Системная модель преобразования информации

Модель В.М. Глушкова очень удобна для анализа и синтеза блоков управле­ния каким-то одним операционным устройством.

Таблица 18

Алгебраические сложения чисел

A1	Запись и анализ знаков N1 и N2
A2	Сравнение абс. значений N1 и N2 на равенство
A3	Сравнение абс. значений N1 и N2 на неравенство
A4	Вычитание |N1| – |N2|
A5	Присвоение разности знака N1
A6	Вычитание |N2| – |N1|
A7	Присвоение разности знака N2
A8	Сложение |N1| + |N2|
A9	Присвоение сумме знака «+»
A10	Присвоение сумме знака «–»
A11	Сумма равна нулю

P1 – знак N1 P2 – знак N2
P3 – результат срав­нения на равенство
P4 – результат срав­нения на неравенство

Рис. 34. Граф-схема (блок-схема) алгебраического сложения чисел

Если же этих блоков несколько, то их необходимо собрать в единый «белый ящик», названный операционным автоматом, и определить для не­го входы X, вы­ходы У, систему выходных логических сигналов α_j и управ­ляющих сигналов с_i.

При использовании модели В.М. Глушкова предполагается, что структура такого ОА типовая, задана, выбрана или спроектирована по ка­ким-то методикам.

Модель В.М. Глушкова предназначена для анализа и проектирования цифро­вых систем.

Расширение двухблоковой модели системы

В аналого-цифровых системах входная и выходная ин­формация представлена в виде изменяющегося во времени напряжения U(t) или тока, осве­щенности, напряженности электрического поля, уровня давления воздуха и дру­гих аналоговых величин. Тип носителя информации определяется физическим принципом датчиков информации. Преобразова­тели информации также могут быть аналоговые, т.к. они преобразуют по известным функциям уровень входного напряжения датчика X(t) = U(t) в уровень выходного сигнала Y(t) = U(t + τ), где τ – время задержки от входа к выходу преобразователя. В таких системах формиро­вание логического сигнала U(t + τ) ≥ Umax может быть произведено только при на­личии спе­циальной схемы сравнения, например [35] (логическое устройство, срав­нивающее U(t + τ) с константой Umax). Здесь речь идет уже о трехблоковой схеме (рис. 35 а), где ИУ– информационное устройство, ЛУ – логическое устройство.

Представим себе, что в аналого-цифровой системе используется не­сколько входных аналоговых сигналов U_l(t), U₂(t), …, U_k(t), преобразуемых несколькими функциональными преобразователями информации Ф₁, Ф₂, …, Ф_s, которые входят в состав информационного устройства. Оче­видно, что тогда потребуется не­сколько константных значений Umax(1), Umax(2), … Следовательно, для функ­ционирования такой аналого-цифровой системы необходимы уже четыре блока (рис. 35 б): ИУ, ЛУ, УА и АУ.

Здесь информационное устройство (ИУ) – комплекс Ф₁, Ф₂, ..., Ф_s; логическое устройство (ЛУ) – набор схем сравнения P₁, Р₂, …, Р_r с возможностью подключения соответствующего Umax(i) к P(i) по коду адреса; УА – управляющий автомат для выдачи сигналов управления и работы с не­сколькими Ф_j и P_j не только по сигналам αi, но и по кодам адресов Ф_j и P_j; АУ – адресное устройство или аналоговый коммутатор для под­ключения соответст­вующих U_i(t) и Umax(j) к ИУ и ЛУ.

В общем случае система преобразования информации и управления обоб­щенно может быть задана структурной моделью Ю.Ф. Мухопада в виде пяти взаимосвязанных подсистем: функциональной, информационной, логиче­ской, адресной и управ­ляющей^*. Вершины графа, помеченные символами наимено­вания подсистем Ф, И, Л, А, У, представ­ляют со­бой устройства, дуги графа – каналы связи (рис. 36).

Рассмотрим назначение, функции и возможную реализацию подсистем.

Рис. 35

Рис. 36

1. Функциональная подсистема (Ф) предназначена для реализации вычисли­тельных операторов А и реализуется чаще всего микропроцессо­ром или несколь­кими микропроцессорами, если требуется высокая ско­рость обработки информа­ции, а также специальными функциональными преобразователями ин­формации в более простых случаях.

2. Информационная подсистема (И) служит для хранения массива данных, промежуточной и выходной информации. В настоящее время реа­лизуется специ­альными БИС памяти для оперативной информации ОЗУ, а для констант – БИС ПЗУ с электрическим или ультрафиолетовым стиранием.

3. Логическая подсистема (Л) – устройства, формирующие множест­во α-логи­ческих сигналов (признаков) о том, что выполнилось какое-то действие, на­пример рука робота выпрямилась и дошла до крайнего поло­жения. Многие такие сигналы формируются специальными датчиками – концевыми выключателями. Однако ряд логических сигналов (например, угловая скорость превысила задан­ный предел) приходится формировать в специальных БИС арифметико-логиче­ских устройств (или на самом мик­ропроцессоре МП) за счет операции логиче­ского сравнения чисел, соответ­ствующих текущему и предельному значениям уг­ловой скорости. При вы­полнении функциональных и логических операций на од­ном и том же мик­ропроцессоре осуществляется объединение функций Ф и Л под­систем (что допустимо, если имеется запас времени и нет высоких требований к быст­родействию).

4. Адресная подсистема (А) – устройства, вычисляющие адрес ин­формации, хранимой в запоминающем устройстве, или непосредственно подсоединяющие выходные сигналы датчиков к микропроцессору. В наи­более простых системах управления с датчиками двоичных сигналов (типа сигнала концевых включате­лей) адресная подсистема реализуется с помо­щью типовых дешифраторов или специальных логических схем, а для анало­говых сигналов – с помощью коммута­тора на реле, герконах, полевых транзисторах и др. Когда точек коммутации много (более 50), коммутатор становится сложным многокаскадным уст­ройством и управляется специальным микропрограммным ав­томатом, кото­рый реализует за­данные списки адресных соединений.

В микропроцессорных системах адресная подсистема чаще всего реализуется с помощью специальной адресной шины, по которой переда­ются адреса инфор­мации к подсоединенным устройствам и датчикам, а для преобразования адресов, в свою очередь, может быть применен независи­мый адресный спецпроцессор.

5. Управляющая подсистема (У) – это блоки устройства управления, реали­зующие выдачу всех команд управления для координации во времени всего про­цесса автоматизации технологического цикла. Реализация устройств управления осуществляется на ПЗУ или на специальных БИС – ПЛМ (программируемая логи­ческая матрица).

6. Состояние системы.

Согласно модели Ю.Ф. Мухопада, в системе выделяется пять под­систем, ка­ждая из которых на данный момент времени t находится в неко­тором M(t) состоя­нии Ф(t), И(t), Л(t), A(t), и У(t). В момент времени t + 1 со­стояние каждой из под­систем изменяется. Поэтому, если для последующе­го анализа (с целью контроля правильности реализации алгоритма) требу­ется запоминание состояния системы, то необходимо ввести специальную память состояний для M(t), M(t + 1), ... M(t + + j).