Базовые модели систем управления

Общепринятой моделью системы является двухблоковая модель (рис. 31). Модель В.М. Глушкова (рис. 32 а) является конкретизацией модели системы управления приме­нительно к дискретным преобразователям информации.

Рис. 30

Таблица 17

с 1	Прием информации на регистр
с 2	Считывание с регистра
с 3	Прием Nd на счетчик
с 4	Сдвиг влево
с 5	Сдвиг вправо
с 6	+1 к Сч
с 7	Уст. «0» Тр α 2

Как видно из анализа схем регистра сдвига (рис. 28), реализация сдвига кода X на j разрядов осуществляется при выдаче последовательности сигналов управ­ления этими устройствами, т.е. общая схема четко подразделяется на управ­ляе­мые и управляющий блоки. Поэтому общую модель системы (рис. 31) академик В.М. Глушков применил к анализу дискретных систем управ­ления и конкрети­зировал все типы сигналов (рис. 32 а). Согласно этой модели, любой преоб­разователь дискретной информации подразделяется на два блока: операци­онный автомат (ОА), преобразующий множество входных переменных X во множество выходных переменных У, и управляющий автомат (УА). При этом в процессе преобразования операционный автомат выдает в управ­ляющее устрой­ство множество логических сигналов α. По их значению УА вырабатывает вре­менную упорядоченную последовательность сигналов управления с_i, под дейст­вием которых осуществляется преобразование X в Y в соответствии с алгорит­мом.

Рис. 31

Двухблоковая модель имеет несколько интерпретаций:

1) Системы управления с алгоритмом управления без логических условий.

УА генерирует распределенную во времени (линейную) последова­тельность сигналов управления, не зависящую от состояния ОА (рис 32 б).

Пример 1. ОА для порционного разлива воды, напитков. Роль сиг­нала «пуск» выполняет опущенная монета. УА выдает сигналы: индикационный сигнал – монета принята, сироп, выдача порции воды, от­ключение.

Пример 2. Управление запоминающим устройством. ОА – оператив­ное запо­минающее устройство – преобразует входной код X(t) в выходной X(t + T), где t – момент записи, Т – время хранения. На ОА подается из внешней среды (ЭВМ, оператор и др.) код адреса для записи или считыва­ния X. УА кроме сигнала «пуск» получает сигналы типа операции (считывание, стирание, запись) и выдачей сигналов управления с_i реализует операции подключения питания, выбора кри­сталла, записи, считыва­ния или стирания.

Пример 3. Управление печатающим устройством. ОА – печатающий автомат, X – код символа, Y – начертание символа на бумаге. УА получает код символа и выдает последовательность сигналов с_i, соответствующих этому коду, на матрич­ном или струйном принтере.

2) Системы с разветвленными и циклическими алгоритмами управления. Системы, не требующие для управления анализа логических условий, – это частный и весьма узкий класс ВПИ. В общем случае процесс управления зависит от со­стояния самого вычислительного процесса. Это «состояние» вычислительного процесса в текущий момент t определяется значением выходных сигналов (ко­дов). За счет сравнения этих кодов с некоторыми константами находятся зна­чения логических сигналов α_j, а через них, следовательно, определяется необхо­димость разветвления вычислительно­го процесса или его повторения (циклич­ность).

д) Универсальная система управления Окончание рис. 32

Основная модель В.М. Глушкова (рис. 32 а) хорошо описывает такие сис­темы, как дискретные преобразователи (ОА), управляемые от микро­программного автомата (УА). При этом n -разрядный входной код X пре­образуется также в n -разрядный выходной код Y. Количество разрядов оп­ределяется типом процессора и равно 8, 16, 32, 64. УА есть микропрограмм­ный автомат (МПА), который по коду операции (+, –, , и др.) выдает по­следовательность микросигналов с_i.

Логическими сигналами α_j процессора являются сигналы знака, переполне­ния, равенства и др.

В.М. Глушков приводит и более абстрактный пример, когда ОА – информа­ция, заданная определенной структурой (таблица, список и др.), а УА – алгоритм ее преобразования.

Однокристальная микроЭВМ может рассматриваться как комплекс взаимо­связанных блоков, в котором ЦП – процессор, ЗУ – запо­минающее устройство, УВ – устройство ввода, УВВ – устройство вывода информации. Комплекс этих устройств представляет собой ОА, тогда УА – управляющее устройство ЭВМ (рис. 33). Структуру рис. 33 называют моделью универсального вычислителя Дж. фон Неймана.

Рис. 33

Любая ЭВМ имеет типовой набор операторов (арифметические, ло­гические, операции запоминания, пересылки, ввода, вывода и др.). С целью повышения бы­стродействия и упрощения программирования набор операторов превышает ми­нимально необходимый для решения любой за­дачи в рамках используемых чис­ленных методов. Обычно базовое множество опе­раторов состоит из 32 (64). За счет модификации способов исполнения арифметических команд, команд пересылки и др. число команд в микропроцессорах и контроллерах может доходить до 128. На заданном множестве может быть составлен алгоритм управления ОА для выполнения той или иной операции.

Пусть множество решающих операторов (РО) представлено табл. 18. Тогда алгебраическое сложение чисел выполняется по граф-схеме рис. 34. Эта граф-схема является исходной для синтеза управляющего автомата (УА). Операционный автомат при этом фор­мирует условия р₁,..., р₄ и преобразует N₁ и N₂ в их алгебраическую сумму в соответствии с алгоритмом рис. 34.

На рисунке 32 представлены модификации модели В.М. Глушкова со свя­зью по входу (рис. 32 в) и обратной связью по выходу (рис. 32 г), а также мо­дель как композиция (объединение) модели В.М. Глушкова и мо­дели управляю­щей сис­темы (рис. 32 д).

Таким образом, в интерпретации В.М. Глушкова любое вычислительное или информационно-управляющее устройство (процессор, дисплей, интерфейс, однокристальная микроЭВМ, ре­гистр сдвига и др.) является композицией взаимодейст­вующих автоматов: опера­ционного и управляющего.

Операционный автомат реализует действия над словами (X) информации и является исполнительной частью устройства, а управляю­щий автомат выдает по­следовательность управляющих сигналов для ОА в зависимости от набора значе­ний логических сигналов {α}.

ЭВМ есть комплекс иерархически увязанных систем ОА-УА, т.к. каждый из блоков (память, ввод, вывод, процессоры, дисплей и др.) имеет свои микропро­граммные автоматы управления.