книги / Надежность и диагностика технологических систем

действия над операндами производятся последовательно разряд за разрядом, начиная с младшего. В параллельных АЛУ все раз­ ряды операндов обрабатываются одновременно;

2)виду обрабатываемых чисел АЛУ могут производить опе­ рации над двоичными числами с фиксированной или плаваю­ щей запятой и над двоично-десятичными числами;

3)организации действий над операндами различают блочные

имногофункциональные АЛУ;

4)структуре АЛУ бывают с непосредственными связями и мно­ госвязными. В последних входы и выходы регистров приемни­ ков и источников информации подсоединяются к одной шине.

Анализ технических возможностей и выбор интерфейсов. Устройство вычислительной системы соединяются друг с другом

спомощью унифицированных систем связи, называемых интер­ фейсом. Таким образом, интерфейс представляет собой систему

шин, согласующих устройств и алгоритмов, обеспечивающих связь всех частей ЭВМ между собой. По своему назначению шины могут быть следующих типов: шина системная; шина данных; шина управления; шина адреса.

От характеристик интерфейса зависит быстродействие и на­ дежность ЭВМ. Интерфейс должен быть стандартизован, чтобы обеспечивать связь процессора и оперативной памяти с любым ПУ. Необходимое преобразование формата данных должно про­ изводиться в ПУ.

Выделяют следующие типы интерфейсов:

1.Интерфейс ОЗУ, через который производится обмен дан­ ными между ОЗУ и процессором, между ОЗУ и каналами вво­ да-вывода. Интерфейс быстродействующий. Информация через него передается словами и полусловами.

2.Интерфейс с процессором, через который происходит об­ мен информацией между процессором и каналами ввода-вывода. Ведущий элемент — процессор, исполнитель — каналы. Интер­ фейс является быстродействующим. Обмен информацией про­ исходит словами и полусловами.

3.Интерфейс ввода-вывода производит обмен информацией между каналами ввода-вывода и устройствами управления ПУ. Обмен информацией производится байтами. Его быстродействие меньше, чем у первых двух типов.

4.Интерфейс периферийных аппаратов (ПА), через который происходит обмен информацией между устройствами управления

432 13. Комплексная диагностика ТС на стендах АСНИ

и самими ПА. Интерфейс не может быть стандартизован, так как ПА очень разнообразны.

При односвязном интерфейсе общие для всех устройств шины используются всеми устройствами, подключенными к данному интерфейсу, на основе разделения времени.

При многосвязном интерфейсе одно устройство связывается с другими по нескольким независимым магистралям. Односвяз­ ный интерфейс применяется в микроЭВМ, а многосвязный — в больших ЭВМ. Многосвязный интерфейс характеризуется тем, что каждое устройство снабжается одной выходной магистралью для выдачи информации и несколькими входными — для прие­ ма информации от других устройств. Такая структура повыша­ ет уровень надежности. При неисправности какой-либо входной шины или сопряженных с ней согласующих устройств оказыва­ ется отключенным только одно ПУ. Интерфейс автоматически определяет неисправное ПУ и выбирает исправные и незанятые магистрали.

МП в зависимости от заданной программы выбирает последо­ вательность опроса датчиков, т.е. вырабатывает управляющие сигналы обмена информацией по выбранному каналу и осуще­ ствляет сбор и обработку данных.

По цифровому каналу связи сигнал может передаваться па­ раллельно или последовательно. Параллельная передача циф­ рового сигнала требует отдельной линии для каждого разряда, но является более быстродействующей. При последовательной передаче цифровые сигналы передаются последовательно, по од­ ной линии связи.

По способу передачи информации во времени интерфейс мо­ жет быть синхронный и асинхронный. Синхронный интерфейс выполняется с постоянной временной привязкой, а асинхрон­ ный — без таковой. При синхронной передаче данных синхро­ низирующие сигналы МП задают временной интервал, в течение которого считывается информация одного датчика. Временной интервал определяется наибольшим временем задержки в систе­ ме передачи данных и максимальным временем преобразования аналогового сигнала в цифровой. Асинхронная передача данных характеризуется наличием управляющих сигналов: «Готовность к обмену», «Начало обмена», «Конец обмена», «Контроль обмена». При такой организации обмена автоматически устанавливается

рациональное соотношение между скоростью передачи данных

ивеличинами задержки сигналов в канале связи.

ВАСД используются микроЭВМ с последовательным или па­ раллельным многосвязным интерфейсом. При многосвязном интерфейсе одно устройство связывается с другими по несколь­ ким независимым магистралям.

Обмен данными между оперативной памятью и периферий­ ными устройствами. Существует два способа обмена данными.

1.Программно-управляемый. В этом случае передача данных от ПУ в память и обратно производится через МП в соответствии

смикропрограммой, записанной в ОЗУ. Дешифратор определя­

ет номер ПУ, с которым будет происходить обмен данными в со­ ответствии с программой (рис. 13.4). Мультиплексор передает данные от одного из ПУ соответствующего номера через МП в ОЗУ. После того как дешифратор определил номер ПУ и МП послал запрос об обмене данными, МП ждет сигнала готовности от ПУ. Демультиплексор передает данные из ОЗУ на одно из ПУ.

Рис. 13.4. Схема обмена данными между оперативной памятью

ипериферийными устройствами

2.С использованием прямого доступа к памяти (ПДП). При этом МП освобождается от участия в обмене данными. ОЗУ свя­ зывается с МП и с аппаратурой, руководящей обменом данных, разными шинами. Обменом данными полностью управляют

спомощью аппаратных средств. Инициатором обмена данными являются ПУ, которые посылают запрос об обмене данными на

флажок запроса ПДП (рис. 13.5). Флажок запроса активизирует блок ПДП, который посылает в память сигнал чтения или записи

иопределяет ячейку ОЗУ, где начнется обмен данными. Блок ПДП посылает эти сигналы, после того как получит от МП сигнал подтверждения. «Регистр данных» передает данные из ОЗУ в ПУ

иобратно.

Рис. 13.5. Схема обмена данными с использованием прямого доступа к памяти

При ПДП процессор освобождается от управления операциями ввода-вывода и может параллельно выполнять основную програм­ му. ПДП обеспечивает более высокое быстродействие и произво­ дительность ЭВМ. Мультиплексор — быстрое переключение по программе одного из 32 каналов при однопроводном соединении или 16 каналов при двухпроводном соединении на общий выход, сопряженный с входом АЦП, цифрового вольтметра или другого приемника (см. рис. 13.1).

Специализированные устройства интерфейса для структуры АСД. К специализированным устройствам интерфейса относятся АЦП, ЦАП, преобразователи кодов. Специализированные устрой­ ства преобразуют информацию к виду, удобному для восприятия данной машиной (это делают АЦП и преобразователи кодов). ЦАП преобразует информацию к виду, удобному для восприятия ПУ (рис. 13.6, а).

Преобразование аналоговой информации в цифровую основа­ но на теореме Котельникова: «Любой аналоговый сигнал может

Рис. 13.7. Суммирование напряжения на операционном усилителе

Таким образом, коэффициент Кп в два раза больше, чем ко­ эффициент K n_i.

Выбор микропроцессора для АСД. Микропроцессор (напри­ мер, МП К580) предназначен для управления процессом выпол­ нения операций и как функциональное устройство ЭВМ характе­ ризуется комплексом параметров и систем: форматом обработки данных и команд, количеством команд, методом адресации дан­ ных, числом внутренних регистров общего назначения (РОН), возможностями организации и адресации стека, параметрами памяти, построением систем прерываний программ, системами ввода-вывода, системами интерфейса (рис. 13.8).

МП К580 — однокристальный, 8-разрядный, основан на прин­ ципе управления жесткой логики, РОН, В, С, D, В, H t L. Уст­ ройство управления и операционная часть реализованы в одном кристалле. Шесть регистров общего назначения и аккумулятор являются программно-доступными, т.е. при написании програм­ мы программист может к ним обращаться.

Регистры — внутренние носители информации МП. Регистр представляет собой совокупность бистабильных устройств (имеют два устойчивых состояния), предназначенных для хранения ин­ формации и быстрого доступа к ней.

Регистры W, Z и буферные являются программно-недоступны­ ми, т.е. они участвуют в выполнении программы, но программист к ним обратиться не может. РОН являются 8-разрядными. Если операции совершаются над 16-разрядными операндами, то РОН

-БУФЕР ДАННЫХ

Шина собственно микропроцессора (внутренняя шина данных)

Рис. 13.8. Основные элементы микропроцессора:

W , Z, Ву Су D, Еу Н, L, SP, PC, РА — регистры

объединяются попарно. Регистры указателя стека, счетчик ко­ манд и регистр адреса являются 16-разрядными. Указатель сте­ ка содержит номер верхней занятой ячейки стека. При записи информации в стек содержимое указателя стека уменьшается на 1, а при считывании — увеличивается на 1. Регистр адреса служит для передачи в ОЗУ содержимого счетчика команд через шину и буфер адреса.

Система и алгоритм сбора данных на базе МП К580 (без ЦАП). Система предназначена для последовательного опроса восьми ана­ логовых датчиков и передачи информации в ОЗУ. Опрос датчиков преобразования аналоговой информации в цифровую и запись ин­

формации в ОЗУ производятся под управлением МП (см. рис. 13.8). Принцип опроса датчиков следующий.

Номер опрашиваемого датчика формируется в РОН (в 8-раз- рядном регистре В). В пяти старших разрядах записываются единицы, а в трех младших — номер датчика. В регистре В за­ писывается число в шестнадцатеричной системе счисления. При опросе каждого датчика содержимое регистра В увеличивается на 1, а при опросе последнего в регистре записывается соответст­ вующее число и при добавлении следующей «единицы» регистр В обнуляется.

Рис. 13.9. Схема преобразования аналоговой информации в цифровую:

Во, I>i — датчики; УВВх, УВВ2 — устройства ввода-вывода

Допустим, что первая занятая ячейка ОЗУ имеет номер в ше­ стнадцатеричной системе и в нее будет помещен результат опроса 1-го датчика с номером ООО. Через аккумулятор и шину данных номер датчика подается на устройство вывода (УВх), которое пе­ редает номер на коммутатор (рис. 13.9). Последний опрашивает нужный датчик и передает на АЦП аналоговый сигнал, который преобразует его в цифровой и посылает на устройство ввода-вы­ вода (УВВх). Если в первом такте импульсной последовательно­ сти МП передает номер датчика, то во втором такте он ожидает прихода сигнала окончания преобразования от АЦП. Сигнал окончания, равный 1, передается через шину данных УВВ2 в ак­ кумулятор, который проверяет наличие этого сигнала операцией циклического сдвига вправо.