Устройство для связи аналоговой и цифровых вычислительных машин

(19) (11) 51) С 06,Х 3/00щщ дИз РЫТИЙ ЕНИ К АВТОРСКОМ ЕЛЬСТВ 24-24 30/1,83 21)22)46ордена Трудовогони политехнический 8) 56) 1. Патент Яп л. С 06 Р 15/16,2, Авторское с о заявке 9 34273 л. С 06 Г 3/00, прототип) . нии Р 47-38575,1972.идетельство СССР1/24,982 которого со элемента И, та И соедин рого тригге та И соедин го триггера вертого три ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ОПИСАНИЕ ИЭО(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВЯЗИ АНАЛОГОВОЙ И ЦИФРОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН, содержащее аналого-цифровойпреобразователь, информационный входкоторого соединен с информационнымвыходом аналоговой вычислительноймашины, счетчик адреса,. первый и второй вьжоды которого соединены соответственно с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя и первым входом схемы сравнения, второйвход и выход которой соединены соответственно с выходом регистра числаканалов и сбросовым входом счетчикаадреса, а вход регистра числа каналов является входом устройства, дешифратор адреса, группа входов которого соединена с адресной шиной цифровой вычислительной машины, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с информационным входом аналоговой вычислительной машины, а информационный и управляющийвходы - с информационной и управляющей шинами цифровой вычислительнойшины, о т л и ч а ю щ е е с я тем,о, с целью повышения быстродействия, оно содержит блок управления обменом и группу блоков управления вводом, причем блок управления обменом содержит пять триггеров, пять элементов И, элемент ИЛИ, три элемента задержки и генератор импульсов, при этом выход генератора импульсов соединен с первыми входами первого, второго и третьего элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего триггеров, третьи входывторого и третьего элементов И соединены с выходом четвертого триггера,единичный вход первого триггераи нулевые входы второго, третьего,четвертого и пятого триггеров соединены с выходом элемента ИЛИ, первыйвход которого является входом установки в исходное положение устройства, выход второго элемента И соединен с нулевым входом второго триггера, выход третьего элемента И соединен с нулевым входом третьего триггера и через первый элемент задержкис единичным входом пятого триггера,нулевой вход которого соединен с выходом второго элемента И, выход пятого триггера соединен с первым входомчетвертого элемента И, второй вход динен с выходом пятоговыход четвертого элеменн с единичным входом втоа, выход первого элеменн с нулевым входом первои единичным входом четгера, единичный вход1140135 в третьего триггера соединен с выходом "Окончание преобразования" аналогоцифрового преобразователя, выход схемы сравнения соединен с вторым входом элемента ИЛИ и через второй элемент задержки с единичным входом второго триггера, выходы первого и второго элементов И соединены со счетным входом счетчика адреса, вы" ход второго элемента И через третий элемент задержки соединен с входом "Начало преобразования" аналого-цифрового преобразователя,при этом каждый из блоков управления вводом группы содержит регистр начального адреса, регистр конечного адреса, два узла сравнения, счетчик, дешифратор, четыре элемента И, два триггера, элемент задержки и магистральный усилитель, причем выходы регистров начального и конечного адресов соединены соответственно .с первыми входами первогои второго узлов сравнения, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами счетчика, выход первого триггера соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика и через элемент задержки - с первыми входами второго и третьего элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго узлов сравнения, выходы второго и третьего элементов И соединены с первыми входами первого и второго триггеров, выход дешифратора соединен с управляющими входами регистИзобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь зовано при создании многопроцессорных гибридных вычислительных устройств и систем.Известно устройство связи между цифровой вычислительной машиной (ЦВМ) и аналоговой вычислительной машиной (АВМ), состоящее из адресного распределителя, цифроаналоговых преобразователей (ЦАП), цифровых потенциометров и регистра управления АВМ, многоров начального и конечного адресов,магистрального усилителя и первымвходом четвертого элемента И, выходкоторого соединен с вторым входомвторого триггера, информационныевходы и входы записи регистров начального и конечного адресов соединены с информационной шиной и шинойзаписи соответствующей цифровой вычислительной машины, шина прерываниякоторой соединена с выходом первогоузла сравнения, а адресная шина ишина чтения цифровой вычислительноймашины соединены соответственно свходом дешифратора. и вторым входомчетвертого элемента И, выход магистрального усилителя соединен с информационной шиной цифровой вычислительной машины, информационные входымагистральных усилителей всех блоковуправления вводом соединены с информационным выходом аналого-цифровогопреобразователя, выход первого элемента И блока управления обменомсоединен со сбросовыми входами первого и второго триггеров и счетчикавсех блоков управления вводом группы,вторые входы первых элементов И которых соединены с выходом третьего элемента И блока управления обменом, авыходы вторых триггеров - с соответствующими входами пятого элементаи блока управления обменом, единичный вход второго триггера, второйуправляющий вход аналоговой вычислительной. машины и входы запуска цифровых вычислительных машин являютсявходом "Пуск" устройства. канального аналогового запоминающего устройства, многоканального аналогоцифрового преобразователя (ХА 11 П), контроллера, таймера, регистра пуль- а Я. Недостатком известного устройстваявляются временные потери, возникающие вследствие периодического запусб ка элементов устройства и последовательного выполнения операций обмена между аналоговой и цифровой машинами.30 3 11401Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для обмена информацией между цифровой и аналоговойвычислительной машинами, содержащееаналого-циФровой преобразователь,цифроаналоговый преобразователь,счетчики, регистры, схемы сравнения,генератор импульсов, элементы И,ИЛИ, НЕ,блок памяти, дешифратор адреса, счетчик адреса, соединенные 10соответствующим образом 2,Однако известное устройство характеризуется недостаточным быстродействием вследствие невозможностисовмещения во времени операций аналого-цифрового преобразования с операциями вычислений. Цель изобретения - повышение быстродействия.20Поставленная цель достигается тем, что в устройство для связи аналоговой и цифровых вычислительных машин, содержащее аналого-цифровой преобразователь, информационный вход которого соединен с информационным выходом аналоговой вычислительн ной машины, счетчик адреса, первыи и второй выходы которого соединены соответственно с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя и первым входом схемы сравнения, второй вход и выход которой соединейы соответственно с выходом регистра числа каналов и сбросовым входом счетчика адреса, а вход регистра чис ла каналов является входом устройства, дешифратор адреса, группа входов которого соединена с адресной шиной цифровой вычислительной машины, цифроаналоговый преобразователь, выход 40 которого соединен с информационным входом аналоговой вычислительной машины, а информационный и управляющий входы - с информационной и управляю-. щей шинами цифровой вычислительной 45 машины, введены блок управления обменом и группа блоков управления вводом, причем блок управления обменом содержит пять триггеров, пять элементов И, элемент ИЛИ, три элемента за держки и генератор импульсов, при этом выход генератора импульсов соединен с первыми входами первого, второго и третьего элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с выходами первого, второгои третьего триггеров, третьи входывторого и третьего элементов И соедизз 4иены с выходом четвертого триггера, единичный вход первого триггера и нулевые входы второго, третьего, четвертого и пятого триггеров соединены с выходом элемента ИЛИ, первый вход которого является входом установки в исходное положение устройства, выход второго элемента И соединен с нулевым входом второго триггера, выход третьего элемента И соединен с нулевым входом третьего триггера и через первый элемент задержки с единичным входом пятого триггера, нулевой вход которого соединен с выходом второго элемента И, выход пятого триггера соединен с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом пятого элемента И, выход четвертого элемента И соединен с единичным входом второго триггера, выход первого элемента И соединен с нулевым входом первого триггера и единичным входом четвертого триггера единичный вход третьего тригге 11ра соединен с выходомОкончание преобразования" аналого-цифрового преобразователя, выход схемы сравне-, ния соединен с вторым входом элемента ИЛИ и через второй элемент задержки с единичным входом второго триггера, выходы первого и второго элементов И соединены со счетным входом счетчика адреса, выход второго элемента И через третий элемент задержки соединен с входом "Начало преобразования" аналого-цифрового преобразователя, при этом каждый из блоков управления вводом группы содержит регистр начального адреса, регистр конечного адреса, два узла сравнения, счетчик, дешифратор, четыре элемента И, два триггера, элемент задержки и магистральный усилитель, причем выходы регистров начального и конечного адресов соединены соответственно с первыми входами первого и второго узлов сравнения, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами счетчика, выход первого триггера соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика и через элемент задержки - с первыми входами второго и третьего элементов И, вто- рые входы которых соединены соответственно с выходами второго и первого узлов сравнения, выходы второго и третьего элементов И соединеныс первыми входами первого и второготриггеров, выход дешифратора соединен с управляющими входами регистровначального и конечного адресов,магистрального усилителя и первым 5входом четвертого элемента И, выходкоторого соединен с вторым входомвторого триггера, информационные входы и входы записи регистров начального и конечного адресов соединены 1 Ос информационной шиной и шиной записи соответствующей цифровой вычислительной машины, шина прерывания которой соединена с выходом первого узласравнения, а адресная шина и шина 15чтения цифровой вычислительной машины соединены соответственно с входомдешифратора и вторым входом четвертого элемента И, выход магистрального усилителя соединен с информационной шиной цифровой вычислительноймашины, информационные входы магистральных усилителей всех блоковуправления вводом соединены с информационным выходом аналого-цифрового 25преобразователя, выход первого элемента И блока управления обменомсоединен со сбросовыми входами первого и второго триггеров и счетчикавсех блоков управления вводом груп- ЗОпы, вторые входы первых элементов Икоторых соединены с выходом третье оэлемента И блока управления обменом,а выходы вторых триггеров - с соответствующими входами пятого элемента и блока управления обменом, единичный вход второго триггера, второйуправляющий вход аналоговой вычислительной машины и входы запуска цифровых вычислительных машин являются 40входом "Нуск" устройства.На фиг, 1 представлена блок-схема устройства; на Фиг. 2 - схема блока управления обменом.Устройство содержит аналого-цифро- "5вой преобразователь (АЦП) 1, блок 2 управления обменом, счетчик 3 адреса, схему сравнения 4, регистр 5 числа каналов, пятый элемент И 6, блокиуправления взводом, каждый из которых 50 состоит нз дешифратора 8, регистра начального адреса 9, первого узла сравнения 10, счетчика 11, второго узла сравнения 12, регистра конечного адреса 13, четвертого элемента И 14, элемента задержки 15 (на один такт), третьего элемента И 16, первого триггера 17, первого элемента И 18, второго элемента И 19, второго триггера 20, магистрального усилителя 21,В устройство входят дешифраторыадреса 22, цифроаналоговые преобразователи 23, цифровые вычислительныемашины (ЦВМ) 24, аналоговая вычислительная машина (АВМ), 25. ЦВМ 24 имеютадресную 26, информационную 27 шины,шины записи 28, чтения 29, входы прерывания 30 и перезапуска 31.Блок управления обменом (Фиг. 2)состоит из первого триггера 32, второго триггера 33, четвертого триггера 34, третьего триггера 35, пятоготриггера 36, генератора (тактовых)импульсов (ГТИ) 37, первого элемента И 38, второго элемента И 39,третьего элемента И 40, четвертогоэлемента И 41, элемента ИЛИ 42, второго элемента задержки 43, третьегоэлемента задержки 44, первого элемента задержки 45.1Работоспособность устройства связи рассмотрим на примере его работы в составе гибридного вычислительного устройства. В гибридном вычислительном устройстве на этапе подготовки исходная задача разделяется одним из известных способов на две части, одна из которых предназначена для решения на аналоговой, а другая после распределения между ЦВМ 24 - на цифровых частях устройства. Связь между переменными в ре. - шаемой задаче осуществляется по каналам цифроаналогового и аналогоцифрового преобразования. Программы обеих частей задачи вводятся в АВМ 25 и ЦВМ 24. При этом через первый вход в регистре 5 устанавливается число, определяющее количество всех преобразуемых АЦП 1 переменных из АВМ 25. На этапе решения устройство выполняет обмен по каналам аналого-цифрового преобразования непрерывно и одновременно с выполнением вычислительных операций в ЦВМ 24. Информация, полученная в результате преобразования одного канала АВМ 25, поступает на входы всех ЦВМ 24 одновременно, однако необходимость приема этой информации в цифровую часть устройства определяется программами каждой ЦВМ 24. Устройство работает следующимобразом.нирования элементов блока 7. Еслисодержимое счетчика 11 меньше содержимого регистра 9 и содержимое регистра 13 не меньше содержимого регистра 9 и больше (в начальный момент) содержимого счетчика 11,узлы 10 и 12 не.вырабатывают управляющих сигналов. Состояние триггеров 7 и 20 не изменяется и блок 2. 50 55 7 11401В исходном состоянии блок 2 сигналом с четвертого выхода устанавливает счетчик 3 и сигналом с первого выхода счетчик 11 и триггеры 17 и 20 в нулевое состояние и сигналом с шестого выхода устанавливает АВМ 25 в исходное состояние. На инверсныхвыходах триггеров 17 и 20 вырабатываются при этом соответственно сигналы "Разрешение приема" и "Готовность 10 приема". Запуск АВИ 25 и ЦВМ 24 производится выдачей сигнала с пятого выхода блока 2. В регистры 9 и 13 по сигналу с входачетвертой группы входов (с шины записи 28 ЦВМ 24) и 15 при наличии разрешения на выходе де,шифратора 8 заносятся соответственно начальный и конечный адрес приема канала преобразования, В состоянии обмена информацией на выходе элемен та 6 при наличии сигналов готовность приема" по всем входам вырабатывается сигнал, запускающий блок 2 на циклическую работу. Сигналом с четвертого .выхода блока 2 содержимое 25 счетчика 3 увеличивается на единицу, тем самым формируется текущий адрес канала преобразования. АЦП 1 по сигналу "Начало преобразования с третьего выхода блока 2 преобразует ана логовый сигнал АВИ 25 в дискретную форму и подает его на первый вход 1усилителя 21, вырабатывая при этом сигнал "Окончание преобразования", который поступает на первый вход 35 блока 2. Блок 2 с приходом сигнала "Окончание преобразования" вырабатывает управляющий сигнал, который поступает на первый вход элемента И 18, который вырабатывает сиг нал, который поступает на второй вход счетчика 11, содержимое которого увеличивается на единицу, и на вход элемента задержки 15, на выходе которого сигнал появится с задержкой 45 на время срабатывания счетчика 11 и узлов 10 и 12. После установлениятекущего адреса в счетчике 11 возможны несколько вариантов функцио 35 8вырабатывает управляющие сигналы, обеспечивающие преобразование сигнала из следующего канала АВИ 25. Если содержимое счетчика 11 не меньше содержимого регистра 9, на выходе узла 10 вырабатывается управляющий сигнал, который поступает на первый вход элемента И 19, который при наличии сигналов с выходов узла 1 О и элемента 15, вырабатывает сигнал, который по третьему входу триггера 20 устанавливает его в единичноесостояние. Изменение состояния триггера 20 в любом из блоков 7 запрещает появление на входе элемента И 6 сигнала готовности приема новой информации. Управляющий сигнал с выхода узла 1 О, поступив на выход третьей группы выходов (вход прерывания 30 ЦВМ 24), вызывает прерывание (если оно разрешено) работы ЦВИ 24. По сигналу прерывания ЦВМ 24 выдаетс входа третьей группы входов (шины адреса 26) в дешифратор 8 адрес,соответствующий усилителю 21. Информация с выхода АЦП 1 через первый вход усилителя 21 поступает на информационную шину 27 ЦВМ 24. По окончании приема информации с шины чтения 29 поступает сигнал на первый вход элемента И 14, который при наличии разрешения на выходе дешифратора 8 вырабатывает сигнал, которыйпо второму входу триггера 20 установит его в нулевое состояние, определяя тем самым готовность ЦВИ 24 к приему информации со следующего канала преобразования. Если содержимое регистра 13 и счетчика 11 совпадает, нг выходе узла 12 вырабатывается сигнал, который поступает на вход элемента И 16. Элемент И 16, анализируя наличие сигналов на обоих входах, вырабатывает сигнал, который устанавливает по второму входу триггер 17 в единичное состояние, сигнал с инверсного выхода которого, поступая на второйвход элемента И 18, запрещает выработку управляющего сигнала. Аналогоцифровое преобразование выполняется до тех пор, пока содержимое счетчика 3 не совпадает с содержимым регистра 5. При этом сигнал с выхода схемы 4, поступая в блок 2, произведет установку устройства в исходное состояние. Запуск блока 2 из исходного состояния в работу происходит автоматически. Обмен информацией1 О 9140 между ЦВМ 24 и дешифратором 22 и ЦАП 23 выполняется по мере выполнения программы ЦВМ 24.Блок управления 2 работает следующим образом. , 5По сигналу "Исходное положение", поступающему на первый вход элемента ИЛИ 42, триггер 32 установится в единичное состояние, а триггеры 33 - 36 - в нулевое состояние. При этом на выходе элемента И 38 появится сигнал, поступающий на первый и четвертый выходы блока управления. По этому сигналу в устройстве происходит установка в нулевое 15 состояние соответствующих блоков. Кроме этого, сигнал с выхода элемента И 38 установит триггер 32 в нулевое состояние, а триггер 34 - в единичное. Первоначальный запуск 20 блока управления из исходного состояния в работу выполняется по сигналу "Пуск", поступающему на вход триггера 33. При этом на выходе элемента И 39 появится сигнал, поступающий 25 на четвертый выход (увеличивает со-, держимое счетчика 3) блока управления 2 и на вход элемента задержки 44. Этим же сигналом триггер 33 установится в нулевое состояние, На выходе З 0 элемента задержки 44 через время, необходимое для установки текущего адреса в счетчике адреса 3 устройства появляется сигнал "Начало преобразования", поступающий на третий35 выход блока управления. С приходом сигнала "Окончание преобразования" на первый вход блока управления триггер 35 устанавливается в единичное состояние и на выходе элеменМО та И 40 появится сигнал, поступающий на второй выход блока управленияи на вход элемента задержки 45. Этим 135 1 Оже сигналом триггер 35 устанавливается в нулевое состояние. Но сигналу с выхода элемента задержки 45 триггер 3 б устанавливается в единичное состояние и, если все ЦВМ 24 готовы к приему новой информации из ЛЦП 1, по сигналу с выхода элемента И 41 триггер 33 установится в единичное состояние. Блок управления автоматически переходит на выработку очередной последовательности управляющих сигналов. Готовность ЦВМ 24 к приему новой информации определяется наличием сигнала на втором входе блока управления. При появлении сигнала на третьем входе блок управления установится сначала в исходное состояние, а затем сигналом с выхода первого узла задержки 43, установив триггер 33 в единичное состояние, начнет вырабатывать очередную последовательность управляющих сигналов.1Гибридное вычислительное устройство, содержащее в своем составе данное устройство связи, функционирует с большим быстродействием за счет параллельной организации взаимодействия аналого-цифрового преобразователя и цифровых процессоров, параллельной организации ввода информации в цифровые процессоры и совмещения операций вычисления и обмена в цифровой части устройства. 1Применение предлагаемого устройства для связи аналоговых и цифровых вычислительных машин увеличивает в целом быстродействие гибридного вычислительного устройства, тем самым обеспечивая расширение класса решаемых им задач.