Команды электроника 60 в машинных кодах. Процессоры М1 и М2

Возможности математического моделирования

Для любого объекта моделирования свойственны качественные и количественные характеристики. Математическое моделирование отдает предпочтение выявлению количественных особенностей и за­кономерностей развития систем. Это моделирование в значительной мере абстрагируется от конкретного содержания системы, но обяза­тельно учитывает его, пытаясь отобразить систему посредством ап­парата математики. Истинность математического моделирования, как и математики в целом, проверяется не путем соотнесения с конк­ретной эмпирической ситуацией, а фактом выводимости из других предложений .

Математическое моделирование представляет собой обширную сферу интеллектуальной деятельности. Это довольно сложный про­цесс создания математического описания модели. Оно включает в себя несколько этапов. Н. П. Бусленко выделяет три основных эта­па: построение содержательного описания, формализованной схемы и создание математической модели . По-нашему мнению, математическое моделирование состоит их четырех этапов:

первый - содержательное описание объекта или процесса, когда выделяются основные составляющие системы, закономерности си­стемы. Оно включает в себя числовые значения известных характе­ристик и параметров системы;

второй - формулировка прикладной задачи или задачи форма­лизации содержательного описания системы. Прикладная задача со­держит в себе изложение идей исследования, основных зависимостей, а также постановку вопроса, решение которого достигается посред­ством формализации системы;

третий - построение формализованной схемы объекта или про­цесса, что предполагает выбор основных характеристик и парамет­ров, которые будут использованы при формализации;

четвертый - превращение формализованной схемы в математи­ческую модель, когда идет создание или подбор соответствующих математических функций.

Исключительно важную роль в процессе создания математичес­кой модели системы играет формализация, под которой понимается специфический прием исследования, назначение которого в том, чтобы уточнять знание посредством выявления его формы (способа организации, структуры как связи компонентов содержания) . Процедура формализации предполагает введение симво­лов. Как отмечает А. К. Сухотин: "Формализовать некоторую со­держательную область, значит построить искусственный язык, в ко­тором понятия замещены символами, а высказывания - сочетания­ми символов (формулами). Создается исчисление, когда из одних знаковых сочетаний по фиксированным правилам можно получить другие" . При этом благодаря формализации оказывается выявленной такая информация, которая не улавливается на уровнях содержательного анализа . Понятно, что формализация затруднительна по отношению к сложным системам, отличающимся богатством и разнообразием связей.

После создания математической модели начинается ее применение для исследования некоторого реального процесса. При этом сначала определяется совокупность начальных условий и искомых величин. Здесь возможны несколько способов работы с моделью: аналитичес­кое ее исследование посредством специальных преобразований и ре­шением задач; использование численных методов решения, например метода статистических испытаний или метода Монте-Карло, метода­ми имитационного моделирования случайных процессов, а также посредством применения для моделирования компьютерной техники.

При математическом моделировании сложных систем надо учи­тывать сложность системы. Как справедливо отмечает Н. П. Буслен-ко, сложная система является многоуровневой конструкцией из вза­имодействующих элементов, объединенных в подсистемы различ­ных уровней. Математическая модель сложной системы состоит из математических моделей элементов и математических моделей взаи­модействия элементов . Взаимодействие элементов рассмат­ривается обычно как результат совокупности воздействий каждого элемента на другие элементы. Воздействие, представленное набором своих характеристик, называется сигналом. Поэтому взаимодействие элементов сложной системы изучается в рамках механизма обмена сигналами. Сигналы передаются по каналам связи, располагающи­мися между элементами сложной системы. Они имеют входы и выхо-

ды . При построении математической модели системы учи­тывают ее взаимодействие с внешней средой. При этом обычно внешнюю среду представляют в виде некоторой совокупности объ­ектов, воздействующих на элементы изучаемой системы. Значитель­ную трудность представляет решение таких задач как отображение качественных переходов элементов и системы из одних состояний в другие, отображение переходных процессов.

Согласно Н. П. Бусленко , механизм обмена сигналами как формализованная схема взаимодействия элементов сложной системы между собой или с объектами внешней среды включает в се­бя следующие составляющие:

процесс формирования выходного сигнала элементом, выдаю­ щим сигнал;

определение адреса передачи для каждой характеристики выход­ ного сигнала;

прохождение сигналов по каналам связи и компоновка входных сигналов для элементов, принимающих сигналы;

реагирование элемента, принимающего сигнал, на поступивший входной сигнал.

Таким образом, посредством последовательных этапов формали­зации, "разрезания" исходной задачи на части осуществляется про­цесс построения математической модели.

Особенности кибернетического моделирования

Основы кибернетики заложил известный американский философ и математик профессор Массачусетского технологического институ­та Норберт Винер (1894-1964) в работе "Кибернетика, или Управле­ние и связь в животном и машине" (1948 г.). Слово "кибернетика" происходит от греческого слова, означающего "кормчий". Большая заслуга Н. Винера в том, что он установил общность принципов уп­равленческой деятельности для принципиально различных объектов природы и общества. Управление сводится к передаче, хранению и переработке информации, т.е. к различным сигналам, сообщениям, сведениям. Основная заслуга Н. Винера заключается в том, что он впервые понял принципиальное значение информации в процессах управления. Ныне, по мнению академика А. Н. Колмогорова, кибер­нетика изучает системы любой природы, способные воспринимать, хранить и перерабатывать информацию и использовать ее для уп­равления и регулирования.

Существует известный разброс в определении кибернетики как науки, в выделении ее объекта и предмета. Согласно позиции акаде­мика А. И. Берга, кибернетика представляет собой науку об управ­лении сложными динамическими системами. Основу категориально­го аппарата кибернетики составляют такие понятия, как "модель", "система", "управление", "информация". Неоднозначность опреде­лений кибернетики связана с тем, что разные авторы делают акцен­ты на ту или иную базовую категорию. Например, акцентирование на категории "информация" заставляет рассматривать кибернетику как науку об общих законах получения, хранения, передачи и преоб­разования информации в сложных управляемых системах, а пред­почтение категории "управление"- как науку о моделировании уп­равления различными системами.

Подобная неоднозначность вполне правомерна, ибо она обус­ловлена полифункциональностью кибернетической науки, выполне­нием ею многообразных ролей в познании и практике. При этом ак­центирование интересов на той или иной функции заставляет видеть всю науку в свете этой функции. Такая гибкость кибернетической науки говорит о ее высоком познавательном потенциале.

Современная кибернетика представляет собой неоднородную на­уку (рис. 21). Она объединяет в себе совокупность наук, которые ис­следуют управление в системах различной природы с формальных позиций.

Как отмечалось, кибернетическое моделирование строится на формальном отображении систем и их составляющих с помощью понятий "вход" и "выход", которые характеризуют связи элемента со средой. При этом каждый элемент характеризуется некоторым количеством "входов" и "выходов" (рис. 22).

Рис. 22. Кибернетическое представление элемента

На рис. 22 Х 1 , Х 2 ,...Х М схематично показаны: "входы" элемента, Y 1 , Y 2 , ...,У Н - "выходы" элемента, а С 1 , С 2 ,...,С К - его состояния. Потоки вещества, энергии, информации воздействуют на "входы" элемента, формируют на его состояния и обеспечивают функциони­рование на "выходах". Количественной мерой взаимодействия "вхо­да" и "выхода" выступает интенсивность, которая представляет со­бой соответственно количество вещества, энергии, информации на единицу времени. Причем это взаимодействие непрерывное или дискретное. Теперь можно строить математические функции, кото­рые описывают поведение элемента.

Кибернетика рассматривает систему как единство управляющих и управляемых элементов. Управляемые элементы называются уп­равляемым объектом, а управляющие - управляющей системой. Структура управляющей системы строится по иерархическому принципу. Управляющая система и управляемая (объект) связаны между собой прямыми и обратными связями (рис. 23), а кроме того, каналами связи. Управляющая система по каналу прямой связи воз­действует на управляемый объект, корректируя воздействия на него окружающей среды. Это приводит к изменению состояния объекта управления и он меняет свое воздействие на окружающую среду. За­метим, что обратная связь может быть внешней, как это показано на рис. 23, или внутренней, которая обеспечивает внутреннее функцио­нирование системы, ее взаимодействие с внутренней средой.

Кибернетические системы представляют собой особый вид систе­мы. Как отмечает Л. А. Петрушенко , кибернетическая сис-

тема удовлетворяет, по крайней мере, трем требованиям: "1) она должна иметь определенный уровень организованности и особую структуру; 2) быть поэтому способной воспринимать, хранить, пере­рабатывать и использовать информацию, т.е. представлять собой информационную систему; 3) обладать управлением по принципу обратной связи. Кибернетическая система - это динамическая сис­тема, представляющая собой совокупность каналов и объектов свя­зи и обладающая структурой, позволяющей ей извлекать (восприни­мать) информацию из своего взаимодействия со средой или другой системой и использовать эту информацию для самоуправления по принципу обратной связи".

Определенный уровень организованности означает:

интеграцию в кибернетической системе управляемой и управля­ ющей подсистем;

иерархичность управляющей подсистемы и принципиальную сложность управляемой подсистемы;

наличие отклонений управляемой системы от цели или от равно­ весия, что приводит к изменению ее энтропии. Это предопределя­ ет необходимость выработки управленческого воздействия на нее со стороны управляющей системы.

Информация - основа кибернетической системы, которая ее воспринимает, перерабатывает и передает. Информация представ­ляет собой сведения, знания наблюдателя о системе, отражение ее меры разнообразия. Она определяет связи между элементами систе­мы, ее "вход" и "выход". Информационный характер кибернетичес­кой системы обусловлен:

Необходимостью получения информации о воздействии среды на управляемую систему;

важностью информации о поведении системы;

потребностью информации о строении системы.

Различные аспекты природы информации изучали Н. Винер, К. Шеннон, У. Р. Эшби, Л. Бриллюэн, А. И. Берг, В. М. Глушков, Н. М. Амосов, А. Н. Колмогоров и др. Философский энциклопедичес­кий словарь дает следующее толкование термина "информация" : 1) сообщение, осведомление о положении дел, сведения о чем-либо, передаваемые людьми; 2) уменьшаемая, снимаемая неоп­ределенность как результат получения сообщения; 3) сообщение, не­разрывно связанное с управлением, сигнал в единстве синтаксичес­ких, семантических и прагматических характеристик; 4) передача, отражение разнообразия в любых объектах и процессах (неживой и живой природы).

К наиболее важным свойствам информации следует отнести:

адекватность, т.е. соответствие реальным процессам и объектам;

релевантность, т.е. соответствие тем задачам, для решения кото­ рых она предназначена;

правильность, т.е. соответствие способа выражения информации ее содержанию;

точность, т.е. отражение соответствующих явлений с минималь­ ным искажением или минимальной ошибкой;

актуальность или своевременность, т.е. возможность ее исполь­ зования тогда, когда нужда в ней особенно велика;

всеобщность, т.е. независимость от отдельных частных измене­ ний;

степень подробности, т.е. детальность информации.

Любая кибернетическая система представляет собой элементы, которые связаны информационными потоками. В ней имеются ин­формационные ресурсы, осуществляется прием, переработка и пере­дача информации. Система существует в определенной информаци­онной среде, подвержена информационным шумам. К наиболее важ­ным ее проблемам следует отнести: недопущение искажения информации при передаче и приеме (проблема детской игры в "глу­хой телефон"); создание языка информации, который был бы поня­тен всем участникам управленческих отношений (проблема обще­ния); эффективного поиска, получения и использования информа­ции в управлении (проблема использования). Комплекс этих проблем приобретает известную неповторимость и разнообразие в

зависимости от специфики систем управления. Так, в информацион­ных системах органов государственной власти, как отмечают Н. Р. Нижник и О. А. Машков, возникает необходимость разреше­ния таких проблем: создания службы информационных ресурсов органов государственной власти и государственного управления; создания правовой основы ее функционирования; формирования инфраструктуры; создания системы информационного мониторинга; создания системы информационного сервиса .

Обратная связь представляет собой вид соединения элементов, когда связь между входом какого-либо элемента и выходом того же самого элемента осуществляется либо непосредственно, либо через другие элементы системы. Обратные связи бывают внутренние и внешние (рис. 24).

Управление по принципу обратной связи представляет собой сложный процесс, который включает:

постоянный мониторинг функционирования системы;

сравнение текущего функционирования системы с целями системы;

выработку воздействия на систему для приведения ее в соответ­ ствие с целью;

внедрение воздействия в систему.

Обратные связи бывают положительными и отрицательными. При этом положительная обратная связь усиливает действие вход­ного сигнала, имеет с ним одинаковый знак. Отрицательная же об­ратная связь ослабляет входной сигнал. Положительная обратная связь ухудшает устойчивость системы, поскольку выводит ее из рав­новесия, а отрицательная - способствует восстановлению равнове­сия в системе.

Немаловажную роль в кибернетическом моделировании играют представления о "черном", "сером" и "белом" ящиках. Под "черным ящиком" понимается кибернетическая система (объект, процесс, яв­ление), относительно внутренней организации, структуры и поведе­ния элементов которой наблюдатель (исследователь) не имеет ника­ких сведений, но есть возможность влиять на систему через ее входы и регистрировать ее реакции на выходе. Наблюдатель в процессе ма­нипулирования входа и фиксации результатов на віходе составляет протокол испытаний, анализ которого позволяет осветлить "черный ящик", т.е. получить представление о его структуре и закономернос­тях преобразования сигнала "входа" в сигнал "выхода". Такой ос­ветленный ящик получил название "серого ящика", который не да­ет, однако, полного представления о его содержании. Если наблюда­тель полностью представляет содержание системы, ее строение и механизм преобразования сигнала, то она превращается в "белый ящик".

Анохин П. К. Избранные труды: кибернетика функциональных систем. - М.: Медицина, 1968.

Батароев К. Б. Аналогии и модели в познании. - Новосибирск: Наука, 1981.

Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем. - М.: Наука, 1978.

Бюриков Б. В. Кибернетика и методология науки. - М.: Наука, 1974.

Вартофский М. Модели. Репрезентация и научное понимание: Пер. с англ. / Общ. ред. и пред. И. Б. Новика и В. Н. Садовско­ го. - М.: Прогресс, 1988.

Винер Н. Кибернетика. - М.: Сов. Радио, 1968.

Идея, алгоритм, решение (при­ нятие решений и автоматизация). - М.: Воениздат, 1972.

Дружинин В. В., Конторов Д. С. Проблемы системологии (проб­ лемы теории сложных систем) / Пред. акад. Глушкова В. М. - М.: Сов. Радио, 1976.

Залмазон Л. А. Беседы об автоматике и кибернетике. - М.: На­ ука, 1981.

Кантарович Л. В., Плиско В. Е. Системный подход в методоло­ гии математики // Системные исследования: Ежегодник. - М.: Наука, 1983.

Кибернетика и диалектика. - М.: Наука, 1978.

Кобринский Н. Е., Майминас Е. З., Смирнов А. Д. Введение в эко­ номическую кибернетику. - М.: Экономика, 1975.

Лесечко М. Д. Основи системного підходу: теорія, методологія, практика: Навч. посіб. - Львів: ЛРІДУ УАДУ, 2002.

Математика и кибернетика в экономике. Словарь-справочник. - М.: Экономика, 1975.

Месарович М., Такахара Я. Общая теория систем: математичес­ кие основы. - М.: Мир, 1978.

Нижник Н. Р., Машков О. А. Системний підхід в організації дер­ жавного управління: Навч. посіб. / За заг. ред. Н. Р. Нижник. - К.: Вид-во УАДУ, 1998.

Новик И. Б. О моделировании сложных систем (Философский очерк). - М.: Мысль, 1965.

Петрушенко Л. А. Принцип обратной связи (Некоторые фило­ софские и методологические проблемы управления). - М.: Мысль, 1967.

Петрушенко Л. А. Единство системности, организованности и самодвижения. - М.: Мысль, 1975.

ПлотинскийЮ. М. Теоретические и эмпирические модели соци­ альных процессов: Учеб. пособ. для вузов. - М.: Логос, 1998.

Растригин Л. А. Современные принципы управления сложными объектами. - М.: Сов. Радио, 1980.

Сухотин А. К. Философия в математическом познании. - Томск: Изд-во Томского ун-та, 1977.

Тюхтин В. С. Отражение, система, кибернетика. - М.: Наука, 1972.

Уемов А. И. Логические основы метода моделирования. - М.: Мысль, 1971.

Философский энциклопедический словарь. - М.: Сов. энцикло­ педия, 1983.

Шрейдер Ю. А., Шаров А. А. Системы и модели. - М.: Радио и связь, 1982.

Штофф В. А. Введение в методологию научного познания: Учеб. пособ. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1972.

Машины серии «Электроника-60» предназначены для использования в составе управляющих комплексов систем дискретной автоматики либо для отладки программ встраиваемых специализированных микроЭВМ с интерфейсом МПИ по ОСТ 11.305.903-80. Система команд соответствует ОСТ 11.305.909-80. и совместима с семейством

Семейство микроЭВМ «Электроника-60» включает в себя два поколения: ряд «Электроника-60 » и ряд «Электроника-60-1 ».

МикроЭВМ ряда «Электроника-60 » и её модификаций «Электроника-60М» «Электроника-60Т» являются аппаратно и программно совместимыми и отличаются используемым типом процессора M1, M2 или М3 соответственно.

Ряд «Электроника-60-1 » включает в себя микроЭВМ «Электроника МС 1211» и «Электроника МС 1212». Данные микроЭВМ обладают более высоким быстродействием (в 2-3 раза), расширенной системой команд (включая 46 команд над числами в формате с плавающей точкой), увеличенным объёмом памяти, с расширением адресного пространства до 18 и 22 разрядов с использованием диспетчера памяти.

Технические характеристики

Конструктивно микроЭВМ «Электроника-60» представляет собой блок, монтируемый в стойку или используемый в составе вычислительных комплексов. Промышленностью выпускалось несколько разновидностей вычислительных комплексов: от минимальных управляющих до систем подготовки программного обеспечения.

15ВМ-16-002 (15ВМ-16-007, 15ВМ-16-008) - процессор М1, М2 или М3, устройство управления В1, каркас. Без блока питания.

15ВМ-16-004 (15ВМ-16-012) - процессор М1 или М2, устройство управления В1, устройство управления В21, блок питания, каркас, кожух.

15ВМ-16-005 (15ВМ-16-013) - процессор М1 или М2, устройство управления В1, устройство управления В21, блок питания, каркас, кожух, стол, «Consul-260», фотосчитыватель FS-1501, перфоратор ПЛ-150.

«Электроника В» МС11900.1 - процессор М2, блок питания, корпус, стол, дисплей 15ИЭ-00-013, фотосчитыватель FS-1501, перфоратор ПЛ-150, АЦПУ Robotron-1150.

15ВУМС-28-025 - процессор М2, блок питания, корпус, стол, стойка, дисплей 15ИЭ-00-013, АЦПУ Robotron-1150, накопитель «Электроника ГМД 7012».

Процессоры

Центральные процессоры микро-ЭВМ ряда «Электроника 60» построены на базе микропроцессорного набора МДП БИС серии К581.

Центральные процессоры микро-ЭВМ ряда «Электроника 60-1» построены на базе микропроцессорного набора n-канальной МДП БИС серии К1811.

Процессоры М1 и М2

Процессор М2

Процессоры M1 и M2 состоят из нескольких БИС, объединённых между собой 22-битным микроканалом: регистрового арифметико-логического устройства (РАЛУ) К581ИК1, БИС управления (БМУ) К581ИК2 и БИС ПЗУ микропрограмм К581РУ1 и К581РУ2. Процессор М2 содержит дополнительную БИС микрокоманд К581РУ3 и реализует расширенный набор команд микроЭВМ. Набор БИС является аналогом первого микропроцессорного набора Western Digital в 1976 году, соответственно: CP1611 Data chip, CP1621 Control chip, и CP1631 Microcode ROM (MICROM).

Процессоры М1 и М2 имеют на плате ОЗУ объёмом 4К 16-разрядных слов.

Технические характеристики ЦП М2:

• Разрядность слова: 16 бит
• Объём логического адресного пространства: 32К слов (64К байт)
• Объём резидентного ОЗУ : 4К слов (8К байт)
• Число команд: 81 (включая 4 команды расширенной арифметики и 4 с плавающей точкой)
• Быстродействие: 250 тыс. оп/с
• Разрядность чисел с плавающей запятой: 32
• Число больших интегральных микросхем (БИС): 5
• Мощность потребления: от источника (+5±0.25)В: 12.5Вт ; от источника (+12±0.36)В: 18Вт
• Размер платы: 240 × 280 мм

Процессор М3

Процессор М3 выполнен на основе однокристальной БИС К581ВЕ1 (клон CP1651), совместим по набору команд с М1, но обладает большим быстродействием. Процессор М3 занимает одну полуплату МПИ и не содержит ОЗУ.

Процессор М5

Процессор М6

Процессор М6 имеет два исполнения: МС 1601.01 и МС 1601.02. Первый имеет 18 разрядов шины адреса (МПИ-18) и адресует 256К, второй имеет 22 разряда шины адреса (МПИ-22) и адресует до 4Мб. Процессор повторяет конструкцию модели DEC KDF-11: KDF-11A c 18-битной шиной и KDF-11B с 22-битной шиной.

БИС процессора М6 представляют собой большие гибридные интегральные схемы, на поверхности которых установлены БИС в микрокорпусах Н13.40-1. Процессор M6 может нести 3 гибридных БИС - МП (микропроцессор), ПЗ (блок плавающей запятой) и ДП (диспетчер памяти). Такая конструкция повторяет чипы DEC F-11.

БИС МП выполняет набор основных 92 команд и несет на себе 2 БИС в микрокорпусе: КН1811ВМ1 (DEC302F) - БИС обработки данных и КН1811ВУ1 (DEC303A) - БИС управляющей памяти. Процессор М6 может работать только при установке БИС МП. При этом адресуемая память составляет 64К.

БИС ПЗ состоит из двух БИС в микрокорпусе КН1811ВУ2 (DEC303D), КН1811ВУ3 (DEC303D) - БИС управляющей памяти, которые содержат микропрограммы выполнения команд с плавающей запятой, 46 дополнительных команд.

БИС ДП КН1811ВТ1 (DEC304E) - БИС диспетчера памяти, обеспечивает формирование 18 или 22-разрядного адреса шины.

Последующие ревизии процессора М6 (М6 ред.6 и выше) имели в качестве микропроцессора микросборку, на которой были объединены 4 БИС в микрокорпусах: КН1811ВМ1, КН1811ВУ1, КН1811ВУ2, КН1811ВУ3 и отдельно КН1811ВТ1.

Процессор М8

Размещается на полуплате МПИ. Процессор повторяет конструкцию процессора DEC KDJ-11. Выполнен на микросхемах КН1831ВМ1 (DCJ-11AA), КН1831ВУ1 (DCJ-11DC) (на микросборке) и К1831ВУ2, К1831ВТ1.

Интерфейсы и модули

Плата интерфейса И1

Запоминающее устройство П1 15УЗО-4-002 емкостью 4К 16-разрядных слов.

Запоминающее устройство П2 15УЗО-4-003 емкостью 4К 16-разрядных слов на основе К565РУ1А.

Запоминающее устройство П3 15УЗО-16-004 емкостью 16К 16-разрядных слов на основе К581РУ4.

Запоминающее устройство П5 МС 3101 емкостью 32К 16-разрядных слов.

Запоминающее устройство П7 МС 3102.01 емкостью 128К 16-разрядных слов.

Устройство последовательного обмена УПО 15ВВВ-60/9600-003 предназначено для подключения к МикроЭВМ последовательных устройств ввода-вывода. Может работать в режиме прерываний. Используется для подключения дисплея 15ИЭ-00-013 по интерфейсу ИРПС (токовая петля 20 мА).

Интерфейс И1 Устройство параллельного обмена И1 3.858.352. Базовый регистр адреса - 167770. Для тестирования используется сервисная розетка 3.647.012 и программа "Системный тест" 2.791.004 ПО7.

Интерфейс И2 15КС-180-032 предназначен для подключения к МикроЭВМ 16-битных параллельных устройств ввода-вывода. Может работать в режиме прерываний.

Интерфейс И3 предназначен для подключения к МикроЭВМ параллельных устройств ввода-вывода. Может работать в режиме прямого доступа в память.

Интерфейс И4 15ИПГ-16-012 выполняет следующие функции: обмен с накопителем на 8-ми дюймовых гибких магнитных дисках «Электроника ГМД-70» 15ВВМД-512-002 или «Электроника НГМД-7012», регенерация динамической памяти, начальная загрузка системы.

Интерфейс И7 предназначен для подключения к МикроЭВМ 8-битных параллельных устройств ввода-вывода. Может работать в режиме прерываний. Реализует интерфейс ИРПР . Используется для подключения печатающих устройств DZM-180 и Robotron 1156.

Интерфейс И8 предназначен для подключения к МикроЭВМ фотосчитывателя DARO-1156.

Интерфейс И9 предназначен для подключения к МикроЭВМ перфоленточной станции СМ-6204.

Интерфейс И11 предназначен для подключения к МикроЭВМ накопителя на 8-ми дюймовых гибких магнитных дисках «PL x =45D»

Интерфейс И12 «Электроника МС 4601» построен на базе БИС асинхронного приемопередатчика серии К581. Используется для подключения видеотерминала 15ИЭ-00-013.

Интерфейс И17 («Электроника МС 2707») предназначен для подключения к МикроЭВМ накопителя на магнитной ленте 15ВМЛ-10-001.

Устройство аппаратной загрузки и диагностики УАЗД «Электроника МС 3401»

Таймер программно-управляемый «Электроника МС 4401»

Интерфейс НГМД «Электроника МС 4701»

Устройство управления накопителем на сменных магнитных дисках «Электроника МС 2701»

Интерфейс И19 предназначен для подключения к МикроЭВМ 4-x последовательных устройств ввода-вывода. Выполнен на БИС приемопередатчиков последовательного канала КР581ВА1А.

Интерфейс В1 предназначен для подключения пишущей машинки «Consul-260» и устройства считывания перфоленты FS 1501.

Интерфейс В3 предназначен для подключения устройств считывания перфоленты FS 1501 или СП-3.

Интерфейс В21 предназначен для подключения перфоратора ПЛ-150М.

• Именно на «Электронике-60» в июне года Алексей Пажитнов написал первый вариант игры «Тетрис ».

См. также

Литература

• МикроЭВМ : В 8 кн.: Практ. пособие / Под ред. Л.Н.Преснухина. Кн.1. Семейство ЭВМ «Электроника 60» / И.Л.Талов, А.Н.Соловьев, В.Д.Борисенков. - М.: Высш. шк., 1988.
• Микропроцессоры и МикроЭВМ в системах автоматического управления : Справочник / С.Т.Хвощ, Н.Н.Варлинский, Е.А.Попов; Под общ. ред. С.Т.Хвоща - Л.:Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. - 640 с.: ил. - Глава 17.1: МикроЭВМ серии «Электроника-60М» - С. 512-522.

Внешние ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Предыстория

Эта история началась после 2000-х, когда благодаря Интернету узнал о существовании такой ЭВМ, как «Электроника-60». На тот момент она не особо заинтересовала, столь старая техника была «где-то там», а какого-либо применения для себя не видел. Так прошло несколько лет, пока судьба не привела в место, где можно было потрогать и даже включить живой экземпляр машины. Энтузиазма машина с ОЗУ на 56 КБ и долговременным хранением информации на дискетах и перфолентах не вызвала... Зато зацепила информация о периферии, конкретно — о раннем варианте «терминала» — пишущая машинка «Сonsul-260». Быть может, здесь сыграло старое желание заполучить пишущую машинку или ещё что, но с этого момента началась охота за живым экземпляром машинки. Несколько лет поисков, неудач, и дома таки прописался «Consul-256». Его запустил, о чём поделился на форуме.

Начало

«Consul» исправно печатал от самодельного электронного блока, но хотелось чего-то большего. И этим очень скоро стала заманчивая идея свести вместе «Электронику-60» и ЭПМ, как это было в конце 1970-х на предприятиях. Но у меня за исключением повреждённой платы процессора М2 на тот момент больше ничего не было. Разъёмы РППМ16-288 (с покрытием контактов сплавом олова) для коммутации предлагали купить в Интернете. Стальной каркас для сборки корзины можно найти после демонтажа оборудования, либо придумать нечто своё. Блоку питания БПС6-1 есть альтернатива в виде современного источника от компьютеров со схемой формирования сигналов запуска процессора .

Процессор М2

Плата процессора досталась со следами коррозии крышек корпусов микросхем ОЗУ и полным отсутствием керамических конденсаторов. К счастью, охотников за драгметаллами в 1990-е золотые ламели ещё не так интересовали, и восстановление не требовало особых затрат.

Многослойные керамические конденсаторы. Импортные - синего цвета, отечественные - жёлтого.

Были опасения из-за возможных обрывов между слоями в МПП, но обошлось. Плата подверглась промывке с жёсткой щёткой и осмотру повреждений. Смочив места будущих паек жидким флюсом, прочистил отверстия отсосом припоя и установил недостающие элементы. Крышки корпусов микросхем осторожно зачистил жёсткой металлической щёткой и залил клеем БФ-2 с последующей сушкой феном. Остальное защитил двумя слоями электроизоляционного акрилового лака.

Установленная в корзину чужой рабочей машины, плата заработала с первого раза. Считай, повезло. Пролежать в пыльном углу годы, заржаветь, и ни одного отказа.

Для связи с ПК, который позволит ещё и загружать программы, требуется устройство последовательного обмена – либо платы УПО , И12 или самодельные, на базе БИС КР1801ВП1-035/065. В данном случае – первый вариант, целиком собранный на ТТЛ логике, и по размерам с процессор М2. Экземпляр пролежал в кладовой, что не помешало заржаветь корпусам всех транзисторов и диодных оптопар. Среди них КТ343, с малым предельным напряжением коллектор — эмиттер. Почему именно они? Распространённые КТ3102 и КТ3107 послужили хорошей заменой.

Чтобы подключить УПО к COM порту персонального компьютера, простые схемы для одноплатных ЭВМ МС1201 не подходят, слишком слабый стоит ключ, управляемый оптопарой АОД101. Поэтому родилась такая схема, умещающаяся в корпусе для разъёма DB-9:

Корзина и блок питания

Без этих двух компонентов собирать ЭВМ смысла нет. Поэтому начал поиски каркаса — либо оригинального, либо от блока сопряжения терминала. Особой разницы между ними нет, размеры и расположение отверстий одинаковые. И вскоре подвернулся случай, чтобы подобрать искомое, без деформаций с коррозией, и приступить к изготовлению собственно корзины. Для удобства накрутки подготовил четыре платы с отверстиями под контакты разъёмов РППМ16-288. Монтаж вёлся проводами и лужёной медной проволокой, с одетыми поверх отрезками кембрика. После механического закрепления все соединения пропаял. Для подачи питания вывел наружу толстые провода, заканчивающиеся стандартными наконечниками под винт.

Слишком много проводов. Внизу виден край пластины фольгированного стеклотекстолита, выполняющей роль общего провода.

Примерно полгода под вопросом стоял тип выбранного блока питания. С одной стороны, можно обойтись современным изделием, добавив небольшую плату с формирователями сигналов для процессора. С другой, это означает поиск компоновки. Всё решило объявление о продаже родных источников БПС6-1 по довольно низкой цене. Выбранный экземпляр БПС6-1, как, оказалось, уже подвергался ремонту, на что указывала пайка транзистора КТ827А и залитый припоем разрез дорожки, ведущий к его базе. После контроля выходных напряжений устроил обязательный прогон под нагрузкой. Размах пульсаций подтвердил простую истину: все конденсаторы К50-29 требуется немедленно заменить на современные, с низким эквивалентным последовательным сопротивлением.

Вот они, заменённые конденсаторы на выходе стабилизаторов напряжения. Jamicon как самые доступные на тот момент.

Одновременно с этим заменил все конденсаторы на плате управления. Очень кстати, при замере все показали сильно заниженную ёмкость.

Последним штрихом стал демонтаж родных вентиляторов ВВФ-71М. Нет, после чистки и смазки они хорошо работали, продувая весь блок питания. Проблема была в шуме. На производстве это, может, никому и не мешает, но никак не дома, особенно вечером. Применил современные вентиляторы (12 В), как самые доступные. Питание от 27 В, через дополнительный стабилизатор напряжения.

Без вентиляторов БПС6-1 включать и использовать нельзя! Есть риск разрушения регулирующих транзисторов во встроенных стабилизаторах +5 и +12 В. Небольшой радиатор без дополнительного обдува с отводом тепла здесь не справляется.

Память П3

На плате процессора М2 стоит ОЗУ, но его мало, «каких-то» 8 кб. Чтобы увеличить, надо найти платы П2 (8 кб) или П3 (32 кб). Для набора полного объёма памяти (56 кб) пригоден только второй вариант. Конденсаторы, естественно, давно были выкушены неизвестными. Это уже не останавливает, и монтирую все элементы, согласно электрической схеме.

Память П3 неизвестного мне производителя. Качество сборки низкое, пришлось на всякий случай пропаять все монтажные и переходные отверстия. Две микросхемы заменил, чтобы добраться до окислившихся проводников

На этом «везение» закончилось. Часть ячеек не работала. Один бит был всегда в единице. Здесь очень помогла помощь от знакомых, которые на время дали ремонтную плату-удлинитель. Без неё ремонт смысла не имеет (как и без осциллографа!). И виновник найден, отказала именно микросхема памяти (не работал адресный вход). Самое неприятное, из двух купленных БИС ОЗУ, одна оказалась с аналогичным дефектом. После монтажа исправной БИС обе платы П3 нормально заработали, позволив загрузить на пробу систему ТМОС-2.

Заключение

Разумеется, ещё многое предстоит сделать — поместить конструкцию в какой-то кожух, разобраться с периферией («Consul-256», считыватель перфолент). Главное — начало положено, и есть реальная «Электроника-60М», пусть и собранная из того, что смог найти.

Микро-ЭВМ "Электроника 60" предназначена для встраивания в электроаппаратуру потребителя и может применяться:

• в составе технологического оборудования;
• контрольно-измерительных и испытательных комплексах;
• в системах обработки цифровой информации общего назначения;

Во всех возможных применениях микро-ЭВМ предназначена для выполнения функций ввода, хранения, обработки и вывода цифровой информации.

Краткие технические характеристики микро-ЭВМ "Электроника 60"

• Габаритные размеры микро-ЭВМ - 339x325x85мм.
• Масса микро-ЭВМ - не более 3 кг.
• Мощность, потребляемая микро-ЭВМ от источника +5 В, не более 30 Вт.
• Система счисления для чисел и команд - двоичная.
• Основной формат представления чисел и команд - 16 двоичных разрядов.
• Принцип работы основных устройств - параллельный.
• Количество команд 64.
• Методы адресации: регистровая, косвенно-регистровая, автоинкрементная, косвенно-автоинкрементная, автодекрементная, косвенно-автодекрементная, индексная, косвенно-индексная.
• Типы команд: безадресные, одноадресные и двухадресные.
• Быстродействие микро-ЭВМ 25 тыс. операций/с.

• Число регистров общего назначения в процессоре - 8
• Количество каналов передачи информации -1..
• Системный канал микро-ЭВМ позволяет прямо адресоваться в области памяти 64К байт (К=1024).
• Количество уровней запроса канала внешними устройствами для прямого доступа к памяти - 3.
• Количество уровней запроса от внешних устройств для прерывания программы - 2.
• Обработка внешних и внутренних прерываний выполняется с помощью стека, организуемого в оперативной памяти микро-ЭВМ.
• Емкость оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 4К 16 - разрядных слов (К=1024).

• Количество каналов обмена с накопителем на гибких магнитных дисках - 1.
• Микро-ЭВМ сохраняет работоспособность при изменении питающего напряжения +5 ± 0,25 В. Двойная амплитуда пульсаций питающего напряжения не должна превышать 2% от номинальных значений.

• Микро-ЭВМ сохраняют работоспособность при следующих условиях эксплуатации:

1. температура окружающего воздуха от +5 до 50 °С;
2. относительная влажность воздуха до 95% при +30 °С;
3. атмосферное давление от 61,3 до 106,7 кПа (от 460 до 800 мм рт. ст.);
4. воздействие вибрационных нагрузок до 55 Гц с ускорением не более 1g.

Микро-ЭВМ "Электроника 60". Техническое описание

Данное руководство по эксплуатации "Микро-ЭВМ "Электроника 60". Техническое описание" предназначено для ознакомления с устройством и основными принципами данной микро ЭВМ.

• ВВЕДЕНИЕ
• НАЗНАЧЕНИЕ
• ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
• СОСТАВ ЭВМ
• УСТРОЙСТВО И РАБОТА ЭВМ
• РАЗМЕЩЕНИЕ И МОНТАЖ

• МАРКИРОВАНИЕ И ПЛОМБИРОВАНИЕ

Скачать бесплатно " Микро-ЭВМ "Электроника 60. Техническое описание

Микро-ЭВМ "Электроника 60. Техническое описание". Скачать бесплатно.

Микро-ЭВМ "Электроника 60". Устройство управления В1. Техническое описание

Данное руководство по эксплуатации "Микро-ЭВМ "Электроника 60". Устройство управления В1. Техническое описание" предназначено для ознакомления с устройством и основными принципами данной микро ЭВМ.

Кроме того, данный документ устанавливает правила эксплуатации микро-ЭВМ, соблюдение которых обеспечивает поддержание ее в исправном состоянии и постоянной готовности к работе.

• ВВЕДЕНИЕ
• НАЗНАЧЕНИЕ
• ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
• УСТРОЙСТВО И РАБОТА ИЗДЕЛИЯ
• ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
• ДЕШИФРАТОР УПРАВЛЯЮЩИХ СИГНАЛОВ И СХЕМА ПРЕРЫВАНИЯ
• СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ КЛАВИАТУРОЙ ЭПМ
• СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ СЧИТЫВАТЕЛЕМ С ПЕРФОЛЕНТЫ
• СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПЕЧАТЬЮ
• УСТАНОВКА

Скачать бесплатно " Микро-ЭВМ "Электроника 60. Устройство управления В1. Техническое описание " в хорошем качестве можно по ссылке расположенной ниже:

Микро-ЭВМ "Электроника 60. Устройство управления В1. Техническое описание". Скачать бесплатно.

Микро-ЭВМ "Электроника 60". Процессор М2. Руководство по ремонту

Настояшее руководство является пособием для проведения среднего и сложного ремонта центрального процессора М2 и предназначено для изучения персоналом, осуществляющим ремонт средств вычислительной техники.

Введение
Методика поиска неисправностей ЦП и их устранение
Проверка работоспособности ЦП
Приложение 1 . Особенности микропроцессорного набора и микроканала "Электроника-60М"
Приложение 2 . Микропрограмма стартовой последовательности
Приложение 3 . Блок-схема стартовой последовательности для режима пуска "0", "1", "2"
Приложение 4 . Микрокомманды микропроцессора серии К581
Приложение 5 . Информация записанная в БИС ПЗУ

Скачать бесплатно " Микро-ЭВМ "Электроника 60. Процессор М2. Руководство по ремонту " в хорошем качестве можно по ссылке расположенной ниже:

Микро-ЭВМ "Электроника 60. Процессор М2. Руководство по ремонту". Скачать бесплатно.

Микро-ЭВМ "Электроника 60". Прочая документация

Данная документация по "Микро-ЭВМ "Электроника 60"" предназначено для ознакомления с устройством и основными принципами данной микро ЭВМ.

Кроме того, данный документ устанавливает правила эксплуатации микро-ЭВМ, соблюдение которых обеспечивает поддержание ее в исправном состоянии и постоянной готовности к работе.

• Электроника-60. Програмное обеспечение. Абсолютный загрузчик
• Электроника-60М. Програмное обеспечение. Компаратор
• Электроника-60М. Ведомость эксплуатационных документов

Скачать бесплатно " Микро-ЭВМ "Электроника 60. Прочая документация " в хорошем качестве можно по ссылке расположенной ниже:

Микро-ЭВМ "Электроника 60. Прочая документация". Скачать бесплатно.

Микро-ЭВМ "Электроника 60". Схема электрическая принципиальная

Ниже приведен эскиз схемы электрической принципиальной микроЭВМ "Электроника 60"

Скачать бесплатно " Микро-ЭВМ "Электроника 60. Схема процессора М1 и устройства управления В1 " в хорошем качестве можно по ссылке расположенной ниже:

В микро-ЭВМ «Электроника-60» имеется де­вять форматов команд (рис. 6).

Каждый формат характеризуется числом, смыслом и размером информа­ционных полей команд. На рисунке приняты следующие обозначения полей команд: КОП – код операции, DD – 6-разрядное поле приемника результата операции, SS – 6-разрядное поле источника данных, R – 3-разрядное поле для записи номера регистра общего назначения, XX – 6-разрядное поле для записи смещения, XXX – 8-разрядное поле для записи смещения. Кроме того, N, Z, V и С - поля признаков результата. Поясним теперь каждый из форматов, представленных на рис. 6.

Рис. 6. Форматы команд микроЭВМ «Электроника-60».

В командах формата 1 второе поле отведено для ад­ресации операнда, причем этот операнд в подавляющем большинстве команд данного формата относится к прием­нику. Единственным исключением является команда MTPS, реализующая запись информации в слово состоя­ния процессора. В этой команде второе поле используется для адресации операнда-источника. Операнд при этом содержит подлежащую записи информацию.

Формат 2 соответствует двухоперандным командам. В зависимости от режимов адресации операнда-источни­ка и операнда-приемника команды этого формата могут быть однословными (в регистровом режиме адресации обоих операндов), двухсловными и трехсловными.

По формату 3 функционирует единственная команда XOR, реализующая операцию «Исключающее ИЛИ». В зависимости от режима адресации операнда-приемни­ка команда может быть однословной или двухсловной.

Формату 4 подчиняются однословные команды ветвле­ния. В 8-разрядном поле смещения (поле XXX) записы­вается в дополнительном коде значение смещения, выра­женное в словах, относительно адреса команды ветвле­ния. Смещение может принимать значения от -128 до +127 слов.

Формату 5 подчиняется единственная однословная команда RTS, реализующая возврат из подпрограммы. В поле R должен находиться номер регистра общего назначения, содержащего адрес возврата.

Формат 6 отличается от формата 4 лишь длиной поля смещения. Формату соответствует единственная команда MARK, восстанавливающая указатель стека во время выхода из подпрограммы.

Формату 7 соответствует единственная однословная команда SOB, осуществляющая вычитание единицы из содержимого регистра, указанного в поле R, и ветвление, если после вычитания содержимое регистра будет отлич­но от 0. Адрес ветвления определяется вычитанием из текущего значения счетчика команд удвоенного значения величины, хранящейся в 6-разрядном поле смещения. Следовательно, команда может быть использована для управления счетчиком и ветвления «назад».

Команды формата 8 используются для установки или сброса признаков N, Z, V, С в слове состояния процессора. При установке или сбросе (в зависимости от кода опера­ции) одного из признаков соответствующее ему поле в коде команды содержит единицу. Фактически в командах формата 8 отсутствуют операнды, так как мнемониче­ское обозначение операции определяет собой код опера­ции, а также и состояние полей N (знак), Z (нуль), V (переполнение) и С (перенос), которые являются условиями переходов.

Команды формата 9 не содержат полей для адресации операндов. Этому формату подчиняются команды управ­ления прерыванием IOТ, ЕМТ, TRAP, BPT, а также спе­циальные команды HALT, WAIT, RESET, RTI, RTT, NOP.

Литература:

1. Л.Н. Преснухин «Микропроцессоры» ч. 1, стр.: 374-377.

2. В.В. Стрыгин «Основы вычислительной, микропроцессорной техники и программирования», стр.: 139-141.

3. Б.Я. Лихтциндер «Микропроцессоры и вычислительные устройства в радиотехнике», стр.: 144-150.

ЗАНЯТИЕ 3.4.3 Назначение и состав программного обеспечения микроЭВМ.

ЗАНЯТИЕ 3.4.4 Назначение и состав программного обеспечения микроЭВМ

ВОПРОСЫ ЗАНЯТИЯ:

1. Общие сведения о программном обеспечении микроЭВМ.

2. Операционные системы общего назначения. Операционная система микроЭВМ «МС1201».

3. Системы программирования.

ПЕРВЫЙ ВОПРОС

Состав базового программного обеспечения микроЭВМ:

Операционные системы общего назначения типа РЛФОС, ФОДОС, ОС ДВК;

Системы программирования Макро, Бейсик, Фортран, Паскаль, Си, Модула-

Системные программы общего пользования, включая отладчики, различные

редакторы текстов общего назначения;

Тестовая операционная система типа ТМОС (тест мониторная операционная

система).

В настоящее время все большее распространение получают уни­версальные программные комплексы, называемые пакетами при­кладных программ (ППП). Это система прикладных программ, предназначенная для решения задач определенного класса. Связь с ППП осуществляется на языке более высокого уровня, чем проб­лемно-ориентированные языки. Создание ППП, которые могут быть общими для многих пользователей, освобождает программистов от дублирования в разработке программ, которые могут быть общими для многих пользователей, ускоряет процесс разработки программ и сокращает время, необходимое для внедрения задачи.

В настоящее время фонд алгоритмов и программ (ФАП) насчитывает большое число пакетов для различных приложений.

Отличительная черта современных ППП в том, что они снабжены входным языком, позволяющим оформить задание пакету на уровне содержательного описания, близкого к описанию на естественном разговорном языке. Составленное таким образом задание анализи­руется специальной программой-монитором, входящей в системную часть пакета, и для его выполнения генерируется соответствующая вычислительная схема, по которой будет выделен необходимый на­бор программ из библиотеки пакета.

Следовательно, в цепи пользователь - ЭВМ есть еще один уро­вень иерархии: система машинных команд → общесистемное про­граммное обеспечение → пакеты прикладных программ → програм­ма пользователя.

Пакеты прикладных программ, прежде всего, различаются по функциям, которые они выполняют. Например, генератор ввода предназначен для организации ввода данных, контроля их, компо­новки и организации хранения; генератор вывода, напротив, ор­ганизует редактирование данных из внутреннего представления к форме выдачи их на терминальные устройства; системы управле­ния базами данных предназначены для управления хранением дан­ных, созданием поколений данных, слежением за их обновляемостью, поиском данных по запросу пользователя и т. д.

В настоящее время все большее внимание уделяется созданию комплексов ППП, способствующих автоматизации проектирования АСУ. Примером такого комплекса может служить обще системное математическое обеспечение (ОСМО), объединяющее в себе следую­щие функции: ввод данных с различных типов носителей (перфокар­ты, перфоленты, магнитные ленты и диски); контроль документов данных; организация метабазы данных; организация обработки данных и обмена данных, хранимых на различных устройствах памяти; вывод данных с широкими возможностями их формати­рования.

По способу реализации входного задания пакеты могут быть обрабатывающие и производящие. Обрабатывающие пакеты орга­низуют заранее предусмотренную последовательность программных модулей, ориентированную на конкретную задачу. Переменными на входе могут быть лишь сами данные, их описания. Производя­щие пакеты способны генерировать последовательности программ­ных модулей, необходимые для реализации тех задач, которые могут быть описаны входным языком.

Классификационными признаками пакетов могут быть также уровень входного языка, тип транслятора; уровень адаптируемости к различным представлениям данных; сфера применимости; степень открытости; требование к уровню подготовленности пользователя и др.

Пакеты прикладных программ выборочно конструируют после­довательность выполнения программ применительно к заданию пользователя. Такие последовательности могут быть различными.

Для выборочного конструирования нужной последовательности не­обходимо, чтобы каждая программа была выполнена в виде отдель­ного модуля, стыкуемого с остальными модулями. Такая стыковка называется сопряжением или интерфейсом. Интерфейс - это сово­купность средств и правил, обеспечивающих взаимодействие про­грамм. Интерфейс в значительной мере определяет как быстродейст­вие, так и надежность выполнения задачи. Кроме того, организация интерфейса обеспечивает расширение функциональных возможностей пакета, замену одних модулей другими без существенных переработок.

Модульное программирование позволяет разделить большую программу на иерархическую совокупность менее трудоемких частей, которые могут выполняться параллельно. Каждая такая часть реализует определенную функцию, легко обозримую и анализируе­мую, что позволяет быстро сформулировать техническое задание на ее программирование, тщательно реализовать и отладить программ­ный модуль. Кроме того, отдельные программные модули могут быть использованы в качестве составных частей при программиро­вании других задач. Поэтому выделение программных модулей в библиотеку для повторного их использования ведет к увеличению производительности труда программистов и снижению затрат на оформление технической документации, так как документация в таком случае оформляется помодульно и может быть размножена.

ВТОРОЙ ВОПРОС

Любая современная ВС (вычислительная система), в том числе и микропроцессорная ВС, состоит из двух главных взаимосвязанных и взаимодействующих компонентов: аппаратуры и программного обеспечения.

Основу программного обеспечения ВС обра­зует, как правило, некоторая операционная система, представляющая собой совокупность специальных программ, предназначенных для управления всеми аппаратур­ными и программными ресурсами ВС, облегчения процесса создания и отладки новых программ, автоматизации их прохождения через вычислительную машину, управления файлами, повышения пропускной способности ВС и про­изводительности труда обслуживающего персонала. Опе­рационная система является посредником между ЭВМ и ее пользователями и, как таковая, осуществляет анализ и интерпретацию запросов каждого пользователя и обеспе­чивает их должное выполнение. Запрос пользователя отражает необходимые ресурсы и требуемые действия ВС и представляется в виде задания на особом языке, назы­ваемом языком управления заданиями. Опубликованная к настоящему времени литература на русском языке по операционным системам довольно обширна. Однако в ней основное внимание уделяется, как правило, операционным системам для средних и больших ЭВМ, например машин системы IBM-360 и ЕС ЭВМ. В то же время общие вопросы организации и функционирования операционных систем для микроЭВМ освещены менее глубоко, причем соответ­ствующие публикации не всегда доступны студентам

Чаще операционная система ОС микроЭВМ состоит из относительно компактного ядра - монитора - и набо­ра системных программ и данных ПС и ДС (рис. 1). Монитор предназначен для организации взаимодействия пользователей с микро-ЭВМ, запуска и контроля выпол­нения системных программ и программ пользователей, слежения за выполнением операций ввода - вывода, уп­равления распределением оперативной памяти микро-ЭВМ и манипулирования файлами. Таким образом, монитор с функциональной точки зрения подобен управляющей программе в операционной системе большой ЭВМ. Как правило, весь монитор или некоторая его часть, называемая резидентной, часто с момента загрузки и запуска операционной системы постоянно находится в оперативной памяти микро-ЭВМ. Компоненты монитора, не входящие в резидентную часть, загружаются в оперативную память микро-ЭВМ по мере необходимости, а после выполнения требуемых действий освобождают занимаемые ими об­ласти памяти для других компонентов монитора, систем­ных программ или программ и данных пользователя (ПП и ДП).

Рис 1. Важнейшие группы компо­нентов в программном обеспечении микро-ЭВМ:

М - монитор, ПС и ДС - программы и данные системы; ПП и ДП - про­граммы и данные пользователя.

В группу системных программ и данных ПС и ДС могут входить трансляторы и интерпретаторы языков програм­мирования, редактор текстов, редактор связей програм­мных модулей, программа для реализации библиотечных операций («библиотекарь»), отладчик программ, драйве­ры внешних устройств, тестовые программы, библиотеки исходных, объектных и загрузочных программных моду­лей, библиотека макрокоманд и т. п.

Важной проблемой организации операционной системы микроЭВМ является выбор машинного носителя для постоянного хранения ее компонентов, а также программ и данных пользователя ПП и ДП. В простейшем случае в качестве такого носителя может использоваться перфо­лента, как это сделано, например, в перфоленточной операционной системе микро-ЭВМ «Электроника-60». Од­нако применение такой операционной системы сопряжено с существенными неудобствами, так как требует большого ручного труда оператора при вводе компонентов опера­ционной системы с перфоленточного устройства в опера­тивную память микро-ЭВМ.

Более совершенным носителем программ операционной системы и программ пользователей применительно к микроЭВМ является кассетный накопитель на магнит­ной ленте (КНМЛ). Хотя быстродействие операционной системы на кассетном НМЛ может быть недостаточно высоким для тех или иных применений микро-ЭВМ, в це­лом такая операционная система гораздо более удобна для пользователя, чем перфоленточная.

В настоящее время наиболее распространенным машинным носителем программно-информационного обес­печения микро-ЭВМ являются накопители на гибких маг­нитных дисках (НГМД), которые характери­зуются довольно большим объемом памяти, малым вре­менем доступа, простотой применения, компактностью и низкой стоимостью. Накопители на ГМД дают возмож­ность создавать весьма развитые ОС для микро-ЭВМ, как например, дисковая операционная система ФОДОС для микро-ЭВМ «Электроника-60».

Организация микропроцессорной системы в значитель­ной мере зависит от ее функционального назначения и режима работы. С точки зрения функционального назна­чения операционная система может быть ориентирована на выполнение заданий пользователей в пакетном или диалоговом режиме или на управление некоторыми устрой­ствами, связанными с микро-ЭВМ каналами передачи дан­ных, в реальном масштабе времени. Возможно и совме­щение названных функций.

Микропроцессорная операционная система с ориента­цией на работу в пакетном или диалоговом режиме может быть однопрограммной или мультипрограммной. Однопрограммная операционная система обычно рассчитана лишь на одного пользователя, в то время как мультипро­граммная операционная система может обслуживать одно­временно несколько пользователей. В мультипрограммном режиме работает, как правило, и такая микропроцессорная операционная система, которая ориентирована на управ­ление устройствами и процессами в реальном масштабе времени.

Операционные системы реального времени с разделением функций типа РАФОС, ФОДОС, ОС ДВК по своим функциональным возмож­ностям позволяют организовывать вычислительный процесс в ЭВМ, имеющих ОЗУ емко­стью 16..56 Кбайт и более, обслуживают широкий набор ПУ, входя­щих в состав ЭВМ

Возможности ОС:

Одновременное решение одной (под управлением SJ-моиитора) или двух (под

управлением FB-монитора) задач;

Организация связи пользователя с ЭВМ на уровне команд монито­ра или

конкретной системы, работающей под управлением монитора;

Сопровождение системы файлов на ВЗУ;

Организация трансляции, редактирования иотладки.

Однозадачный SJ-монитор функционирует при минимальной кон­фигурации технических средств ЭВМ, занимает 4 Кбайт памяти ОЗУ, имеет высокое быстродействие ипрограммно совместим с FB-монитором.

Двухзадачний FB-монитор одновременно выполняет две задачи: оперативную – с наивысшим системным приоритетом относительно фо­новой; фоновую – в реальном времени с меньшим приоритетом по сравнению с оперативной задачей. Такой FB-монитор занимает 8 Кбайт и обеспечивает работу с ОЗУ емкостью 24...56 Кбайт. Он имеет развитые средства программирования дополнительных терминалов. Основное применение FB-монитора - системы автоматизации лабо­раторных экспериментов и решение прикладных задач в реальном вре­мени, не требующих ОЗУ большой емкости.

Управление системой выполняется с помощью команд монитора - языка, позволяющего с системного терминала получать справочную информацию о системе, загружать в ОЗУ системные и прикладные про­граммы, выполнять копирование, стирание, переименование файлов, вывод каталога, задание даты и др.

Команды задаются в двух вариантах - полном и кратком. В каж­дом случае дополнительная информация на задания вводится из ЭВМ. Некоторые команды допускают задание групповой операции в специ­фикации файла.

Файловая система. В состав монитора ОС входят программные средства организации файлов на ГМД.

Для ВЗУ с прямым доступом допускается организация простых и иерархических файловых структур. При этом отдельный файл может рассматриваться в качестве носителя, имеет сложную структуру и со­держит каталог файлов, расположенный в нем. Эти средства обеспечи­вают отдельным пользователям файлов ограниченный доступ к инфор­мации, расположенной в «чужих» файлах, и защиту файлов остальных пользователей, размещенных на одном и том же физическом носителе.

Работа с ПУ реализуется с помощью набора драйверов, представ­ляющих собой программный компонент управляющей системы. Набо­ры драйверов хранятся в отдельном файле на системном ВЗУ, что по­зволяет легко включать в состав ОС драйверы для новых устройств.

Системные программы общего назначения: для работы с файлами, обслуживания устройств, распечатки каталога, коррекции объектных и любых файлов, форматирования дисков, компоновщик, библиотекарь, редактор общего назначения, экранные редакторы, форматирования текстов, абсолютной загрузки, отладчик, сравнения носителей, распе­чатки файлов, сравнения файлов.

Операционная система реального времени микро-ЭВМ.

Общие сведения об операционных системах реального времени . Важное значение во многих применениях микро-ЭВМ имеют операционные системы реального времени (ОС РВ). Каждая ОС РВ предназначена прежде всего для того, чтобы отслеживать и определенным образом реаги­ровать на многочисленные и, в общем, разнотипные собы­тия, возникающие независимо друг от друга в реальном времени. Такими событиями могут быть генерирование очередного импульса от таймера, поступление кода неко­торого знака с внешнего устройства или из канала связи, возникновение сигнала прерывания того или иного типа, истечение заданного интервала времени и т. п. Реакция на событие зависит от его класса. Например, в случае ге­нерирования очередного импульса от таймера ОС РВ мо­жет увеличить на единицу времени показание системных часов и запустить программу сканирования некоторых датчиков.

Основная единица работы ОС РВ - задача. Задача - это процесс, развитие которого определяется некоторой программой, выделенными ресурсами, а также другими процессами. Из определения задачи видно, что понятия «задача» и «программа» не совпадают, хотя нередко в литературе по операционным системам их различие и не отмечается.

Как правило, ОС РВ обеспечивает параллельное вы­полнение многих задач. В однопроцессорной вычислитель­ной системе параллельное выполнение задач реализуется достаточно частым переключением процессора с одной задачи на другую. Последовательность переключений процессора, а также интервал занятости его выполнением каждой из задач до переключения на какую-нибудь дру­гую задачу регулируются с помощью приоритетов, назна­чаемых задачам. Для операционной системы приоритет является одной из важнейших характеристик задачи. В

простейшем случае приоритет задачи фиксирован. В более общей ситуации приоритет каждой из задач, выполняемых под управлением ОС, может изменяться во времени. Ха­рактер изменения приоритета может зависеть от длитель­ности пребывания задачи в очереди к процессору, длитель­ности использования процессорного времени, числа интер­валов занятия процессора задачей и т. д.

Рис. 2. Диаграмма состояний за­дачи.

Каждая задача во время своего выполне­ния проходит ряд состо­яний, число которых может быть очень ве­лико, если принимать во внимание все пере­менные задачи. Однако операционная система различает чаще всего следующие укрупнен­ные состояния задачи:

1) активности, или вы­полнения;

2) приоста­новки или ожидания некоторого события;

3) готовности к началу или продолжению выполнения.

Кроме того, следует учесть также состояние, в ко­тором задача только создается, и состояние завершенности или прекращения выполнения. На рис. 2 представлена диаграмма важнейших состояний задачи, выполняющейся под управлением операционной системы. Здесь Al, A2, ... ..., А7 - группы причин, приводящих к изменению состоя­ний задачи. Группа А1 содержит обычно единственную причину - завершение создания задачи. В группу А2 могут входить, например, такие причины, как освобож­дение процессора от выполнения более приоритетных за­дач или наступление момента для выделения данной зада­че кванта процессорного времени (при циклическом обслу­живании совокупности задач). Типичными причинами из группы A3 являются, например, инициирование выполняю­щейся задачей операции ввода данных, без которых эта задача не может продолжать свое выполнение, или затре­бованная самой задачей определенная длительность при­остановки своего выполнения. Причинами из групп А4 могут стать, например, готовность к выполнению более приоритетной задачи или истечение фиксированного кванта процессорного времени. В группы А5 и А6 может вхо­дить одна и та же причина - наступление события, ожи­даемого задачей или выводящего задачу из состояния приостановки. Если выполняемая в этот момент задача имеет более высокий приоритет, то задача с закончившим­ся ожиданием перейдет в состояние «Готова к выполне­нию». В противном случае эта задача может сразу перейти в состояние выполнения, прервав при этом выполнение менее приоритетной задачи. И наконец, причинами из группы А7 могут быть нормальное завершение или возник­новение неисправимой ошибки в задаче.

К настоящему времени создан целый ряд ОС РВ для различных микроЭВМ. При всем разнообразии таких систем в них можно выделить следующие основные компоненты:

1) планировщик задач;

2) диспетчер;

3) обра­ботчик прерываний;

4) программа отслеживания времени;

5) супервизор ввода - вывода.

Планировщик задач и диспетчер образуют управляю­щую программу, или монитор. Планировщик осуществля­ет выбор задач, которые должны быть подготовлены к выполнению. Функция диспетчера состоит в том, чтобы инициировать выполнение задачи, выбранной планиров­щиком, или продолжить ее выполнение из состояния готовности или ожидания. Задача, получившая управле­ние от диспетчера, захватывает процессор до своего пол­ного завершения, прекращения (например, при ошибке или вмешательстве оператора) или перехода в состояние ожидания. После освобождения процессора от выполнения текущей задачи управление возвращается планировщику для выбора другой задачи, подлежащей выполнению.

На рис. 3 приведен пример схемы алгоритма, иллю­стрирующий работу простого планировщика задач. Пред­полагается, что планировщик получает управление при периодическом прерывании от таймера, а также в случае завершения какой-либо задачи. Прерывание от таймера дает возможность находящейся в очереди задаче более высокого приоритета, чем приоритет текущей выполняемой задачи, «захватить» процессор. Данный планировщик включает в себя и функции диспетчера задач, относящиеся к инициированию задачи или продолжению ее выполнения. На рис. 4 представлен пример временной диаграммы, поясняющий работу описанного планировщика с задачами трех приоритетных уровней. Для простоты предполага­ется, что интервалы работы планировщика пренебрежимо малы по сравнению с интервалами выполнения задач, и

поэтому они представлены, как и прерывания от таймера, вертикальными черточками; интервалы выполнения задач заштрихованы наклоненными влево линиями; интервалы приостановки заштрихованы наклоненными вправо линия-

ми, а интервалы нахождения в очереди (начиная с момен­та возникновения задачи) не заштрихованы; переключе­ния процессора с задачи одного приоритета на задачу дру­гого приоритета показаны пунктирными вертикальными стрелками.

Рис. 3. Схема упрощенного алгоритма функционирования планировщика задач в ОС РВ.

Обработчик прерываний осуществляет обработку раз­личных типов прерываний с сохранением состояния прерываемых задач. Изменение состояния задач отражается в системных таблицах. Обычно обработчик прерываний завершает свои операции передачей управления плани­ровщику задач, который на основе анализа таблиц и учета текущих состояний и приоритетов задач выбирает для выполнения новую задачу или для продолжения выпол­нения - прерванную задачу.

Программа отслеживания времени осуществляет пе­риодическое наращивание абсолютного времени по преры­ваниям от таймера, а также реализует задаваемые раз­личными задачами интервалы временной задержки. Как правило, программа отслеживания времени имеет наивыс­ший приоритет в системе и выполняется при каждом пре­рывании от таймера. После завершения этой программы управление получает планировщик задач.

Рис. 4. Временная диаграмма работы планировщика задач

в ОС РВ с задачами трех приоритетных уровней.

Супервизор ввода - вывода предназначен для реали­зации операций ввода - вывода, запрашиваемых в выпол­няемых задачах. Запросы на ввод - вывод представля­ются обычно в виде макрокоманд, с каждой из которых ассоциируется некоторый список параметров, определяю­щих адреса и объем данных, подлежащих вводу или вы­воду. Обеспечивая должную буферизацию данных, супер­визор полностью освобождает разработчика прикладных программ от необходимости детального программирования операций ввода - вывода и тем самым существенно облег­чает его труд.

Тестовая операционная система типа ТМОС . Предназначена для проверки работоспособности ЭВМ, а также для поиска и локализации неисправностей.

Состав тестовых программ рассмотрим на примере ТМОС ДВК:

Назначение теста Наименование файлов

Вызов тестовых программ...... FT MON.SAV

Основной тест команд........ ALB.SAV

Тест прерываний.......... 791404 TMS

Тест памяти............ 791323.TMS

Тест символьного дисплея...... 01210I.TMS

Системный тест.......... 791407 TMS

Тест УПО............ 005101.TMS

Тест DZM-180........... 013101.TMS

Тест обмена с НГМД-7012...... 014102.TMS

Тест печатающих устройств...... TESTPU.SAV

Тест НГМД-6022, НГМД-6021..... TSTGMD.SAV

Программа форматирования

Носителей (дисков) на НГМД-6022,

НГМД-6021 . . FORMAT.SAV

Каждый тест является циклическим. Для останова теста необходи­мо перейти в режим пультового терминала и набрать команду 40024G. После запуска и работы теста останов происходит по адресу 32. Про­должение работы осуществляется посредством команды 2C0G.

ТРЕТИЙ ВОПРОС

Макроассемблер обеспечивает доступ ко всем средствам, предо­ставляемым системой. Язык включает в себя средства условной транс­ляции, макропроцессор и развитую систему управления транслятором для генерации листингов и таблиц перекрестных ссылок. Макроас­семблер может использовать расширенную арифметику, библиотеку, макрокоманды пользователя и системы. Транслятор не ограничивает размер транслируемой программы.

Фортран IV удовлетворяет требованиям стандарта, содержит опе­раторы, обеспечивающие дополнительные средства работы с файлами, форматный и неформатный, а также списковый ввод-вывод для упро­щения процесса отладки при выводе промежуточных результатов.

Исполняющая система Фортран IV расширена включением в ОС объектной библиотеки, содержащей наборы подпрограмм, допускаю­щих вызов из программ на языке Фортран и работу со строковыми данными, с 32-рарядными целыми числами, доступ к средствам ОС уровня системных макрокоманд.

Бейсик содержит стандартные средства, обеспечивающие диалого­вый режим работы, интерактивный способ отладки программ и др. В состав ОС включен интерпретатор, имеющий ряд дополнительных возможностей, в том числе работу со строками и целыми числами, уп­равление файлами, размещенными на различных ВЗУ, средства рас­ширения на языке Макроассемблер и др.

Паскаль. В ОС входит развитый набор программных компонентов для программирования на языке Паскаль. Компилятор обеспечивает трансляцию с входного языка Паскаль на язык макроассемблера. От­ладка программ осуществляется в интерактивном режиме с использо­ванием символических обозначений, применяемых в исходном тексте программ. Отладчик программ на языке Паскаль включен в состав биб­лиотеки исполняющей системы.

Имеются дополнительные служебные программы, написанные на языке Паскаль: оптимизация текста программы на язык Макроассемб­лер; форматирование исходного текста программ; проверка ее блочной структуры; распечатка таблиц перекрестных ссылок.

Модула-2 - универсальный язык программирования, обеспечиваю­щий создание больших программ, разрабатываемых несколькими про­граммистами. Язык использует модульный принцип, широкий набор утилит, включающих процедуры ввода-вывода, управление памятью, планирование процессов и др.

Литература:

1. В.В. Стрыгин «Основы вычислительной, микропроцессорной техники и программирования», стр.: 258-303.

2. А.А. Мячев «Персональные ЭВМ и микроЭВМ (основы организации)», стр.: 247-249.

3. Л.Н. Преснухин «Микропроцессоры» ч. 1, стр.: 439-441, 456-461.

ЗАНЯТИЕ 3.4.5 Области применения микропроцессоров и микропроцессорных систем. Оборудование с числовым программным управлением.

ВОПРОСЫ ЗАНЯТИЯ:

1. Некоторые вопросы организации применения микроЭВМ и микропроцессорных устройств.

2. Области применения микропроцессоров и микроЭВМ.

3. Применение микропроцессоров и микроЭВМ в оборудовании с программным управлением и робототехнических комплексах.

ПЕРВЫЙ ВОПРОС

Эффективность применения микропроцессорных устройств и микроЭВМ в той или иной области техники зависит от успешного решения широкого круга производственных и ор­ганизационных вопросов, таких как выбор первоочередных применений, организация взаимодействия поставщика и пот­ребителя микро-ЭВМ; формирование коллектива по разработ­ке аппаратуры на базе микро-ЭВМ.

Выбор первоочередных применений является чрезвычай­но важной задачей, так как успех первой разработки служит хорошей гарантией дальнейшего развития работ по приме­нению микропроцессоров не только в конкретном коллективе, но часто и в целой отрасли техники, а неудача может на много лет дискредитировать саму идею применения.

В качестве первоочередного необходимо выбирать то применение, которое является эффективным и может быть сделано быстро.

Быстрота реализации зависит от вида разработок новых образцов изделий, использующих микроЭВМ или микропро­цессоры. В литературе часто приводится сравнительный анализ различных видов разработок и сделан вывод о том, что наиболее быстро можно реализовать ожидаемый эффект, если мы при разработке осуществляем перевод имеющейся механической, электромеханической или электронной части серий­но выпускаемого изделия, осуществляющей функции управления, обработки или передачи данных, на микропроцессор или микро-ЭВМ.

ВТОРОЙ ВОПРОС

Области применения микропроцессоров и устройств, по­строенных на их базе, практически не ограничены. В настоя­щее время трудно представить ту сферу деятельности чело­века, где микропроцессор или микро-ЭВМ по каким-либо причинам невозможно было бы применить. Использовать их можно практически везде, нужно только определить, насколь­ко эффективно и целесообразно их конкретное применение.

В рамках настоящего конспекта лекций не представляе­тся возможным подробно рассмотреть области, где могут най­ти применение микропроцессорные устройства. Эти вопросы рассматриваются в различной литературе, на примерах конкрет­ных структурных схем, с описанием алгоритмов работы мик­ропроцессорных устройств. Здесь мы кратко рассмотрим лишь некоторые примеры возможного применения этих уст­ройств.

Следует отметить, что микро-ЭВМ и микропроцессорные комплексы могут использоваться и в качестве автономных вычислительных средств (для инженерных или научных рас­четов, для экономической обработки информации, для уп­равления различными процессами и т. д.) и в качестве вст­раиваемых средств.

Применение микро-ЭВМ в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП) суще­ственно влияет на архитектуру таких систем. Сравнительно невысокая стоимость и массовое производство микро-ЭВМ позволяют решать задачу управления самым нижним уров­нем технологических процессов, где благодаря быстродейст­вию и точности выполнения простейших операций ЭВМ пре­восходит человека-оператора.

Вместе с тем низовые системы управления, точно поддер­живающие заданный технологический регламент, должны работать в рамках общей иерархической структуры управ­ления, выполняя каждый раз вполне «индивидуальную» ра­боту. Такие системы могут применяться, например, в качест­ве программаторов, контроллеров для числового программно­го управления станками, в промышленных работах и т. д.

Программаторы – это простейшие устройства, с помощью которых на технологический объект управления выдается за­ранее определенная последовательность управляемых сигна­лов. Роль микро-ЭВМ в таких устройствах состоит в упроще­нии процесса перестройки режимов за счет изменения прог­раммы

На базе автономных программаторов сравнительно лег­ко собрать комплекс управления сборочным конвейером. Та­кой комплекс состоит из группы программаторов, управляе­мых центральной ЭВМ. Для этого необходимо формат пред­ставления выходных управляющих сигналов и центральной ЭВМ сделать соответствующим интерфейсу устройства счи­тывания с перфоленты. Это необходимо потому, что в авто­номном режиме такая информация в программатор вводится с перфоленты.

Примером такого комплекса может служить система с микропроцессорными терминалами на базе БИС - 8080 ицентральной миниЭВМ HP 21000,используемой фирмой Computer System (США) в комплексе управления автосборочным конвейером.

Контроллер – это устройство управления некоторым ме­ханизмом или аппаратом по жесткой программе. До появления микроЭВМ контроллеры выполнялись как чисто аппа­ратные средства. Однако простота и гибкость реализации в ЭВМ логических функций, а также возможность дополни­тельногоиспользования вычислительных алгоритмов делают применение микроЭВМ в контроллерах весьма перспектив­ным.

Контролер отличается от программатора тем, что прог­рамматор только ведет процесс, а контроллер кроме ведения процесса выполняет функции слежения за параметром и ве­дет процесс до достижения параметром заданного фиксиро­ванного значения Контроллеры могут найти широкое применение в управлении различными технологическими процесса­ми.

МикроЭВМ в станках с числовым программным управле­нием (ЧПУ).

Системы ЧПУ в разных по сложности станках по полноте (реализации) тех или иных функций существенно отличают­ся от программаторов и контроллеров. Поэтому к микроЭВМ в системах ЧПУ предъявляются более высокие требования.

Принципиальная особенность станка с ЧПУ заключается в том, что движение инструмента относительно обрабатыва­емой заготовки задается последовательностью положений и скоростями перемещений его рабочих органов, записываемых в программе. Поэтому эти устройства обладают высокой гиб­костью, так как перестройка системы управления другой де­тали сводится к подготовке другой программы.

Не останавливаясь на достоинствах станков с ЧПУ, от­метим, что они найдут в ближайшем будущем самое широ­кое применение, малые габариты микро-ЭВМ позволяют вст­раивать их непосредственно в станок.

Вообще надо отметить, что встраивание однокристальных одноплатных, а в отдельных случаях и многоплатных мик­роЭВМ в состав оборудования существенно повышает его технические и эксплуатационные характеристики.

Микропроцессорные устройства могут быть встроены и использованы для реализации многих функций управления различными узлами и устройствами, например, автомобилей, комбайнов и тракторов.

В настоящее время уже разработаны с микропроцессор­ные системы зажигания, управления впрыском топлива в двигателе внутреннего сгорания. Эти системы могут быть успеш­но использованы в тракторах и двигателях комбайнов.

Цифровая система зажигания на базе микропроцессора обеспечивает автоматическую регулировку угла опережения в зависимости от оборотов, нагрузки, режимов работы, тем­пературы двигателя, состава смеси и этим обеспечивается существенное повышение эффективности работы двигателя. Микропроцессорная система управления впрыском топлива позволяет уменьшить загрязнение воздуха выхлопными газами и обеспечить максимально экономию топлива во всем рабочем диапазоне двигателя. Это достигается за счет оптимизации отношения количества атмосферного воздуха к количеству топлива. Такая оптимизация требует учета большого коли­чества параметров и поэтому может быть достигнута с по­мощью цифрового вычислительного устройства. Таким уст­ройствам является микропроцессорное устройство.

Микропроцессоры и микроЭВМ находят широкое применение в различных областях народного хозяйст­ва, причем число областей применений микропроцес­соров в промышленности, научных исследованиях и в бытовой технике стремительно растет.

Микропроцессоры используются во встроенных си­стемах автоматического управления, для технологиче­ского оборудования - станков с числовым програм­мным управлением, автоматических манипуляторов (роботов), дуговых сталеплавильных печей, свароч­ных машин и т. п. Современное промышленное пред­приятие невозможно представить без роботов, стан­ков с ЧПУ, автоматизированных складов, гибких производственных систем (ГПС).

Применение микропроцессоров на транспорте обеспечивает не только оптимальное управление транспортными средствами, но и безопасность движе­ния, комфорт пассажиров, учет передвижения пасса­жиров и грузов, оптимизацию перевозок в целом и т. д. Использование микропроцессоров для управления автомобильными двигателями должно по имеющимся прогнозам улучшить их экономичность на 10... 15 % и уменьшить токсичность выхлопных газов.

На базе микропроцессоров строятся универсаль­ные регуляторы, предназначенные для регулирования различных величин, таких, например, как напряжение электрического тока, температура, давление, скорость вращения вала двигателя, крутящий момент, линейные перемещения и т. п. Такие универсальные регуля­торы соединяются с объектом регулирования с помо­щью соответствующих преобразователей.

На основе использования микропроцессорных ре­гуляторов, измерительных приборов с МП, микроЭВМ автоматизируются однотипные процессы, встречаю­щиеся в различных областях техники.

Разработаны микропроцессорные системы контро­ля расхода воды в реках и ирригационных каналах. Микропроцессоры используются в системах управле­ния работой водоочистных станций.

Микропроцессорную технику применяют для управ­ления движением газа и нефти в газа - и нефтепрово­дах соответственно.

На основе применения МП и микроЭВМ разрабо­таны устройства контроля и управления технологиче­скими процессами в химической, нефтедобывающей и других отраслях промышленности. К ним относятся и технологические процессы в микроэлектронной про­мышленности, в частности процессы изготовления са­мих микропроцессоров.

Микропроцессоры и микроЭВМ используются в ме­дицинской технике (регулирование движения воздуха в системах искусственной вентиляции легких и кро­ви, управление искусственными органами, дозирова­ние наркозных смесей и т. д.) Они применяются для диагностики различных болезней, профессионального отбора.

Широкие возможности МП и микроЭВМ позволи­ли реализовать на их основе ряд стандартных, ориен­тированных на автоматизацию научных исследований измерительно-вычислительных (ИВК) и управляющих проблемно-ориентированных (ПОК) комплексов типа ИВК. Они предназначены для автоматизации общефизических (ИВК-1, ИВК-2, ИВК-20), оптических (ИВК-3) и лабораторных (ИВК-4) научных исследо­ваний, автоматизации сбора, обработки и хранения информации в различных областях науки и техники (ИВК-7, ИВК-8).

На базе ИВК создаются комплексы для автомати­зации труда инженера, конструктора, программиста и т. д.:

Автоматизированные рабочие места радиоинже­нера (АРМ-Р), машиностроителя (АРМ-М) и тех­нолога (АРМ-Т);

Автоматизированные рабочие места информа­ционного работника (АРМ Реферат), проектировщи­ка микропроцессорных устройств (АРМ 2-05) и про­граммиста (АРМ Программист).

Кроме того, большие возможности при создании специализированных (нестандартных) автоматизиро­ванных систем научных исследований предоставляет ученому широкая номенклатура выпускаемых про­мышленностью микропроцессорных средств вычисли­тельной техники. При этом пользователь может соз­давать системы исследований на базе нестандартных и стандартных приборов и устройств, опираясь на соб­ственные разработки, использующие последние дости­жения в области микроэлектроники.

Широко применяются микропроцессоры в измери­тельных приборах, позволяя достичь ряда положи­тельных результатов. Наиболее характерные требова­ния к измерительной аппаратуре: точность и стабиль­ность работы в течение длительного времени, в широ­ком диапазоне воздействий дестабилизирующих фак­торов. Для компенсации временной и эксплуатацион­ной нестабильности почти всегда необходима калиб­ровка приборов непосредственно перед измерением или с некоторой периодичностью, соответствующей по­верочному интервалу времени. Это относительно тру­доемкая операция и часто недостаточно эффективная, поскольку параметры прибора могут довольно быстро меняться в течение времени измерения.

Одна из важ­ных функций, возлагаемых на МП в измерительной аппаратуре, - автоматическая самокалибровка. При­чем она осуществляется не только перед измерением, но и в процессе воздействия сигнала измеряемой вели­чины на вход измерителя. Частота такой калибровки может быть достаточно большой для проведения боль­шого числа калибровок за время одного измерения.

Микропроцессоры позволяют предварительно обра­батывать измеряемые сигналы. В результате такой обработки можно производить автоматическое усред­нение результатов измерений, приведение величин к заданной размерности, выбор оптимального диапа­зона измерения, вычисление заданных функций и т. п., другими словами, получать от измерения именно ту информацию, которая требуется в каждом конкретном случае.

Существенное достоинство приборов, реализуемое с использованием микропроцессоров, заключается в возможности самоконтроля и диагностики приборов на их основе, т. е. в обнаружении и указании место­положения обнаруженной неисправности, а если воз­можно, то и устранения ее путем подключения резервных устройств или выбора подходящего режима ра­боты. Немаловажным является уменьшение размеров, массы и энергопотребления устройств, реализованных с использованием МП.

Товары широкого потребления - потенциально наиболее массовая сфера применения МП систем. Вы­сокая надежность и постоянно снижающаяся стои­мость МП являются факторами, решающими в их пользу вопрос о выборе элементно-технологической базы для систем автоматизации управления бытовы­ми приборами. Не менее привлекательна возможность получения у бытовых приборов наряду с традицион­ными новых функций, при незначительном увеличении стоимости, что также определяет преимущества МП систем перед всякими другими.

Применение МП стимулировало появление боль­шого количества разнообразных электронных игр, характерных, прежде всего высокой степенью «интеллек­туальности». Наибольшее распространение получили карманные игры с жидкокристаллическими экранами, а также игры на базе бытовых компьютеров или вы­полненные в виде приставок к телевизору, подключае­мых к его антенному входу.

ТРЕТИЙ ВОПРОС

Станки с числовом программным управлением (ЧПУ) находят широкое применение на производстве. Наряду с обычным оборудованием с ЧПУ распростра­нение получили контрольно-измерительные и сбороч­ные машины, промышленные роботы и другое обору­дование с управлением от микроЭВМ. Отдельные станки с ЧПУ и многоцелевые станки объединяют в участки, включающие транспортно-складские систе­мы, управляемые ЭВМ, системы централизованной уборки стружки и другое оборудование.

Системы числового программного управления (СЧПУ) можно классифицировать по признакам: структуре и принципу (алгоритму) управления, назначению, характеру движения привода, виду приво­да, способу задания программы.

По структуре управления СЧПУ делят­ся на замкнутые и разомкнутые.

В замкнутых СЧПУ используется задающее воздействие- управляющая

программа, а также информация о действительных значениях управляемых параметров, т. е. в этих си­стемах используется принцип управления по отклоне­нию управляемого параметра (гибкое управление).

Принцип управления разомкнутых СЧПУ основан на использовании только задающего воздействия, зало­женного в управляющую программу (принцип жест­кого управления).

По принципу управления комбинирован­ные СЧПУ делятся на системы с замкнутыми конту­рами управления, работающими по принципу откло­нения (при управлении основными параметрами - главное движение, движение подачи), и с разомкну­тыми контурами управления (при управлении вспо­могательными параметрами - закрепление заготовок, подвод инструмента, смена инструмента, включение подачи охлаждающей жидкости и т. д.).

В адаптивных СЧПУ существуют дополнительные датчики информации о параметрах процесса обработ­ки: силе резания, температуре инструмента, износе ин­струмента и т. д. Эта информация используется СЧПУ для корректировки технологических парамет­ров, заданных управляющей программой, в зависимо­сти от изменения припуска на обработку, твердости и жесткости заготовок, состояния инструмента и т. д.

По назначению системы управления делятся на позиционные, контурные и универсальные.

В позиционных системах управления программиру­ются координаты отдельных дискретных точек, опре­деляющих положение - позицию инструмента или заготовки. Такие системы применяются для управления сверлильными и расточными станками. Разновидность позиционных систем управления - прямоугольные, управляющие перемещением вдоль отрезков, парал­лельных направляющим станка. Прямоугольные сис­темы предназначены для последовательного управле­ния одной из двух взаимно перпендикулярных коорди­нат. Такие системы применяются для управления обработкой на токарных станках деталей типа ступен­чатых валиков, а на фрезерных станках - для управ­ления обработкой деталей с прямоугольным контуром,

В контурных СЧПУ осуществляется одновремен­ное взаимосвязанное управление по нескольким коор­динатам, в результате чего получается деталь со сложным профилем. Такие системы применяются для управления токарными, фрезерными, электроэрозион­ными станками, а также сварочными машинами.

Универсальные (позиционно-контурные) системы управления применяются в многооперационных стан­ках, использующихся для обработки одновременно несколькими инструментами сложных деталей (типа корпус).

По характеру движения привода и в зависимости от числа одновременно управляемых координат СЧПУ делятся на системы управления по одной, двум, трем, четырем, пяти координатам и более.

По виду приводов и в зависимости от вида энергии, использующейся в двигателях устройств при­вода СЧПУ, они делятся на СЧПУ с электроприводом, электрогидравлическим приводом, электропневматиче­ским приводом.

Различают следящие приводы, построенные по принципу замкнутых систем автоматического управле­ния - следящих систем; приводы разомкнутого типа, которые могут быть построены только на базе шаго­вых двигателей, допускающих непосредственное про­граммное управление значением перемещения и его скоростью.

По способу задания программы выде­ляют СЧПУ, в которые программа вводится с перфо­ленты, с магнитной ленты, с клавиатуры, из памяти центральной ЭВМ. Существует также способ записи программы при обработке первой детали и способ речевого управления станком с ЧПУ.

В настоящее время устройства ЧПУ строятся по структуре ЭВМ, чаще на базе серийных микроЭВМ (например, «Электроника-60»), т. е. блоки СЧПУ име­ют универсальный характер, и связи между ними мо­гут изменяться по программе.

Операции управления выполняются последовательно через центральный про­цессор. В составе блоков имеются оперативное (ОЗУ) и постоянное (ПЗУ) запоминающие устройства. Для такого рода устройств требуется специальное матема­тическое (программное) обеспечение. Математическое обеспечение может храниться в ПЗУ, если не требует­ся частая смена алгоритма работы оборудования, или может вводиться через устройство ввода как часть управляющей программы. Такое построение устройст­ва ЧПУ позволяет легко корректировать алгоритм работы, совершенствовать его по мере накопления статистической информации о качестве изготовленных деталей.

При создании автоматических линий, участков станков с ЧПУ и т. д. широко применяются промыш­ленные роботы. В машиностроении промышленные ро­боты заменяют рабочих, занятых обслуживанием ме­таллорежущих станков, прессов, печей и другого тех­нологического оборудования, они выполняют такие основные технологические операции, как сварка, прос­тейшая сборка, транспортировка и т. п.

Использова­ние промышленных роботов позволяет комплексно ав­томатизировать работу отдельных станков, но и перей­ти к автоматизации отдельных участков механической обработки, штамповки, точечной сварки путем созда­ния робототехнических комплексов. Такие комплексы являются обязательной составной частью гибких ав­томатизированных производств (ГАП).

Основная задача, выполняемая промышленными роботами, - манипуляционные действия в производ­ственном процессе. Манипуляционные действия - это перемещение в пространстве и ориентирование пред­метов труда (заготовок, готовых деталей) и орудий труда (инструментов).

Наиболее простые роботы, основная задача кото­рых - выполнение определенных движений (манипу­ляций), заданных программой, называются автомати­ческими манипуляторами. В зависимости от сложно­сти выполняемой работы автоматические роботы-ма­нипуляторы делятся на три вида - три поколения.

Роботы-манипуляторы первого поколения работа­ют по жесткой программе, а их взаимодействие с ок­ружающей средой ограничено элементарными обрат­ными связями. Роботы первого поколения могут оснащаться датчиками (в частности, датчиками осяза­ния- тактильными, позволяющими регулировать си­лу сжатия захвата). Для роботов первого поколения необходимо, чтобы среда, в которой они действуют, была определенным образом организована. Это зна­чит, что все предметы (заготовки и готовые детали, инструмент, элементы конструкции станков и обору­дования и т. д.) должны находиться в определенных местах и иметь определенную ориентацию в простран­стве. Это требование накладывает некоторые ограни­чения на применение роботов-манипуляторов первого поколения.

Роботы-манипуляторы второго поколения облада­ют элементами адаптации и способны решать более сложные задачи. Эти роботы имеют датчики, позво­ляющие им координировать движения с восприятием сигналов о состоянии окружающей среды. В частно­сти, роботы второго поколения могут иметь тактиль­ные датчики, позволяющие управлять развиваемым усилием, локационные датчики (световые, ультразву­ковые, телевизионные, гамма-лучевые и т. п.), позво­ляющие изменять траекторию движения манипулято­ра при появлении препятствия, при совмещении дета­лей, нечетко ориентированных в пространстве, и т. п.

Роботы-манипуляторы третьего поколения облада­ют способностью вести логическую обработку посту­пающей к ним информации. Эти роботы способны к обучению и адаптации, могут вести диалог с чело­веком-оператором, распознавать и анализировать сложные ситуации, формировать понятия и создазать модель окружающей среды, планировать поведение в виде программы действий (с учетом предыдущего опыта) и т. д. Осуществление работы по такому сложному алгоритму возможно только с применением ЭВМ.

Основную часть парка работающих в промышлен­ности роботов-манипуляторов составляют роботы пер­вого поколения, как наиболее простые, надежные и экономичные.

Нынешний уровень состояния техники характери­зуется быстрым развитием средств числового про­граммного управления, станками и роботами на базе микропроцессорной техники и БИС. Некоторые совре­менные СЧПУ токарных станков позволяют автома­тически рассчитывать число повторений и траекторию каждого прохода для получения окончательной кон­фигурации детали по заданным оператором контуре готовой детали, глубине резания на один проход и ско­рости резания.

Получают распространение участки станков с ЧПУ, управляемых непосредственно из памяти центральной ЭВМ по хранящейся в ней на магнитных дисках про­граммах. При этом центральная ЭВМ обеспечивает путем рациональной диспетчеризации высокую загруз­ку станков с ЧПУ, вырабатывает и передает админист­ративную и техническую информацию, определяет по­следовательность операций и взаимодействие станков, управляет транспортировкой заготовок и готовой про­дукции.

В США распространены системы ЧПУ с ручным вводом программы - системы цехового программиро­вания. Такие устройства строятся обычно на основе микропроцессоров, больших интегральных схем и поз­воляют осуществлять контурный и позиционный ре­жимы обработки от программы, вручную вводимой в память устройства с последующей возможностью воспроизводства ее необходимое количество раз. Та­кие системы находят применение на небольших заво­дах, где считается экономически нецелесообразным содержать штат технологов-программистов и их функции выполняют высококвалифицированные опе­раторы.

В настоящее время наблюдается быстрое развитие станков с ЧПУ, в которых запись программы произ­водится по первой детали. При обработке первой де­тали все данные вводятся в память устройства ЧПУ и одновременно набивается перфолента. Способ про­граммирования по первой детали применяется в ос­новном при обработке несложных деталей.

Развивается новое направление - речевое управ­ление станками с ЧПУ. Предполагается применение голосовых команд в сочетании с системой ЧПУ, имеющей запоминающее устройство, для управления лишь отдельными видами оборудования, например, станков для обработки листовых материалов. В будущем пред­полагается такое управление металлорежущими стан­ками и роботами.

В связи с повышением требований к точностным параметрам деталей ведутся работы по созданию адап­тивных систем управления с целью оптимизации про­цесса обработки и повышения точности обрабатывае­мых деталей. Такие системы должны обеспечивать измерение поверхности детали и корректировку раз­меров в ходе обработки, следить за износом инстру­мента, сигнализировать о вероятности появления бра­ка, обеспечивать мгновенной информацией систему управления станком о поломке инструмента и т. п.

Большие исследовательские работы ведутся в области адаптивно-диагностического управления станками, когда в зависимости от состояния обрабатываемой де­тали автоматически выбирают оптимальные подачу и скорость резания.

Предполагается, что вскоре будет найдено решение проблемы автоматического восприя­тия данных о необходимости замены изношенного или поврежденного инструмента.