mirror of
https://github.com/MPSU/APS.git
synced 2025-09-15 17:20:10 +00:00
Добавление источников для What is HDL.md
This commit is contained in:
committed by
GitHub
parent
ab21e222e4
commit
9965e870dc
@@ -4,27 +4,37 @@
|
|||||||
|
|
||||||

|

|
||||||
|
|
||||||
Данная микросхема состоит из 2300 транзисторов.
|
_Рисунок 1. Цифровая схема процессора intel 4004[[1]](https://www.4004.com/mcs4-masks-schematics-sim.html)._
|
||||||
|
|
||||||
|
Данная микросхема состоит из 2300 транзисторов[[2]](https://en.wikipedia.org/wiki/Intel_4004).
|
||||||
За прошедшие полсотни лет сложность цифровых схем выросла колоссально. Современные процессоры для настольных компьютеров состоят из десятков миллиардов транзисторов. Диаграмма выше при печати в оригинальном размере займет прямоугольник размером 115х140см с площадью около 1.6м<sup>2</sup>. Предполагая, что площадь печати имеет прямо пропорциональную зависимость от количества транзисторов, получим что печать диаграммы современных процессоров потребует площадь в 16млн. м<sup>2</sup>, что эквивалентно квадрату со стороной в 4км.
|
За прошедшие полсотни лет сложность цифровых схем выросла колоссально. Современные процессоры для настольных компьютеров состоят из десятков миллиардов транзисторов. Диаграмма выше при печати в оригинальном размере займет прямоугольник размером 115х140см с площадью около 1.6м<sup>2</sup>. Предполагая, что площадь печати имеет прямо пропорциональную зависимость от количества транзисторов, получим что печать диаграммы современных процессоров потребует площадь в 16млн. м<sup>2</sup>, что эквивалентно квадрату со стороной в 4км.
|
||||||
|
|
||||||
<img src="../.pic/Introduction/What%20is%20HDL/ancient_city.png" alt="Старый город" width="400"/>
|
<img src="../.pic/Introduction/What%20is%20HDL/ancient_city.png" alt="Старый город" width="400"/>
|
||||||
|
|
||||||
|
_Рисунок 2. Масштаб размеров, которых могли бы достигать цифровые схемы современных процессоров, если бы они печатались на бумаге._
|
||||||
|
|
||||||
Как вы можете догадаться в какой-то момент между 1971-ым и 2022-ым годами инженеры перестали разрабатывать цифровые схемы, рисуя их на бумаге.
|
Как вы можете догадаться в какой-то момент между 1971-ым и 2022-ым годами инженеры перестали разрабатывать цифровые схемы, рисуя их на бумаге.
|
||||||
Разумеется, разрабатывая устройство, не обязательно вырисовывать на схеме каждый транзистор — можно управлять сложностью, переходя с одного уровня абстракции на другой. Например, начинать разработку схемы с соединения функциональных блоков, а затем рисовать схему для каждого отдельного блока.
|
Разумеется, разрабатывая устройство, не обязательно вырисовывать на схеме каждый транзистор — можно управлять сложностью, переходя с одного уровня абстракции на другой. Например, начинать разработку схемы с соединения функциональных блоков, а затем рисовать схему для каждого отдельного блока.
|
||||||
К примеру, схему intel 4004 можно представить в следующем виде:
|
К примеру, схему intel 4004 можно представить в следующем виде:
|
||||||
|
|
||||||
<img src="../.pic/Introduction/What%20is%20HDL/4004_arch.png" alt="../.pic/Introduction/What%20is%20HDL/4004_arch.png" width="500"/>
|
<img src="../.pic/Introduction/What%20is%20HDL/4004_arch.png" alt="../.pic/Introduction/What%20is%20HDL/4004_arch.png" width="500"/>
|
||||||
|
|
||||||
Однако несмотря на это, даже отдельные блоки порой бывают довольно сложны. Возьмем блок аппаратного шифрования по алгоритму AES на рисунке ниже:
|
_Рисунок 3. Структурная схема intel 4004[[2]](https://en.wikipedia.org/wiki/Intel_4004)._
|
||||||
|
|
||||||
|
Однако несмотря на это, даже отдельные блоки порой бывают довольно сложны. Возьмем блок аппаратного шифрования по алгоритму AES на рисунке 4:
|
||||||
|
|
||||||

|

|
||||||
|
|
||||||
|
_Рисунок 4. Структурная схема блока аппаратного шифрования по алгоритму AES[[3]](https://iis-people.ee.ethz.ch/~kgf/acacia/acacia_thesis.pdf)._
|
||||||
|
|
||||||
Заметьте, что даже этот блок не является атомарным. Каждая операция Исключающего ИЛИ, умножения, мультиплексирования сигнала и таблицы подстановки — это отдельные блоки, функционал которых еще надо реализовать.
|
Заметьте, что даже этот блок не является атомарным. Каждая операция Исключающего ИЛИ, умножения, мультиплексирования сигнала и таблицы подстановки — это отдельные блоки, функционал которых еще надо реализовать.
|
||||||
В какой-то момент, инженеры поняли, что проще описать цифровую схему в текстовом представлении, нежели в графическом.
|
В какой-то момент, инженеры поняли, что проще описать цифровую схему в текстовом представлении, нежели в графическом.
|
||||||
Как можно описать цифровую схему текстом? Рассмотрим цифровую схему полусумматора:
|
Как можно описать цифровую схему текстом? Рассмотрим цифровую схему полусумматора:
|
||||||
|
|
||||||

|

|
||||||
|
|
||||||
|
_Рисунок 5. Цифровая схема полусумматора._
|
||||||
|
|
||||||
Это **устройство** (_полусумматор_) имеет два **входа**: _a_ и _b_, а также два **выхода**: _S_ и _P_.
|
Это **устройство** (_полусумматор_) имеет два **входа**: _a_ и _b_, а также два **выхода**: _S_ и _P_.
|
||||||
Выход _S_ является **результатом** логической операции **Исключающее ИЛИ** от операндов _a_ и _b_.
|
Выход _S_ является **результатом** логической операции **Исключающее ИЛИ** от операндов _a_ и _b_.
|
||||||
Выход _P_ является **результатом** логической операции **И** от операндов _a_ и _b_.
|
Выход _P_ является **результатом** логической операции **И** от операндов _a_ и _b_.
|
||||||
@@ -57,4 +67,11 @@ endmodule
|
|||||||
Обратите внимание, что код на языке Verilog описывает устройство целиком, одномоментно. Это описание схемы выше, а не построчное выполнение программы.
|
Обратите внимание, что код на языке Verilog описывает устройство целиком, одномоментно. Это описание схемы выше, а не построчное выполнение программы.
|
||||||
Может показаться, что описывать устройство текстом сложнее, чем рисовать схему (тем более что сперва мы **уже нарисовали схему**, а затем её описали). Однако, с практикой описание схемы в текстовом виде становится намного проще и не требует диаграммы. Для описания достаточно только спецификации: формальной записи того, что должно делать устройство, по которой разрабатывается алгоритм, который затем претворяется в описание на HDL.
|
Может показаться, что описывать устройство текстом сложнее, чем рисовать схему (тем более что сперва мы **уже нарисовали схему**, а затем её описали). Однако, с практикой описание схемы в текстовом виде становится намного проще и не требует диаграммы. Для описания достаточно только спецификации: формальной записи того, что должно делать устройство, по которой разрабатывается алгоритм, который затем претворяется в описание на HDL.
|
||||||
|
|
||||||
Занятный факт: ранее было высказано предположение о том, что инженеры перестали разрабатывать устройства, рисуя цифровые схемы в промежуток времени между 1971-ым и 2022-ым годами. Так вот, первая конференция, посвященная языкам описания аппаратуры состоялась в 1973-ем году. Таким образом, Intel 4004 можно считать одним из последних цифровых устройств, разработанных без использования языков описания аппаратуры.
|
Занятный факт: ранее было высказано предположение о том, что инженеры перестали разрабатывать устройства, рисуя цифровые схемы в промежуток времени между 1971-ым и 2022-ым годами. Так вот, первая конференция, посвященная языкам описания аппаратуры состоялась в 1973-ем году[[4, стр. 8]](https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/3386337). Таким образом, Intel 4004 можно считать одним из последних цифровых устройств, разработанных без использования языков описания аппаратуры.
|
||||||
|
|
||||||
|
## Источники
|
||||||
|
|
||||||
|
1. [Intel 4004 — 50th Anniversary Project](https://www.4004.com/mcs4-masks-schematics-sim.html);
|
||||||
|
2. [Страница википедии по Intel 4004](https://en.wikipedia.org/wiki/Intel_4004);
|
||||||
|
3. [F.Ka˘gan. Gürkaynak / Side Channel Attack Secure Cryptographic Accelerators](https://iis-people.ee.ethz.ch/~kgf/acacia/acacia_thesis.pdf);
|
||||||
|
4. [P. Flake, P. Moorby, S. Golson, A. Salz, S. Davidmann / Verilog HDL and Its Ancestors and Descendants](https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/3386337).
|
||||||
|
Reference in New Issue
Block a user