Управляющих вычислительных

Упрощенная структурная схема процессора представлена на 9.1. На схеме изображены только его основные части: арифметическо-логическое устройство АЛУ, управляющее устройство (управляющий' автомат) УУ, блок управляющих регистров БУР, блок регистровой памяти (местная память) и блок связи с ОП и некоторым другим, в том числе внешним по отношению к ЭВМ, оборудованием.

Блок управляющих регистров предназначен для временного хранения управляющей информации. Он содержит регистры и счетчики, участвующие в управлении вычислительным процессом: регистры, хранящие информацию о состоянии процессора, регистр-счетчик адреса команды — счетчик команд, счетчики тактов, регистр запросов прерывания и др.

К блоку управляющих регистров следует также отнести управляющие триггеры, фиксирующие режимы работы процессора. Для повышения быстродействия и логических возможностей процессора и микропроцессора в их состав включают блок регистровой памяти (местную память) небольшой емкости, но более высокого, чем ОП, быстродействия. Регистры этого блока (или ячейки местной памяти) указываются в командах программы путем укороченной регистровой адресации и служат для хранения операндов, в качестве аккумуляторов (регистров результата операций), базовых и индексных регистров, указателя стека.

В некоторых процессорах базовые и индексные регистры входят в состав блока управляющих регистров.

Для реализации режима расширенного управления в состав процессора введены 16 32-разрядных управляющих регистров и используются дополнительные фиксированные ячейки из постоянно распределенной области памяти. В режиме расширенного управления возможно расширение системы прерывания, реализуются регистрация программных событий, развитая система отсчета времени, средства обеспечения мониторных программ, режим виртуальной памяти, блоковое мультиплексирование в каналах ввода-вывода и другие дополнительные функции.

Местная память (МП), процессора. Ячейки МП используются в качестве 16 общих регистров (хранящих, в частности, операнды и результаты операций многих команд, значения базовых адресов и индексов), 4 регистров с плавающей'точкой, регистров для промежуточных результатов (рабочая память), управляющих регистров для хранения данных блока восстановления и диагностики.

Структура микропроцессорной ИМС показана на 4.28. Ядром ее является арифметико-логическое устройство (АЛУ). Для увеличения производительности и вычислительной мощности к АЛУ добавляется несколько управляющих регистров и регистров общего назначения (РОН), выполняющих роль внутренней памяти. АЛУ управляются дешифратором команд и схемой синхронизации, которая обеспечивает ход выполнения вычислительного процесса синхронно с другими схемами.

Упрощенная структурная схема процессора показана на 5-1. В состав процессора входят: арифметическое и логическое устройство, блок управляющих регистров, устройство управления и интерфейс процессора, обеспечивающий обмен информацией между процессором и оперативным запоминающим устройством и периферийными устройствами.

Одним из основных регистров АЛУ является аккумулятор (называемый также регистром результата, регистром суммы и др.), в который помещаются результаты арифметических и логических операций. Процессор может иметь в составе АЛУ несколько аккумуляторов, что позволяет существенно увеличить скорость вычислений. Блок управляющих регистров предназначен для временного хранения обрабатываем эй и управляющей информации.

Большинства микроопераций осуществляют действия над данными, содержащимися в регистрах АЛУ или управляющих регистрах. Часть управляющих регистров является программно-доступными, т. е. могут быть адресованы в команде для передачи информации в них (или из них), для преобразовгния содержимого регистра. Часть регистров не адресуются в команде и являются программно-недоступными.

В рассмотренном пример; каждая команда содержит адрес следующей команды. Процессоры такой структуры называются процессорами с принудительным (произвольно заданным) порядком выполнения команд. Более распространенными являются процессоры с естественным выполнением команд. В процессорах такой структуры команда не имеет поли с адресом команды. Адрес следующей команды образуется путем добавления единицы к адресу выполняемой команды. Для хранения этого адреса в блоке управляющих регистров имеется

Основу КТС АСУ ГПС завода составляют два управляющих вычислительных комплекса: УВК на основе двух сопряженных ЭВМ ЕС-1045 (ВК-2М-45) и УВК на базе двух ЭВМ СМ-4. Первый УВК (ВК-2М-45) используется для решения задач САПР и АСУП в пакетном режиме, а также для ведения базы данных АСУ ГПС завода. Второй УВК входит в состав межцеховой локальной сети ЭВМ. Он используется для решения задач межцеховой диспетчеризации в режиме реального времени и управляет обменом информации с сетью ЭВМ. В составе КТС АСУ ГПС завода в рамках САПР функционируют автоматизированные рабочие места (АРМы) конструкторов и технологов, в рамках АСУП — терминальные пункты (ТП) административно-управленческого персонала (на базе дисплейного комплекса ЕС-7920) и ТП сменных инженеров-диспетчеров, в состав которых входят микроЭВМ, дисплей, мнемосхема и аппаратура промышленной телевизионной установки (ПТУ). В состав КТС АСУ ГПС включены также средства системного интерфейса, входящие в состав заводского УВК.

В трудах проф. Б. М. Кагана исследованы и систематизированы вопросы архитектуры ЭВМ и вычислительных систем, в 1\ом числе управляющих вычислительных комплексов реаль-но^о времени, отказоустойчивых систем, методы построения микропроцессорных устройств и систем автоматики, запоминающих устройств большой емкости, организации систем связи ЭВМ с объектом управления в АСУ ТП, разработаны научные основы эксплуатации ЭВМ.

Постоянные запоминающие устройства широко используются для хранения программ в специализированных ЭВМ, в том числе в микро-ЭВМ, предназначенных для решения определенного набора задач, для которых имеются отработанные алгоритмы и программы, например в бортовых ЭВМ самолетов, ракет и космических кораблей, в управляющих вычислительных комплексах, работающих в АСУ технологическими процессами. Такое применение ПЗУ позволяет существенно снизить требования к емкости ОП, повысить надежность и уменьшить стоимость вычислительной установки.

Защита отдельных ячеек памяти. В управляющих вычислительных комплексах, предназначенных для работы в АСУ ТП, необходимо обеспечить возможность отладки новых программ параллельно с функционированием находящихся в памяти рабочих программ, управляющих технологическим процессом. Это может быть достигнуто выделением в каждой ячейке памяти специального «разряда зашиты». Установка 1 в этот разряд запрещает производить запись в данную ячейку.

На 15.6 показан пример использования ПШ~й АМС для построения на основе оборудования СМ ЭВМ многомашинных управляющих вычислительных комплексов. В представленной структуре реализуются общее поле памяти и общее поле ВЗУ, двухпроцессорная параллельная обработка данных и резервирование наиболее важных для управления объектом устройств__

Перспективы широкого применения построенных на основе микроЭВМ и микропроцессоров управляющих вычислительных устройств (УВУ) и комплексов (УВК) для управления в реальном масштабе времени различными технологическими процесса-

Во втором случае возможно срабатывание реле второй ступени защиты в части области А\", однако время ее срабатывания выбрано больше времени отключения этих повреждений защитой смежного участка. При анализе параметров возможных переходных режимов для данной защиты выяснилось, что область П сопротивлений на зажимах реле при качаниях частично накладывается на характеристики обеих ступеней защиты, а цикл качаний больше их времени срабатывания. Следовательно, для исключения возможности ложного срабатывания защиты при качаниях она должна быть дополнена специальной блокировкой, позволяющей отличить их от режима к. з. и запретить в первом случае действие защиты. В последнее время появились предложения по созданию так называемых самонастраивающихся защит, у которых параметр срабатывания не остается постоянным, а меняется в соответствии с изменением рабочего режима защищаемого объекта. Применение таких защит целесообразно, если имеется определенная связь между рабочими режимами объекта и энергосистемы. При таком адаптивном принципе выполнения защиты исключается противоречие между детерминированным принципом обработки информации, характерным для рассмотренных ранее примеров, и вероятностным характером изменения характеристик объекта. Он может найти широкое применение при использовании управляющих вычислительных машин, где можно, будет менять параметры срабатывания защиты с учетом режима энергосистемы так, чтобы эффективность ее функционирования была максимальной.

Импульсные электромагнитные устройства — это, как правило, сложные устройства, собираемые из большого числа унифицированных элементов и узлов. Наиболее сложными устройствами дискретного действия являются современные ЦВМ. Большая часть узлов ЦВМ выполняется на полупроводниковых элементах. Магнитные элементы с учетом их основных особенностей (высокая помехозащищенность, отсутствие потребления энергии при хранении информации, стойкость к действию внешних факторов, высокая надежность, ограниченное быстродействие) используются для построения управляющих вычислительных машин и устройств, более простых в сравнении с универсальными ЦВМ. Тем не менее эти устройства также содержат большое количество элементов (сотни, тысячи). Поэтому при их конструировании целесообразно использовать те же принципы, что и при конструировании универсальных ЦВМ.

Концентрация и интенсификация добычи, транспортирование и переработка полезного ископаемого требуют перестройки диспетчерской службы на основе создания автоматизированных систем управления производством с применением управляющих вычислительных машин.

Интересно отметить, что стоимость управляющих вычислительных машин в общей стоимости электронной аппаратуры для управления промышленным производством не является определяющей. По данным, приведенным в [Л. 22-1], в США выпущено в 1970 г. УВМ на сумму 185 'Млн. долл. и предполагается выпуск в 1975 г. на сумму 380 млн. долл., что составляет соответственно 16,1% и 22% общей стоимости аппаратуры. В то же время устройств сбора информации (датчики, измерительная аппаратура и т. п.) выпущено в 1970 г. на сумму 490 млн. долл. (42,7%), а в 1975 г. предполагается выпуск на 680 млн. долл. (39%).

Помимо управляющих вычислительных машин, выпускаемых серийно, в промышленности используются специализированные машины, создаваемые для данной отрасли