Расчет требуемых ресурсов запоминающих устройств
Определение требуемого информационного объема
Вычислительные возможности управляющих вычислителей определяются не только типом используемых микропроцессоров, но и в значительной степени характеристиками системы памяти.
Исходными данными для оценки требуемого информационного объема ОЗУ являются: количество входных aи выходных b величин, применяемых в алгоритмах; количество одновременно хранимых на каждом i-том этапе вычислений промежуточных величин  для каждого k-го алгоритма; число уровней прерываний n; а также форматы входных и выходных данных  и  , формат данных, используемый в алгоритмах F, формат данных в регистрах процессора  , причем величина формата задается в байтах.
Поскольку каждый входной параметр при вводе с УСО заносится в одну ячейку памяти и после первичной обработки переписывается в другую, то объем памяти для хранения входных и выходных данных определяют как:
 .
Объем ОЗУ для хранения промежуточных данных алгоритмов:
где  - количество ячеек памяти для хранения рабочих регистров процессора, необходимых для запоминания по прерванной программе.
Кроме того, необходимо учесть количество ячеек, отводимых для использования тестовыми  и стандартными (например, арифметическими) программами  . Таким образом, общий расчетный объем ОЗУ находят по формуле
 .
В случае, если внутренние переменные алгоритма не характеризуются общим форматом F, то для каждого элемента суммы необходимо учитывать уникальное значение формата.
Объем ПЗУ складывается в основном из объемов: функциональных программ  для реализации всех k алгоритмов управления; управляющей программы-диспетчера  ; программ обработки прерываний  ; тестовых программ  ; стандартных программ  ; ячеек для хранения констант (с учетом формата представления)  . Таким образом, требуемый объем ПЗУ:
 .
Значения слагаемых в приведенном соотношении определяются методом экспертной оценки на основании опыта предыдущих разработок, поскольку точный окончательный объем всех видов программ будет известен только после отладки. Предварительно рассчитанное значение  обычно домножают на коэффициент d = 1,3 для того, чтобы объемы памяти, используемые при проектировании аппаратуры вычислителя, оказались достаточными для модификации и доработки программного обеспечения. Объемы памяти для размещения констант могут быть определены достаточно точно путем анализа алгоритмов управления и таблиц программы-диспетчера и тестовых программ.
Определение требуемой разрядности представления данных
Требуемый формат представления данных (длина разрядной сетки вычислителя) определяет точность проектируемой цифровой системы и влияет на объем ОЗУ и ПЗУ. В простейшем методе расчета требуемой разрядности представления данных используют тот принцип, что погрешность представления данных в разрядной сетке вычислителя не должна превышать погрешности измерения входных параметров алгоритмов. В соответствии с этим требуемую разрядность представления определяют как
 ,
где Int- операция получения целой части числа;
 - максимальное значение некоторого параметра  ;
 - среднеквадратическая ошибка измерения этого параметра.
Окончательно принимаемое значение nВХвыбирают как максимальное из полученных оценок разрядности по всем входным параметрам алгоритма.
Для компенсации вычислительной погрешности, связанной с ошибками округления при выполнении арифметических операций, разрядная сетка должна быть увеличена на  разрядов. Значение может быть определено по приближенной формуле:
где  - количество операций в алгоритме, выполняемых с округлением.
Окончательное значение требуемой величины разрядной сетки вычислителя формируют как  (двоичных разрядов).
Следовательно, значение формата операндов в байтах для конкретного алгоритма (для форматов с фиксированной точкой) определяют как
 .
При использовании форматов с плавающей запятой значения погрешностей представления и вычислений будут существенно меньше, чем для формата с фиксированной точкой. Применение формата с плавающей точкой обычно приводит к усложнению алгоритмов обработки, что снижает быстродействие вычислителя и увеличивает загрузку памяти. При использовании высокопроизводительных процессоров и при построении специализированных вычислителей на основе
РС-подобной архитектуры острота проблемы нехватки вычислительных ресурсов значительно снижается.
Необходимо отметить, что большинство аналитических методов определения требуемой разрядности, ориентированных на расчет пооперационных погрешностей, дают существенно завышенные результаты и крайне громоздки. Наиболее точным и гибким методом является моделирование эффекта ограничения точности представления информации в СВК в процессе математического (имитационного) моделирования проектируемой цифровой системы.
|
