АНОТАЦІЯ
Ніколаєнко Д.В. Розробка і дослідження методів синтезу швидкодіючих мікропрограмних пристроїв керування. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 - комп'ютерні системи та компоненти. - ДВНЗ "Донецький національний технічний університет", Донецьк, 2010.
На основі теоретичних і експериментальних досліджень в роботі запропоновані нош структури композиційних мікропрограмних пристроїв керування з поділом кодів. Показано, що для оптимізації швидкодії в схемах пристроїв керування може бути використаний метод кешування сигналів. Метод застосовується дня зниження середнього часу доступу до керуючої пам'яті, яка зберігає множину мікрокоманд реалізованого алгоритму керування.
Розроблені нові структури композиційних мікропрограмних пристроїв керування з поділом кодів і кеш-пам'яттю мікрокоманд, що мають більш високу швидкодію у порівнянні з раніше відомими структурами-прототипами. Отримано аналітичні вирази для визначення ефективності розроблених структур при використанні у якості критерію оптимізації середньої швидкодії схеми. Запропоновано еврестичний метод підвищення ефективності розроблених структур композиційних мікропрограмних пристроїв керування з поділом кодів, що дозволяє підвищити значення ймовірності кеш-влучєнь для реалізованого алгоритму керування при обраних параметрах модуля кеш-пам'яті.
Для запропонованих структур композиційних мікропрограмних пристроїв керування з поділом кодів і кеш-пам'яттю мікрокоманд розроблені програмні моделі, що використовують як засоби моделювання мова опису апаратури VHDL. Також проведено дослідження розроблених структур з метою визначення області їхнього ефективного застосування.
Ключові слова: композиційний мікропрограмний пристрій керування з поділом кодів, кеш-пам'ять, операторні лінійні ланцюги, евристичний алгоритм оптимізації швидкодії, імовірність кеш-влучень.

Николаенко Д.В. Разработка и исследование методов синтеза быстродействующих микропрограммных устройств управления. -Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.05 - компьютерные системы и компоненты. -ГВУЗ "Донецкий национальный технический университет", Донецк, 2010.
На основе теоретических и экспериментальных исследований в
работе предложены новые структуры композиционных
микропрограммных устройств управления с разделением кодов. Показано, что для оптимизации быстродействия в схемах устройств управления может быть использован метод кэширования сигналов. Метод применяется для снижения среднего времени доступа к блокам структур устройств управления, реализованным в базисе ПЗУ или ППЗУ. В качестве такого блока в исследуемых структурах выступает управляющая память, хранящая множество микрокоманд реализуемого алгоритма управления.
Применение метода кэширования сигналов позволило разработать новые структуры композиционных микропрограммных устройств управления с разделением кодов и кэш-памятью микрокоманд, обладающие более высоким быстродействием по сравнению с ранее известными структурами-прототипами. Получены аналитические выражения для определения эффективности разработанных структур при использовании среднего быстродействия схемы в качестве критерия оптимизации.
Предложен метод повышения эффективности разработанных структур композиционных микропрограммных устройств управления с разделением кодов, позволяющий повысить значение вероятности кэш-попаданий для реализуемого алгоритма управления при выбранных параметрах модуля кэш-памяти. Метод основан на ряде экспериментально полученных правил, носящих эвристический характер, и заключается в поиске оптимизированного размещения операторных линейных цепей в адресном пространстве схемы ПЗУ управляющей памяти, при котором имеет место уменьшение значения вероятности кэш-попаданий. Важной особенностью метода является то, что его применение не требует дополнительных затрат аппаратуры и позволяет получить прирост среднего быстродействия схемы без увеличения ее стоимости.
Предложенный метод реализован в виде эвристического алгоритма оптимизации размещения операторных линейных цепей в адресном пространстве управляющей памяти. Метод учитывает особенности разработанных структур композиционных микропрограммных устройств управления с разделением кодов и кэш-памятью, и не может быть непосредственно применен к другим структурам устройств управления с кэш-памятью.
Для предложенных структур композиционных микропрограммных устройств управления с разделением кодов и кэш-памятью микрокоманд разработаны программные модели, использующие в качестве средств моделирования язык описания аппаратуры VHDL. VHDL-модели состоят из синтезируемой и моделирующей частей, что позволяет как проверить корректность логической организации структуры, так и выполнить синтез структуры на кристалле ПЛИС с возможностью получения технических характеристик устройства управления, синтезированного по конкретной граф-схеме алгоритма. Также на языке программирования C++ выполнена программная реализация эвристического алгоритма оптимизации размещения операторных линейных цепей.
Проведено исследование разработанных структур с целью определения области их эффективного применения. В основу методики исследований положено использование полученных в работе аналитически* выражении для определения средней длительности такта работы предложенных структур. Предложенные в работе структуры композиционных микропрограммных устройств управления с разделением кодов и Кеш-памятью микрокоманд оказываются с точки зрения быстродействия до 3 раз эффективнее своих структур-прототипов без кэш-памяти. Также выполнено исследование эвристического алгоритма оптимизации размещения операторных линейных цепей. Исследование показало, что повышение величины вероятности кэш-попаданий за счет оптимизации размещения операторных линейных цепей может достигать 8% и выше, что при вероятности кэш-попаданий, близкой к единице, дает значительный прирост среднего быстродействия схемы устройства управления.
С помощью разработанной VHDL-модели модуля кэш-памяти получены аналитические зависимости аппаратурных затрат в модуле кэшпамяти от параметров модуля. Данные зависимости могут быть использованы проектировщиками аппаратуры для оценки возможностей использования разработанных структур с кэш-памятью при проектировании вычислительных систем на их базе.
Ключевые слова: композиционное микропрограммное устройство управления с разделением кодов, кэш-память, операторные линейные цепи, эвристический алгоритм оптимизации быстродействия, вероятность кэш-попаданий.
ABSTRACT
Nikolaenko D. V. Development and research of methods of synthesis of high-speed microprogram control units. - Manuscript,
The dissertation on competition of a scientific degree of Candidate of Technical sciences on a speciality 05.13.05 - computer systems and components. - State high education institution "Donetsk National Technical University", Donetsk, 2010.
On the basis of theoretical and experimental researches in dissertation new structures of compositional microprogram control units with codes division are offered. It is shown, that for speed optimization in circuits of control units the method of signals caching can be used. The method is applied to decreasing of average access time to the control memory storing set of microinstructions of realized control algorithm appears.
New structures of compositional microprogram control units with codes division and cache memory of microinstructions, possessing higher speed in comparison with earlier known structures-prototypes, are developed. Analytical expressions for definition of efficiency of the developed structures are received at usage of average speed of the circuit as criterion of optimization. The heuristic method of increasing of efficiency of developed structures of compositional microprogram control units with codes division is offered, allowing to increase value of probability of caches-hits for the realized control algorithm with chosen parameters of cache memory unit.
The program models using as simulars the hardware description language VHDL are developed for the offered structures of compositional microprogram control units with codes division and cache memory of microinstructions. Also research of the developed structures for the purpose of definition of area of their effective application is carried out.
Keywords: compositional microprogram control unit with codes division, cache memory, operator linear chains, heuristic algorithm of optimization of speed, probability of caches-hits.