По линиям РАБ-К и БЛК-К передаются общие сигналы управления: КВВ работает (К), КВВ занят (Фк).

Шина абонента имеет такое же назначение, как и шина КВВ, за исключением того, что вместо команд но шине- ШИН-А передаются сигналы состояния, по РАБ-А - сигнал абонент подключен (А). У абонента имеется линия ТРБ-А запроса абонента на обслуживание фа(Ш1К).

Линия ВБР-К служит для выявления адреса абонента, выставившего требование на обслуживание или для проверки подключения абонента. Эта линия последовательно проходит через все ФБ. Цепь этой линии разрывается ФБ, подключившимся к системе шин или сделавшим запрос на обслуживание. Появление сигнала на линии ВБР-А говорит о том, что ни один из ФБ не разорвал цепь ВБР-К.

В ИФ КВВ реализуется асинхронный режим работы, т. е. осуществляется передача информации с квитированием, с подтверждением приема сигналов.

Содержательная логическая схема алгоритма при передаче информации к ФБ по инициативе ФБУ будет выглядеть:

К [Ad II Ad\] Фк iAd\) [All Н Ad\] X

Xl*Kim(W)][lKlI\]-K.

СЛСА процедуры передачи информации по инициативе ФБ может быть представлена следующим образом:

К[фа (R) ] Фк {Ad*а) ] [All AdA.4 J*a] X

X[0k10*k(R)] [IaIIFa] ..к.

Сигнал работы КВВ К присутствует в течение всего времени передачи.

В ИФ предусмотрены проверка и взаимная блокировка сигналов. Так, например, в ИФ может присутствовать только один сигнал идентификации, сигналы идентификации на шинах абонента могут быть сброшены только после появления сигналов на шинах ФБУ.

Для всех ФБ при выполнении любой последовательности сигналов ИФ допускается время 32 мкс КВВ обнаруживает отказ в работе оборудования, если время перерыва в работе ИФ превышает 30 мс.

Интерфейс 2К агрегатного комплекса средств вычислительной техники (АСВТ) ГСП

Стандартный интерфейс 2К обеспечивает сопряжение между КВВ ЭВМ АСВТ и ФБ. Остановимся на составе шин и сигналов ИФ 2К.

Шины для передачи сигналов от процессора или КВВ к ФБ (выходные шины):

информационные; ШИНО-К - ШИН15-К; п, релача команд, адресов и данных;

контрольные: КРО-К, KPI-K; контрольные разряды (один на байт), проверка нечетности;

Выдано : ВД-К; сопровождает выдачу информации по ШИН-К;

Прием : ПР-К; готовность КВВ к приему гнформациг от ФБ;

Выполнить : ВП-К; Останов : ОСТ-К; Общий сброс : ОСБ-К

Управляющие сигна.:!! Jaвиcят от типа ВУ;

Выбор ВУ : ВБРО-К, ВБР1-К; сопровождав^- адресные сигналы на ШИН-К; Если ВУ являются ФБИ и ФЬП, то используются соответствующие шины.

Шины для передачи сигналов от ФБ к процессору или КВВ (входные шины):

информационные: ШИНО-Т - ШИН15-Т; передача данных, адресов, информации о состоянии ФБ при сигнале ПР-К и соответствующего кода адреса;

контрольные: КРО-Т, КР1-Т; контрольные разряды (один на байт);

Отсутствие контроля : ОК-Т;

Готов : ГТО-Т, ГТ1-Т, ГТ2-Т; готовность, субадрес;

Ошибка : ОШ-Т, \ Информация о состоянии ФБ/

Конец операции : КОП-Т; / зависит от типа ВУ.

Так же как и ИФ ЕС ЭВМ, ИФ 2К -с объединенной системой шин и асинхронным обменом информацией. Интерфейс 2К обладает несколько большей пропускной способностью из-за большего количества информационных шин. Логические схемы алгоритмов ИФ ЕС ЭВМ и 2К близки. Читателю предоставляется возможность составить их самостоятельно.

Интерфейс Общая шина

В микро-ЭВМ и некоторых мини-ЭВМ наибольшее применение находит ИФ типа Общая шина (ОШ). В этом ИФ используется магистральная система шин с раздельными (например, ЭВМ СМ-4) или объединенными (например, Электроника-60 ) шинами для адресных сигналов и данных, а также отдельной шиной для сигналов управления (рис. 5.13).

Управление ИФ может производить ФБИ, организующий обмен информацией в данное время (ФБ памяти не могут брать на себя управление ИФ). Выбор ФБИ, управляющего ИФ, осуществляет центральный процессор, учитывающий присвоенный этому ФБИ приоритет.

Обмен информацией в ИФ ОШ происходит асинхронно, т. е. иа каждый сигнал управления выдается сигнал его выполнения.

Логическая схема алгоритма при выборе ФБИ, которому будет передаваться функция управления ИФ, может быть представлена таким образом: ф(К) Фо{Я) Сигнал Фо(К) устанавливается после проверки приоритета. Сигналы поддерживаются до завершения предыдущей операции обмена информацией. Операция прерывания программы со стороны выбранного ФБИ производится центральным процессором, выдающим синхроимпульс 0(Ti):

Ф(Ф) Л^*(ФБ) Ф(71).

Длительность операций рукопожатия действия участвующих в них ФБ.

зависит от быстро-

Прои,ессор

Адреса Ad*(0E)

Данные 1(1*). Команды Ф(Ф*). Состояние (р((р*)

Управление Ф^

Сиихронизаи,ия: Ti-uHq}opMau,up Выставлена

Контрольные разряды

Tz-исполнитель принял или выдал информацию

Запрос передачи

f с разным ) (W\R)\.npuopumemoMl

Разрешение передачи Ф*(W\R)

Подтверждение выборки ( (SjRtW)

Прерывание Ф(Е). Занято Ф(Ф)

ФБп

Рис. 5.13. Интерфейс типа Общая шина

Передача данных выполняется по команде выбранного ФБ с указанием адреса ФБ, с которым должен быть произведен обмен.

Нужно отметить, что, к сожалению, отсутствует общепринятый стандарт на ИФ типа ОШ. Это приводит к тому, что существуют многочисленные разновидности таких ИФ, а это - в свою очередь к излишнему разнообразию аппаратных и программных средств сопряжения ФБ с микро-ЭВМ.

5.7. СОПОСТАВЛЕНИЕ АЛГОРИТМОВ СТАНДАРТНЫХ ИНТЕРФЕЙСОВ

В последовательном ИФ производится передача по одной магистрали назначения и содержания основных видов информации: адресной Ad, командной Ф, статусной ф информации и данных 1.

Естественный путь уменьшения объема передаваемой информации в таком ИФ связан с жесткой регламентацией последовательности и размеров сигналов.

в приборном ИФ каждый байт информации передается с помощью операций рукопожатия , реализующих асинхронный способ передачи.

Существенное упрощение обмена информацией достигается разделением системы шин и применением индивидуальных шин адресации и запроса на обслуживание.

Интерфейс системы КАМАК рассчитан преимущественно на обмен информацией между ФБУ и ФБП, ФБИ и ФБУ. Передача 24 бит данных от ФБИ к ФБУ по команде последнего занимает один цикл, по инициативе ФБИ - 2 цикла, от ФБИ до ФБП - 3 цикла. Здесь существенно увеличивается время при необходимости нахождения номера субблока, инициирующего запрос на обслуживание (может добавляться до 16 циклов).

Интерфейс периферийной части ЕС ЭВМ близок по своим возможностям к приборному ИФ. Асинхронный способ обмена информацией в нем реализован взаимодействием сигналов на раздельных шинах канала и абонента, обозначенных в СЛСА буквами К и А.

Заметим, что произведения суммарных количеств линий и циклов обмена у всех интерфейсов близки друг к другу; наименьший размер такого произведения имеет приборный ИФ.

Широкое применение микропроцессоров (МП) в ФБ вызывает необходимость в разработке ИФ, позволяющих организовать совместное функционирование в системе большого количества МП при предоставлении отдельным подсистемам должной самостоятельности. В этой связи следует остановиться на разработках интерфейса Fastbus [5.8] и децентрализованного мультипроцессорного интерфейса J5.9].

В интерфейсе Fastbus в отличие от стандарта КАМАК предусматриваются магистральная двунаправленная структура шин с параллельной обработкой данных на уровне подсистем первой ступени и облегченным обменом данных между этими подсистемами, адресация модуля независимо от его положения в крейте, увеличенная скорость обмена информацией (до 10 МГц).

Децентрализованный мультимикропроцессорный магистральный интерфейс [5.9] обладает следующими основными особенностями: управление магистралью осуществляют (с учетом приоритетов) активные модули-задатчики, магистраль состоит из 32 мультиплексируемых линий данных и адресов, четырех линий управления и трех линий синхронизации, время передачи адреса и данных составляет около 400 не, при необходимости шины управления могут употребляться для передачи данных. Структура системы, обслуживаемая этим интерфейсом, представлена на рис. 5.14. В этой структуре предусмотрено введение в систему дополнительных спецпроцессоров и памяти общего пользования.

По мнению авторов [5.9], этот интерфейс позволит осуществить перспективную систематизацию, унификацию и стандартизацию параметров интерфейса и соответствующего программного обеспечения для АСУ и автоматизированных систем научных

к другой сети

г'--П Терминал

\ИФУ'\

\ИФУ

\ИФУ

Спецпроцессоры

\ИФУ

Рис. 5.14. Структурная схема децентрализованной мультимикропроцессорной системы

исследований и комплексных испытаний на довольно длительный срок.

В заключение нужно отметить, что в теоретическом плане оптимизация цифровых ИФ далека от решения.

5.8. ОБ АНАЛОГОВЫХ ИНТЕРФЕЙСАХ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ЧАСТИ ИИС

Аналоговая часть обязательно присутствует во всех ИИС и определяет во многом их возможности и характеристики. При этом следует различать измерительную и служебную аналоговые части.

В большинстве случаев в служебной аналоговой части ИИС действуют сигналы относительно высокого уровня, слабо подверженные влиянию внешних факторов, параметров каналов связи. Для этой части, видимо, можно ограничиться довольно грубым нормированием энергетических и временных параметров сигналов, а также параметров линий сигналов.

Существенно более трудная задача связана с созданием интерфейса аналоговой измерительной части ИИС. Это объясняется тем, что искажение в ней измерительных сигналов может привести к резкому ухудшению метрологических характеристик системы. В связи с этим далее приводятся соображения об интерфейсе аналоговой измерительной части ИИС.

Такой интерфейс должен обеспечить совместную работу датчиков, измерительных цепей, работающих с ними, нормализующих (унифицирующих) элементов, коммутаторов аналоговых из-

мерительных сигналов, входных устройств, линии связи, соединяющих аналоговые ФБ, и т. п.

К наиболее важным характеристикам аналогового интерфейса измерительной части ИР1С следует отнести погрешность измерения (положим, удовлетворяющую ряду ±5; ±2,5; ±1; ±0,5; ±0,25; ±0,17о'). быстродействие (положим, 5; 1; 0,1; 10-; Ю-З;, 10 с на одно измерительное преобразование), удаление объекта измерения от аппаратуры (например, до 5 м-внутренний монтаж до 100 м - на установках, до 3000 м - в цехах, до 10 ООО м - на заводе, в распределенном производстве). Следует также оценить уровни и характер помех, действующих в месте работы ИИС.

В аналоговой измерительной части могут быть использованы сигналы с непрерывными и импульсными видами модуляции, реализованы структуры как непосредственного, так и компенсационного преобразований.

Видимо, для каждого вида модуляции, метода измерения, уровня сигнала и помех и исходя из перечисленных выше характеристик могут быть даны рекомендации по выбору линий связи (тип проводов), параметров сигналов, входных и выходных сопротивлений, мер защиты от продольных и поперечных помех (симметрирование, гальваническая развязка, бифилярная проводка, экранирование, заземление, коаксиальная проводка и т. п.), параметров коммутационных элементов (разъемы, ключи и пр.).

Нужно заметить, что по аналоговым интерфейсам ИИС имеются определенные материалы: ГОСТ по унифицированным сигналам, результаты многочисленных исследований измерительных (в том числе телеизмерительных) устройств с различными вида* ми модуляции сигналов, данные по стандартизации сопряжения аналоговых устройств в отдельных отраслях ИИТ.

Особенно следует отметить работу, проведенную в области стандартизации аналоговой части бортовых комплексов оборудования [5.10]. В результате ее проведения сконцентрирован и проанализирован большой опыт по проектированию, изготовлению и эксплуатации аналоговой части бортовых систем летательных аппаратов. Видимо, многие рекомендации, имеющиеся в этих документах, могут быть использованы при создании аналоговых интерфейсов ИИС.

Нужно подчеркнуть, что при проектировании любой ИИС необходимо правильно решить указанные выше вопросы разработки интерфейса аналоговой части системы.

1Г л а в а 6

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ

6.1. ЭВМ и СРЕДСТВА МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ В ИИС

Программируемые средства вычислительной техники употребляются в ИИС, шо-первых, при совместном выполнении измерительных и вычислительных процедур, необходимых для получения результатов измерения, во-вторых, для обра- ботки измерительной информации и, в-третьих, для организации программного управления работой ИИС. Эти функции выполняются в ИИС универсальными л программируемыми клавишными ЭВМ и в резко возрастающем объеме средствами микропроцессорной техники (микропроцессорами и микропроцессорными ломплек ами). Перспективным представляется использование в ИИС ЗУ.

Здесь приводятся основные характеристики и излагается принцип действия леречисленных средств вычислительной техники в таком объеме, который необходим для понимания особенностей их работы в ИИС, а также для первоначальной оценки целесообразности использования того или иного вычислительного средства при проектировании систем и комплексов.

Необходимо учитывать, что микроэлектроника развивается очень быстро. Si поэтому приведенные в книге фактические данные могут устареть даже к моменту выхода в свет этой книги.

С учетом производительности, стоимости и ряда других факторов ЭВМ подразделяются на группы: большие и средние, малые (мини-ЭВМ) и микро-ЭВМ.

Наиболее распространенными отечественными ЭВМ первой группы являются ЭВМ единой системы - ЕС ЭВМ. Единая система ЭВМ представляет комплекс программных и аппаратных средств общего назначения, причем все ЭВМ, входящие в ЕС, обладают информационной, программной и аппаратной совместимостью.

Использование ЭВМ первой группы при построении ИИС имеет ряд особенностей: ЭВМ этого класса дороги, они требуют довольно больших, специально оборудованных помещений, для их обслуживания необходим штат высококвалифицированных специалистов, полная и эффективная загрузка таких ЭВМ требует значительных усилий. Исходя из этого, использование больших и средних ЭВМ оправдано при построении сложных многомашинных ИИС, в которых таким ЭВМ отводится роль главных. Главная ЭВМ, как правило, осуществляет управление другими ЭВМ и производит окончательную обработку информации.

Учитывая вышеизложенное, вопросы использования ЭВМ первой группы при построении ИИС здесь не рассматриваются.

Необходимость решения задач, связанных с автоматизацией измерений, контроля и управления технологическими процессами, предварительной обработкой информации, поступающей по линиям связи, привела к появлению компактных быстродействующих ЭВМ с коротким словом и упрощенной системой команд, получивших название мини-ЭВМ. В нашей стране выпускаются мини-ЭВМ СМ-1, СМ-2, СМ-3, СМ-4, Электроника-125 и др.

Следует отметить, что мини-ЭВМ являются основой для построения ряда управляющих и измерительных вычислительных машин и комплексов. Современные мини-ЭВМ по многим своим характеристикам мало отличаются от средних ЭВМ. Действительно, быстродействие современных мини-ЭВМ достигает

10 операций/с, емкость памяти -от 4 до 256 тыс. слов, разрядность - от 12 до 32 (преимущественно 16) двоичных разрядов, количество команд -до 200, они имеют гибкую систему прерываний и приоритетов, при программировании используются алгоритмические языки высокого уровня и т. д.

Особенности организации малых ЭВМ в значительной мере связаны с коротким машинным словом. Это приводит, с одной стороны, к повышению быстродействия, но с другой - к сокращению количества команд и ограничению емкости памяти, к вынужденному использованию относительной, косвенной и. других видов адресации, к тому, что преимущественно используется одноадресный формат команд. Следует также отметить, что большие и средние ЭВМ имеют преимущество перед малыми, а малые - перед микро-ЭВМ в области более полного и обладающего лучшими характеристиками набора периферийных устройств и программного обеспечения.

Микроэлектронная промышленность выпускает большое количество типов; микропроцессоров (МП), микро-ЭВМ и микропроцессорных комплектов интегральных микросхем (МПК ИС). Широкое распространение этих микропроцессорных средств объясняется, в первую очередь, малыми габаритами, низкой, стоимостью, повышенной надежностью и универсальностью, связанной с программным принципом работы [6.1].

Микро-ЭВМ (микропроцессорная вычислительная машина) - это ЭВМ, состоящая из МП, полупроводниковой памяти и средств связи с периферийными, устройствами.

Под МП понимается программно-управляемое устройство обработки цифровой информации, конструктивно выполненное в виде одной или нескольких БИС, входящих в состав МПК ИС. Микропроцессор по своим функциям и структуре напоминают упрощенный вариант процессора обычных ЭВМ [6.2, 6.3].

Микропроцессорный комплект ИС представляет собой совокупность микропроцессорных и других интегральных микросхем, совместимых по информационным, энергетическим характеристикам и по конструктивно-технологическому исполнению и предназначенных для совместного использования при построении, МП, микро-ЭВМ, контроллеров и других средств вычислительной техники.

Перейдем к рассмотрению основных характеристик этих микропроцессорных средств.

6.2. МИКРО-ЭВМ

Известны три основные разновидности микро-ЭВМ.

Многоплатная микро ЭВМ - это ЭВМ, выполненная на нескольких платах, объединенных в единых типовых конструкциях вместе с органами управления, индикации и источником питания. Такая ЭВМ может использоваться как автономно, так и в качестве встраиваемого блока. Структурная схема такой микро-ЭВМ приведена на рис. 6.1. В общем случае в состав микро-ЭВМ могут входить: микропроцессор CPU; генератор тактовых импульсов GN; система памяти, хранящая данные и программы и состоящая из оперативного, постоянного, и перепрограммируемого ЗУ; устройства ввода-вывода УВВ, куда входят считыватели с перфолент, с перфокарт, электрифицированные пишущие машинки, дне плен, графопостроители, телетайпы, пульты управления микро-ЭВМ; внешняя память-обычно накопитель на гибком магнитном диске или кассетный нако-ппель на магнитной ленте. Все перечисленные составные части соединяются через устройства связи, обеспечивающие нормальную работу микро-ЭВМ.

Система памяти

Рис. 6.1. Структурная схема микро-ЭВМ

Одноплатная микро-ЭВМ - вычислительная машина, в которой процессор, система памяти и устройство связи с УВВ выполнены на одной плате. Такая микро-ЭВМ, как правило, не имеет собственного источника питания, органов управления, индикации и предназначена для использования преимущественно в качестве встраиваемого устройства.

Однокристальная микро-ЭВМ - БИС, содержащая процессор, ламять (естественно, меньшей емкости) и каналы ввода-вывода. Такая микро-ЭВМ применяется преимущественно в виде встраиваемого устройства.

Пользователя в первую очередь интересует совокупность свойств и характеристик микро-ЭВМ, позволяющая осуществить обоснованный выбор той или иной микро-ЭВМ.

Рассмотрим основные характеристики микро-ЭВМ.

Назначение микро-ЭВМ. Микро-ЭВМ может применяться в качестве вычислительного или управляющего устройства, програмно-управляемого или - нетрадиционно - с заданием алгоритма работы аппаратным способом. Команды в микро-ЭВМ. По функциональным признакам можно выделить команды обработки данных, управления и пересылки. Современные микро-ЭВМ позволяют применить от 20 до 512 команд с форматом от 1 до 4 байт. Наиболее типична одноадресная команда.

Система прерываний необходима при совместной реализации нескольких программ. При наличии такой системы выполнение текущей программы в случае необходимости может быть приостановлено, и ЭВМ перейдет к выполнению другой, более важной программы. Прерывание осуществляется по приходе сигнала от источника прерываний, каковым может являться сигнал как от внутренних блоков (и программ) ЭВМ, так и от внешних устройств. Важность отдельных программ известна заранее, при этом используется приоритетный принцип. Такая организация процесса вычисления особенно необходима при использовании микро-ЭВМ для управления (например, аварийный режим должен вызвать переход на другую подпрограмму).

Организация ввода-вывода. Обмен данными между микро-ЭВМ и периферийными устройствами осуществляется путем программно-управляемой передачи данных или при прямом доступе к памяти. В первом случае передачей данных управляет специальная программа, реализуемая в микро-ЭВМ (скорость передачи - одно слово за цикл выполнения программы передачи). Во втором случае информация записывается из внешних устройств в ОЗУ без участия процессора, причем для осуществления прямого доступа к памяти необходимо устройство сопряжения более сложное, чем в первом случае. Следует отметить, что при прямом доступе к памяти передача информации осуществляется, как правило, быстрее и время записи определяется, в основном, быстродействием устройств памяти. Режим прямого доступа к памяти используется для передачи больших .массивов данных, например из внешних ЗУ.

В большинстве микро-ЭВМ связь процессора, оперативной памяти и устройств

ввода-вывода ДРУг с другом осуществляется через общую магистраль { Общая шина ). Основными достоинствами такой организации процесса обмена являются простота и возможность видоизменять состав оборудования (см. гл. 5).

Система адресации. Одной из важнейших характеристик микро-ЭВМ являются применяемые в ней виды адресации или способы обращения к памяти. Это объясняется тем, что обращение к памяти является наиболее распространенной операцией, кроме того, прямое обращение к памяти большой емкости при относительно небольшой разрядности микро-ЭВМ невозможно (действительно, если размер слова равен байту, то непосредственно можно обращаться только к 256 ячейкам памяти, что во многих случаях недостаточно). Поэтому в микро-ЭВМ используются прямая, относительная, косвенная адресации с их модификациями.

Программное обеспечение. В настоящее время стоимость разработки программного обеспечения составляет 50-80 % общей стоимости разработки ЭВМ и составляет значительную часть при разработке измерительно-вычислительных средств.

Программирование может осуществляться на машинном языке, языке ассемблера, языках высокого уровня.

Ручное программирование в машинных кодах (командах) можно применять для небольших задач. В этом случае не требуется специальных аппаратных средств и получаются более компактные программы с эффективным использованием памяти.

Основное преимущество языка ассемблера над машинным заключается в том, что программирование на нем выполняется в символических обозначениях, более простых, чем машинные коды. В этом случае могут использоваться как аппаратные средства, так и специальная программа для перевода с языка ассемблера на машинные коды. При этом программа получается более длинной, чем в первом случае, и часть памяти занята программой ассемблера.

Языки высокого уровня (АЛГОЛ, ФОРТРАН, БЭЙСИК, PL/1 и др.) дают возможность специалисту программировать на языке, близком к профессиональному. При этом резко ускоряется программирование, при передаче программы с машины на машину не нужно программу составлять заново. Но зато объектная программа (программа в машинных кодах) получается еще большей по объему, чем при применении ассемблера, здесь также нужны специальные аппаратные и программные средства для перевода программы на машинный язык.

Используются языки высокого уровня для крупных программ (более 1000 байт).

Различают пять основных классов средств программирования: редактирующие программы, транслирующие программы (ассемблеры, компиляторы и интерпретаторы), программы-загрузчики, моделирующие программы и отладочные программы. Редактирующие программы облегчают создание исходной программы. Транслирующие программы переводят исходную программу на машинный язык. Загрузчики переносят объектную программу из внешней памяти, например перфоленты, в память микро-ЭВМ. Моделирующие программы позволяют проверить объектную программу при отсутствии микро-ЭВМ. Отладочные программы облегчают процесс отладки.

Все эти средства делятся на кросс-средства и резидентные средства. Кросс-средства-это программы, которые позволяют осуществить разработку программ на другой, как правило, более мощной ЭВМ. Резидентные средства -это про-