Отчет Лабораторные работы №1-3



Скачать 173.7 Kb.
Дата24.04.2016
Размер173.7 Kb.


московский государственный институт радиотехники электроники и автоматики (технический университет)

Отчет

Лабораторные работы № 1-3







Вариант № 2


Москва 2010



Оглавление


Оглавление 2

Лабораторная работа № 1 4

Лабораторное задание 4

Расчет 6


Технология КМОП 7

Таблица 7

Выводы 9

Графики 10

10

Задание 1 10



Задание 2 16

20


Задание 1 20

Задание 2 26

30

Задание 1 30



Задание 2 36

Технология ТТЛШ 40

Таблица 40

Выводы 41

Графики 43

43


Задание 1 43

Задание 2 48

51

Задание 1 51



Задание 2 56

59


Задание 1 59

Задание 2 64

Заключение. 67

Деловая игра. 67

Лабораторное задание. 67

Расчет. 67

Результаты. 68

Компания Intel 69

Компания AMD 73

Заключение. 76

Лабораторная работа № 2. 76

Лабораторное задание. 76

Расчет. 78

1. Длительность выполнения программы. 78

2. Изменение характеристик процессора в зависимости от типа схемотехники. Выбор наиболее дешевого процессора. 78

3. Выбор микросхемы памяти. 91

4. Объекты влияния изменений характеристик кэш-памяти. 91

Интерпретация результатов. 92

Заключение. 92

5. Объекты влияния длительности цикла обращения к ВЗУ и числа обращений при выполнении задания. 93

6. Синтез компьютера. 93

Вывод. 95

Лабораторная работа № 3. 95

Лабораторное задание. 95

Расчет. 95

1. Подбор наиболее выгодного комплекта ПЭВМ. 95

2. Подбор наиболее выгодного комплекта ПЭВМ, способного работать в нестандартных условиях. 96

Выводы. 98




Лабораторная работа № 1


Название: «Исследование комплекса характеристик процессора ЭВМ»

Цель работы: исследование комплекса характеристик быстродействия, надежности и стоимости узла цифровой аппаратуры - процессора ЭВМ, реализованного на больших интегральных схемах (БИС), выполненных по кремниевым технологиям различного уровня.

Исходные данные (ИД):

Тип схемотехники

Объем процессора в ЭЛЭ1

ТТЛШ

100

КМОП

250

  • Базовый коэффициент дефектности2 (БКД): 5, 1, 0.5 деф./см2

  • Площадь кристалла: 1 см2

Лабораторное задание


1. Провести исследование комплекса характеристик БИС (тип схемотехники см. в ИД) путем изменения МЛР3 в пределах от 3 мкм значения, когда отсутствует выход годных кристаллов (для каждого из значений БКД, указанных в ИД). Изменение МЛР ведется в сторону уменьшения.

По результатам исследования:

  1. Построить графики, качественно отражающие:

    1. Зависимость степени интеграции БИС от МЛР;

    2. Зависимость времени задержки в одном ЛЭ от МЛР;

    3. Зависимость выхода годных БИС от МЛР;

    4. Зависимость стоимости БИС от МЛР;

    5. Зависимость интенсивности отказов БИС от МЛР.

  1. Зафиксировать МЛР, при котором отсутствует выход годных кристаллов;

  2. Объяснить, как изменяются зависимости при изменении БКД.

2. Провести исследование характеристик процессоров, выполненных на БИС, синтезированных в п. 1 задания и имеющих объем, указанный в ИД. По результатам исследования:

  1. Построить графики, качественно отражающие:

    1. Зависимость рабочей частоты от МЛР;

    2. Зависимость стоимости процессоров от МЛР;

    3. Зависимость времени наработки процессоров от МЛР.

  1. Указать среди процессоров наиболее надежные;

  2. Указать процессоры с максимальным отношением рабочей частоты к стоимости (с минимальной стоимостью единицы быстродействия) для каждого типа схемотехники;

  3. Объяснить полученные результаты.

Расчет


При построении графиков использовались 2 программы. Это Лабораторный Комплекс по курсу ИПУ и Advanced Grapher. Первая использовалась для получения табличных значений, вторая – для построения собственно графиков. Получены следующие результаты:

Технология КМОП

Таблица



Выводы


  1. Выход годных процессоров отсутствует при следующей комбинации параметров:



  1. Список наиболее надежных процессоров:



  1. Список процессоров с наибольшим соотношением рабочей частоты к стоимости:


Графики

Задание 1


Задание 2


Задание 1


Задание 2


Задание 1


Задание 2


Технология ТТЛШ

Таблица



Выводы


  1. Выход годных процессоров отсутствует при следующей комбинации параметров:



  1. Список наиболее надежных процессоров:



  1. Список процессоров с наибольшим соотношением рабочей частоты к стоимости:


Графики

Задание 1


Задание 2


Задание 1


Задание 2


Задание 1


Задание 2


Заключение.


С увеличением коэффициента дефектности (КД) наблюдается уменьшение выхода годных БИС, увеличение стоимости БИС и стоимости процессора. Это можно объяснить с помощью определения КД, а именно тем, что с увеличением КД увеличивается количество дефектов на готовой БИС.

Если увеличивается количество дефектов, то все бОльшее количество готовых БИС будут неработоспособными, бракованными, т.е. будет наблюдаться уменьшение выхода годных БИС.

Иными словами, будут тратиться деньги на производство БИС (закупка и доставка сырья, изготовление микросхем и т.д.), но продавать получится далеко не все из них. Увеличиваются издержки, значит, увеличивается стоимость БИС.

Вследствие того, что БИС – это составная часть процессора, будет увеличиваться и стоимость процессора.


Деловая игра.


Название: «Маркетинговые решения фирм-изготовителей микропроцессоров в условиях конкурентной борьбы».

Цель работы: научиться выбирать наиболее эффективную стратегию для своей фирмы, обеспечивающую захват бОльшей доли рынка и рост доходов фирмы.

Лабораторное задание.


Войдя в игру, подтвердить стандартные значения характеристик, описывающих экономическую среду.

1. Познакомиться с деловой игрой, для чего в процессе игры пользователями принимаются совместные решения за каждую из конкурирующих фирм. Проанализируйте влияние различных стратегий фирмы на рынке на ее финансовые результаты.

2. Разделитесь на две команды. Теперь каждая команда принимает решения за свою фирму, стремясь захватить большую долю рынка и добиться больших объемов чистой прибыли. На каждом шаге игры фиксируйте основные результаты своей фирмы: характеристики изделий, объемы продаж, полученную прибыль.

3. Удержать одну из компаний «на плаву» в течении 15 кварталов. Компания должна показывать уверенный рост, должна приносить доход и постепенно увеличивать свою долю на рынке.


Расчет.


Для анализа условий, при которых фирма добивается бОльшей прибыли, чем конкурент, была выбрана следующая стратегия:

Стратегия для компании Intel: продажа одного (первого, МП-1) процессора с небольшой наценкой (не более 40%), небольшие вклады в его рекламу (до $100 тыс.), стабильные расходы на НИР, стабильные капитальные расходы (примерно по $200 тыс.). С появлением нового процессора (МП-2) среди предлагаемых МЛР выбрать наиболее совершенную технологию (0.30 мкм), бОльшую часть дохода в дальнейшем вкладывать в МП-2 (на рекламу около $1’500 тыс., установить максимальную наценку – 99%).

Постепенно уменьшать количество производимых МП-1 и сокращать расходы на него (уменьшать капитальные расходы, расходы на рекламу, уменьшать наценку и т.д.). Сосредоточить внимание на МП-2.



Стратегия для компании AMD: до появления второго процессора (МП-2) стратегия аналогична той, которая принята для компании Intel. При появлении МП-2 выбрать наименее совершенную технологию (0.4 мкм). Доходы распределять поровну между новой (МП-2) и старой (МП-1) моделью.

Результаты.

Компания Intel





Компания AMD





Заключение.


По представленным диаграммам и табличкам можно сделать вывод, что достигнута цель, поставленная в Лабораторном задании. А именно, в течение 15 кварталов удержать компанию «на плаву», чтобы она не обанкротилась и приносила доход.

Результаты обеих стратегий в чем-то схожи, но компания Intel имела гораздо более стабильную прибыль и более уверенный рост (как продаж, так и доли на рынке), чем компания AMD.

На основании вышесказанного я признаю, что стратегия компании Intel оказалась более эффективной.

Однако, хотелось бы оговориться о результатах последнего и предпоследнего кварталов (12 и 13). Как в диаграммах, так и в таблицах однозначно определяется полное банкротство обеих компаний. Например, в 13 квартале у обеих компаний чистая прибыль составляет около минус $30’000 тыс. Я не могу объяснить данную ситуацию, так как компания Intel имела стабильную чистую прибыль около $’5000-$10’000 тыс. в квартал. В 11 периоде, например, эта цифра равнялась примерно $6’500 тыс. Уже в следующем периоде, при неизменной маркетинговой политике, прибыль составила минус $12’000 тыс., а в 13 периоде – минус $24’000 тыс. Возможно, это был сбой работы программы.


Лабораторная работа № 2.


Название: «Исследование характеристик компьютера с учетом параметров выполняемой задачи».

Цель работы: исследование комплекса характеристик производительности и стоимости компьютера, имеющего иерархическую структуру памяти, включающую кэш-память, основную память и ВЗУ. В процессе исследования учитываются параметры выполняемой компьютером задачи.

Исходные данные (ИД):

  • Число независимых переменных, N=12

  • Параметр, k=90

  • Стоимость вычислений, P=160

Лабораторное задание.


1. Используя первый раздел меню «Оценка характеристик задачи», провести оценку длительности выполнения программы, определяемую числом циклов выполнения команд программы. Исходные значения числа независимых переменных N для создаваемого программного обеспечения выбрать из ИД.

Замечание. При определении оценки сложности структуры данных и сложности алгоритма обработки данных подтвердить предлагаемые программой варианты нажатием клавиши «Расчет».

2. Используя второй раздел меню «Расчет характеристик процессора», исследовать:



  1. Изменение рабочей частоты процессора в зависимости от используемых в нем логических БИС;

  2. Изменение времени наработки на отказ в зависимости от используемых в нем логических БИС;

  3. Изменение стоимости процессора в зависимости от используемых в нем логических БИС.

Выбрать наиболее дешевый процессор из исследованных вариантов и использовать его в последующих расчетах вычислительной системы.

3. Используя третий раздел меню «Расчет характеристик памяти», задать объем оперативной памяти 32 МБ (8М*32 разряда) и время выборки – 70 нс, а затем подобрать микросхему памяти определенной емкости для создания:



  1. ЗУ максимальной надежности;

  2. ЗУ минимальной стоимости.

Для дальнейших расчетов использовать вариант ЗУ с минимальной стоимостью.

4. Используя четвертый раздел меню «Расчет характеристик компьютера», оценить:



  1. Влияние изменения характеристик кэш-памяти на длительность выполнения задания;

  2. Влияние изменения характеристик кэш-памяти на производительность ВС;

  3. Влияние изменения характеристик кэш-памяти на стоимость ВС.

При этом рекомендуется:

  • Объем кэш-памяти изменять в интервале от 4 до 32 КБ (4, 8, 16, 32 КБ);

  • Время выборки кэш-памяти изменять в интервале от 10 до 30 нс (10, 20, 30 нс);

  • Считать, что программа не использует ВЗУ.

Изменяя емкость кэш-памяти при времени выборки для нее 20 нс, найти вариант ВС с минимальной стоимостью вычислений. Объяснить качественно полученный результат.

Результаты исследования свести в две таблицы.

5. Оценить:


  1. Влияние длительности цикла обращения к ВЗУ и числа обращений при выполнении задания на длительность выполнения задания;

  2. Влияние длительности цикла обращения к ВЗУ и числа обращений при выполнении задания на производительность ВС;

  3. Влияние длительности цикла обращения к ВЗУ и числа обращений при выполнении задания на стоимость ВС.

При этом рекомендуется:

  • Длительность цикла обращения к ВЗУ выбирать равным либо 15 мс, либо 20 мс;

  • Изменять число обращений к ВЗУ от 1 до 6.

Результаты свести в две таблицы.

6. Используя возможности программы, синтезировать вариант компьютера (выбрать процессор, микросхему памяти, кэш-память), обеспечивающего выполнение задания, сложность которого описывается выражением k*n**2.

Синтезированный вариант компьютера должен обеспечивать стоимость вычислений Р, равную или меньшую значения, указанного в ИД.

Выбирать для процессора:


  • БКД равным 1.0 деф/см2;

  • Площадь кристалла 1.0 см2;

  • Объем процессора – 250 тыс. ЛЭ;

  • Объем оперативной памяти – 2М*32 разряда (8 МБ);

  • К ВЗУ емкостью 500 Мбайт и временем доступа 15 мс производится 2 обращения;

  • Время выборки кэш-памяти изменять в пределах от 10 до 30 нс.

Расчет.

1. Длительность выполнения программы.


  • Число циклов: 7050 (расчетное);

  • Сложность алгоритма: 10*n (по умолчанию);

  • Сложность структуры данных: Низкая сложность – используются обычные переменные (по умолчанию).

2. Изменение характеристик процессора в зависимости от типа схемотехники. Выбор наиболее дешевого процессора.


Для исследования изменений характеристик быстродействия, надежности и стоимости процессора в зависимости от используемых в нем логических БИС обратимся к результатам Лабораторной работы № 1.

Чтобы было удобнее сравнивать, необходимо для каждого типа КД (5.0, 1.0, 0.5) поместить на одну координатную сетку аналогичные графики обеих типов схемотехник (ТТЛШ, КМОП). Получим следующие результаты:













Наиболее дешевый процессор имеет следующие характеристики:



Тип схемотехники: КМОП.


3. Выбор микросхемы памяти.


Сначала необходимо записать в память программы заданные по умолчанию параметры (объем ОП и время выборки), затем изменять единственный доступный параметр – емкость памяти. Получим следующую таблицу:

Очевидно, что ЗУ емкостью 64 Мб является наиболее надежной, а ЗУ емкостью 16 Мб – наиболее дешевой. Для дальнейших расчетов будет использоваться последняя.


4. Объекты влияния изменений характеристик кэш-памяти.


Составим таблицу путем фиксирования каждого из значений времени выборки кэш-памяти (10, 20 или 30 нс) с последующей подстановкой возможных объемов кэш-памяти (4, 8, 16 или 32 КБ). Нас интересует влияние варьирования двух вышеназванных параметров кэш-памяти на производительность и стоимость ВС, а также на длительность выполняемого задания. Получим следующую таблицу:


Интерпретация результатов.


Нам необходимо выявить зависимость на 2-х уровнях. Первый уровень – как влияет изменение времени выборки на длительность выполнения задания, производительность и стоимость ВС в целом. Второй уровень – как влияет изменение объема кэш-памяти в пределах данного времени выборки на те же параметры ВС.

Первый уровень. С увеличением времени выборки прослеживается увеличение длительности выполнения задания и уменьшение производительности ВС при неизменной стоимости.

С увеличением времени выборки увеличивается время обработки каждого запроса, в результате чего система простаивает тем дольше, чем больше время выборки. Увеличивается длительность выполнения задания.

Выполненное задание – это выполненная операция, и чем медленнее обрабатываются операции, тем меньше их будет обработано за определенный промежуток времени. Только что было названо определение производительности компьютера, которое уменьшается с увеличением времени выборки, что и наблюдается в нашем случае.

Объяснить неизменность стоимости ВС можно тем, что время выборки – это параметр, не зависящий, в данном случае, от технологической базы микросхемы. Очевидно, что микросхема, способная обеспечивать время выборки в 10 мс, способна обеспечить и время выборки в 30 мс. Т.о., нет необходимости закупать более совершенные микросхемы и/или обновлять оборудования для перехода на новый МЛР.



Второй уровень. С увеличение объема кэш-памяти увеличивается длительность выполнения задания и стоимость ВС при уменьшении ее производительности.

С увеличением объема кэш-памяти увеличивается время поиска каждого операнда, потому что увеличивается пространство, на котором можно производить этот поиск. В результате этого увеличивается длительность выполнения задания.



Увеличение стоимости связано с тем, что для увеличения объема кэш-памяти необходимо либо переоборудовать заводы для производства микросхем с мЕньшим МЛР, либо просто добавлять дополнительные блоки кэш-памяти. Оба варианта требуют вложения денег.

Производительность уменьшается с увеличением длительности выполнения задания. Эта зависимость рассмотрена в предыдущем подразделе («Первый путь»).

Заключение.


Легко вычислить, что наименьшая стоимость вычислений обеспечивается при следующем наборе параметров:

Именно эта конфигурация будет использоваться в дальнейших расчетах.


5. Объекты влияния длительности цикла обращения к ВЗУ и числа обращений при выполнении задания.


Таблица составляется аналогично п. 4. Только в данном случае фиксируется длительность цикла обращения к ВЗУ (15 или 20 мс), а подставляется число обращений к ВЗУ (от 1 до 6). Получаем следующую таблицу:


6. Синтез компьютера.


Исходя из результатов пяти предыдущих пунктов, а также рекомендаций раздела Лабораторное задание, можно выписать исходные данные для синтеза компьютера:

  • Использовать процессор, выбранный в п.2;

  • Объем оперативной памяти: 2М*32 разряда (8 МБ);

  • К ВЗУ емкостью 500 Мбайт и временем доступа 15 мс производится 2 обращения;

  • Время выборки кэш-памяти изменять в пределах от 10 до 30 нс.

Кроме того, имеются дополнительные ограничения (наложенные условиями лабораторной работы или варианта):

  • Сложность алгоритма: 90*n**2;

  • Стоимость вычислений: .

Получены следующие результаты, оформленные в виде таблиц:








Вывод.


Удалось синтезировать компьютер, реализующий основное и единственное требование – стоимость вычислений . В нашем случае стоимость вычислений составляет , что существенно меньше указанного в Лабораторном задании.

Лабораторная работа № 3.


Название: «Моделирование деятельности компьютерной фирмы»

Цель работы: формирование у обучаемых навыков планирования и оценки результатов деятельности компьютерной фирмы, осуществляющей сборку, продажу и гарантийное обслуживание ПЭВМ с учетом стоимости и надежности составляющих ПЭВМ устройств. Целью фирмы и планирующего ее деятельность студента является получение максимума прибыли.

Исходные данные (ИД):

Время работы ПЭВМ в течение суток: 13 часов

Лабораторное задание.


1. Исследовать изменение величины результирующей прибыли и подобрать комплект ПЭВМ (состав ее устройств), обеспечивающий максимальную прибыль, для значения времени работы ПЭВМ в среднем в течение суток, указанном в ИД.

2. Подобрать комплекты ПЭВМ, обеспечивающие максимальную величину прибыли фирмы, при значении времени работы ПЭВМ в среднем, отличающуюся на 5 часов в большую, а затем меньшую сторону, по сравнению со значением, указанным в ИД.

3. Объяснить полученные результаты. В отчете по работе указывать стоимость и надежность устройств, составляющих комплект ПЭВМ, а также результаты моделирования деятельности фирмы.

Расчет.

1. Подбор наиболее выгодного комплекта ПЭВМ.


Для безошибочного выбора составим таблицу, куда будем вносить все возможные сочетания между типами ПЭВМ (материнская плата, блок магнитных накопителей, цветной дисплей, матричный принтер), а также их надежностями (стандартная, либо повышенная). Получим следующую таблицу:

Серым цветом подсвечена строчка, где мы могли бы получить наибольшую прибыль при заданном времени работы ПЭВМ в сутки (13 часов). Откуда делаем вывод, что максимизация прибыли наступает при следующем составе устройств ПЭВМ:



  • Блок магнитных накопителей и цветной дисплей, имеющие повышенную надежность;

  • Матричный принтер и материнская плата, имеющие стандартную надежность.

2. Подбор наиболее выгодного комплекта ПЭВМ, способного работать в нестандартных условиях.


В данном случае, под нестандартными условиями понимается ситуация, когда время работы комплекта ПЭВМ в сутки отклоняется на 5 часов – сначала в большую, потом в меньшую сторону. То есть составляет 18 и 8 часов соответственно. Составим таблички аналогично п.1.

Отклонение в сторону увеличения (18 часов работы в сутки):

Максимизация прибыли наступает при следующем составе устройств ПЭВМ:



  • Блок магнитных накопителей, цветной дисплей и материнская плата, имеющие повышенную надежность;

  • Матричный принтер, имеющий стандартную надежность.

Отклонение в сторону уменьшения (8 часов работы в сутки):

Максимизация прибыли наступает при следующем составе устройств ПЭВМ:



  • Блок магнитных накопителей и материнская плата, имеющие повышенную надежность;

  • Цветной дисплей и матричный принтер, имеющие стандартную надежность.

Выводы.


Получен следующий результат: для достижения заданной цели (максимальной прибыли компании), мы вынуждены менять конфигурацию комплекта ПЭВМ (в плане надежности элементов, ее составляющих). Кроме того, можно заметить, что величина прибыли также изменяется в зависимости от времени, которое ПЭВМ должна проработать за сутки. Ниже я попытался объяснить данную ситуацию.

Хотелось бы также оговориться о том, что в дальнейшем заданное время работы в сутки (13 часов, в нашем случае) будет называться Базовым Временем (БВ).



Первый факт, а именно, то, что подходящая конфигурация комплекта ПЭВМ изменяется в зависимости от времени работы в сутки, легко объясним тем, что каждый из элементов ПЭВМ имеет разные параметры надежности: какое-то устройство быстро выходит из строя, какое-то может дольше сохранять работоспособность. Следовательно, при отклонении времени работы от БВ в сторону увеличения, оборудование будет чаще выходить из строя, при отклонении в сторону уменьшения – реже.

На этом моменте удобно перейти к обсуждению второго факта, говорящего о том, что с изменением подходящей конфигурации изменяется и величина прибыли. Объяснение этой ситуации следует из рассуждений о первом факте: если время работы в сутки отклонилось от БВ в сторону увеличения, то нам, очевидно, необходимо закупать более надежную технику, потому что в противном случае слишком много денег уйдет на Гарантийный Ремонт. Противоположная ситуация наблюдается при отклонении БВ в сторону уменьшения: нам, наоборот, нужно закупать менее надежную технику, иначе придется переплачивать за повышенную надежность, которая в данном случае совершенно не нужна.



1 ЭЛЭ – эквивалентный логический элемент (представляет собой простейший элемент ‘И’ на 2 входа)

2 Поскольку коэффициент дефектности (КД) зависит от МЛР, то вводится понятие базового КД, определяемого при фиксированном значении МЛР, равном 1 мкм.

3 МЛР – минимальный литографический размер (литография – это технология создания полупроводниковых приборов и БИС, заключающаяся в формировании в специальном слое, нанесенном на поверхность подложки, рельефного рисунка и последующего переноса этого рисунка на подложку)



База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница