14. Каковы особенности систем ТМ-511 и ТМ-512?

15. Как используется обратный канал в системах ТМ-511 и ТМ-512? 16 Как защищается информация в системах ТМ-511 и ТМ-512?

17.Что означает сигнал «Квитанция» в системах ТМ-511 и ТМ-512?

18.Дтя каких целей предназначена система ТМ-130 и какое число КП она обслуживает?

19.Как защищается передача информации в системе ТМ-130?

Глава 16. Системы телемеханики с использованием вычислительной техники

В последние годы в телемеханике все шире используется вычислительная техника. Это обусловливается рядом преимуществ, которые дает применение микропроцессоров и микро-ЭВМ в системах телемеханики. Приведем некоторые из них:

1) повышение оперативности обмена информацией за счет ускорения математической обработки данных при получении усредненных показателей телеизмеряемых величин, расчета масштабных коэффициентов, более рационального сжатия данных и исключения сообщений, не несущих информацию (одновременно это разгружает канал связи и увеличивает объем передаваемой информации);

2)расширение функциональных возможностей системы телемеханики. В частности, появляется возможность обслуживания периферийных устройств и передачи информации с различной скоростью, хранение информации при временной перегрузке канала связи;

3)повышение надежности системы за счет уменьшения количества элементов при ее построении, увеличения автономности пункта управления и контролируемого пункта. При аварийной ситуации диспетчер может повторить наблюдения за ходом процесса по данным, записанным в памяти; улучшение возможности поиска неисправностей в самой системе;

4)упрощение построения системы, уменьшение ее габаритов и потребляемой мощности, снижение трудоемкости изготовления системы и ее стоимости.

Системы телемеханики с использованием микропроцессоров и микро-ЭВМ относятся к системам четвертого поколения.

Материал этой главы требует знания устройства микропроцессора. Не дублируя соответствующих руководств на эту тему, конспективно изложим принцип действия микропроцессора применительно к телемеханике.

§16.1. Применение микропроцессоров в телемеханике

Электронная вычислительная машина (ЭВМ) — устройство, предназначенное для обработки данных под управлением программы.

Д а н н ы е —цифры, преобразованные в код и помещенные в виде электрических сигналов (импульсов) в ячейках памяти данных, находящихся в оперативной памяти, называемой оперативным заноминающим устройством (ОЗУ).

У с т р о й с т в о у п р а в л е н и я (УУ). Осуществляет управление операциями в МП с помощью управляющих сигналов, выдаваемых генератором тактовых импульсов, по командам, из которых составлена программа. Одновременно УУ обеспечивает координацию всех составных частей МП.

Р е г и с т р ы В МП имеются регистры самых различных назначений. Основными из них являются аккумулятор, счетчик команд, регистр команд, регистр адреса и регистры общего назначения.

Аккумуля т ор, и л и н а к а п л и в а ющи й регистр. Если,например,	нужно сложить в
АЛУ два числа, то до начала операции одно число может находиться	в аккумуляторе.
Второе число (операнд) поступает из ОЗУ. После окончания операции ее результат (в
нашем примере сумма от сложения) хранится в аккумуляторе, а затем передается в ОЗУ
или в устройство ввода — вывода. Так как аккумулятор может хранить лишь одно слово,

имеющее разрядность, с которой оперирует МП, то к нему иногда добавляют р е г и с т р связи, заполняющийся при переполнении аккумулятора. Регистр связи позволяет соединить старший и младший разряды аккумулятора, что необходимо для циклического сдвига информации вправо или влево в соответствии с программой. Он выполнен из нескольких триггеров, называемых флажками, и позволяет индицировать состояние аккумулятора: пулевое содержание, знак содержимого переноса информации и его переполнения.

С ч е т ч и к команд, или и р о г р а м м и ы й счетчик. Программа состоит из заданной последовательности команд, которые хранятся в ОЗУ, МП должен извлекать эти команды в той же последовательности, для чего ему нужно знать, в каких ячейках памяти они находятся, т. е. знать адреса команд. Последовательность извлечения команд, т. е. их адреса, записывается в регистре — счетчике команд, который и считывает эти команды из памяти, что позволяет МП поочередно выполнять их. Всякий раз, когда команда извлекается из памяти, УУ инкрементирует (увеличивает на единицу показания счетчика),

т.е. подготавливает счетчик к считыванию из памяти следующей команды.

Ре г и с т р команд . В зависимости от типа МП команда может состоять из одного или нескольких байтов. Одна часть команды называется кодом операции и указывает, какая операция должна быть выполнена в АЛУ (сложение, вычитание и т.п.). Другая часть команды называется кодом адреса (или просто адресом), так как содержит адрес, указывающий, где находится операнд, который должен быть прибавлен (или убавлен в зависимости от выполняемой операции, отмеченной в коде операции) к содержимому аккумулятора.

Адрес, указанный счетчиком команд, пересылается в оперативную память (ОЗУ), и командное слово, хранимое по этому адресу, пересылается в УУ для записи на регистры и последующего использования.

Если команда имеет формат 2 или 3 байт (состоит из 16 иди 24 разрядов), то на код операции отводится первый байт, который записывается в регистр команд. Последующие байты, составляющие адрес, записываются в регистр адреса.

Если команда состоит из одного байта (восьмиразрядный МП), то вся команда записывается в один регистр команд. На код операции обычно

отводятся первые 3—5 разрядов. Если код операции состоит из ияти разрядов, то это позволяет выполнить 32 команды. Последние три разряда команды — это трехбитовый адрес, обеспечивающий получение всего восьми операндов. Дтя быстроты доступа к операндам каждый из них записывается в регистре. Эти регистры, называемые регистрами общего назначения (РОН), обозначают буквами В, С, D, Е, Н, L, W и Z. Таким образом, команда 10000100 означает: прибавить содержимое регистра Е к содержимому аккумулятора (10000— код операции, а 100 — адрес четвертого регистра, т.е. регистра

Е).

Код операции из регистра команд пересылается в дешифратор, где он преобразуется в сигнал, на основании которого АЛУ выполняет соответствующую операцию над операндами (сложение, вычитание и т . и .).

Микропроцессор связан с периферийными устройствами, которые вводят программы и данные для обработки и выводят данные после вычислений. К периферийным устройствам относятся также внешние запоминающие устройства.

У с т р о й с т в а ввода. Преобразуют принимаемые дачные в электрические сигналы. Основными являются устройства ввода с перфоленты и перфокарты, а также телетайп. Устройства ввода принимают телеизмеряемые величины, преобразованные в аналогоцифровых преобразователях в код.

У с т р о й с т в а в ы в о д а о б р а б о т а н н ы х данных. Преобразуют электрические сигналы в неэлектрические или используют кодовые комбинации для цифровой индикации и регистрации. К ним относятся также дисплеи и различные печатающие устройства. Устройства вывода обеспечивают цифровое и аналоговое воспроизведение, а также регист­ рацию принятых кодов телеизмерения. Следует отметить, что телетайп и дисплей используют не только как устройства ввода — вывода, но и как средство управления МП.

Интерфейс. Интерфейс — совокупность различных устройств и правил передачи сигналов, обеспечивающих сопряжение МП с периферийными устройствами (внешний интерфейс), а также между отдельными устройствами впутри самого МП (внутренний интерфейс).

Дтя связи МП с периферийными устройствами, когда необходимо выполнение различных операций и преобразование информации, применяют сложный интерфейс, называемый периферийно-программируемым адаптером.

Шины. Внутри МП прокладывается шина данных, состоящая из ряда проводов и связывающая все устройства между собой (внутренняя шика данных). Внешняя шина данных выходит за пределы МП. Эти шины обеспечивают пропуск кодовой комбинации (слова) на число разрядов, на которое рассчитан данный МП. У наиболее распространенных однокристальных МП «ширина» шины данных или магистрали составляет восемь разрядов. Связь впутри МП и с внешними устройствами осуществляется также с помощью шины адреса и шины управления.

Работа МП производится от внешнего генератора тактовых импульсов (ЕТИ), переключающегося с частотой в несколько мегагерц. Дтя того чтобы все регистры и логические схемы МП работали слаженно и в соответствующей последовательности, а переключение устройств МП было

согласовано с работой периферийных устройств, предусмотрена схема синхронизации. Конструктивно МП выполнен в виде БИС, размеры корпуса которой определяются числом выводов. Так, в 40-выводном корпусе для шины данных предназначено 8 выводов, для адресной шины — 16 выводов и для шины управления — до 10 выводов.

В связи с большим объемом информации, передаваемой в МП и из него, внешних выводов МП оказывается недостаточно, поэтому применяют мультиплексирование (см. § 9.3). В некоторых МП для передачи адресов и данных используют одну и ту же шину.

Если вычислительное устройство выполняется в виде одной или нескольких БИС,

содержит	процессор,	систему	ввода	и	вывода,	то	оно	называется
м и к р о к о н т р о л л е р о м .		Такой	прибор	способен контролировать				и управлять

простейшими технологическими процессами, электробытовыми приборами и др. Совокупность МП, устройств памяти, ГТИ, внешних устройств и интерфейса

представляет собой м и к р о п р о ц е с с о р н у ю систему.

В обычном однокристальном МП разрядность слова и система команд неизменны. Существуют более сложные, выполненные на нескольких БИС, многокристальные (модульные) МП с изменяемой разрядностью слова и микропрограммным управлением. Такие МП положены в основу более сложных микро-ЭВМ.

Рассмотрим, как работает МП на примере выполнения команды. Сначала в счетчике команд устанавливается адрес команды, которая должна быть выполнена, например адрес команды № 1. Далее по сигналу «Пуск» устройства управления адрес команды № 1 поступает в раздел ОЗУ, в котором хранятся команды (линия а на рис. 16.2). Команда, находящаяся по этому адресу, пересылается в регистры в виде кодового слова (линия б). При трехбайтной команде первый байт кодового слова (код операции) записывается в регистр команд. Остальные байты (адрес) поступают на регистр адреса. После декодирования кода операции в дешифраторе сигнал с последнего передается в АЛУ для его подготовки к выполнению заданной операции (линия в), а код адреса направляется в раздел ОЗУ, где хранятся данные (линия г). Согласно этому вызову, из ячейки ОЗУ код данных пересылается в соответствующий регистр АЛУ (линия д). После выполнения операции АЛУ выдает в УУ сведения об окончании данной операции (линия в), содержимое счетчика увеличивается на единицу и МП оказывается подготовленным к выполнению следующей команды № 2.

Таким образом, цикл прохождения команды состоит из двух фаз. Первая фаза (выборка команды) заканчивается пересылкой команды из оперативной памяти в регистры команд и адреса. Во второй фазе (исполнение команды) выполняется заданная операция.

Дтя выполнения большинства арифметических операций требуется минимум два операнда, например сложить числа X и У. В этом случае код адреса должен быть рассчитан на вызов двух операндов. После выполнения операции над ними результат операции помещается в аккумулятор. Это двухадресный МП. Во многих МП один из операндов предварительно помещается в аккумулятор, поэтому необходимо адресовать только второй операнд (одноадресный МП).