<<
>>

Оценка аппаратной сложности коммутационного устройства

Оценку аппаратной сложности СКУ разработанного КУ будем осуществлять на основе методики, изложенной в работах [6, 12]. Условимся представлять аппа­ратную сложность каждого блока количеством эквивалентных вентилей (ЭВ).

В качестве ЭВ при этом будем рассматривать всякий двухвходовый вентиль, реали­зующий простейшую булеву функцию: И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Более сложные элементы и блоки (в том числе элементы Исключающее ИЛИ) представим в виде схем, состоящих из множества ЭВ. Инверсии на входах элементов условимся не рассматривать как отдельные вентили. Такие элементы, как триггеры, дешифра­торы, счетчики, регистры и т.п., будем представлять типовыми схемами [57]. При выводе выражений, описывающих аппаратную сложность отдельных блоков КУ и устройства в целом, будем учитывать такие параметры, как число входов/выходов устройства п, предельная длина очереди пакетов в буферном блоке L,разрядность пакета wи его отдельных полей (см. рис. 4.3).

В табл. 4.3 представлены значения и выражения для определения аппарат­ной сложности элементов и узлов, входящих в буферный блок (см. рис. 4.6). Их суммирование позволяет получить следующую формулу для расчета аппаратной сложности ББ:

Учитывая, что слой буферизации КУ включает nбуферных блоков, выра­жение для оценки аппаратной сложности СБ примет вид:

Для оценки аппаратной сложности блока маршрутизации первоначально ограничимся случаем d = 2, n = 5, т.е. рассмотрим слой маршрутизации КУ в со­ставе двумерного мультипроцессора, каждый процессор которого связан с че­тырьмя соседями, при использовании алгоритма XY-маршрутизации. Значения и выражения для вычисления аппаратной сложности элементов и узлов БМ при d = 2, n = 5 приведены в табл.

4.4.

Таблица 4.3.

Суммирование выражений и констант из табл. 4.4 позволяет получить фор­мулу для расчета аппаратной сложности БМ с XY-маршрутизацией для случая d = 2, n = 5:

Учитывая, что слой маршрутизации КУ включает n = 5 блоков маршрути­зации, можно записать следующее выражение для оценки аппаратной сложности СМ:

Добавив аппаратную сложность генератора адреса (см. рис. 4.1), который в случае XY-маршрутизации представляет собой статический регистр сложностью 6WDA ЭВ, из формулы (4.4) можно вывести выражение для оценки аппаратной сложности средств маршрутизации КУ при d = 2, n = 5:

Приведенные выше рассуждения можно обобщить на случай многомерного мультипроцессора и найти аппаратную сложность слоя маршрутизации при про­извольном d ≥ 2. При этом необходимо учесть, что значения nмогут быть только нечетными. Например, при d = 3 каждый модуль ММП имеет каналы связи с 6 соседями плюс один канал для связи с соответствующим процессором, т.е. n = 7, при d = 4 у каждого модуля будет по 8 каналов связи с соседями и один канал для взаимодействия с «собственным» процессором, т.е. n = 9, и т.п. Таким образом, n = 2 d +1.

При d ≥ 2 алгоритм XY-маршрутизации обобщается в алгоритм X1X2...Xd- маршрутизации, предполагающий последовательное движение пакета в порядке

перечисления измерений Xx ,X2,...,Xdдо совпадения соответствующих коорди­нат. Таблица 4.1 будет содержать 2d+x- x строк, причем в ней будет по 2d~1строк, соответствующих передаче пакета в 1-м измерении в прямом и обратном направ­лениии одна строка, соответствующая доставке пакета приемнику.

В

схеме БМ (см. рис. 4.8) будет dкомпараторов 30.1, 30.2, 30.d, преобразователь

31 будет иметьвходов и nвыходов. Аппаратная сложность компара­

тора 30.1, преобразователя 31 и генератора адреса составит соответственно:

где

Таким образом, аппаратная сложность слоя маршрутизации КУ и ГА при произвольномбудет равна

Учитывая, что n = 2d + x, формулу (4.6) можно выразить через nследующим образом:

где n- нечетное (n ≥ 5).

Значения и выражения для оценки аппаратной сложности элементов и уз­лов, входящих в регистровую ячейку (см. рис. 4.9), собраны в табл. 4.5.

Суммируя выражения и константы из табл. 4.5, получим формулу для опре­деления аппаратной сложности одной РЯ:

Чтобы найти аппаратную сложность строки МР на основе формулы (4.8), необходимо учесть наличие дополнительных элементов (см. рис. 4.10). Их слож­ность составляет: 6 ЭВ - для триггера 60, 3 w-1 ЭВ - для коммутатора 61, n-1 ЭВ - для элементов ИЛИ 62, 63 и 1 ЭВ - для элемента И 64. Таким образом, аппа­ратная сложность j-й строки МР будет равна

а аппаратная сложность матрицы регистров в целом составит

В табл.

4.6 сведены значения и выражения для вычисления аппаратной сложности элементов и узлов, входящих в блок управления строкой МР (см. рис. 4.12). Аппаратная сложность СБСВ блока 73 (см. рис. 4.15) и otгенераторов 80.1-80.Plog2n^] (см. рис. 4.16) определяется по данным, приведенным в табл. 4.7 и 4.8 соответственно.

Согласно данным из табл. 4.8 Qot = 43 (ЭВ). Таким образом, аппаратная сложность каждого блока 73 случайного выбора составит:

По данным из табл. 4.6 с учетом формулы (4.11) найдем аппаратную слож­

ность БУС:

Таблица 4.7.

№ п/п Наименование и номер элемен­та в схеме Выражение для расчета (значение) аппаратной сложности (в ЭВ)
1 2 3
1 Триггер 90.1-90.5 6
2 Элемент Исключающее ИЛИ

91

3
3 Элементы ИЛИ 92.1-92.5,

93.1-93.5

1

Поскольку блок управления матрицей регистров содержит nБУС, его аппа­ратная сложность будет равна:

Последний из блоков устройства - блок синхронизации (см. рис. 4.4) - име­ет аппаратную сложность, не зависящую от параметров КУ и составляющую по­рядка 50 ЭВ (в зависимости от схемы генератора 1).

Суммируя выражения (4.2), (4.7), (4.10), (4.13) и аппаратную сложность БС, после несложных преобразований получим формулу для вычисления аппаратной сложности устройства в целом:

Из полученной формулы видно, что аппаратная сложность ПКП КУ в ос­новном зависит от n, поэтому будем проводить ее исследование при фиксирован­ных L, w, wDAX, г. Условимся, что L = x6, w = x28 (бит), wDAX= 7 (бит), г = 20. То­гда формула (4.14) примет следующий упрощенный вид:

График зависимости СКУ= f (n), полученный по формуле (4.15), изображен

на рис. 4.19.

Рисунок 4.19. График зависимости аппаратной сложности ПКП КУ от числа входов/выходов устройства n

Предельное значение аппаратной сложности ограничено значением C = 2000000 ЭВ, что соответствует логической емкости современных СБИС [124]. Из графика видно, что при указанном ограничении возможно реализовать КУ, имеющее до 27 входов/выходов, что соответствует всем современным прак­тическим случаям и подтверждает реализуемость предложенного технического решения. Минимальная аппаратная сложность КУ достигается при n = 5 и со­ставляет CKmyn= 120836 ЭВ. Дальнейшее увеличение nприводит к резкому нели­нейному росту аппаратной сложности устройства. Например, при n = 35 требует­ся уже 7247667 ЭВ. Таким образом, для построения перспективных КУ с большим числом входов/выходов требуется оптимизация функциональных схем устрой­ства, включающая поиск альтернативных схемотехнических решений наиболее сложных блоков.

<< | >>
Источник: Мохаммед Ажмаль Джамиль Абдо. МЕТОД, АЛГОРИТМ И УСТРОЙСТВО КОММУТАЦИИ С ПАРАЛЛЕЛЬНО-КОНВЕЙЕРНОЙ ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИЕЙ ПАКЕТОВ В МАТРИЧНЫХ МУЛЬТИПРОЦЕССОРАХ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. КУРСК - 2019. 2019

Еще по теме Оценка аппаратной сложности коммутационного устройства:

  1. Оценка полного времени прохождения пакетов через коммутационное устройство
  2. Оценка эффективности использования матрицы регистров коммутационного устройства
  3. Оценка быстродействия коммутационного устройства при использовании параллельно-конвейерной диспетчеризации пакетов
  4. СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КОММУТАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА С ПАРАЛЛЕЛЬНО­КОНВЕЙЕРНОЙ ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИЕЙ ПАКЕТОВ
  5. Методика исследования характеристик коммутационного устройства
  6. Функциональные схемы блоков коммутационного устройства
  7. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК КОММУТАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА С ПАРАЛЛЕЛЬНО-КОНВЕЙЕРНОЙ ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИЕЙ ПАКЕТОВ
  8. МЕТОД И АЛГОРИТМ КОММУТАЦИИ С ПАРАЛЛЕЛЬНО­КОНВЕЙЕРНОЙ ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИЕЙ ПАКЕТОВ. СТРУКТУРНАЯ МОДЕЛЬ КОММУТАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА
  9. Структурная организация коммутационного устройства
  10. Исследование быстродействия коммутационного устройства
  11. Исследование пропускной способности коммутационного устройства