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...or: Synchronizers, the other Kind

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Academic year: 2021

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(1)

Simulating Synchronous Systems

...or: Synchronizers, the other Kind

(2)

Some Oversimplified History

Jeri – hardware developer

Bill – system architect

How to

?

(3)

The Way Things Used to Be

Jeri – hardware developer

Bill – system architect

(4)

The Way Things Used to Be

Jeri – hardware developer

Bill – system architect

(5)

How Things Were Later

Jeri – hardware developer

Bill – system architect

(6)

How Things Were Later

Jeri – hardware developer

Bill – system architect

(7)

How Things Are Now

Jeri – hardware developer

Bill – system architect

+

(8)

Why Bill is Sad: Asynchrony

Message delivery is safe, but timing is not!

=> phase shifts cause non-deterministic executions!

:

(9)

Asynchrony is Bothersome

Example: constructing a BFS tree

1. Synchronous version:

(10)

Asynchrony is Bothersome

Example: constructing a BFS tree

1. Synchronous version:

(11)

Asynchrony is Bothersome

Example: constructing a BFS tree

1. Synchronous version:

(12)

Asynchrony is Bothersome

Example: constructing a BFS tree

1. Synchronous version:

(13)

Asynchrony is Bothersome

Example: constructing a BFS tree

2. Asynchronous version:

(14)

Asynchrony is Bothersome

Example: constructing a BFS tree

2. Asynchronous version:

(15)

Asynchrony is Bothersome

Example: constructing a BFS tree

2. Asynchronous version:

(16)

Asynchrony is Bothersome

Example: constructing a BFS tree

2. Asynchronous version:

(17)

Asynchrony is Bothersome

Example: constructing a BFS tree

2. Asynchronous version:

(18)

Asynchrony is Bothersome

Example: constructing a BFS tree

2. Asynchronous version:

(19)

Asynchrony is Bothersome

Example: constructing a BFS tree

2. Asynchronous version:

(20)

Asynchrony is Bothersome

Example: constructing a BFS tree

3. Asynchronous version (fixed, sort of):

0

(21)

Asynchrony is Bothersome

Example: constructing a BFS tree

3. Asynchronous version (fixed, sort of):

0

1

(22)

Asynchrony is Bothersome

Example: constructing a BFS tree

3. Asynchronous version (fixed, sort of):

0

1 1

2

(23)

Asynchrony is Bothersome

Example: constructing a BFS tree

3. Asynchronous version (fixed, sort of):

0

1 1

2

2 3

(24)

Asynchrony is Bothersome

Example: constructing a BFS tree

3. Asynchronous version (fixed, sort of):

0

1 1

2

2 3

4

(25)

Asynchrony is Bothersome

Example: constructing a BFS tree

3. Asynchronous version (fixed, sort of):

0

1 1

2

2 3

2

(26)

Asynchrony is Bothersome

Example: constructing a BFS tree

3. Asynchronous version (fixed, sort of):

0

1 1

2

2 3

2 What‘s the issue?

(27)

Why Bill is Sad: Asynchrony

...causes a range of problems:

- algorithms become (more) involved

=> design & implementation is (more) error-prone - algorithms might become less efficient

- deciding when a task is complete might be difficult - non-deterministic execution complicates testing

and verification

(28)

Making Bill Happy: Synchronous Execution

Synchronous Message Passing (SMP):

In each round, each FSM in the network

1. updates its state and computes outoing messages, 2. sends these messages to its neighboring FSMs, and 3. receives the messages from its neighbors.

This eliminates all the listed problems!

(29)

How is this Different?

Where before we “saw” a single FSM, we now “see” a network of FSMs. We could still view the network as a single FSM updating a state vector of

individual states and messages.

major advantages:

better modularization & mapping to clock domains

(30)

Example: Synchronous Restart

Special node receives START signal in unknown round, all nodes ought to RESTART in the same round

shortly after that. Topology:

Exercise: design FSM for SMP algorithm:

- initial states s

v,0

from (shared) state space S - use “empty” 1-bit messages (i.e, Σ

0

= { ,1})

- Γ = Ω = {0,1} (whether to START resp. RESTART) - locally count down while information propagates - specify functions for state updates, messages sent,

and when to RESTART

ͱ

I

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