ЛЕКЦИЯ 3 ( ) Тема 1. Общие вопросы теории моделирования Понятия модели и моделирования Классификация моделей Аксиомы теории моделирования

Итерационный характер процесса инженерного труда Техническое задание ТЗ Гипотеза Построение модели Испытание модели Получилось? Техническая документация ТД Усовершенствование Да Нет Модификация Улучшение Объект проектирования: Двоичный суммирующий счётчик Число разрядов – 16 Потребляемая мощность не более 100 Мвт ТЗ Рабочая частота не менее 50 Мгц Критерий оптимизации – минимальная стоимость ТЗ МОДЕЛИРОВАНИЕ Итерации Верификация

Как убедиться, что в проекте нет функциональных (логических) ошибок? Макет – это физическая модель. Структура объекта (схема) – это тоже модель. Работая с моделями, мы верифицируем свой проект Построить действующую модель объекта – макет (прототип) 1 Нарисовать структуру объекта (схему) и «погонять» по ней логические сигналы (нули и единицы) 2 Построить компьютерную модель и выполнить моделирование объекта в программной среде моделирования ( АСМ ModelSim, Active-HDL) или проектирования (САПР PCAD, OrCAD) 3

Понятия модели и моделирования Модель – это макет, чертёж, схема, уравнение, граф, алгоритм, программа или иное описание объекта, изучаемое как его аналог Модель – это заместитель оригинала, обеспечивающий изучение или фиксацию свойств оригинала Моделирование – это исследование объектов на их моделях Моделирование – это замещение объекта О другим объектом М с целью изучения или фиксации важнейших свойств О при помощи М Модель – это физическая или абстрактная система, адекватно (правдоподобно) представляющая собой объект исследования или проектирования Моделирование – это процесс представления объекта адекватной ему моделью и проведение экспериментов с ней с целью получения информации о самом объекте

Стратегия проектировщика Делай и проверяй Метод проб и ошибок Итерационное проектирование Проверяй, значит МОДЕЛИРУЙ Моделируй, значит Ищи ответы на вопросы Работает или нет? Качество работы удовлетворительно? Строй модель Проводи с ней эксперименты Главный вопрос Функциональное моделирование Временное моделирование

Классификация моделей (фрагмент) МоделиПоведенческие СтруктурныеГрубыеТочныеАналитические Алгоритмические Полные Макромодели Схема Граф Блок-схема алгоритма Программа для ЭВМ Макет Опытный образец Тренажер Масштабная модель Абстрактные (виртуальные) Физические

Аналитические и алгоритмические модели A B Y & AND2 Аналитические модели Y = A&B; язык PML Y

Поведенческая модель счётчика Счёт Начало Reset=1 Clock=/ Конец Q=0x0 Да Нет Сброс Q=Q+0x1 Язык описания аппаратуры PML (PCAD 4.5) Counter() INPUT CLOCK, RESET; OUTPUT Q0, Q1, Q2, Q3; LOCAL Q[4]; { IF (RESET==1) Q=0x0 (40,40,D,D); IF (RESET==0)&&(CLOCK==/) Q=Q+0x1 (40,40,D,D); Q0=Q[0]; Q1=Q[1]; Q2=Q[2]; Q2=Q[3]; } Clock Reset Q0 Q1 Q2 Q3 Counter Reset=1 – Сброс Clock=/ – Счёт «по фронту»

Структурная модель счётчика

D R C DFF_R D R C D R C Q0Q1Q1Q2 Clock Reset 1 Reset – сброс высоким уровнем Clock – счёт «по фронту»

Аксиомы теории моделирования Модель не существует сама по себе, а выступает в тандеме (паре, связке) с некоторым материальным объектом, который она представляет (замещает) в процессе его изучения или проектирования Аксиома 1 Оригинал Натура Копия Аналог Образ Заместитель ТАНДЕМ ОБЪЕКТМОДЕЛЬ

Аксиомы теории моделирования Аксиома 2 (начало) Для естественных материальных объектов модель вторична. Она появляется как следствие изучения и описания этого объекта. Пример: модель солнечной системы Модель Птолемея ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОБЪЕКТ МОДЕЛЬ Анализ Изучение Исследование Время

Аксиомы теории моделирования Аксиома 2 (окончание) Для искусственных материальных объектов (создаваемых человеком или техникой) модель первична. Пример: модель самолёта, двоичного счётчика ИСКУССТВЕННЫЙ ОБЪЕКТ МОДЕЛЬ Синтез Изобретательство Проектирование Время Она предшествует появлению самого объекта.

Аксиомы теории моделирования Аксиома 3 Модель всегда проще объекта Рост качества модели М1М2М2М3М3МnМn Грубая модель Точная модель Для одного объекта строится целый ряд моделей, отражающих его поведение или свойства с разных сторон или с разной степенью детальности. При бесконечном повышении качества модели она приближается к самому объекту

Аксиомы теории моделирования Аксиома 4 Модель должна быть адекватна (подобна) тому объекту, который она замещает. Похожа по поведению ОБЪЕКТ МОДЕЛЬ Адекватна Аналогична Подобна Сходна Правдоподобна Адекватность – это воспроизведение моделью с необходимой полнотой и точностью всех свойств объекта, существенных для целей данного исследования

Аксиомы теории моделирования Аксиома 5 (начало) Эксперименты переносятся с объекта на модель. Исследуемый объект Информация об объекте Испытание, прогон модели МОДЕЛЬ Прямой путь Окольный путь Модельный эксперимент Натурный эксперимент

Аксиомы теории моделирования Аксиома 5 (окончание) Натурный эксперимент заменяется модельным (имитационным). Здесь обнаруживается великая сила моделирования. С моделью работать проще, удобнее, быстрее, легче, дешевле, безопаснее. Платой за простоту, скорость и дешевизну является некоторая потеря точности и надёжности получаемых результатов.

Аксиомы теории моделирования Аксиома 6 По возможности следует использовать высокоуровневые модели

Аксиомы теории моделирования Схемотехническое Компонентное Логическое Регистровое Эмуляция Системное Аксиома 6 Виды моделирования ЭВМ МП, МК, ОЗУ Регистры Счётчики Триггеры Вентили Транзисторы Высокоуровневое моделирование Поведенческие модели (Чёрный ящик) Низкоуровневое моделирование Структурные модели (Схемы) По возможности следует использовать высокоуровневые модели

Типовой маршрут процесса моделирования