Математическое моделирование

В данной статье рассматривается: Математическое моделирование как средство проектирования. Преимущества моделирования в задачах анализа, расчета, синтеза и оптимизации при проектировании вычислительных систем.

Под математическим моделированием обычно понимается составление математической модели устройства и ее использованием на ЭВМ в процедурах расчета, анализа, оптимизации и синтеза. Моделирование на ЭВМ имеет следующие преимущества:

1. В задачах расчета с помощью модели можно найти выходные параметры схем или их характеристики, которые нельзя непосредственно измерить на макете из-за недоступности точек измерения, что особенно характерно для интегральных схем.

2. В задачах анализа моделирование позволяет проанализировать выходные параметры и характеристики схемы в предельных и запредельных режимах, физическая реализация которых опасна для макета. Кроме того, моделирование позволяет достаточно точно выполнить анализ различных экстремальных и статистических характеристик схемы без запуска ее в серию, анализ воздействия на схему внешних условий без реальных климатических и других испытаний, анализ нереализуемых на макете зависимостей выходных параметров схемы от внутренних, например, зависимостей выходных параметров БИС от внутренних параметров элементов, что дает возможности иметь высокое качество проектирования.

3. В задачах оптимизации возможности макета ограничены не­большим числом регулировочных элементов. При моделировании можно варьировать любыми управляемыми параметрами, добиваясь максимального улучшения выходных параметров.

4. Роль моделирования в задачах синтеза состоит в проверке правильности функционирования синтезируемых схем путем расчета их математических моделей. С помощью моделирования это можно сделать гораздо быстрее, чем выполнить макетирование каждой синтезированной схемы.

Недостатком метода моделирования является меньшее относительно макета быстродействие программной модели отлаживаемой системы. Так, при моделировании на уровне системы команд на эмуляцию одной команды микропроцессорной системы приходится от нескольких десятков до нескольких сотен команд инструментальной ЭВМ. При функционально-логическом моделировании системы на уровне БИС затраты машинного времени, как правило, еще больше.

Тем не менее, использование машинных моделей микропроцессорных систем в качестве объекта отладки весьма эффективно вследствие их универсальности относительно типа отлаживаемых систем, отсутствия необходимости изготовления макета, возможности парал­лельного анализа нескольких технических решений.

Таким образом, реальный процесс автоматизированного проектирования РЭА обычно состоит из двух этапов:

1. Неавтоматизированного синтеза структуры и эскизного, обычно тоже неавтоматизированного, по упрощенным формулам расчета ее параметров с целью получения работоспособного варианта РЭА, который будет играть роль начального приближения. Следует отметить, что в настоящее время ведутся работы по автоматизации этого этапа проектирования.

2. Доводки полученного варианта до кондиций, соответствующих техническому заданию (ТЗ) с помощью программ автоматизированного проектирования.