Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Евреинов Э.В. Цифровые автоматы с настраиваемой структурой (однородные среды)

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

24.10.2023

Размер:

8.98 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2021 / 2421 22 23 24 > Следующая >>>

о р д и н а т ах

объекта

cpi,...

. . . ,

ер; и

исполнительного

устройства

уи

..., ук.

Уп

р а в л я ю щ е е

устройство

со

д е р ж и т

совокупность

функциональных

звеньев,

оператор

к а ж д о г о

из

них

обозначен через А с соот

ветствующими

индексами.

Верхний

индекс

опе

ратора

у к а з ы в а е т

вход

ную

величину,

ниж

ний — порядковый

номер

оператора .

У п р а в л я ю щ е е

воздействие

является сум

мой

выходных

величин

всех

звеньев.

К а ж д ы й

ключевой

элемент

КЭ

коммутирует

один

из пре

дусмотренных к а н а л о в

пе

редачи информации . Воз

м о ж н ы е сочетания

по

Рис.

7-1. Система с переменной

ложений

контактов

1\Э

структурой.

определяют

совокупность

имеющихся

распоряже

нии

фиксированных

структур. Б л о к

изменения

струк

туры

Б И С у п р а в л я е т изменением

структуры

на

осно

ве а н а л и з а всей поступающей на

у п р а в л я ю щ е е

устрой

ство

информации .

Таким

образом,

системах

С П С

возникает необходимость изменения структуры в про цессе управления . Это положение делает перспективным использование ОС д л я реализации управляющего уст ройства в системе автоматического управления с пере менной структурой. Возможность настройки схем в про


цессе решения		задачи	обеспечивается		принципами, за
л о ж е н н ы м и	в основу ОС . П р и м е н е н и е				О С	в автоматике
позволяет	и з б е ж а т ь разработки			большого		числа техни
ческих проектов		С П С	и заменить	этот	тип	разработкой

соответствующих алгоритмов настройки. Единообразие

технического	решения	на	основе ОС	позволяет	свести
к минимуму з а т р а т ы на разработку,				удешевить		стои
мость системы	б л а г о д а р я		массовому	производству		ОС,
расширить диапазон в о з м о ж н ы х структур при					реализа
ции конкретных систем		управления .

202

Одной из в а ж н ы х областей применения ОС являет ся область автоматизации научных исследований, с ко торой тесно связана разработка информационно -изме рительных систем [Л. 7-2].

В информационно - измерительных системах часто тре буется, чтобы в процессе их работы изменялось взаимо действие м е ж д у различными частями системы, менялся

алгоритм работы некоторых	подсистем, изменялись чис
ло и состав средств сбора	и обработки информации .

Решение этих з а д а ч может быть успешно получено при наличии дискретных систем, о б л а д а ю щ и х возможностя ми перестройки своей структуры . В работе [Л. 7-3] опи сан один из подходов к построению таких систем на

принципе

однородных

сред .

Автомат

по переработке информации состоит из

двух основных блоков 5 и Т

(рис.

7-2). Б л о к

является

устройством

управляемой

структурой,

Т — автома

том для настройки, в ко-

тором

в ы р а о а т ы в а е т с я и н

ф о р м а ц и я

об

организации

структуры

автомата

Функции

(от

перемен

ных

Х\, ....

xi,),

которые xH(t)k

нужно реализовать, посту

пают

на

входы

автомата

Т в виде

закодированного

определенным

образом

списка символов. (Пред

полагается,

что

первона

чально функции

з а д а н ы

д. п. ф.)

Функции реали

зуются

последова

тельно по мере поступле

ния списка

Т,

так

что

Рис. 7-2. Автомат R по переработ

к а ж д а я

конъюнкция

(дизъюнкция)

булевых

ке информации.

функций

списка

реализу

ется

при

настройке

структуры

отдельно.

Известен

целый

ряд

задач

логического

управления

автома

тического

контроля

информационно - измерительных

системах,

которых

не

требуется

одновременная

реализация всех имеющихся алгоритмов . Более того, основная часть алгоритмов используется довольно ред ко. Поэтому система, в которой применена микроэлек-

203

т р о н н ая структура с автоматической настройкой в про

цессе	работы, позволяет	последовательно	иа одном и
том	ж е оборудовании	реализовать все	необходимые
функции.
По сравнению с другими подходами			использование

таких перестраиваемых структур позволяет получить выигрыш в сложности, надежности и, кроме того, обес

печить	большую	функциональную		гибкость		системы
в целом.
Основные принципы,			з а л о ж е н н ы е	в основу		построе
ния ОС,	оказываются		т а к ж е полезными		при	создании
сложных	устройств	телемеханики,		гда	т а к ж е	в связи

с возрастанием сложности управления объектом и объ емом получаемой и передаваемой информации возникает

необходимость в построении систем с переменной		струк
турой.
Т а к и м образом,	применение О С в области	автома
тики, телемеханики	и в информационно - измерительных

системах представляется перспективным. -

7-2. П Р И М Е Н Е Н И Е О С В В Ы Ч И С Л И Т Е Л Ь Н О Й Т Е Х Н И К Е Д Л Я С О З Д А Н И Я У Н И В Е Р С А Л Ь Н Ы Х И С П Е Ц И А Л И З И Р О В А Н Н Ы Х М А Ш И Н

Свойство переменности структуры позволяет созда вать в О С в зависимости от потребностей самые разно образные логические структуры универсальных п специ


альных вычислительных машин . Необходимость								резкого
повышения		производительности			и	надежности		вычисли
тельных машин			приводит к естественному				требованию
создавать машины со структурой, наиболее							близко		отра
ж а ю щ е й структуру задачи . П р и					создании		обычных вы
числительных машин оказывается не всегда								экономи
чески	целесообразным			строить	машину,		рассчитанную
на решение одной задачи . Отсюда появляется									стрем
ление	создавать		вычислительные		машины,		рассчитанные
на решение		достаточно		широкого		круга з а д а ч .			Р а з н о

образие классов решаемых задач, различие в специфике применения вычислительных машин в различных об

ластях народного хозяйства				приводят к р а з н о о б р а з и ю
типов	д а ж е	вычислительных машин универсального на
значения, не		говоря	у ж е о	специализированных маши
нах.	Бурный	рост	вычислительной техники приводит

204


т а к ж е	к	тому,	что	в одной	и той ж е области		происходит
обновление парка				вычислительных		машин, причем		часто
д а ж е	может		изменяться		лишь	логическая	структура
машины		при	сохранении		фпзико-технологпческой			осно
вы ее	построения.			Р а з н о о б р а з и е		логической	структуры

вычислительных машин в ы р а ж а е т с я в различии списков выполняемых команд, адресности, разрядности слова, структуры арифметического устройства, структуры памя

ти, структуры	управления процессом вычислений, а так
ж е вводом и	выводом	данных. Достаточно сказать, что за
сравнительно	короткий	период развития	вычислительной
техники появилось три		поколения машин,	к а ж д о е из ко

торых представлено большим числом разнообразных вы числительных машин . Большинство из машин преды дущих поколений п р о д о л ж а ю т функционировать, не смотря на переход к новому поколению машин .

Такое разнообразие структур машин с в я з а н о с боль шими з а т р а т а м и высококвалифицированного труда на

проектирование логической структуры,			а т а к ж е	с	за
т р а т а м и	на изготовление технической документации,				на
производство и н а л а д к у		вычислительных	машин .
При использовании однородных сред о б щ а я				конст
рукция	универсальной	вычислительной	машины	может

быть представлена состоящей из двух частей: устройст ва ввода — вывода данных и собственно ОС с требуемым


числом элементов. В этом случае техническая								разра
ботка, в к л ю ч а ю щ а я			в	себя	проектирование,		изготовле
ние,	н а л а д к у	ОС, может выполняться на единой						основе
д л я	всех д а л е е с о з д а в а е м ы х в ОС					универсальных вы
числительных		машин .		Н а	единой	основе м о ж е т		быть
реализована привязка внешних устройств к ОС .								Р а з л и
чие	работ в	связи с	созданием конкретной				универсаль

ной м а ш и н ы сводится к разработке соответствующей программы настройки и к последующей настройке О С . Таким образом, переход к созданию универсальных вы


числительных м а ш и н на		основе ОС позволяет в принци
пе получить	значительный		экономический эффект	благо
д а р я возможности замены			разработки большого	числа
технических	проектов	м а ш и н при обычных способах

разработкой одного или нескольких проектов, при одно

временном объединении в единый	процесс производства
этих машин в виде ОС .
Не менее в а ж н о й является новая возможность		орга
низации процесса • решения з а д а ч	и потребителя.	При

205

использовании обычных универсальных машин потреби

тель сталкивается с двумя особенностями			организации
вычислений: I) необходимостью постепенного наращи
вания производительности	вычислительных		машин	по
мере роста сложности и числа решаемых		з а д а ч ; 2)		не
обходимостью использования программ,		разработанных
другими потребителями.
П е р в а я особенность при	использовании	обычных		уни

версальных машин приводит к тому, что потребитель постепенно накапливает у себя вычислительные м а ш и н ы различных типов. При этом создается вычислительный центр, с о д е р ж а щ и й разнотипные машины, что требует значительных з а т р а т на техническую и математическую эксплуатации . Особенно большие неприятности вызыва ет несовместимость по математическому обеспечению: программы, разработанные для одной машины, не мо гут использоваться непосредственно для другой. Именно попыткой преодолеть эти трудности явилось создание

концепции ряда машин, совместимых по	математическо
му обеспечению. Однако в этом случае	по - прежнему не

решается полностью проблема технической совместимо сти. П о мере роста потребности в производительности


приходится в ы б р а с ы в а т ь медленную машину						и з а м е н я т ь
ее другой		машиной,	более быстродействующей.
Вторая		особенность		обычных	способов	построения
машин с в я з а н а с			преодолением		больших	трудностей.
К а к	правило, использование программ, разработанных
д л я	других машин,		в	этом случае	возможно	лишь при

создании эффективных трансляторов, позволяющих пе реводить программы на машинный язык, принятый д л я данной машины .

В связи с трудностью решения этой проблемы на практике ограничиваются созданием трансляторов' с об щепринятых языков . Это несколько упрощает проблему, но при этом появляются дополнительные потери на

трансляцию, не говоря у ж е о	том, что сильно возраста
ет сложность математического	обеспечения.

Создание универсальных вычислительных машин на основе ОС позволяет по-новому подойти к решению про

блем,	возникающих у потребителя				в с в я з и с	ростом
сложности решаемых з а д а ч .
П р е ж д е		всего	н а р а щ и в а н и е	производительности			до
стигается путем			н а р а щ и в а н и я	числа	элементов	О С .	П о
мере	роста	числа	элементов в	ОС растут возможности

206

с о з д а н ия все более мощных и совершенных по своей структуре вычислительных устройств. П р и этом в отли чие от идеологии ряда машин н а р а щ и в а н и е производи тельности осуществляется простым присоединением тре

буемой	дополнительной	части элементов О С без какого-
либо выбрасывания оборудования .
Особенно в а ж н о й является возможность непосредст
венного	использования	программ,	р а з р а б о т а н н ы х дру

гими потребителями. П р и необходимости использования таких программ структура О С м о ж е т быть настроена с помощью программы настройки « а реализацию той


структуры	универсальной машины, д л я которой								была
разработана эта			программа .
Таким образом, потребитель д о л ж е н иметь у себя
библиотеку	п р о г р а м м			настройки		ОС	на	требуемые
структуры	универсальных				машин,	а т а к ж е		библиотеку
программ,	написанных			на я з ы к а х		этих машин . П р и				ре
шении з а д а ч и		в	О С вводится сначала п р о г р а м м а							на
стройки, а	затем программа решаемой з а д а ч и и исход
ные данные .
Применение		О С д л я		создания универсальных					машин
позволяет	резко		увеличить		разнообразие			с о з д а в а е м ы х
универсальных		машин,		структура		которых		может		при
б л и ж а т ь с я	к структуре			решаемой		задачи,	и тем		самым

увеличивать эффективность использования универсаль ной машины .

При создании универсальных машин на основе О С делается весьма перспективным осуществление распре деленных вычислительных систем, объединенных м е ж д у собой единой системой связи. В этих условиях стано вится в о з м о ж н ы м хранить в едином месте программы

настройки

ОС

на реализацию

требуемых

машин,

обоб

щ а т ь

опыт

по

р а з р а б о т к е

использованию структуры

универсальных

машин

различными

потребителями .

случае

необходимости

по

запросу

потребителя

ему

м о ж е т

быть

передана

и н ф о р м а ц и я о

структуре

маши

ны,

т а к ж е

п р о г р а м м ы

р е ш а е м ы х

на

этой

машине

з а д а ч .

Одной из

в а ж н ы х

особенностей применения

ОС

д л я

создания универсальных машин является возможность постепенного обновления элементов по мере появления элементов на новых физических принципах, с более удачной логической структурой и т. п. Д е л о в том, что структура О С может быть з а д а н а в таком виде, что она

207

будет позволять подключение элементов различной фи зической природы при минимуме ограничений на их

структуру. В		частности,	если	ОС будут подключаться
друг	к другу	достаточно	большими		б л о к а м и ,	то в ка
честве	ограничений могут		быть	з а д а н ы	уровни	сигналов,

число выводов и т. п. только для выходных узлов этих

блоков. Это позволяет,				н е " н а р у ш а я		структуру			О С		в це
л о м , постепенно производить					замену		частей		структуры
по мере морального старения элементов ОС										подобно
тому,	как это	имеет место			в системах			связи .			Т а к и м
•образом, д а ж е		приведенный д а л е к о				не	полный			перечень
особенностей построения				универсальных				машин		на	осно
ве ОС	показывает		перспективность			и		важность			этого
направления .
Е щ е в большей мере возрастает важность ОС при
использовании		их	для	создания		специализированных

вычислительных машин . Основным достоинством специ ализированных машин является резкое повышение про изводительности при решении определенной задачи или класса задач, для которых и с о з д а в а л а с ь эта машина . К р о м е того, специализированная машина может быть

сделана более простой и надежной .				П о в ы ш е н и е	произ
водительности		в	специализированной	м а ш и н е	достига
ется	за счет	параллельного выполнения операций и за
счет	перехода	от	алгоритмической модели вычисления

к структурной модели. Это позволяет одновременно вы полнять операции на разных устройствах, исключать з а т р а т ы времени на выборку команд, организацию цик лов, проверку условий и т. д.

О д н а к о специализированным вычислительным маши нам присущ характерный недостаток: высокая произво

дительность и эффективность				достигаются			только д л я
конкретной	задачи	или	к л а с с а задач,			д л я		решения
которых эта м а ш и н а		предназначена .			Б о л е е		того,		часто
специализированная		машина		вообще	не	м о ж е т			решать
другие задачи .
Это приводит к тому, что в связи					с большим				разно
образием решаемых		з а д а ч приходится			р а з р а б а т ы в а т ь и
создавать	огромное	число	специализированных					машин .

Особенностью специализированных машин я в л я е т с я то, что их применение характеризуется высокой динамич ностью.

П о	мере изменения класса решаемых з а	д а ч	необхо
димо	изменять специализированную машину .	П р и	созда -

208

нии специализированных машин па обычной основе это

•приводит 'К тому,		что	старая		специализированная			маши
на выбрасывается, а			взамен		ее приходится		р а з р а б а т ы
вать новую	машину.
Специализированные				машины несмотря на указан
ный недостаток получили				довольно широкое			распростра
нение. Они	используются			для	-моделирования обучаемых
автоматов	со сложной			структурой,		для	о б н а р у ж е н и я
сигналов на	фоне	помех,		для	создания	цифровых		систем
управления,	для	управления			технологическими и			други

ми производственными процессами, для решения навига

ционных	з а д а ч	и т. п. К а к	правило, использующиеся на
практике	специализированные			машины характеризуются
очень простой		структурой:	в	них реализуются вычисле

ния по небольшому числу формул. Н о от них требуется высокое быстродействие, поскольку многие специализи


рованные вычислительные				устройства д о л ж н ы	работать
в реальном		м а с ш т а б е	времени.
Не	менее	трудной стороной создания специализиро
ванных	вычислительных		машин является техническая сто
рона.	Здесь	для к а ж д о й		специализированной	машины

требуется выполнить все этапы разработки и изготовле ния. С появлением интегральных схем создание разно образных структур специализированных машин на их основе, проверка готовых схем вызывают особенно боль шие трудности.

Применение ОС для создания специализированных машин позволяет преодолеть в значительной мере ука занные трудности и получить качественно новые резуль таты. П р и использовании ОС потребитель может путем

настройки	ОС з а д а в а т ь структурную				схему	требуемой
•специализированной		машины,	а	после	того	к а к	потреб
ность в ней	исчезнет,	перейти	к	созданию другой			маши

ны путем перестройки ОС . Это позволяет согласовать требования высокой производительности специализиро ванной машины с требованием экономичности. Вместе •с тем возможность изменения структуры в процессе ре шения задачи позволяет реализовать новые классы специализированных машин, д л я работы которых х а р а к терно наличие изменяемых алгоритмов .


Применение	О С		для	создания	специализированных
и универсальных	машин			позволяет т а к ж е объединить на
единой технической		основе разработку комбинированных
систем, состоящих		из	универсальных		машин и цифровых

14-235

209

интеграторов, настольных счетных машин, а	т а к ж е
позволит перейти к построению единой системы	цифро
вых -моделей,, предназначенных для структурного	моде
лирования с а м ы х разнообразных задач .

7-3. П Р И М Е Н Е Н И Е О С Д Л Я Р Е А Л И З А Ц И И С Т Р У К Т У Р Н Ы Х М О Д Е Л Е Й

Одной из перспективных областей применения О С

является использование их в качестве

моделирующих

устройств. Моделирующие

устройства

нашли

широкое

применение в аналоговой технике. Их

достоинства

за

ключаются в том, что благодаря

структурному представ

лению

решаемой

задачи

на м о д е л и ' существенно упро

щ а е т с я

процесс з а д а н и я метода решения

задачи,

а т а к ж е

ускоряется

решение

по

сравнению

универсальными

машинами .

Простота

з а д а н и я

метода

решения

задачи

позволяет изменять схему решения в ходе

моделирова

ния. В а ж н ы м обстоятельством

является

то, что

благода

ря структурному

представлению

м о ж н о н а б л ю д а т ь

за

.особенностями поведения

элементов

модели,

следова

тельно, и элементов объекта моделирования в зависимо сти от изменения параметров .

. Перечисленные достоинства структурного •моделиро

вания позволили аналоговым устройствам занять	в а ж
ное место в вычислительной технике.
Появление О С позволяет применить принцип	струк

турного моделирования д л я решения широкого класса задач . В практике при создании конкретных устройств автоматики, систем управления, устройств связи, специа лизированных машин и автоматов возникает необходи мость в физическом моделировании этих устройств перед их запуском в производство.

Т а к о е моделирование позволяет предусмотреть осо бенности производства автоматов и специализированных машин, исследовать их свойства в р е ж и м е работы с ре альными объектами, устранить ошибки проектирования и т. д..

В а ж н ы м обстоятельством при структурном модели ровании является возможность оценки сложности реа

лизации	данного варианта		устройства	или	машины .
Б л а г о д а р я	принципу	переменности структуры в ОС мож
но з а д а в а т ь структурные модели самых				разнообразных
специализированных		машин	и устройств	без	больших

210


з а т р а т		времени. Это позволяет путем					перебора возмож
ных	вариантов			устройств	находить		рациональную				и,
может		быть,	оптимальную		структуру		в	соответствии
с заданными			критериями .
О б щ а я схема моделирующей системы								на	ОС,	пред
назначенной			для; моделирования			структуры			автоматов
и	специализированных устройств,						представлена				па
рис.	7-3.
Основную часть моделирующей системы составляет
однородная среда. В, связи					с тем, что количество						эле
ментов		среды,		необходимых	д л я	моделирования				данной

структуры автомата или машины, может меняться в за^ висимости от сложности моделируемого автомата, д о л ж

на быть		предусмотрена					возмож
ность •наращивания						среды		путем
подключения блоков. П р и исполь
зовании		среды		в	моделирующей
системе		ограничения				на	избыточ
ность могут быть ослаблены в
связи	с	тем,	что	на		одной		и	той
ж е ОС могут решаться многие									за
дачи.	Чем б о л ь ш е				разных			задач
будет	решаться			на	моделирующей
системе, тем б о л ь ш е может быть
допустимая			избыточность						при
реализации			схемы			данного			кон	Ввод	Вывод\
кретного		устройства.
Устройства ввода и вывода по										Рис. 7-3. Схема модули
зволяют вводить требуемую струк										рующей системы	на ОС.
туру	модели		и изменять				в ней		па

раметры . Структура модели и процессы обработки инфор-

• мации в ней	выводятся на устройство о т о б р а ж е н и я .		С по
мощью устройства связи с объектом		осуществляется	взаи
модействие	модели, реализованной	в среде, с каким - либо

внешним объектом. В качестве одного из возможных вариантов моделирующей системы целесообразно исполь зовать систему .из небольшой универсальной вычисли тельной машины и однородной среды. 'В этом случае ввод, вывод информации, настройка среды на реализа цию заданной структуры, отображение структуры на экран с помощью графического устройства могут быть выполнены в универсальной мини-машине. В связи с тем

что универсальная	машина используется д л я вспомога
тельных целей, она	может быть достаточно простой, т а к
14*	211

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2021 / 2421 22 23 24 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ