Файл: Журавлев, Ю. П. Системное проектирование управляющих ЦВМ.pdf

адресная ЦВМ параллельного действия с фиксирован­ ной запятой на интегральных схемах, асинхронного типа», составленное по независимым признакам класси­ фикации ЦВМ, несет в себе меньше информации по сравнению с сообщением: «стационарная двухадресная ЦВМ параллельного действия с фиксированной запятой, с операционным (арифметическим) устройством комби­ нированного типа, работающим с обратными кодами чисел и построенным па основе сумматоров комбина­ ционного типа, и с центральным устройством управле­ ния асинхронного типа», так как последнее содержит в себе дополнительные сведения о составе и структуре важнейших устройств машины.

Ниже приводится независимая классификация опе­ рационных устройств, а также устройств управления. Классификация ЗУ приводится в гл. 5.

а) Классификация арифметических устройств. В ос­ нову приведенной ниже классификации положены наи­ более существенные признаки АУ, как-то:

—тип операционного блока,

—форма представления чисел,

—способ обработки информации,

—тип сумматора,

—тип элементов, на основе которых выполнено АУ.

По т и п у о п е р а ц и о н н о г о б л о к а различают:

—блочные,

—универсальные,

—комбинированные АУ.

Бл о ч н ы е АУ имеют несколько специализирован­ ных операционных блоков, каждый из которых пред­ назначен для выполнения, как правило, одной опера­

операционный блок, обеспечивающий выполнение лю­ бой заданной операции. Такие АУ более просты по уст­ ройству, но имеют меньшее быстродействие по сравне­ нию с АУ блочного типа.

В к о м б и н и р о в а н н ы х АУ используются, как правило, один или несколько специализированных бло­ ков, способных выполнять отдельные сложные опера­ ции — умножение, деление или извлечение корня, и универсальный блок, с помощью которого выполняются все остальные арифметические и логические операции.

29

По ф о р м е п р е д с т а в л е н и я ч и с е л различают:

—АУ с фиксированной запятой;

—АУ с плавающей запятой.

В АУ с ф и к с и р о в а н н о й з а п я т о й использу­ ется естественная форма представления чисел. Запятая может быть зафиксирована в любом месте разрядной сетки. Чаще всего она фиксируется либо перед старшим разрядом, либо после младшего. В этих случаях алго­ ритмы выполнения операций наиболее простые.

В АУ с п л а в а ю щ е й з а п я т о й используется нормальная форма представления чисел. АУ такого типа более сложны по устройству.

По с п о с о б у о б р а б о т к и и н ф о р м а ц и и различают:

—АУ последовательного действия,

—параллельного действия,

—параллельно-последовательного действия.

ряда к разряду. Достоинством АУ такого типа является его простота и экономичность. Существенный недоста­

выполняется над всеми разрядами чисел одновременно. При этом увеличивается количество оборудования, но

оборудования и быстродействию этот тип АУ занимает промежуточное положение между АУ последовательного и параллельного действия.

По т и п у с у м м а т о р а различают:

—АУ с сумматорами комбинационного типа,

—с сумматорами накапливающего типа.

В АУ с с у м м а т о р а м и к о м б и н а ц и о н н о г о т и п а для хранения результата операции используются дополнительные регистры, что приводит к увеличению оборудования. Однако быстродействие сумматоров ком­ бинационного типа выше, чем сумхматоров накапливаю­ щего типа.

В АУ с с у м м а т о р а м и н а к а п л и в а ю щ е г о т и п а результат операции сохраняется в сумматорах, но необходимость подачи на вход сумматора чисел, участвующих в операции, последовательно по времени,

30

приводит к уменьшению быстродействия по сравнению с сумматорами комбинационного типа.

По т и п у п р и м е н я е м ы х э л е м е н т о в разли­ чают:

—АУ с элементами импульсного типа,

—с элементами потенциального типа.

б) Классификация устройств управления ЦВМ. По с п о с о б у ф о р м и р о в а н и я у п р а в л я ю щ и х с и г ­

на л о в различают:

—центральные УУ,

—местные,

—комбинированные.

При ц е н т р а л и з о в а н н о м у п р а в л е н и и все управляющие сигналы формируются в одном централь­ ном управляющем устройстве. Схемная реализация такого устройства относительно сложна, что затрудняет контроль его работы и наладки. Центральные УУ при­ меняются, как правило, в специализированных маши­ нах и универсальных ЦВМ малой производительности.

В случае м е с т н о г о у п р а в л е н и я каждое уст­ ройство ЦВМ имеет автономный блок управления. При этом обеспечивается максимальная автономность рабо­ ты отдельных устройств ЦВМ, но увеличивается коли­ чество оборудования. Такой способ управления приме­ няется в вычислительных системах высокой производи­ тельности.

При к о м б и н и р о в а н н о м у п р а в л е н и и функ­ ции управления устройствами ЦВМ выполняют как цен­ тральные, так и местные УУ.

По с п о с о б у р а с п р е д е л е н и я в р е м е н и д л я в ы п о л н е н и я к о м а н д п р о г р а м м ы различают:

•— синхронное УУ,

—асинхронное,

—полусинхронное.

При с и н х р о н н о м способе управления время, от­ водимое для выполнения всех команд, одинаково. Существенным недостатком такого УУ являются непро­ изводительные затраты времени при выполнении команд.

При а с и н х р о н н о м управлении на выполнение каждой команды отводится фактически необходимое время. По сравнению с синхронным УУ несколько усложняется схема.

31

этом первый используется для управления короткими операциями, а второй—для управления длинными опе­ рациями.

§1.4. ТРЕБОВАНИЯ К УПРАВЛЯЮ Щ ИМ ЦВМ. БАЛАНСЫ ТРЕБОВАНИЙ

Применение ЦВМ для управления различного рода процессами требует рассмотрения ряда вопросов, свя­ занных со спецификой работы устройств переработки дискретной информации и их местом в системах авто­ матического управления. Особого внимания заслужи­ вают вопросы разработки цифровых машин, предназна­ ченных для использования в сложных системах управ­ ления, и, в частности, вопросы выявления требований, предъявляемых управляющим цифровым машинам, на основе требований, предъявляемых к системам в целом.

Рассматриваемые системы управления характеризу­ ются следующими свойствами. Во-первых, эти системы следует отнести к классу сложных систем. Сложность проявляется в том, что управляющие системы состоят из большого числа элементов (элементарных управляющих систем), имеют сложную систему связи, большие потоки информации и реализуют сложные целевые функ­ ции [5].

Во-вторых, процесс прохождения информации через каждую из основных частей системы управления описы­ вается с помощью алгоритмов, заложенных в структуру и конструктивное выполнение каждой части. Другими словами, каждая основная часть решает свою конкрет­ ную задачу; задачи различных частей системы не пере­ секаются.

Действительно, если целевая функция системы имеет

и осведомительных сигналов о состоянии системы вы­ рабатывает аргументы Xi, t целевой функции;

—■управляющая часть перерабатывает эти аргумен­ ты в соответствии с видом целевой функции и выдает множество управляющих сигналов на объектовую часть;

— объектовая часть изменяет свою «траекторию» в соответствии с характером целевой функции,

32

В-третьих, рассматриваемые системы управления функционируют в реальном масштабе времени. Это означает, что динамические ошибки запаздывания си­ стемы при реализации целевой функции не должны превышать некоторого множества допустимых значений, определяемого разрешающей способностью и устойчи­ востью системы.

Следующее важное свойство таких систем заключа­ ется в том, что в подавляющем большинстве случаев переработка информации в них осуществляется с по­ мощью цифровых устройств. Характерной особенностью цифровой машины и других дискретных устройств, вхо­ дящих в состав управляющей части системы, является то, что переработка информации цифровыми устройст­ вами осуществляется в соответствии с программами, которые могут описывать линейные и нелинейные за­ висимости и делают управляющую часть системы изо­ морфной любой динамической системе. При этом не­ маловажное значение имеют следующие два свойства цифровых устройств:

а) устройства, перерабатывающие дискретную ин­ формацию, по своей природе универсальны и с по­ мощью некоторого минимального набора операций мо­ гут реализовать любой наперед заданный алгоритм;

б) инструментальная ошибка устройств переработки дискретной информации не зависит от точности изго­ товления отдельных блоков и узлов, входящих в них, и принципиально может быть сделана сколь угодно малой.

Кроме того, использование цифровых устройств в управляющей части позволяет сделать замкнутую си­ стему автоматического управления с достаточным запа­ сом устойчивости (см., например, [6, 7]).

■Перечисленные свойства отражают наиболее суще­ ственные черты сложных систем управления и позво­ ляют несколько детализировать общий подход к про­ цессу проектирования отдельных звеньев, в частности, управляющих частей систем рассматриваемого класса, использующих цифровые машины.

Целевая функция системы содержит сведения о ха­ рактере, времени, точности и надежности решаемых системой задач. Эти сведения отражают ее целевое назначение и образуют совокупность основных требова­ ний, предъявляемых к ней.