Устройство для обработки и ввода экспериментальных данных в вычислительную машину

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заяв 181 /18606 ГЗО с присоединением заявки Ио Государственный комит СССР по делам изобретении и открытийОпубликовано тень ЙоЗ я 28.10.79 та о ликования описа(71) Заявите 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ И ВВОДА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ В ВЫЧИСЛИТЕЛЬНУЮ ьим вхоервымслитель 1Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть. использовано в различных измеритель- но-информационных системах для экс-, пресс-анализа, подготовки и ввода в ЭВ экспериментальных данных при научных исследованиях.По авт. свид. В 541162 известно устройство для обработки и ввода экс" периментальных данных в ЭВМ, содержащее блок согласования и коммутации, вход которого соединен с первым входом блока формирования машинных слой и преобразователя кодов, второй вы" ход - к входу блока компенсации вре-менного сдвига, первый выход которого соединен с вторыми входами блока формирования машинных слов и преобразователя кодов, второй выход соединен с входами блоков разрежения данных, выделения кода времени и выбора каналов, первые выходы которых соединены соответственно с первьм, вторым и третьим входами блока управления, вторые выходы блоков выбора каналов и выделения кода времени соединены соответственно с третьим и четвертьи входами блока формирования машинных словвыход блока управлеаия. соединен с пятым входом блока формирования машинных слов, трет;дом преобразователя кодов и ивходом блока сопряжения с вычиной машиной, второй вход которогосоединен с управляющим входом устройства, выход преобразователя кодовсоединен с шестым входом блока формирования машинных слов, выход которого подключен к первому выходу устройства, второй выход устройства соединен с выходом блока сопряжения свычислительной машиной, блоки контроля данных, сглаживания, сжатия, оперативного отображения и программного 5 взаимодействия, управляющие входыкоторых соединены с выходом блокауправления, первые входы блоков контроля данных, сглаживания, сжатия и. оперативного отображения соединены 0 с первым выходом блокасогласованияи коммутации, вторые входы подключены к первому выходу блока компенсациивременного сдвига, первый выход блока согласования и коммутации соединен с соответствующим входом блокаразрежения данных, выход блока контроля данных подключен к четвертомувходу блока управления, пятый входкоторого и третий выход устройс 1 ва О соединены с выходом блока програмкно 693360го взаимодействия, вход которого под-,ключен к второму входу устройства,четвертый выход устройства соединенвЫходом блока оперативного отобрания, третий вход блока сжатия иседьмой вход блока формирования маШинных слов соединен с выходом блокасглаживания, восьмой вход блока Формирования машинных слов соединен свыходом блока сжатия и четвертым входом блока оперативного отображения,пятый вход которого подключен к выходу преобразователя кодов 1.Однако такое устройство обладает .ограниченными функциями экспресс-анализа измерительной информации и непозволяет производить количественнуюоценку исследуемых процессов и зарегистрированных сигналов автономно отЭВМЦель изобретения - повышение достоверности информации.Это достигается тем, что Устройство содержит блок памяти, первый входкоторого соединен с первым выходомблока компенсации временного сдвига,второй вход - с вторым выходом блока 25согласования и коммутации, третийвход - с выходом блока управления, авыход - информационными входами преобразователя кодов, блока формирова. -ния машинных слов, блока контроля 0ДЬ.нных,. блока, сглаживания и блока оперативного отображения, блок статистического анализа, первый вход которогоподключен к выходу блока памяти, второй вход - к выходу блока управления, 35а. ,ныход соединен с третьим входом бло-ка бперативного отображения, и блокдешифрации опознавательных данных,вход которого соединен с вторым входом блока компенсации временного сдви га, а выход - с шестым входом блокауправления.На чертеже дана блок-схема предлагаемого устройства. Оно содержитбЛок 1 согласования и коммутации,блок 2 компенсации временного сдвига, блок 3 выбора каналов,блок 4 выделения кода времени, блок 5 разрежения данных, блок б управления, преобразователь 7 кодов, блок 8 формирования машинных слов, блок 9 сопряжения с вычислительной машиной, блок1 контроля" данных, блох 11 сглаживания, блок 12 сжатия, блок 13 оперативного отображения, блок 14 программного взаимодействия, блок 15 дешифрации опознавательных данных, блок16 памяти, блок 17 статистическогоанализа,Устройство функционирует следуюцйм образом, 60На вход устройства через соответствующие (в зависимости от номенклатуры источников информации сменныеийтерфейсныв карты блока 1 согласоваМин и коммутации по командам иэ ЭВМ 65 подключаются различные специализированные внешние устройства (СВУ), Приэтом СВУ условно подразделяются на кадровые, с которых информация поступает н ниде определенной периодической последовательности кадров, совокупность которых составляет инФормационный кадр (к ним относятся многоканальные кодовые регистраторы различных типов, аппаратура передачи данных и др,), и бескадроные, к которым относятся преобразователи 1 Аналог -код ф , ф ф частота-код ф,график-коди т. и.Информация с СВУ н виде слон различной разрядности н широком частотном диапазоне поступает на вход блока 1 согласования и коммутации, который согласовывает источники информа.ции с устрОйством и коммутирует инФормационные потоки с СВУ н заданном напранлении для анализа, обработки и ввода н ЭВМ.С выходов блока 1 согласования и коммутации информация в унифицированном по структуре виде поступает с бескадроных СВУ непосредственно в бЛок 16 памяти, с кадровых СВУ в блок 2 компенсации временного сдвига, который определяет знак перекоса, накапливает н буферных регистрах поступающее информационное слово и задержанным на определенную величинуимпульсом сопровождения выдает его в блок 16 памяти тем самым компенсируя временные сдвиги, которые возникают при воспроизведении иэмерительной информации с магнитных лент (МЛ) .Служебная информация (коды времени, опознавательные данные, маркеры, синхроимпульсы, служебные отметки)поступает н блоки 3, 4, 5 и 15.Блок 3 выбора каналов предназначен для выделения заданных каналовкадра, информация с которых должнабыть занесена н ЭВМ для обработки алгоритму, а также поднергаетс я ан ализ у и предварительной подготовке н устройстве. Приэтом разрешение на выбор заданных каналов вырабатывается в соотнетствии со структурой кадра последовательно, начиная с мланших номеров. сигнал разрешения на выбор канала поступит в блок. ь управления, а код номера выбранного канала, совместно с зарегистрированной в этом канале информацией - н блок 8 формирования машинных слов и блок 13 оперативного отображения, Блок поэноляет воспринимать кадры с переменным количеством каналов, которое зависит от типа СВУ и может колебаться от нескольких десятков до нескольких тысяч. Выбор определенных каналовпроизво,дится по командам иэ ЭВМ. При этом для хранения заданных номеров кана 693360лон используется оперативная памятьканалов. Разрешение на выбор каналов1поступает в блок 6 упранления.Блок 4 вьщеления кода времени используется н тех случаях, когда отСВУ поступает зарегистрированный н 5процессе эксперимента временной код,который в зависимости от типа СВУ фиксируется различными способами. Блокпроизводит необходимые операции повыделению кода времени иэ последовательности опорных импульсов или изопределенных каналов кадра при егоканальной записи.Также блок 4 выделения кода времени преобразует двоичный код временив десятичный (для индикации), последовательный код в параллельный и подсчитывает его приращения для точнойвременной привязки при обработке,При необходимости, параллельныйкод времени один раз в секунду или вкаждом кадре выделяется в виде определенных служебных слов совместно ссФормированным приращением и признаком времени в блоки 8 и 13 для последующей записи или оператинногоотображения. В тех случаях, когдаввод информации в ЭВМ или ее анализи обработка н устройстве осуществляется по заданному коду времени в интервале Тначало-Тконец, сигналысравнения текущего и заданных кодоввремени поступают в блок б управления,разрешая и запрещая ввод информациив ЭВМ и ее обработку в устройстве.При этом временной интервал задается 35по командам иэ ЭВМ,Блок 5 разрежения данных осуществляет дискретизацию поступающей в устройство информации, управляя ее прохождением в блок 16 и блоки 7, 8, 4010, 11, 13, 17 устройства. Разрежениепроизводится н соответствии с требуемыми режимами анализа, обработки иввода в ЭВМ.При этом, блок осуществляет анализ 45служебной информации: вьщеление иподсчет служебных отметок, подсчетсинхроимпульсов, маркеров, признаковвремени. В зависимости от режима за-,данное количество информации обраба-.тывается и вводится в ЭВМ либо непосредственно после выделения очередной отметки, либо через заданный интервал. При этом по командам из ЭВМзадаются колиЧество (серия) информационных слов, а для многоканальной, информации количество кадров, обрабатываемых и вводимых в ЭВМ, илидлительность интервала обработки иввода в секундах, а также интервалзапрета на обработку и ввод (дискретность). При отсутствии специальныхотметок прореживания поступающей информации по определенному закону мо(жет быть осуществлено программно иэЭВМ. Сигналы разрешения на обработку ввод поступают н блок б управления.Блок б управления обеспечивает согласованное Функционирование всехузлов устройства, вырабатывая при помощи распределителя импульсов определенную последовательность управляющихсигналов (микротактов) . Кроме того,блок 6 управления производит анализзаданных начальных условий и по мереих исполнения разрешает поступлениеинформации в блоки 7, 8, 10, 11, 13,16 и 17.Блок 7 преобразования кодов присоответствующем разрешении с блокаб упранления воспринимает информациойные слова, поступающие из блока 16памяти, преобразует их из двоичногов десятичный код и передает н блок 13оперативного отображения для индикации, выдачи на печатающее устройствоили дисплей.Блок 8 Формирования машинных слов для обеспечения прохождения информационных потоков от СВУ н выбранную ЭВМпроиэвсдит формирование машинных слон определенной (в зависимости от типа ЭВМ) унифицированной, разрядности и структуры из информационных и служебных слов различной (в зависимости от типа СВУ) разрядности и структуры, поступающих с блоков 16, 3, 4, 11 и12, Для упрощения алгоритма поиска информации н памяти ЭВМ и обработкивыходная информация из устройства со" держит служебные разряды, соответст.вующий код которых является признаками начала кадра, кода времени,опознавательных данных, сбойного слова, сбойного кадра и т.д. (данные признаки вырабатываются в блоках 3, 4, 5, 10,12 и 15 соответственно). С той же целью в ЭВМ в виде определениых служебных слов могут выдаваться коды выбираемых каналов, диапазона каналов, зарегистрированного текущего времени с приращением, а также служебные отметки. Блок 8 формирования машинных слов позволяет осуществлять обмен с ЭВМ как полнораэрядными машинными словами, так и побайтно. Для этого блок содержит схему побайтной раскомпононки сформированных иэ входной инФормации машинных слов, которая используется для,взаимодействия с ЭВМ, имеющими побайтный режим обмена. Кроме того, в блоке 8 формируется контрольный код скомпонованных машинных слов (для каждого байта), которые после выполнения заданных условий предварительной подготовки и ввода выдаются в ЭВМЗапись подготовленной в устройстве 1 информации осуществляется при помощи блока 9 сопряжения с вычислительной машиной, состоящего из сменных (в зависимости от типа ЭВМ) блоков взаимодействия, что дает возможность производить занесение поступающей отСВУ информации в разнотипные ЭВМ, При этом блок.9 сопряженйя с вычислительной машиной вырабатывает необходимые управляющие сигналы для обеспечения требований стандартных интерфейсов ввода-вывода и организации информацйонного обмена устройства с ЭВМ с использованием штатных каналов ЭВМ Запись информации производится прямым дфступом в оперативную память (ОП), Время записи одного информационного 1 О слова соизмеримо с циклом обращения к ОП ЭВМ. Для обеспечения программного взаимодействия СВУ и ЭВМ в блоке 9 формируются определенные байты Прерываний, которые выдаются в ЭВМ в пРоцессе обмена в зависимости от за - данных условий ввода и режимов функционирования устройства и ЭВМ.Возможны различные режимы Ъвода иоформации в ЭВМ, которые определяются частотным диапазоном информации от СВУ и программой обработки.Во всех режнмах адреса записи фор" мйруются в каналах ЭВМ. Управляющие воздействия вырабатываются в устройстве в соответствии с требованиями стандартных интерфейсов каналов ввода вывода ЭВМ. В частности, после подготовки очередного слова (байта) в ЭВМ выдается сигнал Готовность по которому аппаратурой канала выделЯется ближащий цикл обращения к ОЛ ЭВМ, приостанавливается процессор, вырабатывается сигнал Прием информа- циц и производится запись информацнонного слова в ОП по сформированному в канале адресу. Устройство подключается к каналам ЭВМ с помощью соответствующих интерфейсных карт как инициативное внешнее устройство.Блок 10 контроля данных осущест-щ вляет экспресс-контроль достоверности поступающей от СВУ информации и локализацию сбойных участков носителя путем анализа накапливаемых в блоке 16 информационных массивов в процессе поступления данных от СВУ. При этом, производится подсчет и сравнение .количества канальных синхроимпульсов в информационном кадре с заданным (в зависимости от типа СВу информационный кадр содержит строго оцределенное количество каналов), Количество сбойных кадров фиксируется в счетчйке сбоев, Сбойные кадры отмечаются специальными признаками и не вццаются в ЭВМ, Кроме того, блок 10 55 контроля данных осуществляет подсчет поразрядных и общих контрольных сумм заданных информационных участков для анализа их качества, а также производит фильтрацию (устранение по мех) СИ. При наличии во входных инфор Мационных словах контрольных кодов йроизводитя их проверка на четность.,Количество сбойных слов фиксируется в Счетчике сбоев. Реэультатыу,контроля поступают в блок 13 для оперативного отображения,Блок 11 сглаживания при наличии ссоответствующего разрешения с блокаб управления осуществляет устранение одиночных случайных выбросов значений исследуемого процесса, зарегистрированного в определенных каналахинформационного кадра, в темпе поступления информации от СВУ, Выбросом считается значение, отличающееся от предыдущего на величину, большую заданного в блоке 16 памяти приращения, Приобнаружении выброса его значение заменяется на усредненное. Для промежуточного хранения совокупности сглаживаемых параметров и заданных уставокиспользуется запоминающее устройствоблока 16 памяти. Сглаженная информация поступает в блок 8 формированиямашинных слов для занесения в блок12 сжатия или в ЭВМ,Блок 12 сжатия под управлением бло, ка 6 воспринимает измерительную информацию, предварительно сглаженную в блоке 11, и осуществляет сокращение ее объемов и избыточности при вводе в ЭВМ или оперативном отображенииПри этом производится анализ характера изменения зарегистрированных в определенных каналах информационного кадра процессов и параметров. В случае плавного изменения (текущее значение отличается от предыдущегона величину, меньшую заданного в блоке 16 памяти приращения) разрешающий сигнал ка выдачу информации в блоке 8 или 13 не формируется, а производится подсчет количества запрещенных для ввода информационных слов, Как только текущее значение превысит заданное приращение, а такжепри достижении счетчиком пропущенныхинформационных слов заданного значения, в блоке 8 и 13 выдаются: текущая величина параметра, действительное приращение и число пропущенных слов, что необходимо для последующего восстановления сжатой функции с сохранением временного масштаба, атакже контроля верности вводимой вЭВМ информации. Для промежуточногозапоминания анализируемых параметрови хранения заданных приращений используется блок 16 памяти.Блок 13 оперативного отображения служит для экспресс-контроля поступающих из блоков 7, 12, 16 и 17 данных. Блок осуществляет выдачу выбранной информации на многоканальный графопостроитель. При этом информация выводится для каждого канала в виде графика параметр по времени совместно с оцифрованными служебными отметками. Кроме того, производится документирование информации с заданных каналов кадра с помощью оператив 693360ного печатающего устройства и устройства отображения - дисплеяПри этомсовместно с информационными словамивыдаются служебные отметки и признаки,коды текущего времени, номеров выбранных каналов, Согласование скоростей информационных потоков при выдаче данных на печать и дисплей осуществляется с помощью буферной памяти блока 16,Блок 14 программного взаимодействия позволяет осуществлять управлениеработой СВУ и задание режимов Функционирования устройства со стороны ЭВМ.Из ЭВМ выдаются в устройство управляющие слова, содержащие коды операций,номера СВУ, константы начальных условий и т.д. По командам иэ ЭВМ производится подключение СВУ, пуск, стоп,перемотка лентопротя;ных механизмоввыбранных СВУ, а также задаются режимыанализа и обработки информации в устройстве, которые в случае автономного от ЭВМ использования устройствамогут быть заданы также с пульта управления блока 6,Блок 15.осуществляет восприятие 25и дешифрацию опознавательных данных(паспора), зарегистрированных наинформационном носителе в процессеэксперимента, К ним относятся скоростьрегистрации, астрономическое время 30эксперимента, номер программы записи, номер режима и т.д. Блок производит приведение опознавательных данныхк унифицированному виду для оперативного отображения на индикаторных табло, а также осуществляет их анализв соответствии с заданными условиямиобработки и ввода в ЭВМ информацииот СВУ, Сигнал разрешения на обработку и ввод информации по приходу за Оданных опознавательных данных поступает в блок 6 управления, Для промежуточного хранения текущих значенийопознавательных данных используетсясоответствующая буферная память. Принеобходимости, паспорт может бытьвыведен на печатающее устройство, дис-.плей или в ЭВМ с определенным признаком.Блок 16 многофункциональной памй-ти осуществляет буферизацию поступающей от СВУ измерительной информациис целью ее экспресс-контроля передвзодом в ЭВМ, обеспечения функционирования блоков 11, 12 и 17, согласования скоростей поступления информации от СВУ и вывода ее на относительно медленно печатающее устройство, атакже для ввода накопленной в блокеинформации в ЭВМ по инициативе самойЭВМ.Занесение в блок 16 памяти инфор оОмации, поступающей от блоков 1 и 2,осуществляется в различных режимахпод управлением блока 6.Для обеспечения ввода в ЭВМ достоверной информации в блоке 16 памяти 65 отводится два поля памяти, каждое из которых по объему равно информационному кадру. После заполнения первого паля запись данных продолжается во второе поле памяти, а из первого поля по результатам контроля в блоке 10 предварительно проверенная на четность и количество каналов в кадре информация либо вводится в ЭВМ, либо бракуется. После заполнения второго поля памяти запись продолжается в первое поле, а из второго поля вводит. ся в ЭВМ либо бракуется.Для вывода информации на печатающее устройство или дисплей заданныймассив памяти блока 16 заполняется информацией, прошедшей контроль на достоверность, после чего вывод информации может быть осуществлен со скоростью, определяемой техническими воэможностями печатающего устройства и дисплея, под управлением блока 6Для работы блока 11,сглаживания в блоке 16 отводится поле памяти объемом в три информационных кадра для запоминания текущих значений заданных параметров и величин их прира" щений. Сглаживание (устранение случайных выбросов) совокупности параметров, зарегистрированных в информационном кадре, осуществляется по алгоритму, реализованному в блоке 11.Для работы блока 12 сжатия в блоке 16 памяти отводится поле памяти объемом в четыре информационных кадра для запоминания текущих значений заданных параметров, подлежащих- сжатию, и величин их приращений, Возможно устранение информационной избыточности по совокупности параметров, зарегистрированных в информационном кадре, по алгоритму., реализованному в блоке 12 сжатия.Для ввода в ЭВМ информации, накопленной в блоке 16, по инициативе самой ЭВМ память блока 16 разбивается на две равные части. После заполнения первой половины памяти запись подготовленных для ввода в:ЭВМ данных продолжается во вторую половину памяти, а из первой производится вывод информации в ЭВМ по- командам ЭВМ.:. После заполнения второй половины памяти записьданных продолжается в первую половину, аиэ второй производится вывод накопленной информации в ЭВМ и т.д. Данный режим работы блока 16 па" мяти позволяет осуществлять согласование скоростей поступления в ЭВМ инФормационных потоков при обработке в гемпе ввода. Кроме того, блок 16 памяти используется при работе блока 17 статистического анализа.Блок 17 статистического анализа . функционирует следующим образом.В темпе поступления значений заданных параметров иэ блока 16 памяти схема сравнения вычисляет величинуприращения текущего значения К-го отсчета относительно заданного х, которое поступает на сумматор, где осуществляется формирование суммы всех приращений. Схема управления Производит подсчет числа принятых от.-5 счетов 2" и вырабатывает сигнал сдвига вправо значения сумматора на и двоичных разрядовПолученная величина среднего значения параметра (х) Передается в выходной регистр.1 ОНа втором этапе схема сравнения вычисляет величину приращения К-го отсчета относительно среднего значения параметра х. Величина приращения через схему возведения в квадрат поступает в сумматор, Схема управления вырабатывает сигнал сдвига вправо числа, находящегося в сумматоре, на и двоичных разрядов, а также-сигнал пересылки полученного значения оцен Ии дисперсии р в выходной сумматор. Полученные результаты поступают в блок 13 для оперативного отображения Иа печатающем устройстве или дисплее,Введение в устройство блоков 16, 16 и 17 расширяет его функциональные оэможности и обеспечивает автономНость применения для оперативной оценки результатов натурных исследований и экспериментов на месте их проведения беэ ЭВМ. )0Все блоки устройства функционируИт независимо друг от друга под контролем общего блока управления 6.Предлагаемое устройство для обработки и ввода экспериментальных дан ных в вычислительную машину позволяет:-производить количественную оценку Исследуемых процессов и зарегистрированных. сигналов путем получения их 40 математического ожидания и дисперсии;-осуществлять сглаживание, сжатие и оперативное отображение совокупности Параметров путем буферизации постуПающих от СВУ информационных потоков;45-организовать магистральный прин,цип подключения широкого набора разюнотипных СВУ с помощью сменных интерфейсных карт;-производить дешифрацию и анализопознавательных данных,зарегистрированных на информационном носителе-осуществлять локализацию и отбраковку информационных кадров в темпе поступления информации от СВУ,-осуществлять оперативное отображение постуПающих от СВУ данных с помощью видеотерминала-дисплея,Формула изобретенияУстройство для обработки и ввода экспериментальных данных в вычислительную машину по авт. свид, Р 541162, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности информации, онб содержит блок памяти, первый вход которого соединен с первым выходом блбка компенсации временного сдвига, второй вход - с вторым выходом блока согласования и коммутации, третий вход - с выходом блока управления, а выход - с информационными входами преобразователя кодов, блока формирования машинных слов, блока контроля данных, блока сглаживания и блока оперативного отображения, блок статистического анализа, первый вход которого подключен к выходу блока памяти, второй вход - к выходу блока управления, а выход соединен с третьим входом блока оперативного отображения, и блок дешифрации опознавательных данных, вход которого соединен с вторым выходом блока компенсации временного сдвига, а выход - с, шестым входом блока управленияИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР Р 541162, М., Кл 2 С 06 Г 3/04, ,01,10,75. (прототип.ное лиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 780 ударственного комиам изобретений и отва, Ж, Раушская аз 6403/47 ЦНИИПИ Рос по дел 113035, Мос