книги из ГПНТБ / Смирнов, К. А. Сбор, передача и обработка данных АСУ

па каждом этапе, сопровождая при возможности пояс­ нения примерами.

Ф о р м у л и р о в к а з а д а ч и . На этом этапе при решении логических задач устанавливается переченьфакторов, которые необходимо учесть, уточняется ко­ нечная цель. При решении математической задачи ус­ танавливаются в окончательном виде математические формулы. Предположим, например, что цель работы за­ ключается в управлении с помощью ЭВМ некоторым объектом (рис. 2.28а). Выдача управляющих сигналов

Рис. '2.28. Простейшая автома­ тизировал нал система управле­ ния ( а ) и характер изменения угла заслсмжи во времени ( б )

«г

в объект производится по цепи управления. Предполо­ жим далее, что управляющими сигналами являются сиг­ налы кода углового положения заслонки, регулирую­ щей протекание определенного процесса. Для простоты полагаем, что угловое положение заслонки является лишь функцией времени. В этом простейшем случае перечень факторов, необходимых для решения указан­ ной задачи, будет выглядеть следующим образом:

1. Закон '.изменения утла то-вор-отн а в записимоста от времени.

2.Граничные условия.

3.Характер изменения процесса регулирования в граничной зоне.

4.Частота поступления меток времени.

Таким образом, аргументом, определяющим значе­ ние функции а, будет в данном случае время t. Предпо­ ложим, что зависимость функции от аргумента опреде­

ляется выражением а — У А Р + В , где А п В — посто­ янные коэффициенты (константы). Определим теперь гра­ ничные условия. Если значения а не выходят за преде-

100

лы (it и «2/ то граничные условия будут определяться вьиражением сцг^а^аз-

Третий фактор сформулируем так: в точках ai и а2 знак inipвращения .аргумента At следует 'изменять иа1про­ тивоположный. Наконец, положим, что аргумент будет задаваться дискретно, через каждые 0,1 с, а погреш­ ность не должна превышать 10~5 с, т. е. 10 мкс. Все ска­ занное может быть записано следующим образом:

1)a = V АР+В.

2)А а В — константы.

3)с ц ^ а ^ а г .

4) При а = щ и —At изменить —At па + М 5) При a = a 2 и At изменить At на —At.

6) ti+i—/j= 0 ,l с±10-5 с.

При этом считается, что значения Л, В, ах и а2 из­ вестны и больше нуля. При таких условиях характер изменения угла заслонки во времени примет вид, пока­ занный на рис. 2.286. В моменты ti, t& t3 и т д., когда значение угла а становится равным допустимому, в ре­ зультате изменения знака приращения кода времени на­ правление движения заслонки меняется.

На этом формулировку задачи можно считать закон­ ченной.

Выб о р ме т о д а . Одна и та же задача может быть решена различными путями. Выбор оптимального ме­ тода ее решения производится с учетом использования конкретных технических средств. Конечно, на таком этапе возможна лишь ориентировочная оценка достоин­ ства того или иного способа решения задачи.

Обратимся к указанному выше примеру. В данном случае наиболее трудной задачей явится получение ар­ гумента, представленного в виде двоичного кода. Но поскольку заранее известно, что задача будет решаться программно, трудность заключается лишь в отыскании оптимального способа программирования.

Вторая задача, которую необходимо решить состоит в получении кода времени с заданными параметрами. Методы решения могут быть различными, причем выбор способа определяется величиной допустимой погрешно­ сти. Формирование кода времени можно осуществлять достаточно просто, с помощью так называемого про­ граммного счетчика. В этом случае подсчитывается вре­ мя выполнения цикла какой-либо из рабочих программ. Момент завершения цикла служит сигналом завершения

10!

определенного промежутка времени. По этому сигна­ лу код времени заносится в выделенную ячейку памяти. Чем короче цикл, тем точнее можно получить заданный временной интервал. Однако данный способ целесооб­ разно использовать при работе ЭВМ по простым цик­ лическим программам, когда по завершении одного цик­ ла начинается его повторение. Поскольку число команд в цикле нейзмепино (меняются лишь исходные данные), то время выполнения цикла также неизменно. В ЭВМ, решающих сложные логические задачи, характер про­ грамм иной. Здесь ход программы определяется ситуа­ цией, которая сложилась в данный момент времени и, в свою очередь, зависит от сигналов, поступающих от объектов управления. Поэтому выполняемая цикличе­ ская программа часто приостанавливается для осуще­ ствления более срочных операций, время выполнения которых учесть очень трудно. В результате код времени формируется через неравные временные интервалы.

По условию длина временных интервалов должна выдерживаться с точностью до ±10 мкс. Предположим

меньшем 0,1 с, допускается его изменение не более чем па 10:2= 5 обращений к ЗУ. В действительности дли­ тельность выполнения циклических программ намного меньше, а число обращений к ЗУ при прерывании или при останове основной программы может быть значи­ тельно больше 5. Поэтому при заданных условиях на­ стоящий метод формирования кода времени является неприемлемым.

Возможен и другой программный способ формиро­ вания кода времени, когда в качестве сигналов, от ко­ торых работает программный формирователь кода, ис­ пользуются сигналы генератора тактовой частоты ЭВМ. Однако из-за большой частоты следования сигналов на­ шей гипотетической ЭВМ от такого способа тоже сле­ дует отказаться, поскольку временной интервал (0,1 с) очень велик по сравнению с самой низкой из частот ге­

производительность ЭВМ. Использование внешнего дат­ чика кода времени —• авточасов — будет наилучшим решением при данной ситуации. Такие устройства вхо­ дят в комплектацию некоторых ЭВМ (например, ЭВМ

102

«Урал-М»), На ipwc. 2.28а это устройство показано пунктиром.

Следует заметить, что первые два этапа составления программы, по сути дела, являются подготовительными. Иногда работы, проводимые на этих этапах, объединя­ ются под одним названием «разработка технологическо­ го алгоритма». Непосредственный процесс программиро­ вания начинается с разработки алгоритма решения за­

ских и логических действий по решению сформулирован­ ной задачи. Разработка алгоритма является первым этапом программирования. Для записи алгоритма ис­ пользуется форма, легко понятная человеку, хотя воз­ можно и не отражающая особенности ЭВМ, реализую­ щей данный алгоритм. Поскольку одну и ту же задачу можно решить различными путями, может быть состав­ лено несколько алгоритмов, из-которых выбирается тот, который решается с наименьшей затратой производи­ тельности конкретной ЭВМ.

Разработку алгоритма ввиду сложности этой задачи осуществляют в два этапа. Первый этап состоит в оп­ ределении последовательности арифметических и логи­ ческих действий, т. е. отражает сущность методики ре­ шения задачи. Второй этап включает в себя такие дей­ ствия, которые необходимы для нормальной работы ЭВМ. Сюда входят операции перевода исходных данных из десятичной системы счисления в двоичную, вывод результатов на печать и т. д.

Запись алгоритма может быть произведена различ­ ными способами. Ввиду своей наглядности наиболь­ шее распространение получила методика записи алго­ ритмов в виде блок-схем. В дальнейшем ,эти два этапа для простоты будут называться разработкой блок-схе­ мы программы. Однако наиболее прогрессивными спо­ собами записи алгоритмов являются алгоритмические языки. Подробнее о них будет сказано ниже.

Блок-схема программы представляет собой последо­ вательность прямоугольников, запись в каждом из ко­ торых указывает на характер проводимого действия. В качестве примера на рис. 2.29 показана блок-схема про­

103

реход к следующему блоку осуществляется без провер­ ки выполнения каких-либо условии, то переход назы­ вается безусловным. Так, например, переход от блока 7 к блоку 3 является безусловным переходом.

Ввод программы с носителя производится с помо­ щью стандартных, уже записанных в ЭВМ программ.

:Вызов последних осуществляется по команде, даваемой оператором с пульта управления ЭВМ. Операции, ука­

:начальных условиях вычисление значения а (т. е. вы­ полнение операции, предусмотренное блоком 3) приве­ дет нас к блоку 4. Обозначим полученное значение уг­ ла через cti+i. При вычислении разности между преды­

'ку по условию ai+i = ai. Назначение этой операции за­ ключается в определении характера дальнейшего изме­ нения величины t. Положительное значение Д показыва­ ет, что регулирование осуществляется в сторону умень­ шения угла заслонки. Значение Д, меньшее нуля, пока­ зывало бы, что мы находимся на участке регулирования

между точками h и t2.

Итак, при выполнении условного перехода (по усло­ вию Д>0) начинается вычисление y = ai+i—at (блок 8).

■Назначение этого блока — не допустить уменьшения уг­ ла регулирования до значения, меньшего, чем сц. По­ скольку мы выбрали первоначальное значение t, приво­ дящее нас к ai4-i= ab то после выполнения вычисления

Ю5

получим у = 0 . Этот результат приводит нас к единст­ венному логическому выводу — следующее приращение времени должно быть положительным

Данное условие приведет к увеличению угла а и про­ цесс регулирования будет осуществляться в соответст­ вии с кривой на участке ti—12. Ввиду сказанного услов­ ный переход приводит нас от блока 8 к блоку 6. В этом блоке предусматривается увеличение значения Дн (пер­ воначального значения t) на 1, после чего безусловный переход приводит к блоку 3, где вычисляется новое зна­ чение утла а. На этом очередной цикл операций закан­ чивается и начинается новый, отличающийся от преды­ дущего лишь тем, что теперь разница между предыду­ щим и вычисленным значением бущет меньше нуля. Это условие приводит к тому, что последующей операцией будет проверка, не превышает ли полученное значение

авеличины аз и т. д.

Вданном алгоритме при вычислении последователь­ ности значений а, лежащих на участке U—/г, порядок выполнения операций выглядит таким образом:

~>5—>6-^3^4 .... Многократное выполнение последова­

тельности одних и тех же операций называется циклом программы. В данном случае цикл состоит из блоков 3, 4, 5 и 6.

С о с т а в л е н и е п р о г р а м м ы. Эта работа являет­ ся наиболее ответственным этапом программирования и представляет собой исключительно сложный и трудоем­ кий процесс. В процессе составления программы проис­ ходит детализация блок-схемы программы с учетом ха­ рактеристик конкретной ЭВМ. В результате исходный алгоритм записывается в виде последовательности кон-

lot

•схема программы, затем формируется программа в ус­ ловных адресах и, наконец, программа в действитель-’ ных адресах.

Логическая схема программы представляет собой детальную запись последовательности операций, реали­ зующих блок-схему программы. При этом в состав опе­ раций могут входить лишь те, выполнение которых пре­ дусмотрено конструкцией ЭВМ. В качестве примера представим в виде логической схемы программы опера­ ции, пер'еч1и'сле1н,ные в 'блоках 3, 4, S (|рис. 2.29). Для удобства эти блоки изображены отдельно на рис. 2.30. Логическая программа, реализующая указанные в бло­ ках операции, будет выглядеть следующим образом:

0 . t i + i • t i + i — t 2i + \ ;

1• А ■tzi+il

3.At2i+i-\-B;

4.V A tzi+i + В;

5.ai—a?:+i=A;

6.Условный переход по Д>0;

7.-у = а{+1—ар

8.Условный переход по у>0.

Составление программы заключается в решении двух вопросов — установлении последовательности команд самой программы и распределении памяти ЭВМ для хранения исходных данных, команд и т. д. Эти две за­ дачи противоречивы, поскольку нельзя распределить память, не зная числа команд в программе, а програм­ му, в свою очередь, нельзя составить, если неизвестны адреса исходных данных и результаты вычислений. Про­ тиворечие можно решить, если составлять программу, не обращая внимания на конкретные адреса ЭВМ и за­ писывая адреса в виде буквенных и цифровых обозна­ чений. Такие адреса называются условными. После со­ ставления программы в таком виде условные адреса заменяются конкретными числовыми значениями. Эта программа называется рабочей программой, или про­ граммой-в действительных адресах.

В качестве примера запишем в условных адресах программу, алгоритм которой приведен на рис. 2.30. Со­ ставление такой программы начинается с установления условных адресов ячеек, где предполагается размещать

107

команды, исходные данные и т. д. Размещение ячеек с условными номерами в памяти ЭВМ показано на рис. 2.31а. На датойом этапе под памятью подразумевается

и ) _____________________________________ 5)_______________________________

ЗУ вообще без уточнения его вида. Принимается усло­ вие, при котором номера ячеек, предназначенные для размещения команд программы, будут обозначаться, например, в виде /г + 0, /г-|-1, /г+2 .... номера ячеек для исходных данных будут обозначаться /+0, /+1 ... н т.д. Константами в пашем примере будут значения А, В, <ц< О и 1. Исходными данными являются значения /i+1( и ut, а окончательными результатами вычислений будем считать текущие значения а. Разместим перечисленные выше величины в соответствующих массивах, как пока­ зано в табл. 2.3. Получаемые в процессе вычисления промежуточные данные, а также значения Д н у будем размещать в массиве с адресами с+0, с+1 и т. д. Счи­ таем также, что гипотетическая ЭВМ, на которой реша­ ется наша задача, является трехадресной.

Имея теперь все исходные условия, запишем про­ грамму, составленную в условных адресах, в виде табл. 2.3.

Из таблицы видно, что команда умножения, разме­ щаемая в ячейке, /г+0, служит для выполнения опера­ ции возведения в степень значения /2;.|_ь Величина

I0S