Цифровая интегрирующая структура

нц 488205 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических РеспубликГосударственный комитет Совета Министров СССР по делам изобретенийпубликовано 15.10,75. Бюллетень3 и открыт Дата опубликования описант.О 72) Авторы изобретения В, А. Авдеев, А. В, Каляев, С, Г, Комаров, О, Б. Макаре П, И. Рыбаков и О. Б. Станишевский Таганрогский радиотехнический институт 1) Заявит) ЦИФРОВАЯ ИНТЕГРИРУЮЩАЯ СТРУКТУРА Изобретение относится к области вычислительной техники и предназначено для целей моделирования и управления сложными динамическими объектами в реальном масштабе времени.Известны цифровые интегрирующие структуры (ЦИС), содержащие цифровые решающие блоки, входы и выходы которых соеди,нены между собой через коммутирующий блок, блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами цифровых решающих блоков, цифро-анаглоговых и аналого-цифровых блоков, пульта управления, блоков памят 1 и, ввода, вывода и, связи. Входы блока управления соединены с выходами пульта управления, блоков ввода, вывода и связи. Выход пульта у 1 правления соединен со входом блока ввода. Выход блока вьввода соединен со входом пульта управления, Выход коммутирующего блока через блок памяти соединен со входом блока вывода. Предлагаемое устройство содержит также коммутаторы ввода и вывода и блок настройки коммутаторов, состоящий из блока расшифровки команд, счетчика номеров блоков и регистра кода операции, причем входы блока расшифровки команд соединены с выходами регистра кода операции и счетчика номеров блоков, а управляющие входы блока настройки коммутаторов соединены с выходами блока управления. Известные ЦИС амеют следующие недостатки: во-первых, область применения их сильно ограничена, так как они не приспо,соблены для совместной работы с универсальной ЦВМ и с аналоговой аппаратурои, в частности с АВМ (в результате сужается круг решаемых задач, так как существуют задачи, которые могут быть решены с достаточно высокой точностью и быстродействием на комплексе, состоящем из ЦИС, ЦВМ и АВМ, и не могут быть решены с той же точностью и быстродействием на одной лишь ЦИС); во-вторых, сложным является обмен информацией между ЦИС и внешними 15 устройствами (блоками ввода и вывода),Этот обмен осуществляется обычно последовательно во времени и производится через тот же коммутирующий блок, что и передача информации между цифровыми решающими блоками, осуществляющаяся, как правило, с целью увеличения скорости работы ЦИС параллельно во времени.Ввиду того, что время настройки пространственного коммутирующего блока больше времени перестройки пространственно-временных коммутаторов ввода и вывода и обмен числовой информацией осуществляется через блок памятки, скорость передачи данных оказывается невысокой.30 Цель изобретения заключается в расширении области применения и упрощения ЦИСв части обмена информацией с внешними устройстваюи.Указанная цель достигается за счет того, что входы коммутатора ввода соединены с выходами блоков ввода, связи и,настройки коммутаторов. Выходы коммутатора ввода соединены со входами цифро-аналоговых блоков и с первыми информационными входами цифровых решающих блоков. Выходы аналого-цифровых и цифровых решающих блоков соединены с информационными входами коммутатора вывода и коммутирующего блока, управляющие входы которого соединены с выходами блока настройки коммутаторов. Выходы коммутирующего блока соединены со входами цифро-аналоговых блоков. Выходы блока настройки коммутаторов соединены с управляющими входами коммутатора вывода, выходы которого соединены со входами блоков связи и вывода. Входы счетчика номеров блоков и регистра кода операции блока настройки коммутаторов соединены с выходами блоков связи и ввода.На чертеже представлена блок-схема предлагаемой ЦИС.ЦИС содержит й однотипных цифровых решающих блоков (ЦРБ) 1, немеющих один управляющий и несколько ниформационных входов и по одному информационному выходу. ЦРБ предназначен для выполнения интегрирования функций, суммирования приращений функций и выполнения некоторых логических операций. Информациониые входы ЦРБ служат для приема приращений функций, выход - для выдачи приращений интеграла, управляющий вход предназначен для подачи управляющих сигналов, необходимых для нормальной работы ЦРБ во всех режимах ЦИС. В ЦИС т однотипных цифроаналоговых блоков (ЦАБ) 2 имеют информационные входы и выходы. ЦАБ предназначен для преобразования цифровой информации в аналоговую форму в виде электрического напряжения. Первый вход ЦАБ служиг для ввода начальных данных в цифровой форме, второй - для подачи цифровой информации о преобразуемой величине. Выход ЦАБ обеспечивает съем напряжения, пропорционального преобразуемой величине, В ЦИС и однотипных аналого-цифровых блоков (ЦАБ) 3 имеют информационные вход и выход. АЦБ предназначен для преобразования электрического напряжения, подаваемого на вход, в цифровой код, информация о котором в форуме приращений выдается на выход, Блок памяти (БП) 4 имеет ряд информациош.ых входов, позволяющих одновременно производить запись ряда чисел, и один выход, служащий для выдачи одного из чисел, записанных в БП. Коммутирующий блок (КБ) 5 имеет множество информационных входов и выходов и управляющие входы. КБ представляет собой пространственный коммутатор, каждый выход КБ соединен только с одним 4информационным водо ЦРБ, или ЦАБ, илнБГ 1, каждый информационньш вход КБ соединен с информационным выходом ЦРБ илиАЦБ. Управляющие входы КБ служатдля по 5 дачи команд и сигналов, необходимых для построения заданных соединений информационныхвходов с информационными выходами. Коммутатор ввода (КВв) б имеет два информационных входа, множество информационных10 выходов и управляющий вход. КВв б предназначен,для соединения одного из информационных входов с одним из информационныхвыходов по управляющим сигналам, поступающим на управляющий вход. Каждый ин 15 формационный выход КВв б соединен с одним первым информационным входом одного из ЦРБ или с одним входом одного изЦАБ, предназначенным для ввода начальныхданных. Коммутатор вывода (КВыв) 7 имеет20 множество информационных входов, управляющий вход и информационный выход,КВыв предназначен для соединения одногоиз информационных входов с одниминформационным выходом по управляю 25 щнм сигналам, поступающим на управляю.щий вход. Каждый информационный входКВыв соединен только с одним информационным входом КБ 5. Блок 8 настройки коммутатора состоит из счетчика 9 номеров бло 30 ков, репистра 10 кода операции и блока 11расшифровки команд, Блок 8 имеет выходы,каждый из котсрых соединен с управляющимвходом одного из коммутаторов КБ 5, илиКВвб, или КВыв 7, входы для записи и из 35 менения номера блока в счетчик 9 и кодаоперации в регистр 10 и вход, соединенныйс блоком 11 расшифровки команд (выходыблока 11 соединены с выходами блока 8 настройки),40 Блок ввода (БВв) 12 предназначен дляввода начальных данных и настроечной информации в блоки ЦРБ и ЦАБ и программыкоммутации в блок настройки коммутаторов,БВв 12 имеет информационные входы и вы 45 ход, соединенный со входами блока 8 настройки коммутаторов и,предназначенныйдля ввода команды настройки коммутаторов,а также управляющие вход и выход. Блоксвязи 13 имеет аналогичные БВв 12 входы и50 выходы за исключением наличия входа и выхода, предназначенных для соединения сЦВМинформационный вход блока связи соединен с информационным выходом КВыв 7и предназначен дланя вывода числовой инфор 55 мации из любых ЦРБ и АЦБ, Блок вывода(БВыв) 14 предназначен для вывода число.вой информации либо из любого ЦРБ илиАЦБ, либо из нескольких ЦРБ и АЦБ, длячего он соединен одним информационным60 входом с выходом КВыв 7, а другим вхо.дом - с БП 4, БВыв 14 имеет также информационный выход и управляющие вход и выход.Пульт управтения (ПУ) 15 предназначен65 для ручного управления работой ЦИС и ви 488205зуального контроля состояния ЦИС и отдельных ее узлов, для чего он имеет информационные вход и выход, соединенные соответственно с информационныки входом БВв 12 и выходом БВыв 14, и управляющие вход и,выход.Блок управления БУ 16 предназначен для координации и управления работой отдельных устройств и всей ЦИС в целом, для чего БУ имеет двусторонние управляющие связи с БВв, блоком связи, БВыв и ПУ и связь с управляющим входом ЦРБ и блоком настройки коммутаторов.Такая ЦИС имеет более широкую область примеиения по сравнению с известными устройствами, так как к ней могут непосредственно подключаться ЦВМ и аналоговая аппаратура, например, АВМ, через имеющиеся в ее составе блок связи, ЦАБ и АЦБ. Кроме того, ЦИС допускает непосредственное вмешательство в ее работу человека-оператора через ПУ. Для ЦИС также характерна простота обмена информацией между блоками, входящими в ее состав, что обеспечивается наличием пространственно-временных коммутаторов ввода 6 и вывода 7, управляемых общим для всех коммутаторов блоком 8 настройки.Существенным в предложенной ЦИС является то, что цифро-аналоговые и аналогоцифровые блоки могут рассматриваться как своего рода решающие блоки, так как на входы первых, соединенные с выходом коммутатора, информация подается в виде приращений функций, а на выходы вторых, соединенные с входами КБ, информация выдается в виде приращений функций так же. как это имеет место для входов и выходов ЦРБ. При этом любой ЦАБ 2 может быть соединен с выходом любого ЦРБ 1, а также любой АЦБ 3 может быть подключен ко входам любых ЦРБ 1.Предлагаемая ЦИС предназначена для решения совместно с ЦВМ, АВМ и аналоговой аппаратурой достаточно сложных задач, Решаемая задача разбивается на части, Та часть задачи, которая описывает очень быстропротекающие операции и которая оперирует, например с некоторыми внешними воздействиями, не поддающимися описанию (скорость ветра, температура окружающей среды, давление и т. п.), может быть отнесена к аналоговой части. Часть задачи, которая описывает относительно медленные процессы и требует более высокой точности решения, чем аналоговая часть, реализуется с помощью блоков ЦРБ и может быть отнесена к цифровой части. Логическая часть задачи, связанная с обработкой результатов вычислений, принятием соответствующих команд по дальнейшему решению и изменению задачи, возлагается на ЦВМ. Цифповая и аналоговая части задачи могут рассматриваться также в качестве структурной подпрограммы ЦВМ, использование которой можс 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 05 осуществляться одновременно с решением других задач, возложенных на ЦВМ.ЦИС может работать в следующих режимах: ввод исходных данных, решение и вывод результатов.Исходными данными для ЦИС являются: программная и числовая информация. Программная информация в свою очередь делится на программу коммутации, задающую схему соединения блоков ЦРБ, ЦАБ и ЛЦБ между собой, и настроечную информацию, задающую режимы работы ЦРБ (интегрирование, суммирование и логические операции), Программа коммутации состоит из списков соединений выходов блоков ЦРБ п АЦБ с заданными множествами входов блоков ЦРБ и ЦАБ. Настроечная информация состоит из кодов операций всех блоков, участвуюц 1 их в решении задачи.К числовой информации относятся начальные значения подынтегральных функций для блоков в режиме работы цифрового иптсгратор а.К исходным данным относится также управляющая информация: иктервал решения и интервал вывода информации на печать, задаваемые в виде числа шагов интегрирования, точность решения в виде кода соответствующего числа разрядов, а также сигналы пуска и останова.Ввод исходных данных может производиться из трех источников: БВв 12, блока связи 13 с ЦВМ и ПУ 15, Ввод с ПУ 15 производится через БВв 12.Под выводом результатов понимается вывод числовой информации из блоков ЦРБ 1 и АЦБЗ.Работает ЦИС следующим образом.Ввод исходных данных производится пз БВв 12 (блока связи 13 и ПУ 15).Перед вводом настроечной информации в БУ 16 поступает соответствующий сигнал ввода настроечной информации. а в блок 8 настройки коммутаторов записывается операционная часть команды, которая запоминается на регистре 10. В данином случае операционная часть команды означает Ввод через КВв, В блоки ЦРБ 1 и ЦАБ 2 из БУ 16 подается потенциал ввода настроечной информации.После этого вводится номер первого из задействованных в задаче блоков, который,по сигналу из БУ 16 передается в блок настройки коммутаторов и запоминается в счетчике 9. В результате этого в регистр 10 и счетчик 9 записывается команда, означающая ввод чепез КВв 6 в блок с номером. записанным в счетчике 9. После расшифровки этоц команды в блоке 11 расшифровки команд на выходе блока 8 настройки коммутаторов выдается управляющий сигнал, по которому вход КВв 6, соединенный с выходом БВв 12, соединяется с выходом КВв 6, соединенным с блоком, имеющим номер, записанный в счетчике 9. Затем вводится соответствующий код настроеюной информации, который по сигналу из БУ 16 подается на вход КВвб и проходит на его выход, соединенный с входом ЦРБ. С выхода КВв 6 первый код настроечной информации записывается,в соответствующий блок ЦРБ. Таким образом, настраивается один блок. Если все последующие коды нужно ввести в блоки с последовательно возрастающими на единицу номерами, то номера блоков не вводятся, а перед вводом каждого очередного кода настроечной информации из БВв (блока связи) выдается импульс, подсчитываемый счетчиком 9. После каждого изменения кода в счетчике 9 изменяется и выход КВв 6, соединяемый со входом КВвб. Если очередной код настроечной информации необходимо ввести в ЦРБ с номером, отличающимся больше, чем на единицу по отношению к номеру в счетчике 9, то производится ввод номера блока, соответствующего вводу очередного кода настроечной информации.После этого вводится числовая информация в заданныеблоки ЦРБ и ЦАБ, Перед этим в БУ 16 из БВв 12 (блока связи 13 и ПУ 15) подается соответствующий сигнал ввода числовой информации, а в регистр 10 записывают код операции, означающей Ввод числовой информации. Из БУ 16 при этом поступают соответствующие сигналы управления записью числовой информацией в БВв 12, ЦРБ 1 и ЦАБ 2. Дальнейшая последовательность работы такая же, как и при вводе настроечной информации. Отличие состоит лишь в том, что настроечная информация в блоки ЦАБ не вводится.Ввод программы коммутациями производится следующим образом.Из БВв 12 (блока связи 13 и ПУ 15) через БВв 12 в блок 8 настройки коммутаторов вводится операционная часть команды настройки КБ 5, которая запоминается в регистре 10. Код операции команды настройки КБ 5 может иметь два значения: установленне соединительных путей в КБ и разборка соединительных путей входа КБ со множеством выходов КБ. В счетчик 9 номеров блоков из БВв 12 (блока связи 13 и ПУ через БВв 12) записывается адресная часть команды, При этом вначале поступает номер блока ЦРБ или АЦБ, выход которого доложен быть соединен (при разборке разъединен) со множеством входов блоков ЦРБ или ЦАБ и БП. После расшифровки команды в блоке 11 и подачи управляющего сигнала из БУ 16 на блок 11, на управляющие входы КБ 5 из блока 8 подается сигнал, устанавливающий, какой вход КБ (выход ЦРБ или АЦБ) соединяется (разъединяется). Далее из БВв 12 (блока связи 13 или ПУ 15 через БВв 12) поступает последовательность номеров входов ЦРБ или ЦАБ. Каждый очередной номер либо подается в счетчик 9, если он отличается больше, чем на единицу по отношению к предыдущему значению, либо не подается,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 но вместо этого содержимое счетчика 9 увеличивается на единицу. Каждый раз команда, размещенная в счетчике 9 и регистре 10, расшифровывается блоком 11, и по сигналам из БУ 16 блок 8 выдает в КБ 5 соответствующие управляющие сигналы, устанавливающие, какой выход КБ 5 (вход ЦРБ, ЦАБ или БП) нужно соединить (разъединить) с ранее установленным входом КБ 5 (выходом ЦРБ или АЦБ). Так строятся (разбираются) все остальные соединения входов КБ (выходов ЦРБ и АЦБ) с выходами КБ (входами ЦРБ, ЦАБ и БП).После настройки КБ в БУ вводится управляющая информация (коды, задающие время решения и вывода информации на печать), и ЦИС готова к решению. Из БВв 12 (блока связи 13 и ПУ 15) в БУ 16 подается сигнал пуска, и начинается решение. Информация с выходов ЦРБ и АЦБ через КВ 5 (информация в,виде напряжений) выдается на выходы ЦИС, которые могут подключаться к входам аналоговых устройств, На входы АЦБ при,их подключении к выходам аналоговых устройств подается информация в виде напряжений. Под воздействием управляющих сигналов, поступающих из БУ 16, в ЦРБ, ЦАБ и АЦБ, в соответствии с кодами опе,раций ЦРБ, во всех блоках ЦРБ, ЦАБ и АЦБ производится переработка входной информации по алгоритмам либо интегрирования, либо суммирования, либо выполнения некоторых логических операций, либо, наконец, аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования.В соответствии с заданным интервалом вывода из БУ и БП,подаю"гся сигналы записи тяк, что в БП хранится информация, относящаяся к заданной точке вывода, Из БП информация выбирается в блок вывода 14, где либо печатается, либо передается на индикацию в ПУ 15, если есть в этом необходимость. Так производится вывод результатов из множества блоков через заданный интервал времепи без остянова решения,Вывод результатов, может производиться также по сигналам либо с ПУ 15, либо из блока связи 13. Например, если требуется проследить за изменением некоторой переменной, то с пульта управления достаточно ввести соответствующую команду вывода в блок 8 настройки коммутаторов. По этой команде из блока настройки на управляющий вход КВыв 7 подается сигнал на соединение соответствующего входа КВыв 7 (выхода ЦРБ и АЦБ) с выходом. Информация с выхода соответствующего ЦРБ и АЦБ через КВыв 7 проходит в БВыв 14 и блок связи 13, При необходимости вывода результатов,из большего числа блоков подается ряд соот. ветствующих команд в блок 8 настройки коммутаторов.В случае совместной работы с ЦВМ, блок связи 13 выдает на вход, подключенный к ЦВМ, как сигналы о состоянии ЦИС (ввод, 488205 10решение, вывод, конец решения и конец интервала вывода), так и числовую информацию, На вход блока 13, подключаемый к ЦВМ, из ЦВМ подается исходная и управляющая информация при выполнении команд ввода-вывода каналом ЦВМ. П,редмет изобретенияЦифровая интегрирующая структура, содержащая цифровые решающие блоки, входы и выходы которых соединены между собой через коммутирующий блок, блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами цифровых решающих блоков, цифро-аналоговых и аналого-цифровых блоков, пульта управления, блоков псамяти, ввода, вывода и связи, входы блока управления соединены с выходами пульта управления, блоков ввода, вывода и связи, выход пульта управления соединен со входом блошка ввода, выход блока вывода соединен со входом пульта управления, выход коммутирующего блока через блок, памяти соединен со входом блока вывода, коммутаторы ввода и вывода, блок настройки коммутаторов, состоящий из блока расшифровщики,команд, счетчика номеров блоков и регистра кода операции,1 О 15 2( 2= причем входы блока расшифровки команд соединены с выходами регистра кода операции и счетчика номеров блоков, а управляющие входы блока настройки коммутаторов соединены с выходами блока управления, отличающаяся тем, что, с целью упрощения .и расширения области применения, входы коммутатора ввода соединены с выходами блоков ввода, связи и настройки коммутаторов, выходы коммутатора ввода соединены со входами цифро-аналоговых блоков и с первыми информационными входами цифровых,решающих блоков, выходы аналогоцифровых и цифровых решающих блоков соединены с информационными входами коммутатора вывода и коммутирующего блока, управляющие входы которого соединены с выходами блока настройки коммутаторов, выходы коммутирующего блока соединены со входами цифро-аналоговых блоков, выходы блока настройки коммутаторов соединены с управляющими входами коммутатора вывода, выходы которого соединены со входами блоков связи и вывода, входы счетчика номеров блоков и регистра кода операции блока натройки коммутаторов соединены с выходами блоков связи и ввода.