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

рень по одной команде, то имеете команды А’+З следо­ вало бы записать первую команду стандартной подпро­ граммы. Подобные подпрограммы размещаются в спе­ циальном массиве оперативного ЗУ, имеющего свой ус­ ловный адрес. После реализации стандартной подпро­ граммы процесс решения задачи возобновляется.

Следующая операция, на которой следует остано­ виться, — операция условного перехода, осуществляе­ мая различными методами. Для трехадресной ЭВМ наи­ более простым будет способ, при котором считанное по ■первому адресу число (в 'нашем случае Л) сравнивается с числом, считанным из ячейки с адресом к + 4 (т. е. с ну­ лем). При выполнении условия перехода следующей должна быть реализована команда, записанная по ад­ ресу /г4-00 (третий адрес). При невыполнении указан­ ного условия перехода ЭВМ приступает к реализации команды со следующим адресом, т. е. с адресом /е+6. После того-как программа в условных адресах готова, составляется программа в действительных адресах. Это делается заменой буквенных номеров ячеек цифрами.

Поскольку объем нашей программы невелик и ее за­ пуск осуществляется через каждые 0,1 с, то разместить программу целесообразнее всего в оперативном ЗУ. На­ чальные ячейки ЗУ обычно занимаются программой вво­ да и перевода чисел из одной системы счисления в дру­ гую. Полагая, что эти программы занимают 80 ячеек памяти |(т. е. от 0000 до 0079), начинаем размещать про­ грамму с ячейки под номером 0080. Одновременно заме­ ним наименование операций соответствующими обозна­ чениями, принятыми для некоторых трехадресных ЭВМ (например, для ЭВМ «Стрела»).

Данный отрезок программы, состоящий из восьми команд, разместится в ячейках с номерами 0100—0107, 0080—0085 и 0106, 0107. Наличие разрыва в последова­ тельности адресов объясняется тем, что в ячейках с ад­ ресами 0080—0085 размещаются команды для реализа­ ции операций блоков 3 и 4. Предполагается, что коман­ ды той части программы, которая требуется для выпол­ нения операций, перечисленных в блоках 5—7, могут быть размещены в ячейках с адресами 0086—0105. Ис­ ходные данные разместятся в ячейках 0108—0110, кон­ станты в ячейках 0111—0116, а окончательные и про­ межуточные результаты — в ячейках с номерами 0117 и 0118 соответственно. Законченная программа в дейст­ вительных адресах записывается в виде табл. 2.4.

1/10

Т а б л и ц а 2.4

Записанная в таком виде «программа может быть пе­ ренесена на перфоленту или перфокарты и с помощью одного из внешних устройств занесена в оперативную память ЭВМ для отладки.

Размещение рабочей программы в оперативном ЗУ показано на рис. 2.316. Следует сказать, что в реальных программах адреса записываются не в десятичной, а в восьмеричной системе счисления.

■Отладка п р о г р а м м ы . Завершающим этапом разработки программы является ее отладка. Этот про­ цесс позволяет выявить и исправить ошибки, допущен­ ные в предыдущих процессах программирования. В прос­ тейшем случае отладка программы может производить­ ся в так называемом нокомандном режиме. При работе

1М

граммы становятся очевидны большие трудности, стоя­ щие на пути создания программ. В настоящее время су­ ществуют системы управления и обработки данных, про­ граммы которых состоят из десятков и даже сотен тысяч команд. Так, например, в системе управления обработ­ кой данных и коммутации сообщений американской кор­ порации «Белл» ЭВМ центра системы имеет про­ грамму, 'которая включает ib себя примерно 250 000 команд. Подготовка подобной программы длится нес­ колько лет при участии большого коллектива програм­ мистов и наличии четкой организации труда.

Уменьшение доли ручного труда в процессе програм­ мирования достигается применением алгоритмических языков. Алгоритмический язык — это средство, позво­ ляющее автоматизировать процесс перехода от блоксхемы алгоритма к рабочей программе. Составление ра­ бочей программы осуществляется на ЭВМ. При этом необходимо выполнить два условия: во-первых, блоксхему алгоритма программы представить в виде, удоб­ ном для ввода в ЭВМ, т. е. написать ее на алгоритми­ ческом языке; во-вторых, ЭВМ должна иметь специаль­ ную программу (транслятор), с помощью которой алго­ ритмический язык будет переработай машиной ;в после­ довательность команд, т. е. в рабочую программу.

Объем работ, выполняемых на отдельных этапах со­ ставления программы обычным способом и при исполь­ зовании алгоритмического языка, показан на рис. 2.32.

113

Как видно, применение алгоритмического языка позво­ ляет автоматизировать 40—60% труда, затрачиваемого на 'составление программы.

Алгоритмические языки часто называют входными языками. В настоящее время известно несколько ма­ шинных языков. Наиболее распространенным из них считается АЛГОЛ-60. Это универсальный язык, позво­ ляющий 'составлять .программы для решения на ЭВМ широкого круга математических, логических, инженер­ ных задач но управлению производством и т. д. Из этого типа языков наиболее известными являются АЛГОЛ-68, ФОРТРАН, ПЛ-1 (для решения вычислительных задач), КОБОЛ |(для задач обработки данных), СНОБОЛ (для машинного анализа текстов), СИМУЛА (для решения задач моделирования сложных физических процессов) и АКИ (для решения инженерных вычислительных задач).

На базе АЛГОЛ-60 строятся и машинно-ориентиро­ ванные алгоритмические языки. Такие языки позволяют наилучшим образом составлять программу на ЭВМ оп­ ределенной конструкции. Машинно-ориентированные языки называют также автокодами или мнемокодами. Записанный на этом языке технологический алгоритм называется АЛГОЛ-программой.

Правила представления технологического процесса на алгоритмических языках довольно сложные. Некото­ рое представление о виде технологического алгоритма, записанного на языке АЛГОЛ-60, можно получить из приведенного ниже вычисления уже знакомой нам функ­

ции а = У А Р + В для одного из значений t. Эта запись выглядит следующим образом:

begin real А, В, t, tu a; t i : = Axt\2-rB\

а : = tifi(il/2); STANDAR D(ct); end.

Два первых слова обозначают начало процесса трансляции алгоритма^ систему команд ЭВМ и указы­ вают, что величины, с'которыми производятся операции (А, В, ..., а), являются числами целыми. Знак «;», стоя­ щий после символа а, говорит об окончании первого блока АЛГОЛ-программы. В следующем блоке задает­ ся порядок вычисления подкоренного выражения, услов­ но обозначенного t\= Atz+B, причем знак «|» обозначает возведение в степень. В третьем блоке осуществляется извлечение квадратного корня из ti, а в последнем блоке стоит условное обозначение печати результата вычис-

114

лоипя, после которого стоит сигнал окончания процесса трансляции.

П о н я т и е о с и с т е м е - м а т е м а т и ч е с к о г о

пить к созданию рабочих программ. Такие программы называются базовыми программами, а вся их совокуп­ ность называется базовым математическим обеспече­ нием. В 'Состав базового математического -обеспечения входят программы ввода и вывода информации с внеш­ них устройств, входящих в комплектацию данной ЭВМ, программы проверки исправности основных устройств ЭВМ и т. д. Базовое математическое обеспечение по­ ставляется заводом вместе с машиной.

Установив у себя ЭВМ, потребитель использует ба­ зовые программы и начинает разрабатывать программы специального назначения. При этом, учитывая большую сложность разработки -программ, у потребителя возни­ кает естественное 'стремление использовать в своих ра­ бочих -программах уже существующие подпрограммы. Эти подпрограммы могут являться частями программы' 'совершенно другого назначения. Однако, чтобы найти такие подпрограммы, нужно иметь обширную информа-

•цию -о работах, про водимых в других 'Организациях. По­ этому для облегчения поиска готовых, нужных для раз­ работчиков 1подпропра1мм, -создаются фонды .алгоритмов и программ. -Совокупность алгоритмов и программ всех типов, 'созданных для решения разН'Ообр'аэН'Ых задач на ЭВМ одной -серии, называется математическим обеспе­ чением ЭВМ.

Для улучшения организации вычислительных работ, снижения их стоимости и трудоемкости Государственный Комитет Совета Министров СССР /по науке и технике апециальн-ым постановлением от 21 февраля 1966 г. при­ нял решение о -создании и развитии Государственного фонда алгоритмов in программ (ГФАП). Постановлением утверждено 'положение о правилах подготошш, контроля и представления программ и алгоритмов в ГФАП, а так­ же инструкция по оформлению материала, представляе­ мого я ГФАП. Согласно постановлению ГФАП стал со­ ставной частью Генерального шра'ючно-информацион­ ного фонда нашей страны.

Фонды алгоритмов и программ позволяют значи­ тельно сэкономить средства при разработке рабочих про­

11US

грамм. Ежегодно ГФАП удовлетворяет около 2 тыс. зая­ вок да алгоритмы и' программы при 'Средней длине 'про­ грамм в 1500 команд. Если учесть, что средняя стоимость подготовки одной команды составляет 3 руб., тогда го­ довая экономия, получаемая при использовании готовых программ фонда, составит 9 млн. руб.

Следует отметить, что разработка программ для ЭВМ является чрезвычайно дорогостоящей операцией, соизме­ римой со стоимостью самих ЭВМ. Объясняется это низ­ кой производительностью труда программистов. За ру­ бежом на разработку математического обеспечения тра­ тится почти столько же средств (30—50%), сколько на разработку самих ЭВМ (50—70%). Так, например, в США из общих расходов на вычислительную технику на

в 1970 г. на математическое обеспечение было израсхо­ довано 7 млрд, долларов при стоимости ЭВМ, выпускае­ мых в этом году, равной 5 млрд, долларов.

2.7

СВЯЗЬ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА С ОБЪЕКТАМИ УПРАВЛЕНИЯ

Сравним комплектацию ЭВМ, предназна­ ченных для решения чисто математических задач (см. рис. 2.23) с ЭВМ, входящих в состав вычислительных комплексов АСУ (см. рис. 2.25). Нетрудно видеть, что ЭВМ автоматизированных систем управления в своем большинстве имеют специальные устройства, с помощью которых осуществляется взаимодействие машины с ка­ налами передачи данных, датчиками, исполнительными механизмами. Поскольку вид сигналов, принимаемых из каналов связи и от датчиков, различен, то также отли­ чен и порядок взаимодействия с ними. Эти вопросы сле­ дует рассмотреть отдельно.

С о п р я ж е н и е ЭВМ с и г н а л а м и с в я з и. Осо­ бенно важную роль играют вопросы сопряжения кана­ лов связи с вычислительными машинами в системах, работающих в реальном масштабе времени. В то же время количество таких систем быстро возрастает. Так,

N 6

90% всей информации, обрабатываемой на ЭВМ (7]. Эта цифра и объясняет то внимание, которое в настоящее

ЭВМ и каналами связи объясняются разницей 'методов передачи информации по линиям связи и между различ­ ными устройствами машины. В основных чертах это от­ личие заключается в следующем:

1. По линиям связи данные в большинстве случаев передаются последовательным кодом, в то время как в вычислительных машинах информация между ее от­ дельными устройствами передается обычно параллель­ ным кодом. Кроме этого, разрядность передаваемых по линиям связи кодовых комбинаций часто не совпадает

сразрядностью машинных слов.

2.Скорости передачи данных по каналам связи и быстродействие ЭВМ сильно отличаются друг от друга. Быстродействие некоторых современных машин дости­

гает 1—5 млн. операций в секунду при тактовой частоте, доходящей до Ш7 Гц, в то время как передача данных в основном производится в диапазоне скоростей от 50 до 4800 бод, иногда достигая нескольких десятков ты­ сяч бод.

3.Синхронизация работы всех устройств машины достигается с помощью единой частоты тактового гене­ ратора. При работе с каналами связи приходится ре­ шать задачу установления побитной и цикловой синхро­ низации с большим числом синхронных и асинхронных каналов связи, работающих от собственных источников синхронизации.

4.Центральное обрабатывающее устройство маши­

ны — процессор — рассчитан на работу с небольшим числом относительно быстродействующих вводно-.вывод- ных устройств, таких, как накопители на магнитных дис­ ках или барабанах, перфоленточным и перфокарточным

оборудованием.

Ввиду перечисленных выше обстоятельств, за исклю­ чением редких случаев, линии к машине подключаются не непосредственно, а через ряд промежуточных уст­ ройств, производящих различные преобразования ин­ формации. Обобщенная схема сопряжения каналов пе­ редачи данных (ПД) с ЭВМ приведена на рис. 2.33.

Для организации взаимодействия двух устройств или каналов связи и устрЪйств необходимо заранее опреде­

Ы7

лить число цепей и .порядок передачи сигналов по ним. В общем случае стыком называется перечень цепей и алгоритм обмена сигналами но этим цепям. Для каж­ дого вида стыка существует свой перечень цепей и по­ рядок передачи сигналов.

,5

Р и с . 2 .33 . О б о б щ е н н а я схе.м а с о п р я ж е н и я к а н а л о в с в я з и с Э В М

Основными вопросами, которые необходимо решать при сопряжении между каналами связи и ЭВМ, явля­ ются :

1)обмен сигналами с телеграфными каналами по це­ пям стыка С1, с модемом по цепям С2 и с устройствами защиты от ошибок (УЗО) по цепям СЗ;

2)первичная обработка информации в аппаратуре сопряжения (АС);

3)обмен информацией между АС и машиной посред­ ством цепей С4.

После того как со второй половины пятидесятых го­ дов на международных связях начала внедряться пере­ дача данных, Международным консультативным коми­ тетом по телефонии и телеграфии (МКК.ТТ) был разра­ ботан ряд стандартов, в числе которых есть стандарты, нормирующие число цепей, параметры сигналов и поря­ док обмена сигналами для стыка типа С1, С2 и СЗ. С учетом рекомендаций МККТТ в нашей стране разра­ ботаны различные виды УЗО и модемы, предназначен­ ные для работы по телеграфным и телефонным каналам.

Наиболее простым по конструкции является стык с телеграфными каналами (стык С1). Здесь для приема и передачи рекомендуется использовать пару цепей. Более сложным является стык с модемом и УЗО. Так, ианри-

118

мер, стык С2 содержит 48 цепей, из которых 35 исполь­ зуются для обмена информацией и 13 для автоматиче­ ского вызова абонента. Однако, как правило, в сущест­ вующих конструкциях модемов используется лишь необ­ ходимый минимум этих цепей. Так, например, в выпус­ каемом нашей промышленностью модеме «Аккорд-1200» используются лишь 17 цепей. Обмен информацией меж­ ду УЗО и АС осуществляется примерно по такому же принципу, как по цепям С2. Однако вследствие того, что в УЗО имеется буферная память, информация передает­ ся позначно, параллельным кодом.

Согласование перечисленных выше разнородных спо­ собов передачи информации по каналам связи и между устройствами ЭВМ осуществляется в настоящее время с помощью АС. В иностранной литературе аппаратуру сопряжения независимо от ее конструкции часто назы­ вают мультиплексором. Не следует ее путать с мульти­ плексным каналом ЭВМ, о котором уже говорилось выше.

Стыком С4 считаются принятые в ЭВМ серии IBM принцип обмена сигналами и номенклатура цепей меж­ ду процессором и оборудованием, управляющим рабо­ той большого числа низкоскоростных внешних устройств. Связь между АС и ЭВМ также может осуществляться через мультиплексный канал.

На рис. 2.34 приведена структурная схема АС, вхо­ дящей в состав ВК, работающего в реальном масштабе времени.

Несмотря на разнообразие принципов построения ап­ паратуры сопряжения при приеме информации из кана­ лов связи, с ее помощью могут выполняться следующие основные операции:

—электрическое согласование каналов связи, моде­ ма и АПД с системой элементов, на которой построена ЭВМ;

—регистрация и накопление первичных элементов сообщений — битов;

—сборка и накопление кодовых комбинаций.

Кроме того, в АС может выполняться ряд вспомога­ тельных операций, таких, как:

—повышение достоверности;

—оценка ‘искажений принимаемых 'Сигналов;

— формирование и анализ сигналов, используемых в системах связи с коммутацией каналов;

119