Файл: Шаталов, В. А. Применение ЭВМ в системе управления космическим аппаратом.pdf

Блоки, приведенные на рис. 7.3, реализуют следующую после­ довательность действий.

Бл о к 1. Просматриваются модели источников. Фиксируются изменения параметров источников, происшедшие в данном интервале.

Бл о к 2. Моделирующим алгоритмом управления распреде­

стью программ (частью программной сети).

Бл о к 3. Просматриваются модели ЭВМ и возбуждаются узлы программной сети, стоящие первыми в очереди для данных ЭВМ, и корректируются параметры моделей ЭВМ.

Бл о к 4. Просматриваются возбужденные узлы программной

сети и реализуются моделирующие алгоритмы на данных узлах. Использование при построении модели идей ассоциативного программирования [5] позволяет быстро и удобно изменять про­ граммную оеть распределения информации по накопителям, нара­ щивать число источников информации и число процессоров, уча­

ствующих в обработке.

7.4. ОБЗОР ХАРАКТЕРИСТИК И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СУЩЕСТВУЮЩИХ БЦВМ

Вданном разделе с целью определения перспектив развития

иоценки возможностей БЦВМ проводится сравнительный ана­ лиз характеристик бортовых вычислительных машин, созданных в последние десять лет и разрабатываемых в настоящее время.

Возможность появления первых бортовых машин определя­ лась успехами микроэлектроники и успехами в совершенствова­ нии технологии изготовления интегральных схем [4].

Высокие требования, предъявляемые к БЦВМ при обеспече­ нии высокой надежности и малой массы оборудования, позво­ ляют сделать вывод о том, что подобный класс ЦВМ представ­ ляет собой машины третьего поколения и должен быть построен на базе интегральных схем.

Интегральная схема представляет собой отдельный электрон­ ный прибор, решающий такие же задачи, как схемы триггера, вибратора, усилителя и т. д. В этом случае роль транзисторов, диодов, сопротивлений, конденсаторов выполняют отдельные области интегральных схем. При этом существенно снижается число используемых приборов и число различного вида межсхем­ ных соединений, а следовательно, резко повышается надежность машин, построенных на базе интегральных схем.

Если в 1962 году процессор ЦВМ можно было построить с использованием 2000 и более схем, то в 1972 году эта цифра была сокращена до 200, т. е. на порядок [3]. Следствием этого является увеличение времени наработки на отказ с 1000 ч в 1965 году до 9000 ч в 1970 году. Рассматривая в первой главе

183

перспективы использования БЦВМ, мы пришли к выводу о том, что требования по быстродействию, объему памяти БЦВМ, надежности и потребности энергии с течением времени будут становиться все более жесткими. Естественно, что и совершен­ ствование элементной базы БЦВМ может идти по пути интегрализации. От этапа интегральных схем логичен переход к инте­ гральным подсистемам, а в перспективе — к интегральным

системам.

Однако на определенной стадии на пути укрупнения встанут стремления изготовителей интегральных схем к максимальной стандартизации. Разумным сочетанием этих двух противоречивых требований очевидно определится степень укрупнения инте­ гральных схем.

В табл. 7.5 [10] приведены характеристики отдельных аэро­ космических ЦВМ, разработанных и разрабатываемых в настоя­ щее время за рубежом. Не все, из выбранных для рассмотрения, созданы и создаются специально для использования на борту КА. Так, например, ЦВМ D210 может быть использована для решения задач навигации и управления самолетами, ракетами и искусственными спутниками Земли. Однако рассмотрение дан­ ного семейства вычислительных машин позволяет выявить их характерные черты и особенности. Рассмотрим более подробно основные характеристики БЦВМ.

Характеристики вычислителя

Большинство бортовых машин имеют арифметические устрой­ ства (АУ) параллельного действия. Существенный проигрыш в скорости вычислений, сопровождающий применение АУ после­ довательного действия, обычно не может быть компенсирован выигрышем в объеме оборудования. Поэтому последовательные АУ могут найти в будущем применение лишь в исключительных случаях для решения задач, не требующих высокой скорости вычислений.

Для большинства БЦВМ используется форма представления чисел с фиксированной запятой. Однако такой принцип затруд­ няет программирование, так как одна треть времени, затрачи­ ваемого на программирование, расходуется на масштабирова­ ние. По-видимому, для сложного комплекса программ вое же' будет выгоднее иметь ЭВМ с представлением чисел с плавающей запятой.

В первых бортовых ЭВМ система команд была крайне огра­ ничена и включала примерно 20—30 команд. Опыт составления программ показал чрезвычайно высокую стоимость составления рабочих программ. В существующих образцах стоимость состав­ ления программ превышает стоимость самого машинного ком­ плекса. Естественно, что в таких условиях современные бортовые ЭВМ должны иметь развитую систему команд. В некоторых

186

образцах 1967 года БЦВМ уже имеет до 135 команд. Большие успехи достигнуты также и в быстродействии. Время выполнения операций за 6 лет с 1964 по 1970 год сократилось на порядок. Так, время выполнения умножения снижено со 100 до 10 мкс.

Длина машинных слов в БЦВМ значительно ниже, чем в обычных машинах. Размер машинного слова зависит от тре­ бований, предъявляемых к точности данных. Наибольшая точ­ ность необходима при решении навигационных задач. Такую точность, как уже было отмечено в разд. 7. 2, обеспечивает длина машинного слова в 27—32 разряда.

Однако большинство решаемых на БЦВМ задач требует существенно меньшей длины слова. Оригинальное решение най­ дено при проектировании БЦВМ, используемой на КА «Апол­ лон», которая оперирует 16-разрядными словами. Решение задач с повышенной точностью осуществляется программным образом Так как частота решения задач с повышенной точностью не вы­ сока, то за счет незначительного увеличения времени на выпол­ нение операций с повышенной точностью достигается уменьше­ ние массы вычислителя сокращением длины слов.

Однако для повышения эффективности выполнения программ, применяются модификации одноадресных систем, использующие специальные регистры.

Характеристики памяти

Для бортовых машин характерно такое распределение памя­ ти, при котором большие объемы заняты под память программ и меньшие — под память данных. Эта специфика определяется характером решаемых задач и временным циклом их решения.

В связи с этим память БЦВМ обычно разделяется на три вида:

—память программ;

—память данных;

—память центрального вычислителя или сверхоперативная

память.

В некоторых ЭВМ отдельные виды памяти могут быть функ­ ционально объединены. Память программ чаще всего представ­ ляет собой память, допускающую только считывание. В этом слу­ чае резко повышается надежность выполнения программ, а сле­ довательно, и надежность управления в целом.

Память данных предназначена для хранения различных све­ дений, в том числе исходных данных для решения задач и проме­ жуточных результатов решения. Этот тип памяти использует режимы как записи, так и считывания. Сверхоперативная память имеет малый объем, но высокое быстродействие и позволяет более эффективно использовать вычислитель.

187