Устройство для обмена информацией между цифровой и аналоговой вычислительными машинами

,ЕЛЬСТВ АВТОРСКОМ,Ф С ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(71) Донецкий ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССР У 1053119, кл. С 06 Л 3/00, 1982.Авторское свидетельство СССР У 1221666, кл. С 06 Ю 3/00, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОВИНА ИНФОРМАЦИЕЙ МЕЖДУ ЦИФРОВОЙ И АНАЛОГОВОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЬВЯ ИАШИНАИИ (57) Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при создании аналого-цифровых устройств и систем для моделирования динамических объектов и систем управления в реальном масштабе времени, Целью изобретения является повышение производительности,Для достижения этой цели устройствосвязи между цифровой и аналоговойвычислительными машинами (ЦВМ и АВМ)содержит аналого-цифровой преобразователь, цифроаналоговый преобразователь, счетчики, регистры, элементыИ, ИЛИ, НЕ, задержки, генератор импульсов, дешифратор триггеры, узлыподключения к шине, схемы сравнения,сумматор, триггер, блоки заданиявременных интервалов содержащие счет"тчики, регистры, схемы сравнения, элементы ИЛИ. Указанные признаки и соответствующая организация взаимосвязей ррпозволяет оптимизировать время обме-фф фна между ЦВМ и блоком памяти и АВМ и Сблоком памяти эа счет совмещенияопераций. 1.з.п.ф-лы, 1 ил, 12576735 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при создании аналого-циФровых устройств и систем для моделирования . динамических объектов и систем управления в реальном масштабе времени.Цель изобретения - повышение производительности устройства.На чертеже изображена блок-схема устройства.Устройство содержит цифровую вычислительную машину (ЦВМ) 1, аналоговую вычислительную машину (АВМ) 2, блок памяти (БП) 3, многоканальный аналого-цифровой преобразователь 4 (АЦП), многоканальный цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 5, второй шинный формирователь 6, седьмой шинный формирователь 7, первый 8 и второй 9 элементы И, дешифратор 10 адреса, пятый элемент ИЛИ 11, третий счетчик 12, третий, элемент И 13, второй элемент НЕ 14, второй элемент 15 задержки, третий регистр 16, первый элемент ИЛИ 17, восьмой шинный формирователь 18, генератор 19 импульсов, третий шинный формирователь 20, четвертый шинный формирователь 21, второй элемент ИЛИ 22, сумматор 23, первый элемент НЕ 24, четвертый элемент И 25, первый элемент 26 задержки, первый счетчик 27, первую схему 28 сравнения, третий элемент ИЛИ 29, шестои элемент И 30, первый регистр 31, первый триггер 32, седьмой элемент И 33, второй регистр 34, шестой .шинный формирователь 35, седьмой элемент ИЛИ 36, пятый шинный формирователь 37, вторую схему 38 сравнения, второй счетчик 39, четвертый элемент 40 задержки, четвертый элемент ИЛИ 4 1, пятый элемент И 42, второй триггер 43, шины адреса 44, данных 45, "Запись" 46, "Чтение" 47, "Прерывание" 48 ЦВМ, шины адреса 49 данных 50, "Запись" 51, "Чтение" 52 блока памяти, счетчик 53, регистр 54, схему 55 сравнения и элемент ИЛИ 56 блоков 58 задания временного интервала, первый шинный формирователь 57, восьмой элемент ИЛИ 59, шестой элемент ИЛИ 60, восьмой элемент И 61, третий триггер 62, десятый элемент И 63, третий элемент 64 задержки, девятый элемент ИЛИ 65, девятый элемент И 66.На этапе подготонки исходная задача разделяется на дне части, одна из которых предназначена для решения на аналоговой АВМ 2, а другая - на цифровой части устройства, ЦВМ 1. В свою очередь, цифровая часть исходной задачи разбивается на К программ, каждая из которых предназначена для вычисления значений переменной У, и период вычисления которой равен Т, (=1-К). Каждая программа работает в соответствии со следующим алгоритмом: ввод 1 значений переменных 2 (1=1-М, Ми) из АВМ 2, расчет текущих значений переменных У;, вы 4дача через цифроаналоговый преобразователь рассчитанных значений. Связь между переменными в решаемой задаче осуществляется по каналам АЦИ 4 и ЦАП 5, Пусть в АВМ 2 передаются переменные У У, ,У, из ЦВМ 1, а из АВМ 2 н ЦВМ 1 - переменные Е, 22. В ЦВМ 1 вводится К программ задачи моделирования и программ обработки прерываний, причем каждой программе вычисления переменной присваивается соответствующий частоте изменения фазовой переменной приоритет. Так, например, первой программе, имеющей минимальный период расчета переменной 7 , присваивается самый высокий приоритет, а К-й программе, вычисляющей переменную У с наибольшим периодом, присваивается самый низкий приоритет. При поступлении единичного сигнала с выхода элемента ИЛИ 56 1-го блока 58 устанавливается в единицу 3-й разряд регистра 16, что свидетельствует о поступлении нового интервалавремени Т, в течение которого должна быть выполнена программа с номером 3. Первая программа кроме вычисления значения переменной У осуществляет ввод К значений Е из БП 3и выдачу вычисленных значений переменных У,Алгоритм работы программы обработкипрерываний ЦВМ 1 состоит в следующем.Ввод содержимого регистра 16 в ЦВМ 1, Если в результате проверкисодержимое регистра равно нулю, то производится выход их программы обработки прерываний н прерванную фоновую программу. Последней командойЗапись по второму адресу БП 3 передвыходом из программы обработки пре-рываний ЦВМ 1 устанавливает триггер62 в единичное состояние, что разрешает поступление на шину 48 "Пре1257673 3рывание" сигналов "Прерывание" вырабатываемых в блоках 58. В противном случае анализируется значение разрядов информации, принятой с регистра 16, начиная со стар шего, Если 1-й разряд регистра 16 равен единице, то производится запуск программы с номером х, в противном случае переходим к пункту Б, а после выполнения ь-й программы также выполняются действия пункта Б.Если проведены значения всех разрядов регистра, то переходим к пункту А, так как за время выполнения -й программы может наступить15 интервал Т запуска 1-й программы.В противном случае программа переходит к анализу следующего разряда информации, введеной из регистра 16.Ячейки БП 3 с 1-й по. К-ю отводят О ся для хранения результатов преобразования с 1-го по К-й канал АЦП 4, с К+ 1-й по К+М-ю - для хранения данных, предназначенных для выдачи с 1-го по М-й канал ЦАП 5. Таким образом, в регистр 34 необходимо занести конечный адрес К каналов АЦП 4, одновременно являющийся конечным адресом обмена между АЦН 4 и БН 3.В регистр 31 необходимо занести ко- . ЗО нечный адрес М каналов ЦАП 5. Адреса обмена между БП 3 н ЦАП 5 Формируются в сумматоре 23, на первый вход которого поступает конечный адрес обмена АЦП 4 и БП 3, а на второй - те- З 5 кущий адрес цифроаналогового преобразования. На регистр 54 каждого из К блоков запуска программ заносится двоичный код числа разрешающих сигналов генератора 19 импульсов, дли тельность которого равна периоду Т расчета текущих значений соответствующих переменных У. . ЦВМ 1 в свободное от решения задачи моделирования время занята обработкой фоно вых программ.По единичному сигналу, поступающему с входа "Пуск" устройства, запускаются на работу АВМ 2 и через элемент 15 задержки АЦП 4, Единичный 50 сигнал с входа "Пуск" поступает на единичный вход триггера 43 и нулевые входы триггеров 32 и 62, .устанавливая эти триггеры в состояние "1" и "0" соответственно. Единичный 55 сигнал с входа "Пуск" устройства поступает на второй вход элемента ИЛИ 41, вызывая .поступление единичного сигнала с его выхода на установочный вход счетчика 39, на выходе которого устанавливается начальный адрес аналого-цифрового преобразователя, В АЦП 4 происходит опрос и преобразование непрерывных сигналов, соответствующих переменным Е, ХЕ поступающих с выхода АВМ 2 на информационный вход АЦП 4, начиная с начального адреса Ьаходится в счетчи ке 39) и по конечный адрес (находится в регистре 34). АЦП 4 преобразует аналоговый сигнал в дискретную форму, подает его на информационный вход шинного формирователя 37, вырабатывая при этом единичный сигнал на вы- ходе "Конец преобразования", который поступает на второй вход элемента И 42 и вход элемента НЕ 14, Текущий адрес аналого-цифрового преобразователя с выхода счетчика 39 поступает на информационный вход шинного формирователя 35. Если при этом не производится обмен информа; цией между БП 3 и ЦВМ 1, нулевой сигнал с первого выхода дешифратора 10, поступая на вход элемента НЕ 24, вызывает поступление единичного сигнала с его выхода на первые входы элементов И 25 и 42. С приходом разрешающего сигнала с выхода генератора 19 на третий вход элемента И 42 . единичный сигнал с его выхода поступает на управляющие входы шинных формирователей 37 и 35, вход элемента 40 задержки и первый вход элемено та ИЛИ 36, единичный сигнал с выхода которого поступает на шину "Запись" 51 БП 3. Таким образом организуется запись преобразованной АЦП 4 информации, поступающей с выхода шинного формирователя 37 на шину 50 данных по адресупоступающему с вы" хода шинного формирователя 35 на адресную шину 49 БП 3. Единичный сигнал с выхода элемента 40 задержки поступает на счетный вход счетчика 39, увеличивая .его содержимое номер канала АЦП 4) на единицу. После приема нового адреса АЦП 4 перехо-. дит к преобразованию сигналов, поступающих из АВМ 2, по следующему каналу, при этом на информационном. выходе и выходе "Конец преобразования" вырабатываются сигналы нулевого уровня. Таким образом, обеспечивается цикличность работы АЦП 4, Счетчик 39 увеличивает свое содержимое до техпор, гока оно не станет равным содержимому регистра 34. В этом случаесхема 38 сравнения вырабатывает единичный сигнал, который поступает наединичный вход триггер 32 и первый 5вход элемента ИЛИ 41, с выхода которого единичный сигнал, поступаяна установочный вход счетчика 39, устанавливает его в начальное состояние, Единичный сигнал на единичномвходе триггера 32 взводит его в состояние "1", которая поступает навторой вход элемента И 30 и первьввход элемента И 33, на втором входекоторого установлен единичный сигнал с выхода триггера 43, Единичный сигнал с выхода элемента И 33поступает на вторье входы элементовИЛИ 11 и 29, с выходов которых единичные сигналы поступают на установочные входы счетчиков 12 и 27 соответственио, устанавливая их в начальное состояние. Единичный сигнал с выхода элемента И 33 поступает на установочные входы каждого из К блоков 58, в каждом из которых этот сигнал поступает на второй вход элемента ИЛИ 56. Единичный сигнал с выходаэлемента ЮШ 5 о -го блока 58 поступает на -й вход К-разрядного реги- ЗОстра 16, с вьхода которого сигналыпоступают на информационный вход шинного формирователя 18 и на К-входовой элемент ЦЛИ 59, Единичный сигнал с выхода элемента ИЛИ 56 поступа-Э 5ет на установочный вход счетчика 53, .устанавливая его в начальное состоя"ние, Поступление единичного сигналас выхода элемента И 33. на.первый входэлемента ИЛИ 60 вызывает поступление 40единичного сигнала с его выхода нашину 48 "Прерывание" ЦВМ 1. С приходом сигнала на шину 48 "Прерывание"ЦВМ 1 передает управление программеобработки прерывания, которая переходит к считыванию информационногослова, содержащегося в регистре 16.Для этого по команде ЦВМ 1 на адресной шине 44 выставляегся второй адрес БП 3 и единичный сигнал с второго выхода дешифратора 10 поступает на первый вход элемента И 66, навторой вход которого поступает единичный сигнал с шины 47 "Чтение"ЦВМ 1. Единичный сигнал с выхода И 5566 поступает на управляющий входшинного формирователя 18, с выходакоторого информационное слово поступает на шину 45 данных ЦВМ 1. Единичный сигнал с выхода И 66 через элемент 64 задержки поступает на установочный вход регистра 16, обнуляяего содержимое. Программа прерыванияпереходит к обработке информацион-.ного слова, принятого из регистра 16, после чего запускается на вьполнение самая приоритетная (первая) программа вычисления фазовой переменной,которая включает обмен информациеймежду ЦВМ 1 и БП 3, При этом покоманде ЦВМ 1 на адресной шине 44 выставляется первый адрес БГ 3 и сигнал на шине 47 "Чтение", который поступает на первый вход элемента И 8, на второй вход которого поступает сигнал с первого выхода дешифратора 10, Единичный сигнал с выхода элемента И 8 поступает на первые входы элементов ИЛИ 17 и 22 и на управляющий вход шинного формирователя 6, с выхода элемента ИЛИ 22 сигнал поступаетна шину 52 "Чтение" БП 3. Единичный сигнал с выхода элемента ИЛИ 17 поступает на управляющий вход шинного Формирователя 57. Единичный сигнал с первого выхода дешифратора 10 также поступает на первый вход элемента И 13 и с приходом на его второй вход разрешающего сигнала с выхода генератора 19 единичный сигнал с выхода элемента И 13 поступает на счетный вход счетчика 12, с выхода которого первьй адрес обмена БП 3 и ЦВМ 1 поступает через шинный формирователь 57 на адресную шину 49 БП 3. Информация, считанная по этому адресу, подается на информационные входы шинного формирователя 6, с выхода которого поступает на шину данных ЦВМ 1, С приходом следующего разрешающего импульса. с выхода генератора 19 на второй вход элемента И 13 единичный сигнал с его выхода, поступающий на счетный вход счетчика 12, увеличивает его содержимое на единицу и процесс чтения повторяется по увеличенному на единицу адреса. После чтения К-й ячейки ЦВМ 1 произво- . дит запись значений в БП 3. По команде ЦВМ 1 выставляется единичный сигнал на шину 46 "Запись", который поступает на псрвый вход элемента И 9, на второй вход которо о поступает единичный сигнал с первого выхода дешифратора 10, Единичный сигнал с выхода элемента И 9 поступает на уп 1257673равляющий вход шинного формирователя7 и на вторые входы элементов ИЛИ 17и 36, а с выхода последнего - на шину 51 "Запись" БП 3. С приходом разрешающего сигнала на второй вход элемента И 13 единичный сигнал, поступающий на счетный вход счетчика 12,увеличивает его содержимое на единицу и информация, поступающая с шины45 данных ЦВМ 1 на информационныйвход шинного формирователя 7 и с еговыхода на шину 50 данных БП 3, запифсывается по К+1-му адресу. Запись переменных из ЦВМ 1 в БП 3 происходитдо последней просчитанной фазовой переменной, после чего на адресную шину 44 по команде ЦВМ 1 выставляетсявторой адрес. Единичный сигнал с второго выхода дешифратора 10 поступаетна первый вход элемента ИЛИ 11, с вы-хода которого единичный сигнал поступает на установочный вход счетчика12, устанавливая его в начальное состояние. По завершении обмена ЦВМ 1продолжает выполнение первой программы. Дальнейшая работа ЦВМ 1 определяется алгоритмом работы программы обработки прерывания. С приходомразрешающего сигнала с выхода гене"ратора 1 Я на первый вход элемента И30 единичный сигнал с его выходапоступает на счетные входы счетчиков53 блоков 58. Если в 1-м блоке 58содержимое счетчика 33 равно содержимому регистра 54, единичный сигнал,З 1выработанный схемой 55 сравнения,через элемент ИЛИ 56 поступает на1-й вход регистра 16,с выхода которого единичный сигнал через элементИЛИ 59 и дальше через элемент И 63 аопоступает на шину 48 "Прерывание"ЦВМ 1, в случае, если триггер 62 находится в единичном состоянии, Еслиже в блоках 58 содержимое счетчика53 меньше содержимого. регистра 5445то сигнал не поступает на шику 48"Прерывание" и ЦВМ 1 переходит к выполнению очередной фоновой программы.В то время, когда ЦВМ 1 занята обработкой программ и не требует с БП. 503, на выходе элемента НЕ 24 устанав-.ливается единичный сигнал, разрешаязапись информации в БП 3 иэ АЦП 4.Если АЦП 4 не готов к обмену с БП 3,на выходе элемента НЕ 14 устанавли- увается .единичный сигнал разрешаяпередачу информации из БП 3 в ЦАП 5.Единичные сигналы с элементов НЕ 24 и 14 поступают на входы элемента И 25 соответственно. С приходом на его вход разрешающего сигнала с выхода генератора 19 единичный сигнал с выхода элемента И 26 поступает на управляющие входы шинных формирователей 20 и 21, вход запуска ЦАП 5 и второй вход элемента ИЛИ 22, с выхода которого единичный сигнал поступает на шину 52 "Чтение" БП 3, Начальный адрес обмена ЦАП 5 и БП 3 с выхода сумматора 23 поступает на информационный вход шинного формирователя 2. Информация, считанная по адресу, поступающему с выхода шинного. формирователя 21 на адресную шину 49 БП 3, с шины 50 данных БП 3 поступает на информационный вход шинного формирователя 20, с выхода которого передается на информационный вход ЦАП 5. Единичный сигнал с выхода элемента И 25, поступая через элемент 26 задержки на счетный вход счетчика 27, увеличивает его содержимое на единицу. Новый адрес цифроаналогового преобразователя поступает на второй вход сумматора, на выходе которого формируется новый адрес обмена БП 3 и ЦАП 5, Значение адреса обмена поступает на информационный вход шинного формирователя 21, и с приходом на его управляющий вход единичного сигнала с выхода элемента И 25 цикл обмена повторяется. При равенстве содержимого счетчика 27 и регистра 31 схема 28 сравнения вырабатывает единичный сигнал, поступление которого через элемент ИЛИ 29 на установочный вход счетчика 27 вызывает установку счетчика в начальное состояние.Формула изобретения1. Устройство для обмена информацией между цифровой и аналоговой вычислительными машинами, содержащее многоканальный цифроаналоговый преобразователь, многоканальный аналогоцифровой преобразователь, генератор импульсов, три регистра; три схемы сравнения, сумматор три счетчика, блок памяти, дешифратор адреса, .семь шинных формирователей, два триггера, восемь элементов И, семь элементов ИЛИ, два элемента НЕ, четыре элемента задержки, группу блоков задания временного интервала, причем адрес 3257673ная шина цифровой вычислительноймашины (ЦВМ) соединена с группойвходов дешифратора адреса, группавыходов которого соединена с первыми входами первого, второго и третьего элементов И и через первый элементНЕ с первыми входами четвертого ипятого элементов И, вторые входыпервого и второго элементов И соединены соответственно с шинами чтенияи записи ЦВМ, а их выходы черезпервый элемент ИЛИ подключены к управляющему входу первого шинного формирователя, выход которого подключенк шине адреса блока памяти, выход 5первого элемента И соединен с управляющим входом второго шинного формирователя и первым входом второгоэлемента ИЛИ, выход которого соединен с шиной чтения блока памяти, а Ювторой вход - с выходом четвертогоэлемента И, входом пуска многоканального цифроаналогового преобразователя,управляющими входами третьего и четвертого шинных формирователей и через первый элемент задержки со счетным входом первого счетчика, установочный вход которого соединен свыходом третьего элемента ИЛИ, информационные выход и вход и адресный ЗОвход многоканального цифроаналогового преобразователя соединены соответственно с информационным входоманалоговой вычислительной машины1 АВМ), выходом третьего шинного формирователя и выходом первого счетчика, соединенным также с первыми нходами сумматора и первой схемы сравнения, второй вход и выход которойсоединен соответственно с выходом 40первого регистра и первым входомтретьего элемента ИЛИ, информационный вход третьего и выход четвертого шинных формирователей соеди".нены соответственно с шинами данных 45и адреса блока памяти, входы данных,адреса, пуска и выход данных многоканального аналого-цифрового преобразователя соединены соответственнос информационным выходом АВМ, выходом второго счетчика, через второйэлемент задержки с входом пуска уст"ройства, информационным входом пятого шинного формирователя, третийвход которого, третий вход пятого 55элемента И, второй вход третьего элемента И и первый вход шестого элемента И подключены к выходу генератора импульсов, вход пуска устройства соединен с входом пуска АВМ, нулевым и единичным входами первого и второго триггеров соответственно и первым входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого соединен с установочным входом второго счетчика, выход которого соединен с информационным входом шестого шинного формирователя, соединенным с первым входом второй схемы сравнения второй вход которой соединен с выходом второго регистра и с вторым входом сумматора, выход которого. соединен с информационным входом четвертого шинного формирователя, выход второй схемы сраннения соединен с вторым: входом четвертого элемента ИЛИ и с единичным входом первого триггера, выход которого соединен с нулевым входом второго триггера, вторым входом шестого элемента И и с первым входом седьмого элемента И, второй вход которого соединен .с выходом второго триггера, а выход соединен с входом третьего элемента ИЛИ, первыми входами пятого и шестого элементов ИЛИ, второй вход пятого элемента ИЛИ подключен к соответствующему выходу дешифратора адреса, а выход " к установочному входу третье" го счетчика, счетный вход и выход которого соединены соответственно с выходом третьего элемента И и инФормационным входом первого шинного формирователя, выход второго элемента И соединен с управляющим входом седьмого шинного формирователя и с первым входом седьмого элемента ИЛИ, выход которого соединен с шиной записи блока памяти, информационный вход и выход седьмого шинного формир вателя соединены соответственно с шинами данных ЦВМ и блока памяти, шина данных блока памяти соединена с информационным входом второго шинного формирователя, выход которогосоединен с шиной данных ЦВМ, выходы пятого и шестого шинных формирователей соединены соответственно с ши-. нами данных и адреса блока памяти, ньгход шестого элемента ИЛИ соединен с шиной прерывания ЦВМ, выходы блоков задания временного интервала соединены с информационными входами третьего регистра, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повыщения производительности, оно соцер 1257673 12жит девятый н десятый элементы И,восьмой шинный формирователь, восьмой и девятый элементы ИЛИ, третийтриггер, причем группа разрядныхвыходов третьего регистра соединена 5с группой входов восьмого элементаИЛИ и группой информационных входоввосьмого шинного формирователя, выход которого соединен с шиной данных ЦВМ, шина записи которой соеди Оиена с первым входом восьмого элемента И, второй вход которого и первыйвход девятого элемента И соединеныс соответствующим выходом дешифратора адреса, выход восьмого элемента И соединен с единичным входомтретьего триггера, нулевой вход ивыход которого. соединены соответственно с выходом девятого элемента ИЛИи первым входом девятого элемента И, 30выход которого соединен с вторымвходом шестого элемента ИЛИ, первыйвход девятого элемента ИЛИ соединенс входом пуска устройства, вторыевходы девятого элемента ИЛИ и десятого элемента И соединены с выходомвосьмого элемента ИЛИ, шина чтенияЦВМ соединена с вторым входом девятого элемента И, выход которого соединен с управляющим входом восьмого ЗОшинного формирователя и через третийэлемент задержки с входом сбросатретьего регистра, выход шестого элемента И соединен со счетными входами блоков задания временного интервала группы, выход конца преобразования многоканального аналого-цифрового преобразователя соединенс третьим входом пятого элемента Ии через второй элемент НЕ с третьимвходом четвертого элемента И, выходпятого элемента И соединен с вторым входом седьмого элемента ИЛИ,управдяющими входами четвертого ипятого шинных формирователей и черезчетвертый элемент задержки со счетным входом второго счетчика, выходседьмого элемента И соединен с установочными входами блоков заданиявременного интервала группы. 2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что каждый блок задания временного интервала группы содержит регистр, счетчик, схему сравнения и элемент ИЛИ, причем первый и второй входы схемы сравнения соединены соответственно с выходами регистра и счетчика, счетный и установочный входы которого соединены соответственно с входом блока и выходом элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом схемы сравнения и установочным входом блока.1257673 Составитель И, Хазоваедактор Е. Копча Техред М.Ходанич Корректо амборска ка ПодписноеССР де изводственно-полиграФическое предприятие,г.Ужгород,ул.Проектная 959/49 ВНИИПИ Го по дела 13035., Моск