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研究生:駱佑禎
研究生(外文):LUO, YOU-CHEN
論文名稱:使用派屈網驗證CPU內部結構之流程
論文名稱(外文):Using Petri Nets to Verify the Data/Control Flowsof CPU ArchitecturesUsing Petri Nets to Verify the Data/Control Flowsof CPU ArchitecturesUsing Petri Nets to Verify the Data/Control Flowsof CPU ArchitecturesUsing Petri Nets to Verify the Data/Contro
指導教授:杜日富杜日富引用關係
指導教授(外文):TU, JIH-FU
學位類別:碩士
校院名稱:聖約翰技術學院
系所名稱:自動化及機電整合研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:68
中文關鍵詞:派屈網計算機結構資訊自動化
外文關鍵詞:Petri NetsCPU ArchitecturesData/Control Flows
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在全球科技專業分工以及系統規劃等趨勢的發展之下,企業所需整合和控制的對象,必須提出並使用一套有效且迅速的方法來做分析,以節省其系統開發成本經費。基於此目的,促使本研究的動機,以使用派屈網來針對CPU內部結構作一完整性的分析。派屈網這一種以圖形表示的工具,不僅容易理解,而且在數位邏輯的模型、驗證與分析上都已經有良好的定義,近年來被成熟的應用在PLC系統發展上。盼望在其研究過程下,能夠使得CPU的運作流程藉由一具有數學架構的模型分析系統,讓有興趣者更能深入的暸解。進而,使企業環境也能透過此一研究,對Petri Nets分析系統的能力有所認同,而且更加重視並實際運用。
本研究先對於派屈網及計算機結構作一完整的文獻回顧與探討,再實際結合兩者作一靜態與動態模型,使CPU內部結構以圖形化表示之。本論文中的模擬是利用對離散事件動態系統有良好處理能力的「派屈網」(Petri Nets)來建構具分散式、動態行為特性的模擬系統。新增元件模型時,並不會對於已經測試成功的元件模型造成任何的影響,也不會改變其原有的線路組合原則,因此具有極為優良的穩定性和擴充性。最後本論文中再以模擬軟體(Petri .NET Simulator 2.0)建立其模型來驗證所提出之假設。此研究可被應用作為控制以及改善新產品研發的流程,提升市場競爭力,並建構新產品開發流程資訊自動化之環境。
The integration and control objects of a company should propose then use one effective method with faster process for saving the expense of system development in the current trend which as the professional global division of technology and the system planning etc. The Petri Nets is one kind of Flow Chart tools. It’s not only useful but also with the excellent definition for modeling, testing and analysis of digital logic. The research looking forward, the CPU operation process can be more understandability for the interested user by this mathematic modeling analysis system. After that, the company can be found the analysis ability of Petri Nets and widely implement this method through the research of our paper.
The research paper surveyed and reviewed the Petri Nets and the computer structure at first. Afterward, to combine their knowledge for make a static and dynamic model such that the CPU inner structure can be shown as a figural condition. The simulation of paper utilized the Petri Nets which has excellent process ability of disperse dynamic system to build the distributed and dynamic simulation system. The module model don’t change its route rule and without any influence according to the addition module model. Finally, the model is simulation for testing our proposed method using (Petri .NET Simulator 2.0). The investigation can be applied for control and improve development process of new product, elevate the competitive strength of market and establish the automatic information environment of new product development process.
目錄 頁次

中文摘要…………………………………………………………………i
英文摘要…………………………………………………………………ii
致謝…………………………………………………………………iii
目錄……………………………………………………………………iv
圖目錄…………………………………………………………………vii
表目錄…………………………………………………………………ix

第一章 緒論
1.1 研究背景與動機……………………………………………………………1
1.2 研究問題與目的……………………………………………………………2
1.3 研究方法與論文結構…………………………………………………………3
1.4 預期成果………………………………………………………………………4
1.5 論文內容概要…………………………………………………………………4
1.6 名詞解釋

第二章 文獻探討
2.1 派屈網由來……………………………………………………………………5
2.2 派屈網簡介……………………………………………………………………6
2.3 派屈網的屬性…………………………………………………………………11
2.4 派屈網動態行為與分析方法…………………………………………………13
2.5 圖彩派屈網……………………………………………………………………19
2.5.1 圖彩派屈網之理論及分析………………………………………………19
2.5.2 圖彩派屈網之色彩性質…………………………………………………22
2.5.3 圖彩派屈網之基本網路…………………………………………………24
2.6 典型派屈網與圖彩派屈網之比較……………………………………………28
2.7 派屈網的流程圖與應用………………………………………………………30
2.8 計算機結構簡介………………………………………………………………32
2.8.1 單一時脈之計算機結構…………………………………………………32
2.8.2 多重時脈之計算機結構…………………………………………………34
2.8.3 不具中斷信號的管線化之計算機結構…………………………………36
2.8.4 具有中斷信號的管線化之計算機結構…………………………………38

第三章 系統建置與模擬
3.1 系統架構與流程圖……………………………………………………………40
3.1.1 計算機結構之之主模型圖…………………………………………………40
3.1.2 計算機結構之T5子派屈網(Sub Petri Nets)……………………………42
3.1.3 計算機結構之T14子派屈網(Sub Petri Nets)……………………………44
3.1.4 計算機結構之T24子派屈網(Sub Petri Nets)……………………………45
3.1.5 計算機結構之T26子派屈網(Sub Petri Nets)……………………………47
3.2 系統模擬之派屈網模型建構與設定參數……………………………………48
3.3 系統模擬之派屈網模型參數設定……………………………………………51





第四章 系統驗證
4.1 輸出系統模擬數據……………………………………………………………53
4.2 系統模擬結果分析……………………………………………………………56
4.3 系統模擬結果心得以及感想…………………………………………………63

第五章 結論與建議
5.1 研究結論………………………………………………………………………64
5.2 未來研究方向…………………………………………………………………65

參考文獻………………………………………………………………66
作者簡介………………………………………………………………69
附錄(Petri .NET Simulator 2.0英文操作手冊)………………………70










圖目錄 頁次
圖1-1. 研究流程架構圖……………………………………………………………3
圖2-1. 派屈網基本組成元件………………………………………………………6
圖2-2. 基本派屈網簡介……………………………………………………………6
圖2-3. Petri Net Graphs……………………………………………………………9
圖2-4. 激發狀態圖…………………………………………………………………13
圖2-5. 派屈網的動態表示…………………………………………………………14
圖2-6. 可達樹分析圖………………………………………………………………14
圖2-7. 六種轉換方法來保持系統的活性、安全性以及限制性…………………18
圖2-8. Coloured Petri Net Marking的運算…………………………………………20
圖2-9. Coloured Petri Net Graph……………………………………………………20
圖2-10. Coloured Petri Net的State Space…………………………………………21
圖2-11. Coloured Petri Net之色彩性質……………………………………………23
圖2-12. Coloured Petri Net多重激發實例…………………………………………23
圖2-13. 條件部AND模式…………………………………………………………25
圖2-14. 結論部AND模式…………………………………………………………25
圖2-15. 條件部OR模式……………………………………………………………26
圖2-16. 結論部OR模式……………………………………………………………26
圖2-17. 轉態模式…………………………………………………………………27
圖2-18. 清除標記模式……………………………………………………………27
圖2-19. 轉供範例…………………………………………………………………28
圖2-20. 傳統派屈網之轉供模型…………………………………………………29
圖2-21. 彩色派屈網之轉供模型…………………………………………………29
圖2-22. 單一時脈的計算機結構…………………………………………………33
圖2-23. 多重時脈的計算機結構…………………………………………………35
圖2-24.單一週期資料路徑和多重週期資料路徑和管路執行模式的效能關係…36
圖2-25. 不具中斷信號的管線化(Pipeline)………………………………………37
圖2-26. 具有中斷信號的管線化(Pipeline)………………………………………38
圖3-1. CPU Petri Nets主模型圖……………………………………………………40
圖3-2. CPU Petri Nets T5子模型圖…………………………………………………43
圖3-3. CPU Petri Nets T14子模型圖………………………………………………44
圖3-4. CPU Petri Nets T24子模型圖………………………………………………45
圖3-5. CPU Petri Nets T26子模型圖………………………………………………48
圖3-6. 計算機結構之派屈網模型…………………………………………………48
圖3-7. 計算機結構T5 System子系統之派屈網模型……………………………49
圖3-8. 計算機結構T14 System子系統之派屈網模型……………………………49
圖3-9. 計算機結構T24 System子系統之派屈網模型…………………………50
圖3-10. 計算機結構T26System子系統之派屈網模型……………………………50
圖4-1. 模擬程式之Token輸出數據(一)…………………………………………53
圖4-2. 模擬程式之Token輸出數據(二)…………………………………………54
圖4-3. 模擬程式之Token輸出數據(三)…………………………………………55









表目錄 頁次
表2-1. 派屈網的活性程度…………………………………………………………12
表2-1. 系統矩陣……………………………………………………………………16
表2-2. 色彩性質狀態表……………………………………………………………23
表2-3. 轉移模式之激發狀態………………………………………………………24
表2-4. 彩色派屈網轉供推論之模式………………………………………………29
表2-5. 具有中斷信號的管線化內的中斷信號說明………………………………39
表3-1. 計算機結構主模型圖的位態(Place)說明………………………………41
表3-2. 計算機結構主模型圖的態變(transition)之說明…………………………41
表3-3. 計算機結構子模型圖T5的位態(Place)說明……………………………43
表3-4. 計算機結構子模型圖T5的態變(transition)之說明………………………43
表3-5. 計算機結構子模型圖T14的位態(Place)說明……………………………44
表3-6. 計算機結構子模型圖T14的態變(transition)之說明……………………44
表3-7. 計算機結構子模型圖T24的位態(Place)說明……………………………46
表3-8. 計算機結構子模型圖T24的態變(transition)之說明……………………46
表3-9. 計算機結構子模型圖T26的位態(Place)說明……………………………47
表3-10. 計算機結構子模型圖T26的態變(transition)之說明……………………47
表3-11. Petri .NET Simulator 2.0中態變(Transition)所需求之規則(Rules)…51
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