книги из ГПНТБ / Васкан, Р. Д. Принципы и средства автоматизированной обработки геологоразведочной информации

мер, команды на прерывание вычисления происходит переклю­ чение АУ и выполняется операция ввода, по окончании которой осуществляется обратное переключение АУ. Таким образом, удается сократить время, необходимое на восстановление пре­ рываемых действий.

При наличии большого количества одновременно работаю­ щих УВВ в устройстве прерывания обычно предусматривается определенная система приоритетов * обслуживания внешних устройств по их запросам, причем более быстродействующим устройствам, как правило, присваивается более высокий прио­ ритет, а самим вычислениям — наиболее низкий**.

Принципиально новые виды аппаратуры ввода-вывода дают возможность вводить в машину данные в том виде, при кото­ ром с ними работает человек (например, в простом машино­ писномвиде), и выводить результаты обработки в форме, более удобной для непосредственного ' восприятия и использования человеком. Становится ясным, что ЭВМ должна не только производить вычисления и печатать результаты, но и, если так можно сказать, «осмысливая», представлять их в более на­ глядном и естественном виде. Раньше очень часто операторы были вынуждены перекодировать различные изображения в цифровую форму, чтобы ввести их в машину, а затем перестраи­ вать полученный из нее результат в изображение или график, чтобы можно было его осмыслить. Это естественно отнимало массу времени и исключало возможность испробовать как мож­ но больше вариантов, а иногда приводило даже к тому, что человек терял из виду то, ради чего затевалась сама работа.

Несколько лет назад был разработан ряд систем, в которых основным средством обмена данными машины с окружающей средой стало не печатающее устройство, выдающее результаты в виде последовательности отпечатанных знаков, а графические визуальные устройства, называемые индикаторами. В состав каждого индикатора входит электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) *** и специальные электронные цепи, позволяющие ЭВМ управлять ею. Таким образом, осуществляется вывод резуль­ татов обработки данных. Для ввода исходных данных в этих системах применена специальная система развертки изобра­ жения и так называемое «световое перо». Поскольку индикатор является полностью электронным устройством, скорость его работы велика, однако учитывая, что пока с ним непосредст­ венно работает человек, он был отнесен нами к медленноработающим устройствам. Если же рассматривать его работу сов­ местно с фотоили кинокамерой при выводе данных из ЭВМ

*Под -системой приоритетов понимается система условий, определяющая очередность обработки данных.

**Информация. Пер. с англ. М., к<Мир». -1968, 223 с.

***В современной литературе вместо ЭЛТ используется эквивалентное ему понятие «дисплей» (Д).

40

I------

У ИВ медленуолабмпшшише

вания документов с магнитной полосой ОУССШ или МШ — оптическое устройство считы­ вания специальных или машинных шрифтов, МУССШ — магнитное устройство считывания специальных шрифтов, НМЛ — накопитель на магнитных лентах, НМ Д — накопитель на' магнитных дисках, НКМК— накопитель кассетный магнитных карт, НМФ — накопитель микрофильмов, УВВ — вводно-выводные устройства, ВС — вычислительная сеть, СУ — со­ гласующее устройство, (1) — к ОЗУ других ЭВМ при организации ВС, (2) — к селектор­

ному каналу других ЭВМ при организации ВС.

или с проекционной камерой, воспроизводящей изображения с микрокадров при вводе данных в ЭВМ, то тогда это устройство нужно отнести к быстроработающим.

Затем индикаторы были объединены с автоматической пи­ шущей машиной или с электростатическим копировальным ап­ паратом, что обеспечивало возможность фиксировать и в маши­ нописном виде часть или все данные, выводимые на экран.

Быстродействие современных ЭВМ достигло на сегодня та-

4Г

ких значений, что даже кратковременные прерывания работы для ввода-вывода данных ведет к слишком большим потерям, и поэтому они становятся неэкономичными. В связи с этим к большим ЭВМ очень часто подключают малые машины, кото­ рые выполняют специальные операции по вводу-выводу данных, высвобождая при этом основную машину исключительно для вычислений. Причем, обмен данными между основной и малой ЭВМ осуществляется на уровне их запоминающих устройств со скоростью сотен тысяч и даже миллионов знаков в секунду.

Организация автоматического распределения машинного времени (АРМВ), а также снижение общей стоимости обра­ ботки данных, выносные пульты управления, визуальные УВВ типа индикаторов на ЭЛТ и многое другое предоставляют поч­ ти неограниченные возможности автоматизации управленческо­ го труда.

На рис. 6 показана типовая структура современной ЭВМ.

Аппаратура передачи данных

Обмен информацией внутри всякой управляющей системы появляется при разделении и кооперации управленческого труда.

Понятие передачи данных (ПД) объединяет ряд задач, ко­ торые связаны с обменом цифровыми данными. Технические средства, обеспечивающие выполнение этих задач, принято на­ зывать аппаратурой передачи данных (АПД). Классификация их приведена на рис. 7.

Конкретно АПД может быть использована, например, для передачи исходных данных в вычислительный центр и получе­ ния обработанных результатов при решении оперативных задач, для осуществления запросов и получения ответов от справочно­ информационных систем вычислительных центров и т. и.

Связующим звеном для АПД является электрический канал, по которому данные передаются в виде простых двоичных по­ сылок (бит).

До недавнего времени люди для передачи небольших сроч­ ных сообщений решали задачу связи при помощи обычного те­ леграфа. При этом малый объем передаваемой информации и большая избыточность человеческого языка, а также факт, что передача осуществлялась человеком и для человека, не созда­ вали принципиальных трудностей. В настоящее время рост применяемых устройств обработки данных потребовал подачи в них данных наиболее рациональным способом, исключающим, как правило, участие самого человека. Такое изменение поста­ новки задачи выявило ряд новых, ранее неизвестных проблем, которые в зависимости от специфики применения аппаратуры требуют различных способов их решения.

Так, например, более высокие требования, чем при обычном

42

УстройстВа передачи данных\

ш юстеишие]

телеграфировании, предъявляются к вероятности появления необнаруживаемых ошибок. Это вызвано следующими обстоя­ тельствами:

— при оценке сообщения отсутствует человек со своей иск­ лючительной способностью к анализу и синтезу, вследствие чего отдельные ошибки в дальнейшем не могут быть исправлены. Ошибка в связанном тексте может быть исправлена без конт­ рольного запроса, а ошибка в таблице очень часто не может быть даже обнаружена, но может привести к принятию невер­ ных решений;

— из-за экономических соображений при машинной обра­ ботке допускается только незначительная избыточность данных, поэтому количество необнаруживаемых ошибок будет значи­ тельно больше, чем при обычном телеграфировании, если не принимать специальных мер.

В связи с этим при передаче данных, как правило, прихо­ дится принимать специальные меры для исправления или иск­ лючения при дальнейшей обработке отдельных ошибок. Для этого необходимо данные с определенной избыточностью, не противоречащей экономической стороне, кодировать уже в их источнике, а затем осуществлять ряд операций, связанных с обнаружением и исправлением ошибок, до и после передачи в особых устройствах или в ЭВМ, обрабатывающих эти данные.

Кроме того, передача данных может производиться в самое произвольное время, например тогда, когда отсутствует опера­ тор, или вообще без участия человека. Поэтому для АПД, ис­ пользуемой в АСУ, необходимо, чтобы:

—ошибки передачи обнаруживались сами по себе вне за­ висимости от содержания сообщения;

—ошибки передачи обнаруживались автоматически на при­ емной станции;

—сообщение об обнаружении ошибки немедленно автома­ тически направлялось на передающую станцию или автомати­ чески формировалось там (например, при отсутствии сигнала, подтверждающего прием посланного сообщения), для того что­ бы сразу же была проведена их автоматическая коррекция.

При передаче данных возникает требование обеспечить ско­ рость передачи или обеспечить передачу заданного объема дан­

ных за определенный отрезок времени. За единицу скорости передачи данных принят бод, представляющий передачу одногобита в секунду. Эта единица применяется для всех видов пере­ дачи данных.

При телеграфировании обычно скорость работы составляет 50 бод. Исключением является скоростной телеграф, имеющий скорость 100 или даже 200 бод. Это обеспечивает передачу не­ больших сообщений, т. е. сообщений обычной для телеграфа длины, за довольно короткий промежуток времени, а при этой

44

скорости каналы связи достаточно хорошо используются и при ручном вводе данных.

Для обеспечения широкого диапазона передачи данных на практике применяются соответствующие каналы связи, напри­ мер телеграфные, телефонные, радио и различные высокоча­ стотные каналы.

Чтобы использовать подобные каналы при передаче данных, нужны специальные модулирующие и демодулирующие устрой­ ства (модемы), в которых подлежащий передаче сигнал посто­ янного тока преобразуется в переменный сигнал с частотой, необходимой для передачи. Обычно помимо обеспечения опре­ деленной надежности при наличии искажений в передаваемой информации и модуляции (демодуляции) на модемы возлагают­ ся и другие функции, такие как кодирование, согласование ско­ рости передачи со скоростью поступления данных от источника, включение и выключение аппаратуры и т. п. Такие проблемы возникают лишь при передаче данных и поэтому должны быть разрешены с помощью систем, которые в общем случае выпол­ няют задачу согласования обычных устройств обработки дан­ ных с существующими каналами связи. Учитывая большое мно­ гообразие и тех, и других, от систем передачи данных требуется большая гибкость. Для ее обеспечения при наличии и других требований, например требований к надежности передачи, не­ обходимо наличие типовых функциональных блоков, из кото­ рых может формироваться специальная АПД. Тогда при выборе конкретной АПД надо принимать во внимание:

1) д а н н ые :

—количество (количество знаков в сутки и при каждом сеансе передачи),

—форму представления (перфолента, перфокарта и т. д. в качестве носителей данных — они определяют тип УВВ),

—срочность (допустимый промежуток времени от момента

ляют стоимость передачи):

— вид (линии телеграфной, телефонной или высокочастот­ ной связи, выделенные или коммутируемые),

— расстояние передачи; 3) р а б о ч и е у с л о в и я :

—вид работы (с участием оператора или без него),

—время передачи (в дневное или ночное время, когда дей­ ствует льготный тариф),

—разветвленность сети связи (количество и местоположе­ ние конечных пунктов).

Все данные, подлежащие передаче, кодируются в цифровой форме и поэтому их часто называют цифровыми. Представляет

45

Вывод на экран

Рис. 8. Формы ввода и вывода данных в электрических системах передачи данных.

интерес, в какой форме цифровые данные попадают в систему передачи (вводятся в систему) и в какой форме выводятся из нее (рис. 8).

Данные могут быть введены непосредственно (например, из ЭВМ или телеметрического датчика), с помощью носителя дан­ ных (перфоленты, перфокарты, магнитной ленты и т. п., доку­ мента с машиносчитываемым шрифтом и т. д.) или вручную человеком (при помощи клавиатуры или индикатора со свето­ вым пером и т. п.).

В пункте получения данные могут быть выведены непосред­ ственно (например, в ЭВМ . или другое устройство обработки данных) на какой-либо машинный носитель информации (пер­ фоленту, перфокарту, магнитную ленту и др.) или для непосред­ ственного использования человеком, т. е. в обычном читаемом виде (в виде документов, получаемых с печатающих устройств, на экранах индикаторов и т. п.).

Формы ввода и вывода данных могут комбинироваться до­ статочно произвольно в зависимости от конкретных потребно­ стей.

Источник сообщений, равно как и выводное устройство, в общем случае рассматривается как некоторые промежуточные ЗУ и соответствующие считывающие или фиксирующие устрой­ ства независимо от того, создается само сообщение людьми или

может быть накоплено на наиболее распространенных носите­ лях данных.

Промежуточные ЗУ имеют следующие свойства.

1. Перфоленты могут быть использованы при передаче со­ общений, как правило, большого объема при условии, что допу­ стимы потери времени на перфорацию до передачи, если от­ сутствуют автоматические устройства, производящие ее при выполнении основных работ. Поскольку скорости работы счи­

47

тывающих устройств ограничены, то такт передачи часто опре­ деляется ими. Но если данные принимаются на еще более мед­ ленные механические перфораторы, то темп перадачи будет определяться последними. В противном случае на принимающей стороне придется предусматривать дополнительные буферные ЗУ.

2. Перфокарты могут быть использованы при передаче срав­ нительно коротких сообщений при тех же условиях, которые характерны для перфоленты. Максимальная информационная емкость одной перфокарты составляет 80 X 12 = 960 бит, по­ этому длина единичного сообщения при использовании перфо­ карт, как правило, не должна превышать этого значения. Кроме того, порядок отдельных сообщений (переданных с различных перфокарт) не должен иметь важного значения.

3. Магнитная лента (МЛ) может быть использована при передаче главным образом больших объемов данных. При этом время, теряемое на подготовку самой ленты, будет значительно меньше, чем на подготовку перфолент или перфокарт, так как для подготовки МЛ используются специальные средства и по­ вышенные скорости. При использовании МЛ такт передачи определяется источником информации, а сообщение может при­ ниматься с любой частотой, поэтому не требуется никакого промежуточного ЗУ. Современные лентопротяжные механизмы позволяют повторять отдельные блоки при передаче, если в них ■будут обнаружены ошибки. Это значительно облегчает решение задачи передачи данных с МЛ.

4. ЗУ на магнитных сердечниках очень удобны при передаче данных, так как позволяет производить запись с высокой скоро­ стью, особенно при непосредственной выдаче данных из обраба­

работающих в режиме разделения времени, или при низкокаче­ ственных каналах связи. Применение ЗУ на магнитных сердеч­ никах сильно увеличивает стоимость АПД, а следовательно, и всей системы.

■с их малой емкостью используются только для передачи корот­ ких переменных сообщений. Набранное на них сообщение мо­ жет передаваться с любой скоростью как и в случае примене­ ния ЗУ на магнитных сердечниках. Такие ЗУ используются главным образом в промышленных АСУ и АСУ в сфере обслу­ живания.

Данные из промежуточного ЗУ источника должны быть пред­ ставлены в унифицированной форме для передачи последова­ тельным или параллельным методом.

При последовательном методе передачи все элементы дан-

48

ных передаются по одному каналу друг за другом, в то время как при параллельной передаче все элементы, принадлежащие одному знаку, передаются одновременно с помощью соответ­ ствующего числа «подканалов», образованных для передачи внутри основного канала.

При использовании первого метода данные, представленные в обычном случае параллельным кодом, должны быть защище­ ны и преобразованы в последовательный код, который затем модулируется и подается в канал связи. Во втором случае бу­ дет отсутствовать этап преобразования кодов из параллельных в последовательные. В пункте приема полученные данные пре­ терпевают обратные преобразования.

При определении времени, необходимого для передачи за­ данного количества данных, а также выборе конкретной аппа­ ратуры и каналов связи для этих целей удобно пользо­ ваться графиком, представленным на рис. 9. Здесь даны кривые количества знаков, которые могут быть переданы в зависимо­ сти от времени непрерывной передачи и скорости передачи.

Организация передачи данных по электрическим каналам связи требует решения вопроса их защиты от возможных по­ мех. Для этого применяется коррекция ошибок. Выбор метода коррекции ошибок определяется заданной вероятностью появ­ ления необнаруженных ошибок, помехозащищенностью канала связи и выбираемым способом передачи данных (ПД). Имеется два основных метода коррекции ошибок.

Первый метод заключается в применении самокорректирую­ щихся кодов. Он позволяет обнаруживать ошибки на приемной стороне и автоматически исправлять их без повторения сооб­ щения, поэтому этот метод требует только одного направления передачи. Зато самокорректирующиеся коды имеют большую избыточность, которая тем больше, чем меньшая вероятность допускаемой необнаруживаемой ошибки. Кроме того, для этого метода требуется достаточно сложная аппаратура, поэтому этот метод имеет сравнительно ограниченное применение.

Второй метод может быть назван методом коррекции при помощи повторения сообщения или отдельных его частей. Прак­ тическое осуществление его чрезвычайно многообразно, но по существу оно сводится к тому, что каждое сообщение делится на блоки (основные блоки — ОБ), которые защищаются одним из известных методов, в результате чего для каждого блока создается некоторая контрольная (избыточная) информация. Она либо передается вместе с ОБ и на приемной стороне срав­ нивается с аналогичной информацией, полученной по тому же правилу, либо сравнивается на передающей стороне с тем, что будет обратно получено с принимающей стороны после обра­ ботки по тому же алгоритму принятого там ОБ данных. Сов­ падение контрольной информации при сравнении означает, что сообщение принято без ошибок. Противоположный случай ав-