Аппаратуры сопряжения

Радиоинженер может быть специалистом как по проектированию и производству радиоэлектронной аппаратуры различного назначения, так и по ее эксплуатации. Это назначение аппаратуры может быть разным не только по областям применения радиоэлектроники, но и по видам человеческой деятельности

создания аппаратуры различного назначения, т. е. расширение области использования типовых решений.

В микроэлектронике возникает противоречивая, чуть ли не парадоксальная ситуация: чем выше технологический уровень производства и чем выше искусство создания конструкций интегральных микросхем, тем более сложные в функциональном отношении микросхемы можно изготовить, тем более специализированными (менее универсальными) они становятся и тем большее количество (номенклатуру) их надо спроектировать и изготовить для создания микроэлектронной аппаратуры различного назначения. При этом, естественно, объемы производства каждой специализированной микросхемы будут сравнительно небольшими. Если учесть, что только разработка такой микросхемы занимает несколько месяцев, а налаживание ее производства — годы, то ситуация может показаться безвыходной.

Комплексная микроминиатюризация позволяет разрабатывать РЭА всех классов с преимущественным применением ИМС. Анализ каждого из классов РЭА показал, что для реализации конкретного типа аппаратуры различного функционального назначения — от простейших бытовых приборов до сложных комплексов — требуются определенные типы и классы схем, как показано в табл. 1.1.

При изготовлении приборных жгутов аппаратуры различного назначения применяют широкую гамму монтажных проводов, отличающихся материалом изоляции. Для жгутов сильноточных приборов (блоки питания, релейно-коммутационные устройства, стойки управления стационарных комплексов и др.) используют провода марок МГВ, МГВЭ, МПКМУ, МГВСЛ в полихлорвиниловом пластике, МШВ, МГШВ, МГШВЛ, МГШВЭВ в пленочной полихлорвиниловой изоляции с волокнистой триацетатной оболочкой, МГТЛ с лавсановой изоляцией и ряд других.

ИМС являются элементной базой для разработки радиоэлектронной аппаратуры различного назначения (цифровой, аналоговой и комбинированной — аналого-цифровой). Для построения устройств дискретного или аналогового типов необходимы не отдельные ИМС, а функционально полные системы (серии) микросхем. Поэтому элементную базу микроэлектронной аппаратуры составляют серии ИМС — совокупность типов микросхем, выполняющих различные функции, имеющих единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначенных для совместного применения в, аппаратуре.

Интегральные микросхемы являются элементной базой для разработки радиоэлектронной аппаратуры различного назначения (цифровой, аналоговой и комбинированной — аналого-цифровой). Для построения различных устройств дискретного или аналогового типа необходимы не отдельные микросхемы, а функционально полные системы (серии) микросхем. Поэтому элементную базу микро-электронной аппаратуры составляют серии интегральных микросхем — совокупность микросхем, выполняющих различные функции, имеющих единую конструктивно-технологическую основу и предназначенных для совместного применения в аппаратуре.

Разработка и производство больших и сверхбольших интегральных микросхем (БИС и СБИС) в значительной степени изменили подход к созданию радиоэлектронной аппаратуры различного назначения. Большие и сверхбольшие интегральные микросхемы многократно увеличивают плотность монтажа радиоэлектронной аппаратуры и не могут рассматриваться как совокупность множества полупроводниковых приборов и других элементов, а являются едиными функционально законченными устройствами, возможности которых неограниченны.

Наряду с необходимостью преодоления теплового барьера тогда же возникла настоятельная необходимость преодоления барьера надежности. Использование новых агрегатов и бортовых систем, введение бортовой электронной аппаратуры различного назначения — все это намного расширило технические возможности сверхзвуковой авиации, но вместе с тем существенно усложнило конструкции самолетов. Сложные многоэлементные конструкции оказывались менее надежными, чем значительно более простые конструкции, характерные для авиационной техники более ранних периодов.

3.3. Для защитного заземления электромедицинской аппаратуры различного назначения следует применять одно общее заземляющее устройство. Допускается устройство отдельного контура рабочего заземления, если это необходимо для нормальной работы высокочувствительных регистрирующих приборов, например энцефалографов, т. е. для устранения наводок, маскирующих полезный сигнал при снятии биопотенциалов.

3.4. Сопротивление заземляющего устройства, используемого для заземления электромедицинской аппаратуры различного назначения, должно удовлетворять требованиям к заземлению той аппаратуры, для которой необходимо наименьшее сопротивление заземляющего устройства. Например, при использовании общего заземляющего устройства для защитного заземления рентгеновских и физиотерапевтических аппаратов сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом.

В центрах КС имеется две разновидности запоминающих устройств ЗУ—оперативная и внешняя память. Оперативная память используется для промежуточного накопления небольших массивов информации — блоков или сообщения целиком в устройстве обмена аппаратуры сопряжения, а также для хранения части программ математического обеспечения центра, связанных с процессами приема и передачи сообщения.

Передача сообщений. Функции передачи информации из центра КС в канал связи, как и прием данных, возлагаются на аппаратуру сопряжения. При передаче блок вывода сопрягающего устройства получает от управляющего устройства сигнал об окончании передачи предыдущего сообщения и о начале передачи сообщения, стоящего первым в очереди на данное направление. В соответствии с принятым в данной сети форматом вначале передается служебная информация, определяющая начало сообщения, затем заголовок, информационная часть и т. д. В конце сообщения передается соответствующая управляющая информация, включающая набор служебных признаков, необходимых для следующего центра коммутации, и признак конца сообщения. Что касается операций над кодовыми комбинациями, выполняемых непосредственно при передаче информационной части (считывание из внешней памяти в оперативную, позначное считывание из ОЗУ в регистры аппаратуры сопряжения, побитное считывание из регистров, преобразование уровней), то они реализуются аналогично операциям на приеме, но в обратном порядке.

Анализ принципов построения ЦКС и функций, выполняемых, им в сети связи, позволяет определить его основные характеристики, задаваемые на этапе проектирования: пропускную способность или производительность, число каналов связи, подключаемых к центру, их тип и скорости передачи, надежность ЦКС, тип центрального процессора и аппаратуры сопряжения.

ЦКС. Появление аппаратуры сопряжения в ЦКС было вызвано невозможностью организации непосредственного взаимодействия линий связи с вычислительными машинами, поскольку методы передачи и обработки электрических сигналов в системах и каналах связи, с одной стороны, ив ЭВМ — с другой, существенно отличаются друг от друга. Как отмечалось выше, эти отличия связаны со способом передачи (в каналах — последовательный код, _в машине — параллельный), величиной уровней сигналов (в каналах — десятки вольт двухполярного напряжения, в узлах ЭВМ — единицы вольт однополярного напряжения) и размерами информационных блоков (в каналах — пяти- или семиэлементные кодовые комбинации или группы кодовых комбинаций, дополненные помехоустойчивыми элементами, в ЭВМ — машинные слова). Имеется еще ряд причин необходимости введения сопрягающего устройства в ЦКС. Так, скорости передачи сигналов по каналам связи и между узлами ЭВМ значительно отличаются. В телеграфных каналах скорости передачи 50, 100, 200 Бод, в телефонных — 600, 1200 и 2400 бит/с. В широкополосных трактах, число которых сравнительно невелико, скорости передачи составляют несколько десятков тысяч Бод. В то же время при внутрима-шинном обмене скорости передачи сигналов могут достигать 106 — 107 бит/с даже в машинах со сравнительно невысоким быстродействием (100—200 тыс. операций в секунду), что объясняется параллельным способом передачи многоразрядных машинных слов. При несогласованности скоростей процессор центра будет простаивать в ожидании поступления сообщения из канала связи и его производительность будет падать.

Классификация аппаратуры сопряжения. В ЦКС используются различные типы сопрягающих устройств в зависимости от требований, предъявляемых к аппаратуре связи и к центру в целом, технических характеристик центрального процессора, числа и типа каналов, подключаемых к центру коммутации, технико-экономических требований и т. д.

На 4.5 приведена одна из возможных классификаций аппаратуры сопряжения по следующим признакам: типу каналов связи, способу построения, способу обмена информацией между блоком сопряжения и центральным процессором и типу приемопередающего устройства [32].

Разделение аппаратуры сопряжения по первому признаку не требует пояснений. Рассмотрим более подробно оставшиеся классификационные признаки.

4.5. Классификация аппаратуры сопряжения ЦКС

Способ построения аппаратуры сопряжения. Как было определено выше, АС выполняет функции приема информации из канала связи и передачи информации в канал. В § 4.4 приводится перечень операций, реализуемых аппаратурой сопряжения в процессе приема и передачи. Анализ этих операций показывает, что большинство из них может быть выполнено вычислительной машиной центра, что позволяет сделать аппаратуру сопряжения весьма простой, но приводит к большой загрузке центрального процессора. Вместе с тем можно возложить выполнение большинства операций по приему и передаче на систему сопряжения, сделав ее достаточно сложной; при этом центральный процессор разгружается, и появляется возможность использования его для других целей, например для решения сложных задач.

В настоящее время существует тенденция к усложнению аппаратуры сопряжения. В связи с этим возникает следующий вопрос: на каком принципе должа быть построена АС — аппаратном, программном или комбинированном? Сравнение вариантов построения аппаратуры сопряжения по рассматриваемому классификационному признаку аналогично сравнению, произведенному в § 4.2 для способов построения системы управления ЦКС. Выводы о достоинствах и недостатках рассмотренных выше вариантов распространяются и на варианты построения сопрягающих устройств.

Тип приемопередающего устройства аппаратуры сопряжения. Приемопередающие устройства блока могут быть реализованы как в виде набора индивидуальных схем, закрепленных за каждым каналом, так и в виде одного группового устройства. Схемы первого типа являются по отдельности весьма простыми в реализации; приемопередающий блок характеризуется значительной аппаратурной избыточностью, что определяет высокую надежность аппаратуры сопряжения. Повреждения в индивидуальных лриемниках и передатчиках приводят к уменьшению пропускной способности центра, но не к выходу его из строя. К недостаткам индивидуального способа реализации приемопередающих устройств относятся громоздкость аппаратуры сопряжения и ограничения, определяемые жесткой логикой. Для второго варианта построения приемо-передающего блока характерны в целом простая реализация и, что особенно важно, возможность выполнения функций приема и передачи на основе программного принципа.