Файл: Мясников, В. А. Программное управление оборудованием.pdf

скорости решения задач) ограничить систему команд машины мини­ мальным числом простейших операций с выполнением более слож­ ных операций программным путем. Аппаратную часть машины стремились по возможности сократить с целью удешевления и упрощения. В состав минимального комплекта таких машин обычно входит процессор с кубом ферритовой памяти не более 4 тыс. слов и телетайп.

С самого начала развития мини-машин выяснилась исключи­ тельная эффективность их применения в системах управления в реальном времени. В первую очередь это касалось локальных систем сбора и первичной обработки информации с объектов в ре­ альном времени с небольшим числом входных данных. Поэтому уже первые мини-машины, как машины третьего поколения, имели возможность расширения памяти и функций путем подключения значительного числа различных периферийных устройств (как ввода-вывода цифровой информации, так и связи с объектом и опе­ ратором, а также снабжались системой приоритетного преры­ вания.

Аппаратные (схемные) упрощения, вызываемые стремлением уменьшить стоимость мини-машин и вполне оправданные в неболь­ ших управляющих системах, при применении мини-вычислителей для более сложных объектов приводят к созданию недостаточно эффективных систем с невысокой производительностью и повышен­ ной стоимостью. При еще большем усложнении систем такие ма­ шины оказываются уже неэффективными.

Последнее является следствием того, что ограниченные воз-, можности адресации и недостаточно удачный подбор команд, кото­ рый в первых мини-машинах объяснялся отсутствием опыта их применения в больших системах, приводят к резкому снижению производительности и неэкономному использованию ферритовой памяти машины, необходимый объем которой с усложнением си­ стемы сильно возрастает.

Развитие мини-машин в последние годы сопровождалось сни­ жением стоимости логических элементов благодаря разработке

иосвоению технологии интегральных схем. Следует ожидать, что

вближайшие годы снижение цен на логические элементы будет продолжаться; что же касается оперативных ЗУ, то темпы сниже­ ния их стоимости вряд ли повысятся.

Стоимость МОЗУ составляет значительную долю от стоимости мини-машины. Это особенно сказывается при применении минимашин в системах управления сложными технологическими объек­ тами, требующих больших объемов ЗУ. При быстром снижении стоимости логических элементов по сравнению со стоимостью МОЗУ сокращение логических возможностей процессоров для снижения стоимости систем в значительной степени теряет свой смысл, ибо повышение логических возможностей, достигаемое увеличением числа недорогих логических элементов, экономит объем сравнительно дорогого МОЗУ, что в конечном итоге приво­

184

дит к снижению стоимости всей системы при существенном повы­ шении ее производительности.

Поэтому в последних, наиболее современных мини-машинах уже не стремятся предельно упростить логику. Их выполняют малоразрядиымп (экономия МОЗУ), ио с гибкой системой .адресации, значительным числом рабочих регистров, которым для гибкости придается универсальное назначение. На основе накопленного опыта применения в автоматизированных системах управления в реальном времени процессоры снабжаются специализирован­ ными командами, наряду с аппаратными методами, позволяющими более рационально организовать многопрограммный режим ра­ боты в реальном времени, добиться экономии МОЗУ в организации программ. Примерами таких ЭВМ являются мини-машины

SUPERNOVA («Data General»), GE-PAC 30-1, 30-2 («General Electric»), PDP-11 («Digital Equipment»).

Новые тенденции в современных мини-машинах наметились

нв организации сопряжений с внешними устройствами (интер­ фейса).

Внастоящее время одной из наиболее перспективных считается одношинная структура интерфейса, в которой процессор, МОЗУ

нвсе внешние устройства подключаются к одной (многопроводной) шине.

Такая система интерфейса обладает исключительной гибкостью. Общая шина позволяет осуществлять связь между любыми подклю­ ченными к ней устройствами, минуя процессор, в том числе между любым из устройств и ферритовой памятью. Асинхронный принцип связей по общей шине позволяет применить в системе устройства

различного быстродействия, допускает постепенную модернизацию системы в процессе эксплуатации путем замены одних устройств другими, более быстродействующими, без каких-либо пере­ делок.

Интерфейс на основе общей шины, достаточно простой по схеме, позволяет удобно компоновать различные системы, в том числе многопроцессорные, образуя системы из малых вычислителей, в ряде случаев конкурентноспособные по производительности с большими вычислительными машинами, но значительно более экономичные.

Производство мини-ЭВМ за рубежом бурно растет. Только в США их выпуском занимается около 100 фирм. Большое число производителей таких машин имеется в Японии, Англии, Франции и других странах. Они применяются главным образом в качестве локальных вычислителей для решения научных и технических задач, обработки экономической и финансовой информации, управления производственными процессами, а также в качестве буферных машин для ввода информации в большие вычислитель­ ные комплексы с предварительной ее обработкой. В связи с разно­ образием областей применения выпускаются мини-ЭВМ различных классов.

185

По данным [1 ], в США мини-ЭВМ применяются в следующих сферах:

На примере мини-машины PDP-8 (табл. 9) покажем, какие из­ менения произошли в производстве мини-машии в США в период с с 1965 по 1972 г.

Из таблицы видно резкое снижение цен от PDP-8 (18 тыс. долл.)

ее производительности: ЭВМ была оснащена медленной па­ мятью и последовательной арифметикой. В PDP-8/I использова­ лись интегральные схемы. Это не привело к повышению производи­ тельности по сравнению с PDP-8, однако РДР-8/1 стоила несколько дешевле и имела меньшие габариты. ЭВМ PDP-8/L примерно во столько же раз была дешевле PDP-8/I, во сколько PDP-8/S де-

186

шевле PDP-8, причем ее характеристики ие ухудшились. Послед­ ними вариантами машины PDP-8 были следующие: PDP-8/E — ЭВМ с шинной организацией (с одной или двумя системами шин) и запоминающим устройством объемом 32К; PDP-8/F — ЭВМ с од­ ной системой шин и запоминающим устройством объемом 16К; PDP-8/M — ЭВМ, предназначенная для использования в качестве подсистемы в больших системах и поэтому имеющая упрощенный пульт ручного управления и индикации.

Приведем основные характеристики одной из современных ми­ ни-машин — Wang-2200 («Wang Laboratories Inc.»), отличающейся большими возможностями и экономичностью. Языком программи­ рования в этой ЭВМ служит BASIC. Транслятор с этого языка раз­ мещается в постоянном ЗУ емкостью 4К, которая по желанию за­ казчика может быть увеличена до 32КРабочие программы ие зани­ мают значительного объема памяти благодаря использованию эко­ номного метода кодирования операторов. Например, оператор ПЕЧАТЬ занимает всего один байт и при записи программы вво­ дится одним нажатием клавиши. Такой метод кодирования почти удваивает емкость памяти по сравнению с обычной системой.

Машина оснащена алфавитно-цифровым дисплеем, позволяю­ щим воспроизводить на экране 16 строк программы (по 64 символа в каждой). По команде можно отображать на экране любой кусок программы, просматривая ее в прямом и обратном направлениях. При прямом просмотре перед оператором автоматически проходит все содержимое памяти.

Кассетное ЗУ на магнитной ленте рассчитано на работу в режи­ мах считывания, записи и модификации программ. Оно постав­ ляется по дополнительному заказу и служит в качестве файла про­ грамм и данных, которые можно извлекать из этого файла по их наименованиям. Для выполнения этих операций обычно требуются два лентопротяжных механизма. Применение дополнительных лентопротяжных механизмов позволяет увеличивать эффектив­ ность использования файлов.

В качестве устройств ввода-вывода можно использовать кла­ вишные пульты, быстродействующие печатающие устройства. Кроме того, для печати можно использовать графопостроитель, воспроизводящий также и буквы. В общей сложности машина может управлять 15 внешними устройствами. Цена ЭВМ Wang-2200 менее 7 тыс. долл.

23. ОРГАНИЗАЦИЯ УПРАВЛЯЮЩЕГО КОМПЛЕКСА НА ОСНОВЕ МИНИ-ЭВМ

Структура комплекса

Рассмотрим структуру некоторого управляющего комплекса на основе мини-машины [57]. Составными элементами комплекса являются процессор, модули оперативной памяти и внешние устрой­

187

ства, которые подключаются к единственному в системе, парал­ лельному, быстрому, асинхронно действующему каналу передачи данных \ называемому общей шиной [53, 54].

Использование общей шипы для объединения всего оборудова­ ния комплекса в систему обеспечивает определенные преимущества по сравнению с вычислительными системами, имеющими традицион­ ную системную структуру, при которой в большинстве случаев требуются три отдельные шины (канала): для связи оперативной памяти с центральным процессором, для программно-управляемых ввода-вывода и для прямого доступа в оперативную память.

На рис. 101 приведена упрощенная блок-схема комплекса с об­ щей шиной, а на рис. 102 — блок-схема системы с традиционной структурой.

Общая шина позволяет эффективно выполнять операции (в том числе с внешними устройствами), легко расширять и модернизи­ ровать ЭВМ:

Однотипная структура обеспечивает единый метод связи для всех устройств комплекса.

Общая шина, являющаяся единственной магистралью во всем комплексе и объединяющая все устройства в систему, позволяет иметь общий для всех устройств комплекса алгоритм связи и, сле­ довательно, унифицированную аппаратуру сопряжения. Процес­ сор использует установленный набор сигналов связи для работы с оперативной памятью и внешними устройствами. Внешние уст­ ройства также используют этот набор сигналов для связи с про­ цессором, памятью и другими внешними устройствами, подклю­ ченными к шине.

Одношинная структура обеспечивает способ адресации внешних устройств, при котором для операций ввода-вывода используются не специальные инструкции ввода-вывода, а инструкции обраще­ ния к памяти.

Модули памяти (оперативные пли постоянные ЗУ), подключае­ мые к общей шине, имеют возрастающие адреса ячеек, начиная с нулевого, в то время как регистры внешних устройств (в том числе и регистры процессора) имеют уменьшающиеся адреса, начи­ ная с максимально возможного.

Как правило, количество адресов в модулях памяти составляет несколько тысяч, но для работы большинства простых внешних устройств комплекса требуются всего два адреса (один — для ука­ зания буферного регистра данных и другой — для регистра управ­ ляющего слова) и до шести адресов — для более сложной аппара­ туры типа накопителей на магнитных дисках (НМД) или лентах

(НМЛ).

Структура с общим каналом позволяет процессору рассматри­ вать регистры внешних устройств (ВНУ) как активные ячейки

1 Здесь и далее всю информацию, передаваемую по параллельным линиям

связи, будем для удобства называть данными, хотя это может быть информация о состоянии устройства или информация, связанная с управлением.

188