Проников А.С. 1995 Т.2 Ч.2 (830967), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Архитектурный вариант с выделяемыми разнотипными (под задачу) вычислителями имеет преимущества перед другими. Эти преимущества состоят в следующем. Задачи ЧПУ существенно различны и в этой связи требуют собственной организации вычислений. Так, для геометрической задачи предпочтительны: 32-разрядный процессор и арифметический сопроцессор; кэш-память; специальные БИСЫ (например, для интерполяции, для управления следящими приводами и др.); быстрая многопроцессная операционная система реального времени, т. е.
все то, что способствует повышению быстродействия. В тех же целях возможно применение транспьютеров, супертранспортеров, ИЗС-процессоров и др. Для решения логической задачи оптимальна аппаратура с одноразрядным и многоразрядным микропроцессорами, с широким набором входных и выходных регистров, со специализированными контроллерами для предварительной обработки высокочастотных входных дискретных сигналов, с силовыми выходными цепями.
Математическое обеспечение логической задачи требует специфической системной поддержки и такого выделения процессов, которое соответствует набору механизмов цикловой электроавтоматики. Программно-аппаратная реализация технологической задачи обусловлена специальным набором требований, связанных с необходи- мостью следующих действий; выделение сигналов, поступающих на фоне шума; фильтрация сигналов; уплотнение сигналов; специальные преобразования (гармонический анализ, определение статистических характеристик); аналого-цифровое преобразование; многоконтурное регулирование, включая настройку регуляторов и др. Терминальная задача (в отличие от всех других) относится к квазиреальному времени, занимает большие объемы оперативной и внешней памяти, располагает мощным системным и инструментальным сопровождением, имеет доступ к стандартной периферии.
Следовательно, архитектура перспективной системы ЧПУ может быть представлена четырьмя вычислителями, каждый из которых оптимизирован под определенную задачу ЧПУ, причем вычислители работают совместно в рамках распределенной системы (микролокальной сети). Распределенная система, построенная в виде четырех машин, отражает принцип «отдельный вычислитель — каждой задаче ЧПУ» (рис. 10.4). На практике прибегают (хотя и с неизбежными при этом Терминала ная Геометрическая Логическая Текнолоеичесная гадача гадача еадача еаЖча Программно-аппаратная ломмонинааионноя среда Рис.
10ук Распределенная система в виде четырех машин, отражающая принцип «отдельный вычислитель — каждой аадаче ЧПУ» потерями) к различным компромиссным решениям; например, предоставляют отдельный вычислитель для терминальной задачи и разделяемый вычислитель для трех остальных. В качестве выделяемого вычислителя в этом случае используют персональный компьютер, а в качестве разделяемого вычислителя — управляющий модуль традиционного устройства ЧПУ (рис.
10.5). Персональный компьютер расширяет возможности системы ЧПУ благодаря памяти на винчестере, цветному графическому видеомонитору, средствам выхода в локальную сеть, операционной поддержке, стандартным программным пакетам. Управляющая программа поступает на ЭВМ верхнего ранга через локальную сеть, с флоппи-диска или клавиатуры. По последовательному каналу связи персонального компьюте. ра с управляющим модулем в прямом направлении осуществляется ввод заданий, инициируемых программой ЧПУ и директивами оператора.
Вся необходимая для визуализации информация, отражающая работу геометрической, логической и технологической задач, поступает по последовательному каналу в обратном направлении. Управляющий модуль выполняет функции: ввода-вывода дискретных сигналов авто- и) трунят й Рнс. 10.5. Компромиссное архитектурное решение с выделяемым и разделяемым вычислителями: а — общая структура распределення кадая; б — структура связей машин; У— последовательный канал межмашинной связы: т — а — соответственно каналы свяак с првводамн подави. прннодамы автоматики. устройствами управления работам пропессом матикн (для логической задачи); управления регулируемыми приводамн и приема сигналов с датчиков обратной связи по положению следящих приводов подачи (для геометрической задачи); ввода-вывода аналоговых сигналов (для технологической задачи).
10.2. Архитектура вычислителя ЧПУ Ядром системы ЧПУ является один вычислитель нли группа вычислителей. Всякий вычислитель построен с помощью микропроцессора. В этой связи прежде всего рассмотрим микропроцессор, а затем другие модули вычислителя: память, устройства ввода-вывода, таймер, сопроцессор. Органиэация вычислителя, как правило, описывается моделью фон Неймана (рис. 10.6), в которой выделяют операционное устройство, устройство управления, запоминающее устройство (ЗУ), интерфейс ввода-вывода и генератор. Устройства соединены посредством шин. Центральный процессор (в реализации — это микропроцессор) состоит из операционного устройства и устройства управления. В свою очередь, в состав операционного устройства входят регистровая часть и арнфметико-логическое устройство (АЛУ). В числе регистров — буферные регистры адреса и данных, регистры общего назначения; специализированные регистры; индексные регистры; счетчик команд; регистр состояния микропроцессора; стек регистров; указатель стека, страницы, начала таблицы, начала передачи блоков данных; регистры настройки и др.
Регистры и АЛУ связаны шинами данных, адреса, операндов, результатов, команд. В устройство управления входят память микрокоманд и узел формирования адресов микрокоманд. В зависимости от организации устройства управления микропроцессоры делятся на микропрограммируемые и с жестким управлением.
161 Рис. 10.6. Модель фон Неймана для описания организации вычислителя Конкретные микропроцессоры различаются отсутствием или совмещением указанных выше структурных элементов и способом реализации устройства управления. Так, для передачи операндов может быть использована всего лишь одна шина; между регистрами могут быть организованы прямые передачи; набор регистров может не охватывать всех типов; функции специализированных регистров могут быть возложены на регистры общего назначения и т.
д. Обобщенная структура микропроцессора показана на рис. 10.7. Рассмотрим функции отдельных его узлов. АЛУ предназначено для аппаратного исполнения простейших операций: сложения, вычитания, пересылки, логических операций И и ИЛИ, сложения по модулю два, сдвига и т. д. Сложные действия выполняются с помощью микропрограмм и подпрограмм. Признаки операций, реализуемых АЛУ, а также признаки состояния микропроцессора хранятся в регистрах состояний. Число регистров общего назначения (РОН) обычно составляет 4 — 64, причем их число определяет вычислительную мощность микропроцессора.
РОН используют как внутреннюю сверхоперативную память, что позволяет реже обращаться к внешней памяти через интерфейс, т. е. увеличивает общее быстродействие. Функции специализированных регистров обширны. Счетчик команд содержит адрес выполняемой в данное время команды. Регистр адреса хранит адрес слова, к которому осуществляется обращение. Накопительный регистр (аккумулятор) предназначен для хранения промежуточных результатов операций АЛУ. Чаще всего ввод и вывод всех данных АЛУ производится через аккумулятор.
Регистр команд сохраняет на время дешифрации и исполнения код команды, адрес которой был определен счетчиком команд. Содержимое разрядов регистра состояния позволяет судить о результате вычислений (нулевой, положительный, переполнение и др.) так, чтобы организовать программные переходы по заданным признакам или условиям. Стековая память исполь- 162 шу' ФФ Юлу 4 Рис. 10.7.
Обобщенная структура микропроцессора: а — уярупневяая структурная схема; 6 — рааверпутан струатурная схема; АЛР— арнеметнко-логптесксе усчюйство: уу — устройство управления; Рл— регистры; ШУ, ША, ШЛ вЂ” мням соогветспмняо управленвя, адресов. даннык зуется для хранения состояний внутренних регистров ври обработке прерываний, для запоминания адреса возврата при выходе из подпрограммы.
Индексные регистры служат для формирования адресов. Устройство управления на основании кода операции команды формирует внутренние сигналы управления, активизирующие отдельные части микропроцессора. На основе информации адресной части команды сигналы управления организуют пересылки данных. Устройство управления выбирает очередную команду из памяти, привлекая для этого специализированные регистры и счетчик команд. С помощью интерфейса отдельные устройства микропроцессора соединяются между собой (внутренний интерфейс), а также с памятью и внешними устройствами (внешний интерфейс). Внутренний интерфейс микропроцессора обеспечен внутренними шинами данных, разрядность которых совпадает илн не совпадает с разрядностью внешних шнн. Если число внешних выводов кристалла микропроцессора ограни- чено, внешняя шина может передавать информацию последовательно частями через двунаправленный буфер — мультиплексор. К внешнему интерфейсу микропроцессора относятся шины данных, адресная, управления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
