986. №l.

20. A.c. 1290299 (СССР). Арифметическое устройство. / Е.Я.Ваврук, А.А.Мельник, И.Г.Цмоць. - Опубл. в Б.И., i960, №39.

21. A.c. 1087030 (СССГ). Устройство для зсзг<?денкя в степень. / А.А.Мельник, И.Г.Цмоць. - Опубл. в Б.И.. 1984, №15.

22. A.c. 1383343 (СССР). Устройство для вычисления функции Ат / Е.Я.Ваврук, А. А.Мельник, И.Г.Цмоць. - Опубл. в Б.И., 1978, №ll.

23. A.c. 1179327 (СССР). Устройство для возведения в степень. / А.А.Мельник, И.Г.Цмоць. - Опубл. з Б.И. , 1965. №34.

24. A.c. 1388851 (СССР). Устройство для умножения комплексных чисел. Е.Я.Ваврук, А.А.Мельник, И.Г.Цмоць., М.М. Яцнмирский. -Опубл. В Б.И. , 1988. №14.

25. A.c. 1711149 / СССР. Устройство для деления. Е.Я.Ваврук, • И.Г.Цмоць., - Опубл. в Б.И., 1992, N°G.

26. A.c. 1517023 (СССР). Устройство для умножения комплексных чисел. А. А.Мельник, И.Г.Пмоиь., и др. - Опубл. а Б.И.. 1989, №з».

27. A.c. 1297034 (СССР). Устройство для умножения комплексных чисел. А. А.Мельник, И.Г.Цмсць. - Опубл. з Б.И., 1937, Н°Ю.

28. А. с. 1705320 (СССР). Вычислительное устройство. Е.Я.Ваврук. И.Г.Цмоць. - Опубл. в Б.И... 1992, №2.

.-■г. ,,.„. YtAZ^ fCCCP). Устройстьо дхя ьнпаснения быстрого

ссеосг/азоданид -rvptt. д. А.Мызник. И.Г.Пмсць., и др. - Опубл. в

•к. п. ■ 1 '.->.-.;;, jV 1 .

;-316300 iCCCP'. Устройство для коммутации процессора ;ipr«.;-сьания vy рье. д.А.*велыык. й.Г.Дмоиь. - Опубл. в

л. С. ;Й0С4ВЬ (ССС*"';. >СО'рОУ-СТВО ДЛЯ вычисления TplirOiiC--.-••'''еичйскик с-/вкцаи. laspy?: S.Я.. й.Г.йнюць., и др. Опубл. в Е. , и^у.

3.. Д.е.. î5 (СССР). Вычислительное устройство. А.К.Еда-п>.\ Д. );.1'.Пыеиь. - Опубл. в Б.И.. 1534, №3».

ЯЗ. ¿.с. 'СССР). Устройство ддя вычясле-ния шт&шя

>р£.. ¿.я.г^гук, А.А.Мельник, И.Г.йюпь..

- -"луб.';, в . r:°;:i.

; о. ;ДД'ДОоЬ Устройство для .дс-вхечения квадратно-

го гоочз :ь су»'»«-- кьзд>&гсв дг-yr. чисел. л А.Мельник. И.Г.Цмоць., v

др. ■ Cv.yC.7.. г , lic'î. ДГ:"ДД

Г,;:. А. о. lîùï^-b '.CCGF\i Дето-jyi.-.'j-; сля вычисления квадратно-"с ког'ня дь 'чггг. кьеД&атсь vy.ces. ь.дДСагрук, А.А.Мельник. Г. TI.-OIU-, - Слусл, ? Б.К.. 1а<:С

_2 _¿.С. ОлХР) . УСТрОЙСТЬЗ Г-;: гкР'^еНИЯ Swpai.ûKHi

v_]/П.Я.Ва.2р'г'г,, А.А.^одггл;;;. ;-Г.Г.1;..:Г.Ш>. - ОиуОЛ. ) ?..и . 1S6Ô.

37- A.c.. iCCJrj. дп? сдртдс;:шки чисел

-'•а.мядгнкк, k.iclimcab. - Onyov. ч г.д.. !5дс, №i£'.

Ас. l^iOS"1 !'C'V"P/. Ус:та'"~ГгО эл;- сортировки чисел A.M-îShHi'-'. К. Г. :Ь;С;л . ' Длуис. в E.V.. . Jwö4, K'-'4i.

•j.ji. A.;;.' i«i?S7Sr (СССР). icxpciV'.xbO сортировки 41-.'«л

д.Г.ц^ЦЬ. - Згуол. ьЕ.Я.. 1У&'-'-4С. А с. 139'îGO (СССР). ■ Устройство - для сортиоськи чисел A.A.Мельник. Е.Я.ВвёрУК. к.Г.Цмоць. - Опубл. в Б.И.. '1WS. N°iS.

41. A.c. 1537490 (СССР). Устройство для сортировки чкеад ¿.¿.ивняки, M. Г. Вмела. - Опубл. в Б.й. . 1990. N-S1.

42. A.c. 1223222 (СССР). Устройство для сортпровки чис<а А.А.л'едькик. И.Г.Пмоць. - Опубл. в Б.К., 1986, №13.

43. A.c. 1112362 (СССР). Устройство для сортировки чисе; А. А.Мельник, К.Г.Бкащ». - Опубл. ьЕ.И., 1984, №33.

44. A.c. 1185326. (СССР). Устройство для сортировки чисе; А.А.Шльник, И.Г.Цмоць. - Опубл. в В.И., 1985, №33.

45. A.c. 1532913 (СССР). Устройство .для. с'-с«1(.0!>кк аие«л. А. А.Мельник. И.Г.Емош». - Опубл. в В.И.. 1339,

46. A.c. 1410019 (СССР). Устройство для сортируй» чипе:. Е.Я.Ваврук, Д..А.Мельник, и.Г.Цмоць. - Опубл. в Н.Й.. 1968

47. A.c. 1247859 (СССР). Устройство для ссрткгобки п-оазояд-ных чисел A.A.Мельник, И.Г.Цмоць.. и др. - Опубл. н '¿.V., i9*6. №28.

48. A.c. 1315998 (СССР). Устройство для фоомиро&ан*-. процессора быстрого преобразования Фурье. A.A. м&ськик. . Г, '.lv,o: ц>. - Опубл. в В.И., 1937, №21.

49. А.А.Мельник, и.Г.Цмоць. Устройство для выполнения ¿ь»оъ! операции быстрого яреобрагованкя Хартли-^Хуръ« зеау-ств^лныл irce.-~-дователъностей. Заявка Н°4Б0?51С/24 (D3lí,27). Полет., г--г!. 27.12.1990 г.

50. А.А.Мельник, И.Г.Имоць. Устройство для ъс-звед-ния & es— пень. Заявка №4607028/24 (161071). Полоа. pera, от 28.12. taso.

51. А.А.Мельник, И.Г.Емоць. Устройство для умножения комплексных чисел: Заявка №4910122/24. Полсж. реш. от 20.03. IQS2 г.