2.Архитектура управляющих цвм

2.1.Требования к цвм в контуре управления. Сравнительный анализ архитектур

Ц ВМ первого и второго (и частично - третьего) поколений не использовались в качестве управляющих, прежде всего, из-за своей высокой стоимости и неприспособленности архитектурных решений для целей управления объектами и системами.

Рассмотрим типичную архитектуру универсальной ЦВМ 3 поколения (ЕС ЭВМ - IBM 360)

Рис. 2.5. Обобщенная структурная схема ЕС ЭВМ

В состав ЕС ЭВМ (Рис. 2 .5) входят, наряду с центральным процессором (ЦП) и памятью, специализированные процессоры ввода/вывода - каналы (до 8), причем селекторные каналы используются для подключения “быстрых” устройств (например, НМД), а мультиплексные - “медленных” (АЦПУ, ЭПМ, перфораторы и т.п.). Центральный процессор ЕС ЭВМ не имеет непосредственной связи с внешними устройствами, обмен с ними осуществляется только через каналы. Такая архитектура позволяет совмещать во времени процессы обработки данных ЦП и ввода/вывода с/на несколько внешних устройств.

ЦП и каналы являются независимыми абонентами оперативной памяти (ОП), причем при возникновении конфликтов ЦП присваивается низший приоритет.

Инициализацию ввода/вывода всегда осуществляет ЦП, который передает в канал команду SIO “Старт ввода/вывода”, содержащую адрес канальной программы. Канал выполняет программу ввода (вывода), написанную заранее в кодах системы команд канального процессора и размещенную в ОП. Параллельно может быть запущено несколько каналов. Завершив программу обмена, канал сообщает об этом ЦП, формируя запрос на прерывание.

В ЕС ЭВМ используются три различных интерфейса:

• интерфейс памяти имеет максимальное быстродействие и обеспечивает приоритетное обслуживание абонентов - ЦП и каналов;

• внутренний интерфейс передает от ЦП каналам команду SIO и сообщения об окончании работы каналов;

• интерфейс ввода/вывода обеспечивает передачу данных, адресов, команд управления и состояний ВУ.

Система команд ЕС ЭВМ включает арифметические операции над числами с фиксированной и плавающей запятой, арифметические и логические операции над полями переменной длины. Числа в формате ФЗ имеют длину 2 или 4 байта, в формате ПЗ - 4 или 8 байт. Поля переменной длины (на которых определены и арифметические операции с десятичными числами) могут иметь длину от 1 до 255 байт.

Описанная выше архитектура ЕС ЭВМ неплохо приспособлена для решения т.н. “планово-экономических задач” и, в меньшей степени “научно-технических задач”¹. Однако использовать подобные системы в контуре управления крайне неэффективно. Действительно, представим себе реализацию с помощью ЕС ЭВМ простейшей управляющей процедуры :

1. прием (байта) состояния внешней среды;

2. обработка полученной информации;

3. выдача (байта) управляющего воздействия.

Обмен информацией с объектом управления осуществляется через каналы, для чего:

1. ЦП анализирует занятость канала, к которому подключено устройство ввода состояния ОУ и передает ему команду SIO, содержащую адрес канальной программы ввода байта в ячейку ОП;

2. канал реализует программу ввода байта в ячейку ОП и сообщает ЦП об окончании процедуры ввода;

3. ЦП читает введенное в ОП значение состояния ОУ и запускает программу обработки, в результате которой байт управляющего воздействия размещается в ячейке ОП;

4. ЦП анализирует занятость канала, к которому подключено устройство вывода управляющего воздействия и передает ему команду SIO, содержащую адрес канальной программы вывода байта на ОУ;

5. канал реализует программу вывода байта на ОУ и сообщает ЦП об окончании процедуры вывода; на этом цикл управления завершается.

Очевидно, что скорость обмена в такой системе управления была бы крайне низкой, а ресурсы ЦП использовались в очень незначительной степени (алгоритмы управления в АСУ ТП, как правило, не требуют представления данных с высокой точностью, а из различных арифметических операций обычно используются лишь сложение/вычитание и сравнение).

При анализе эффективности использования ЦВМ в контуре управления прежде всего необходимо рассмотреть два аспекта:

• соответствие системы команд реализации алгоритмов управления;

• способ связи ЦВМ с внешней средой.

Кроме того следует всегда обращать внимание на такие параметры УЦВМ, как стоимость, надежность, габаритно-весовые характеристики.