Конструкция ригеля: что это, назначение, виды, отличия от балок, размеры, применение, формы, цены, как сделать своими руками

что это, назначение, виды, отличия от балок, размеры, применение, формы, цены, как сделать своими руками

Ригель – слово немецкого происхождения, которое переводится как поперечная балка или поперечина. Но в строительстве балка и ригель несут разное функциональное назначение.

Ригель – это чисто горизонтальный элемент, основное назначение которого – равномерно распределять действующие на него нагрузки на опорные стойки, установленные вертикально.

Содержание статьи:

• Что такое ригель в строительстве
  • Ригель ЖБИ – ГОСТ и размеры
• Ригель металлический в строительстве
• Виды, форма и маркировка
  • Профили
  • Маркировка
• Преимущества технологии безопалубочного формирования
• Чем ригель с добавками в бетон лучше изделия без добавок
• Чем ригель отличается от балки
• Области применения в строительстве
• Монтаж
• Как сделать своими руками
• Советы мастера

Что такое ригель в строительстве

Ригель в строительстве используется в качестве части опорной конструкции сооружения. Обычно он соединяет две вертикальные стойки несущего типа. И его задача – увеличить устойчивость этих опор, а в целом всей конструкции. Простой пример – это две стойки каркасного здания, на которые сверху уложен горизонтальный элемент. Он не подвергается серьезным нагрузкам, поэтому практически не работает на изгиб.

Если расстояние между опорными стойками большое, а значит, длина ригеля также большая, то под него могут устанавливаться дополнительные подпорки. Последние бывают вертикальными или наклонными. Такие конструкции часто используют при сооружении кровель.

Е ригеля есть еще одно назначение – с его помощью нагрузки, действующие от вышерасположенных строительных элементов на стойки, равномерно распределяются по ним. Вся конструкция здания нагружается равномерно, что делает его и устойчивым, и прочным. Это важно в разных ситуациях, например, часто встречаемые – усадка дома или появление трещин.

В строительстве всегда использовались разные типы ригелей. Отличаются они друг от друга материалом изготовления, размерами и формой.

Ригель ЖБИ – ГОСТ и размеры

Ригель железобетонный производится по ГОСТу 18990-2015. Название документа – «Ригели железобетонные для многоэтажных зданий».

На рынке изделия этого типа, изготовленные по ГОСТу, встречаются не всегда. Некоторые производители используют технологию на основе технических условий (ТУ). Но ГОСТом определено, что этот элемент для строительства здания должен изготавливаться из бетона высокого качества.

Размер ригеля для строительства также регулируется ГОСТом. Это удобно и в плане подбора по нагрузкам, когда создается проект здания, и в строительстве, потому что строители приобретают именно тот ригель, который указан проектировщиком в соответствии с ГОСТом.

Если по каким-то причинам гостовская продукция проектировщика не устраивает, то ригель изготавливается по расчетам, которые он делает. Но это должно быть технически и экономически обоснованно. Расчет проводится на основе действующих нагрузок, где учитывается соотношение двух параметров: длины ригеля и его сечения. Все размерные параметры можно посмотреть в выше обозначенном ГОСТе.

Требования к железобетонным вариантам серьезные.

Они должны соответствовать высоким техническим и эксплуатационным характеристикам:

Морозоустойчивость.

Огнестойкость.

Сопротивление агрессивным средам.

Влагостойкость.

Антикоррозийная защита.

Ригель металлический в строительстве

Это все тот же элемент для строительства, только изготовленный из металлопрофиля. Поэтому у него может быть разное сечение:

• тавровое – с одной полкой. Используется под плиты перекрытия и лестничные марши;
• двутавровое – с двумя. Устанавливаются под центральные пролеты;
• квадратное.

Металлический ригель, все выше обозначенные разновидности, крепятся с помощью электросварки, болтовым соединением, шарнирами. При этом предусматривается температурный шов. Его назначение – не дать балке при изменении температуры увеличиться или уменьшится в размерах.

Обязательна защита от влаги. Металл просто покрывают лаками, эмалями или используются оцинкованные профили.

Виды, форма и маркировка

Классификация видов ригелей основана на материалах изготовления, форме поперечного сечения (профиля), размерах. В строительстве в основном используются железобетонные и стальные аналоги. В деревянном строительстве – брусы. Это касается и деревянных кровель.

Профили

Это основа классификации железобетонных изделий.

У каждого вида есть свое буквенное обозначение:

• РДП – с двумя полками, на которые можно укладывать пустотелые плиты перекрытия;
• РДР – с двумя полками, на которые укладывать можно ребристые плиты;
• РОП – с одной полкой или однополочные. Используются для укладки пустотелых плит;
• РОР – с одной полкой для ребристых плит;
• РЛП – однополочные. Используются в качестве основы для лестничных маршей;
• РПБ – без полок с укладкой ребристых плит;
• Р – бесполочные прямоугольного сечения;
• РКП – консольные, на которые опираются пустотелые плиты от балконов.

Маркировка

В марке присутствуют как буквенные обозначения, так и цифры. Делятся они на группы, где в первой обозначается тип изделия, его высота сечения и длина. Цифровые обозначения – это размеры в дециметрах, которые округляются до целого числа.

Вторая группа – характеристики: несущая способность и класс стали используемой арматуры.

Третья группа – дополнительная информация, касающаяся условий эксплуатации. К примеру, сейсмическое воздействие, конструктивные особенности (наличие дополнительных деталей), стойкость к воздействию среды, в которой применяется элемент строительства.

Пример маркировки – РДП 6.56 – 110А IV.

Первая группа обозначений:

• РДП – двухполочный элемент, на который можно укладывать пустотелые плиты;
• 6 – 600 мм высота сечения;
• 56 – длина, равная 5566 см.

Вторая группа:

• 110 – несущая способность с единицей измерения кН/м;
• А-IV – класс арматуры, используемой внутри в качестве армирующего каркаса.

Преимущества технологии безопалубочного формирования

Технология безопалубочного изготовления была разработана в Европе в трех странах: Финляндии, Германии Испании. Во всех трех государствах производство отличается от остальных. Но в основе лежит принцип заливки бетонного раствора в металлоформы большой длины – несколько десятков метров.

Внутрь формы закладывается арматура, сверху заливается бетон, который тут же утрамбовывается, для чего используется заливочная машина. Она перемещается по рельсам вдоль металлоформы.

После окончания всех операций получается длинный ригель, который впоследствии разрезают на части требуемой длины. Для резки используются алмазные круги большого диаметра.

Преимущество этой технологии одно – снижение себестоимости ЖБИ. Для строительства это важный фактор.

Чем ригель с добавками в бетон лучше изделия без добавок

Основная задача при формировании бетонного ригеля – равномерно распределить бетонный раствор по форме, чтобы не оставалось пустот. Последние сильно снижают качество. Плюс – смесь должна плотно обволакивать арматуру, чтобы между ней и бетоном не образовались раковины.

Главное требование к бетонному раствору – его высокая пластичность. Без добавок, а именно без пластификаторов, этого не добиться.

Некоторые ЖБ элементы в строительстве эксплуатируются на открытом воздухе, например, в конструкции мостов. Они подвергаются температурным нагрузкам, особенно зимой. Поэтому в бетонную смесь вносятся добавки, увеличивающие морозостойкость.

То есть под требуемые эксплуатационные нагрузки в бетон вносятся добавки, увеличивающие ту или иную характеристику ЖБ элемента.

Чем ригель отличается от балки

Оба элемента в строительстве можно называть балкой. В этом ошибки нет. Потому что балка – это строительный элемент, длина которого превышает его же ширину. При этом он опирается на две опоры собственным концами, но может иметь дополнительные промежуточные стойки.

Отличия балки от ригеля в их назначении. Второй в строительстве является элементом опорной конструкции. На него переносятся нагрузки, которые он распределяет равномерно между вертикально стоящими стойками. Если опора – это горизонтальные строительные элементы или конструкции, то это балка. Она же может располагаться под наклоном, что невозможно для ригеля.

При этом балка работает на изгиб. И она не всегда является частью опорной конструкции. Может «существовать», как единица строительной конструкции.

Получается, что ригель и балка имеют много общего, но есть и отличия. Особенно это касается места установки.

Балка всегда имеет сечение прямоугольное, ригель сложной формы и прямоугольной, в том числе.

Да, конечно, много раз сталкивался.

50%

Нет. Впервые узнал.

50%

Проголосовало: 2

Области применения в строительстве

У строительных ригелей широкая сфера применения:

• возведение зданий;
• строительство мостов;
• сооружение акведуков и пролетов арочного типа;
• являются элементами опор линий электропередач.

Важную функцию элемент выполняет в каркасном доме. Его используют в скандинавской технологии возведения каркасных домов, где ригель выполняет функции обвязки вертикальных стоек. При этом на него укладывают несущие балки перекрытия или стропила кровельной конструкции, нагрузку от которых он равномерно распределяет по стойкам.

Монтаж

В строительстве этот процесс прост. Для этого используют подъемный механизм.

Ригели ЖБИ своими концами укладываются на:

• консоли железобетонных колонн;
• стальные столики, которые привариваются к закладным колонн;
• бетонные подушки.

Соединение к колоннам производится электросваркой. Арматура, торчащая из ригеля, приваривается к арматурным стержням, торчащим из колонны. После чего место стыка заливается бетонным раствором. Получается монолитная конструкция.

Монтаж металлических ригелей проводится идентично, то есть с помощью подъемного крана. Отличие в том, что устанавливают строительный элемент на стальные консоли, которые предварительно крепятся к металлическим закладным с помощью электросварки.

Сам же ригель к консолям крепится электросваркой или болтами. Если используется первый вариант, то провар стыков производится с двух сторон. При этом все работы проводят только специализированные компании, в штате которых есть высококвалифицированные сварщики.

Как сделать своими руками

Если нужен строительный ригель при возведении небольших строений, то его можно изготовить самостоятельно прямо на месте его установки. Процесс практически идентичен изготовлению ленточного фундамента.

Нужно подготовить:

• опалубку – это могут быть доски, листы железа и прочие плоские материалы;
• арматуру;
• вязальную проволоку;
• материалы для бетонного раствора.

Монтируется опалубка прямо по месту установки ригеля. Это нижняя часть и две боковины. Расстояние между последними определяет ширину ригеля. Их высота – высоту ЖБИ. Под нижний элемент монтируются подпорки.

Внутрь короба укладывается армирующий каркас. Его можно собрать на земле с переносом в опалубку. Или сборка проводится прямо внутри последней. Куски арматурных стержней между собой соединяются вязальной проволокой.

Армирующий каркас укладывается не на дно опалубки, а на подставки – на высоте минимум 5 см. Каркас должен располагаться внутри железобетонного изделия.

Последний этап – изготовление и заливка бетона. Его обязательно утрамбовывают, чтобы удалить воздух, который попал внутрь смеси в процессе перемешивания ингредиентов. Воздушные пузырьки снижают прочность бетона. В таком состоянии строительный элемент должен простоять 28 дней, чтобы бетон набрал свою марочную прочность. После чего его можно нагружать.

Необходимо добавить, что самодельный ЖБ элемент будет по всем параметрам уступать изготовленному по ГОСТу.

Советы мастера

Ригель в строительстве выполняет важную функцию. Поэтому в проекте каждого здания используют определенный тип с учетом проведенных расчетов. Главная цель последнего – это баланс между способностью бетонного раствора на сжатие и арматуры на растяжение.

При самостоятельном изготовлении изделия для применения в строительстве этого баланса можно не добиться, что приведет к снижению качества каркаса здания. Поэтому совет – приобретать ЖБИ только на заводах, которые предоставляют сертификат качества.

Каждый установленный ригель обязательно перед началом сварочных работ проверяют на правильность расположения: горизонтальность проверяют водяным уровнем, соосность рулеткой. Трудоемкость монтажных работ зависит от размеров и веса ЖБ изделия.

При монтаже металлических ригелей нельзя пользоваться подкладками, которые не предусмотрены проектов. Любые изменения, даже самые незначительные, необходимо согласовывать с проектировщиками.

Что такое ригель: видео.

Хотелось бы, услышать в комментариях о собственном опыте выбора и установки ригелей для строительства. Если появились вопросы, также пишите, наши специалисты обязательно на них ответят. Сохраните статью в закладках, чтобы не потерять полезную информацию. Поделитесь в социальных сетях.

Строительные ригеля — Блог компании ATR

В наше время многие заказчики доверяют постройку частного дома компаниям или фирмам. Для получения желаемого результата, требуется постоянный, профессиональный контроль. Для этого нужно разбираться в терминологии, сути техпроцессов, тонкостях конструкций. Например, на вопросы, что такое строительные ригеля и чем они отличаются от балок, не сразу ответят даже опытные мастера.

Что такое ригеля

Понятие «ригель» имеет много значений. Оно может быть фамилией, названием общины или наименованием звезды. Существуют ригеля и в конструкциях домов. Строительные ригеля представляют собой составляющие компоненты опорных конструкций построек. Это горизонтальные элементы, которые соединяют вертикальные стойки. С ригелем же состыковываются оставшиеся элементы конструкций. Проще говоря, строительные ригеля располагаются горизонтально между двумя стойками вертикально или под наклоном. Функция ригеля — механическое соединение стоек, связывание их в единый механизм, что обеспечивает устойчивость конструкций. Вместе со связыванием части конструкций, ригеля перераспределяют нагрузку с различных фрагментов зданий, равномерно передают ее на стойки. Они могут находиться на любом участке зданий. Встречаются ригеля и в свайно-ростверковых, столбчатых фундаментах, стенах, кровлях.

Как отличить балку от ригеля

Балка встречается в перекрытии и кровельной конструкции. Она представляет собой несущий элемент конструкций, компенсирующий изгибающую нагрузку. Балки бывают наклонные и горизонтальные. Они должны работать на изгиб, удерживая большие нагрузки. Ригеля же рассчитываются, так что бы выдерживать огромные нагрузки. Существуют балки прямоугольного или квадратного сечения. Ригеля также имеют схожие формы, а иногда и более сложные. Материал изготовления этих элементов – дерево или металл. Реже встречаются железобетонные ригеля. Их сложно перепутать с балками, так как они опираются на стойки.

Область востребованности ригелей

Эти элементы опорных конструкций обеспечивают безопасность и прочность при возведении любого здания и используются в зависимости от типа в определенной сфере строительства:

• Деревянные ригеля (бруса) применяются в постройке только деревянных домов. Они соединяют и укрепляют опоры, равномерно распределяют нагрузки.




• Для возведения многоэтажных домов, мостов используются железобетонные ригеля. Они соединяют каркасы конструкции.




• Металлические ригеля тоже используются в построении различных сооружений.

Подведём итог

Ригель – это незаменимый строительный элемент, который: 

• обеспечивает построенным объектам жесткость, монолитность;




• служит своеобразной полкой для плит или перекрытий;




• способствует созданию поворотного сцепления вертикальных балок;




• значительно укорачивает период работ;




• является главным конструктивным элементом при строении зданий большой площади: амфитеатров, стадионов, вокзалов и др. ;




• создаёт основу каркасам навесных строений.

Конструктивные реализации поперечины памяти

Конструктивные реализации поперечины памяти

4. Конструктивные реализации перемычки памяти

4.1
Обзор перекладины: большая перекладина

Перемычка памяти соединяет несколько блоков загрузки/сохранения процессора
к нескольким разделам памяти. Блоки L/S способны выдавать либо
загрузка или сохранение в каждом цикле, и, как следствие, разделы памяти
в идеале должен быть способен обрабатывать эти запросы с одинаковой скоростью.
По порядку слов, если их n модулей L/S, каждый из которых выдает одну память
доступов за цикл, то поперечная полоса должна иметь пиковую пропускную способность
не менее n слов за цикл.

На рис. 4.1 показана базовая структура
этой перекладины. Каждый блок L/S жестко подключен к распределительной шине, которая
растягивается по ширине чипа. Каждый раздел памяти, с другой
стороны, имеет вертикальную шину с выключателем, подключенным к одному из этих горизонтальных
автобус. В заданном цикле переключатели могут быть установлены так, чтобы каждый блок L/S имел
прямое подключение к разделу памяти, пока каждый модуль L/S обращается к
другой раздел.

4.1.1
Буферы

Как показано на рис. 4.1, несколько комплектов
провода должны быть длиной примерно 20 мм. Один из часто используемых приемов
преодолевать такие длины — значит разбивать длинные провода на несколько отрезков;
поскольку задержка пропорциональна длине провода ² , просто
разрезание длинного провода на два сегмента может в идеале дать четырехкратную задержку
меньше [Rab96]. На плане IRAM типичный провод в перекладине
составляет примерно 20 мм в длину и, как следствие, представляет собой значительную
сумма просрочки.




Рисунок 4.2: Иллюстрация проблем, возникающих при установке
буферы внутри перекладины.

Этот прием, однако, трудно реализовать в перекладине.
Рисунок 4.2 демонстрирует некоторые
из основных проблем. Рассмотрим, что произойдет, если В 3 переключится
out пока In 2 включен. Хотя In 3 удален из
путь к выходу, инвертору B, вентили которого удерживают предыдущий
стоимость от В 3 все еще управляет выводом. В результате спор
может произойти между In 2 и B. Одно из возможных решений этой проблемы
заключается в использовании буферов с тремя состояниями, а не инверторов. Хотя это решит
эта проблема, вводится новая, так как управление теперь нужно маршрутизировать
каждому тристату.

Другая трудность связана с количеством инверсий, наблюдаемых вдоль
сигнальный тракт. Например, в 1 претерпевает три инверсии в своей
путь к выходу, а В 2 видит только двоих. В результате доп.
служебные данные должны быть реализованы в приемнике, чтобы определить, как
полученный сигнал претерпел множество инверсий.

В целом размещение буфера, хотя и возможно, должно быть тщательно продумано.

4.1.2
Архитектурные вопросы

Для каждого модуля L/S имеется две шины данных и адресная шина. Хотя
блоки L/S не могут выдавать загрузку и сохранение в одном и том же цикле, отдельно
шины данных необходимы для предотвращения коллизий в конвейере. Например,
если блок L/S выдает нагрузку в цикле 1, секция памяти вернется
данные несколькими циклами позже, скажем, в цикле 4. Если есть только одни данные
шине, то блок L/S не может выдать сохранение в цикле 4, так как данные
возвращаются из предыдущей загрузки на той же шине данных. С отдельными данными
автобусы, грузы и магазины могут быть выданы в любом заданном цикле.

Если большинство обращений к памяти являются последовательными, это может быть неэффективно.
для отправки отдельного адреса от каждого блока L/S. Вместо этого один адрес
может быть отправлено для всех единиц L/S в каждом цикле. Поскольку данные
последовательный, нужно активировать только один раздел; однако это должно быть
способен передать n слов за цикл. Это может быть достигнуто путем реализации
еще более широкий банк памяти, где секционная шина шире, чем одиночная память
слово. При использовании этой схемы требуется только одна адресная шина для
всю перекладину, уменьшая высоту перекладины. Еще одна мотивация
для этого подхода было бы избежать сложности создания отдельного
адрес для каждого блока L/S в каждом цикле. Однако для непоследовательных данных
доступа, за цикл может быть выбрано только одно слово, что снижает пропускную способность памяти
с коэффициентом n.

С другой стороны, если пиковая пропускная способность не имеет критического значения,
реализация, которая не является полностью подключенной, может быть рассмотрена. Один такой
реализация представляет собой сеть бабочки. В то время как полносвязная перекладина
имеет n ² коммутаторов, сеть бабочки имеет только nlog(n) коммутаторов
[Culler97] Сеть «бабочка» может обеспечить ту же пиковую пропускную способность, что и
полносвязная перекладина при определенных перестановках, но имеет разногласия
под другими, поэтому не имеет такой же пропускной способности. Если площадь была ограничена
переключателями, это может быть интересной альтернативой. Однако, как мы будем
показать позже, что площадь определяется только количеством проводов. Полностью подключенный
поперечина имеет ровно n шин, а сеть бабочки имеет 2 (n-1), что означает
что на самом деле он будет иметь большую площадь.

Одним из недостатков этого подхода с одной перекладиной является сложность конвейерной обработки.
это. Идеальным местом для установки защелок или буферов будет вдоль длинной горизонтальной линии.
провода, так как они намного длиннее вертикальных проводов. Однако, поскольку
пути сигнала меняются в каждом цикле, невозможно узнать, является ли сигнал
пройдет через любую заданную точку на горизонтальных проводах. Следовательно
защелки пришлось бы ставить возле стыка вертикали и горизонтали
проводов, и весь длинный провод все равно нужно было бы пройти за один проход.
цикл. Размещение защелок в середине перекладины облегчило бы
Эта проблема; однако для этого потребуется маршрутизация питания, заземления и часов.
сигналы, глубоко в перекладину, тем самым увеличивая площадь перекладины.

4.2 Маленький
перекладина

Другой подход показан на рисунке
4.3. В этом случае перекладина представляет собой только ширину векторной единицы.
— приблизительно половина ширины чипа, или 10 мм. Результаты
Затем поперечины жестко подключаются к горизонтальной шине, по одной на каждый модуль L/S.
Секции памяти жестко подключены к одной шине. Каждый раздел памяти
теперь требуется иметь n портов ввода-вывода, по одному подключенному к шине для каждого L/S.
единица. Эта схема может хорошо работать с одной адресной шиной, которая также требует
N портов памяти. На каждом порту ввода/вывода имеются буферы с тремя состояниями, которые управляют
слушает ли секция памяти какие-либо шины или управляет ими.
Например, приемники разделов памяти могли быть включены, если часть
битов адреса соответствует идентификационному номеру раздела.

Еще одним преимуществом этого подхода является то, что его можно легко конвейеризировать.
Защелки можно вставить между малой перекладиной и двухточечной
шины, лишь минимально увеличивая площадь перекладины, а также избегая
проблема маршрутизации тактовых сигналов в массив кроссбаров.

Кроме того, эта реализация также может снизить энергопотребление. Обратите внимание, что
самое длинное расстояние, которое любой сигнал пройдет по горизонтальным шинам, равно
с одной стороны малой перекладины на противоположную сторону фишки. Для
чип 20 мм и перекладина 10 мм по центру чипа, это
расстояние 15 мм. В среднем сигналы проходят всего 7,5 мм; Однако
водители всегда должны заряжать автобус на всю ширину 20 мм. Поскольку
Блок L/S всегда будет знать, посылает ли он сигналы влево или вправо,
или получая сигналы слева или справа, мы можем разбить автобус в
каждую проводную коммутационную точку и заряжать только половину шины. Используя это
схеме, в среднем каждому драйверу нужно провести всего 10 мм провода, что
уменьшить среднюю мощность вдвое.

Хотя эта схема возможна и с большой перекладиной,
требуют, чтобы сигнал проходил через два переключателя вместо одного, что влияет
задерживать. Кроме того, каждый управляющий сигнал должен был бы управлять три раза, как
много переключателей.

4.3
Самомаршрутизирующаяся перекладина

Еще одна проблема одиночной перекладины Рисунок
4.1 заключается в необходимости маршрутизации управляющих сигналов на все коммутаторы. С
сигналы управления исходят из блоков L/S, если данные поступают из
раздел памяти, и переключатель через который она проходит тоже рядом с памятью
разделе, то данные должны ждать, пока управляющий сигнал распространится вниз
высота перекладины до включения переключателя.
Эту проблему можно решить, поместив шины нагрузки близко друг к другу.
к векторному блоку, а шины Store рядом с разделами памяти,
тем самым перекрывая время распространения управляющего сигнала с сигналом данных
время распространения.

Другой подход показан на рисунке
4.4. В этой реализации управляющие сигналы не маршрутизируются глобально,
но вместо этого генерируются локально. Это делается в каждой точке переключения с помощью
декодирование соответствующих адресных битов и, если есть совпадение, активация
буфер с тремя состояниями, который принимает входящие данные, поступающие на M2, и переключается
его на исходящую линию M1.




Рис. 4.4: Системная схема самотрассирующегося ригеля. В
В каждой точке переключения часть адресных битов декодируется для определения
гонят ли входящие данные на исходящую линию.

Эта конструкция решает несколько проблем, присутствующих в других конструкциях.
обсуждалось до сих пор. Во-первых, буфер с тремя состояниями эффективно ломает
автобус, тем самым уменьшая общую задержку. Хотя размещение буферов в
точки переключения могут быть не оптимальными, общая задержка все же была найдена
улучшить на несколько наносекунд. Это помимо того, что
буфер с тремя состояниями также предоставляет «свежий» сигнал для управления
уходящий автобус.

Кроме того, при использовании буфера с тремя состояниями в качестве переключающего элемента
на пути прохождения сигнала можно исключить. Хотя диффузионная емкость
проходного затвора незначительна по сравнению с полной емкостью
автобуса (таблица 4.1), доп.
сопротивление обычно в три раза больше, чем у шины, для проходных ворот минимального размера.




Таблица 4.1: Сравнение сопротивления и емкости
одиночный 20-мм провод шины и проходной шлагбаум минимального размера.

Это дополнительное сопротивление увеличивает постоянную времени RC провода.
в три раза по сравнению с собственным проводом RC и, следовательно, приводит
к значительно большей задержке. Как правило, буфера располагаются возле проходных ворот.
избежать этой проблемы; однако, как упоминалось ранее, конструкция
эта перекладина не допускает произвольного размещения буферов.

Наконец, поскольку управление для каждого трисостояния генерируется локально, глобальный
управляющие сигналы и возникающие в результате накладные расходы не нужны. Более того,
в отличие от одной большой перекладины, рассмотренной ранее, управляющий сигнал
поступает на коммутатор одновременно с сигналом данных. Хотя
данные по-прежнему должны ждать, пока элемент управления не декодирует и не активирует три состояния,
это меньше, чем задержка управления, видимая большой перекладиной.

С другой стороны, у этой реализации есть один главный недостаток,
а именно площадь. Это обсуждается в следующем разделе.

4.4
Вопросы компоновки ригеля

4.4.1 Самостоятельная маршрутизация
Переключатели




Рисунок 4.5: Возможная компоновка ядра самотрассировки
перекладина. Здесь показаны два инвертора, один крайний слева, а другой
крайний справа. Эти инверторы обрамляют четыре буфера с тремя состояниями, расположенные
в центре диаграммы.

Дополнительная площадь, необходимая для самотрассирующегося ригеля, появляется потому, что
Линии M2 в основной цепи, показанные фиолетовым цветом на рисунке
4.5, нельзя размещать на минимальном расстоянии. На самом деле эти строки
это не адреса или линии данных, а питание и земля. Хотя
размеры транзисторов могут быть легко увеличены без ущерба для
сети M2, эти линии снабжения не могут быть легко перенаправлены.

Эта структура мозаична для создания больших массивов, как показано ниже на рисунке.
4.6.




Рис. 4.6: Самофрезерующаяся перекладина 16x16b. Входящие данные
путешествует по фиолетовым линиям M2, а затем переключается на синие линии M1.
буфером с тремя состояниями.

В дополнение к буферу с тремя состояниями также необходимо разместить декодер
внутри массива. Чтобы свести к минимуму влияние вставки декодера,
была вставлена ​​одна NAND с тремя входами, чтобы соответствовать мощности
подключения декодера к буферам с тремя состояниями. Это проиллюстрировано
на рисунке 4.7. Обратите внимание, что путем маршрутизации
питающие рельсы через центр массива, можно сделать
NMOS и PMOS настолько велики, насколько это необходимо, без ущерба для линий M2.
Более того, поскольку декодеры хорошо вписываются в структуру, их можно
легко перемежаются между буферами, чтобы обеспечить более быстрое и равномерное
привод к буферам с тремя состояниями.




Рисунок 4.7: Логический элемент И-НЕ с тремя входами и одним инвертором (слева)
показан подключенным к буферу с тремя состояниями (справа).

Используя вентиль И-НЕ с тремя входами, можно получить восемь различных местоположений.
можно расшифровать. Один инвертор показан вместе с вентилем И-НЕ на
для генерации дополнения одного из адресных битов; например,
адрес «110» требует инверсии последнего бита, т.е.
«0», если в качестве декодера должен использоваться логический элемент И-НЕ. Как показано в
рис. 4.7, дополнительные инверторы могут быть
легко вставляется.

В целом добавленная сложность декодера и буферов с тремя состояниями была
обнаружено увеличение общей площади всего массива перекладин примерно на
13%.

4.4.2 Шлюз
Переключатели




Рис. 4.8: Четыре переключателя проходных ворот. Входы и вход управления
на М1 вверху. Выходы выходят внизу в M2. Позже они жестко закреплены
к M1 и направляется к нижней части перекладины. Входы продолжаются на M1 до
переключатели на других горизонтальных шинах.

Передаточные ворота использовались в качестве переключателей для всех перекладин, за исключением
для реализации самомаршрутизации. Фигура
4.8 показано расположение четырех переключателей в ряд. Входы и управление
сигналы для переключателя, показанные синим цветом, направляются вертикально в M1.
выходы подключены к горизонтальным фиолетовым проводам М2. Они идут по ширине
перекладины и, в какой-то момент, жестко подключены к M1 и, наконец,
до нижней части перекладины. Обратите внимание, что M2 можно проложить над коммутаторами.
тем самым делая стоимость площади коммутатора равной нулю.
Высота переключателей не критична, так как только n переключателей
должны располагаться вдоль вертикального провода. Ширина перекладины фиксированная
либо по ширине блока вектора, либо по ширине чипа; поэтому,
площадь перекладины не чувствительна к размеру переключателей.
Однако количество секций определяется размером
переключатели. Каждый порт ввода-вывода из раздела памяти должен быть сопоставлен с одним
переключатель проходных ворот; как следствие, количество портов ввода-вывода и, следовательно,
количество разделов памяти, оно ограничено шириной переключателей.
Если предположить, что этот предел не достигнут, то
площадь перекладины определяется только
по количеству горизонтальных проводов и минимальному расстоянию между ними.

На рис. 4.9 показан 64-битный,
Перекладина 4 x 4 и путь, который должен пройти сигнал от входа к выходу.
Входы поступают сверху. Если переключатель замкнут,
сигнал будет направляться горизонтально по проводам metal2, пока не попадет
жесткое соединение, где оно проходит вертикально по металлическим1 проводам
к выходу. Если переключатель разомкнут, входной сигнал продолжается
вниз по вертикали до следующей точки пересечения. Ровно один из переключателей в
столбец закрывается сразу.




Рисунок 4.9: 64-битная перемычка 4 x 4. Входы поступают в
вверху, а выходы внизу. Красная линия показывает путь к данным
сигнал. Он направляется вниз, пока не коснется замкнутого выключателя, а затем горизонтально.
до тех пор, пока он не упрется в жесткое соединение, а затем вертикально в нижнюю часть
перекладина.

4.5 Компоновка
результаты

Таблица 4. 2: Возможное количество разделов памяти без влияния на
площадь перекладины

		Размер калитки		Самостоятельная маршрутизация (буфер с тремя состояниями)
		5x мин	10x мин
Количество переключателей на микросхеме		8100	6600	2896
# 64-битных шин		126	100	45
# из секций на чипе	2 порта	63	50	22
	3 порта	42	33	15
	5 портов	25	20	9
	9-портовый	14	11	5

Переключатели

Чтобы минимизировать высоту перекладины, общая ширина
коммутаторы должны соответствовать общей ширине портов ввода-вывода
разделы памяти. Если ширина переключателя фиксирована, мы можем вычислить
сколько секций может поместиться на чипе без увеличения высоты
перекладины. Например, если ширина одного переключателя составляет 5 мкм,
4000 переключателей могут поместиться по ширине чипа без увеличения
высота перекладины. Если в каждой секции по три 64-битных порта (2 порта данных
и 1 адрес), то на чипе может разместиться 20 секций для совпадения высоты тона.
переключатели и не увеличивайте высоту перекладины. Стол
2 показано, сколько секций может поместиться на чипе с разными переключателями,
для секций памяти с 2-мя портами (1 данные, 1 адрес), 3-портами (1 Load,
1 магазин, 1 адрес), 5 портов (n=4 данных, 1 адрес) и 9порты (n load,
n магазин и 1 адрес). Потребуются 5-портовые или 9-портовые секции.
для небольшой перекладины с шиной, для которой требуется один порт на единицу L/S.

Перекладина

Если ограничить количество секций в соответствии с этой таблицей, площадь
перекладины будет просто общая ширина автобусов, умноженная
по минимальной высоте. Большая перекладина тянется через все 20
мм чипа. Он имеет площадь 2,82 мм ² на 64-битную шину.
небольшая перекладина шириной всего 10 мм, но каждая шина также тянется поперек
ширина чипа так, чтобы его общая площадь составляла 4,2 мм ² на
64-битная шина. Самотрассирующаяся перекладина увеличивает площадь одинарной перекладины на 13 %.
поскольку силовые и заземляющие рельсы теперь должны быть проложены горизонтально в поперечине.
Он имеет площадь 3,16 мм ² на 64-битную шину.

Драйверы

Площадь драйвера с малым ходом 1000 мкм ² . Площадь
64 драйвера — это всего 0,064 мм ² или 2,2% от общей площади перекладины.
Размер 64 полноповоротных инверторов, которые в 32 раза больше минимального размера, составляет 0,015.
мм ² или 0,5% от общей площади.

4.6 Моделирование
Окружающая среда

На рис. 4.10 показаны критические
путь через перекладину. Сигнал управления возникает в векторе
единиц и должен пройти высоту перекладины до переключателя. Данные
начинается в разделе памяти и должен проходить горизонтально, половину
ширина чипа плюс половина ширины блока вектора, а затем по вертикали
высота перекладины. Для четырех блоков L/S, 64 бита на шину и отдельные
адрес, загрузка данных и шина хранения данных, имеется 768 горизонтальных проводов
в перекладине, что дает высоту примерно 2 мм. Это дает
высота 768*минимальный интервал. Для стружки шириной 20 мм и стружки шириной 10 мм.
единица вектора, общее расстояние по горизонтали составляет 15 мм.

4. 7 Размеры
и продукт Energy-Delay

Часто цитируемым показателем качества является произведение энергии с задержкой (EDP). Ниже,
на рис. 4.11 — график
демонстрируя влияние на продукт задержки энергии как размер
Драйвер и переключатели разные. Хотя данные здесь приведены для
небольшая перекладина, форма
кривая применима ко всем реализациям, представленным в этой статье.

Рисунок 4.11: Моделирование произведения энергии и задержки для малой перекладины
размеры драйвера и переключателя или проходных ворот различаются. Каждый из них
размеры приведены к минимальному размеру.

Первое, на что следует обратить внимание, это то, что EDP уменьшается по мере увеличения размеров драйверов.
увеличены. Хотя это может показаться нелогичным, как упоминалось выше,
шина представляет большую емкостную нагрузку; в результате сигнальный переход
времена медленные для меньших водителей. Это приводит к тому, что драйверы, инверторы
в этом случае провести дополнительное время в режиме прямого тока, тем самым
увеличение общей стоимости энергии. Нагляднее это видно на рисунке
4.12, на котором показана зависимость энергии от задержки для одного драйвера. Заметить, что
увеличение размера драйвера с минимального размера примерно до 10
раз минимальный размер улучшает как энергию, так и задержку. За пределами этой точки
энергия увеличивается очень быстро для больших драйверов из-за дополнительной емкости
водителей.

Рисунок 4.12: Энергия и задержка для малой перекладины. Водитель
размер варьируется от 1x до 100x минимального размера, в то время как размер переключателя фиксирован.
в 4-кратном минимальном размере. Минимум возникает при размере драйвера 10x.

Помимо изменения размера драйвера, задержки и энергии
также можно улучшить, увеличив размер переключателя проходных ворот. Как
упоминалось ранее, дополнительная емкость более крупного устройства имеет
минимальное влияние на время задержки. Снижение сопротивления, с другой
стороны, является довольно значительным. Это показано на рисунке
4. 13.

Рисунок 4.13: Смоделированное среднее сопротивление проходного переключателя
, один NMOS и один PMOS, так как размер обоих транзисторов нормализован
к минимальному размеру переключателя, разнообразны.

По мере увеличения ворот сопротивление уменьшается. Поскольку внутренний
сопротивление шины примерно 1 кОм, подбирая переключатель по сопротивлению
ниже этого значения производительность существенно не повышается. Этот эффект
хорошо видно на рисунке
4.11. Обратите внимание, что EDP уменьшается по мере увеличения размера проходных ворот.
от минимального размера; дальше этого момента, однако, только небольшие улучшения
видимы.

Таким образом, изменив размеры драйверов и переключателей, можно
возможность значительно варьировать ЭДП; однако оптимальная точка может
не быть реалистичной точкой. Из данных, представленных на рисунке
4.11 найдена оптимальная точка, соответствующая ЭДП 35 пДж*нс
для размера драйвера, в 100 раз превышающего минимальный размер. это явно не
реалистично, особенно если учесть, что потенциально может быть
более 700 таких водителей. С другой стороны, если позволить EDP ​​удвоиться,
размер драйвера уменьшается в 12,5-8 раз по сравнению с минимальным размером.

4,8
Моделирование перекладины Результаты

Таблица 4.3: Результаты моделирования различных реализаций поперечины

	Большая перекладина		Перекладина малая с шиной		Самоходная перекладина
	Полноповоротный автобус	Низкоповоротный автобус	Полноповоротный автобус	Низкоповоротный автобус	Полноповоротный
Задержка (нс)	7,9	9,5	7,7	10,0	6,0
Энергия на переход (пДж)	52,0	30,7	65,2	47,2	54,3
Статическая мощность (нВт)	1,3	65,2	2,5	17,7	5
Устройство задержки энергии (10 -21 Дж)	411	292	502	472	326
Площадь на 64-битную шину (мм 2 )	4,22		2,82		3,16
Область драйвера на 64 бита (мм 2 )	. 015	.064	.015	.064	.015

Как и ожидалось, драйверы с малым ходом значительно сократили энергию на переход.
Для одной большой перекладины экономия составляет 70%, а для маленькой
поперечина и шина, экономия всего 38%, так как реализована только шина
с малошумными драйверами. Реализация с низким свингом составляет всего около 20-30%.
медленнее, что дает гораздо более низкий EDP.

Комбинированная перекладина и шина потребляют больше энергии, чем одинарная перекладина.
Реализация разделенной горизонтальной шины не могла полностью компенсировать
штраф за наличие двух комплектов автобусов. Однако такой подход может быть
необходимо, если время цикла требует конвейеризации. Самоходная перекладина
был значительно быстрее, чем другие, из-за добавленного буфера в
середине перекладины. Если этот штраф по площади может быть минимальным, имея
водитель внутри перекладины должен быть хорошей альтернативой.