Основы бортовых вычислительных машин
 Скачать 3.2 Mb.
|
|
Модуль обработки сигналов (МОС). Модуль обработки сигна- лов представляет собой вычислительное устройство с симметричной внутренней архитектурой, содержащее четыре сигнальных микропро- цессора, и является основной вычислительной единицей для програм- мируемых процессоров сигналов. МОС предназначен для обработки потоков информации, посту- пающих по I-шине от буфера данных или других МОС в реальном масштабе времени, под управлением модуля процессора данных. МОС содержит 4 сигнальных процессора 1B577 (DSP- процессора), работающих на частотах до 40.0 МГц, и имеет пиковую производительность 160 MIPS или 240 MFLOPS. Структура модуля приведена на рисунке 8.23. В состав МОС входят следующие функциональные блоки: - вычислительные элементы ВЭ_A - ВЭ_D, содержащие процес- сор 1B577, локальную статическую память (SRAM) объемом 2Мб, ло- кальное запоминающее устройство для организации очередей типа 329 «первым пришел – первым вышел» (first in – first out FIFO) емкостью 8К x 32-разрядных слов и логику управления; - общая статическая память объемом 2 Мб; - загрузочное ПЗУ объемом не менее 32 Кб (PROM); - выходное FIFO, расположенное на общей шине (M-bus) процес- соров; - контроллер HS-шины (HS-CTRL); - многофункциональный контроллер (MF-CTRL); - энергонезависимое последовательное ЗУ объемом 2Кбит (EEPROM); - контроллер I-шины (I-CTRL). Рисунок 8.23 – Структура модуля МОС К внутренним шинам модуля относятся: - М-шина - общая шина сигнальных процессоров; - Lx-шины - локальные шины ВЭ_A...ВЭ_D; - FF-шина - входная шина данных локальных FIFO. К внешним шинам относятся: - I-шина - шина приема/передачи данных от АЦП, может исполь- зоваться для локального межмодульного обмена данными; - HS-шина - шина межмодульного обмена данными; - ECD-шина - шина управления процессами в системе. Модуль процессора данных (МПД) является комбинирован- ным устройством и выполняет функции управляющего устройства в СЦВМ и обеспечивающего устройства при обмене данными СЦВМ с внешними системами. Условно модуль можно разделить на две логические части: субмодуль А и субмодуль Б. Субмодуль А реализован на базе 330 сигнального микропроцессора 1В577 и предназначен для управления работой СЦВМ (управление событиями, процедурами смены режимов, отладка и т.п.). Субмодуль Б реализован на базе однокристального RISC-микропроцессора 1В578-ОМП и обеспечивает сопряжение СЦВМ с внешними системами. Связь между этими двумя субмодулями осуществляется через двухпортовую память. В состав МПД входят следующие функциональные узлы: субмодуль А: - микропроцессор 1B577, работающий на частотах до 40 МГц; - локальная статическая память (Local SRAM) объемом 1Мб; - загрузочное последовательное ППЗУ объемом 256 Кбит; - глобальная статическая память (Global SRAM) объемом 1Мб; - контроллер HS-шины (HS-CTRL); - многофункциональный контроллер (Multy-CTRL); субмодуль Б: - RISC-микропроцессор 1В578-ОМП, работающий на частоте 50МГц; - статическая память микропроцессора (SRAM) объемом 8Мб; - загрузочное ППЗУ объемом 4 Мбит; - флэш-память объемом до 16 Мб; - буферная статическая память (Buffer SRAM) объемом 1Мб, доступная как со стороны процессора, так и со стороны магистрали VME; - контроллер последовательных каналов обмена данными типа RS232; - универсальный контроллер (Uni-CTRL); - контроллер шины PCI (PCI-CTRL); - контроллер шины VME (VME-CTRL); - двухпортовая память объемом до 64К 32-разрядных слов. Модуль имеет набор интерфейсов, обеспечивающих его сопряже- ние как с модулями СЦВМ, так и с внешними устройствами. Обмен данными с модулями СЦВМ осуществляется по шинам HS и ECD. Для реализации сопряжения с внешними устройствами модуль имеет два слота с интерфейсом шины PCI, в которые могут быть установлены стандартные PMC-мезонины с необходимыми интерфейсами. Помимо перечисленного, модуль МПД содержит два последовательных канала обмена данными, имеющие электрические интерфейсы RS-232 , а также набор дискретных сигналов, которые используются как коман- 331 ды управления, с уровнями ТТЛ (4 входных линии и 4 выходных ли- нии). Модуль приема и буферизации данных (МПД). Модуль приема и буферизации данных, или просто буфер данных (МБД), предназначен для приема данных, подлежащих обработке, от какого-либо внешнего устройства (АЦП), МБД выполняет следующие функции: - прием и буферизацию информации от внешних источников; - присвоение идентификатора ("цвета" входному потоку данных; - программируемую коммутацию потоков с разными идентифика- торами; - выдачу информации из данного МБД в последующий (мезонин- ная плата); - выявление сбоев в работе входных каналов и формирование по ним события на ECD-шине; - программно маскируемое формирование события на ECD-шине при поступлении сигналов "начало кадра" - ИНК. Структурная схема МБД, приведена на рисунке 8.24. Рисунок 8.24 – Структурная схема модуля приема и буферизации данных 332 МБД содержит один 32-разрядный параллельный порт (РР-32), работающий только на прием данных от АЦП. Модуль содержит следующие функциональные блоки: - входной интерфейс параллельный порт; - выходной интерфейс для мезонинной платы выходного порта; - буферную память FIFO-1 глубиной 8К 32-разрядных слов на входе от АЦП; - программируемый коммутатор потоков данных (ПКП) SWITCH; - буферную память FIFO-2 глубиной 8К 32-разрядных слов на входе от HS-шины; - контроллер HS-шины (HS-CTRL). Модуль БД имеет многошинную (многоканальную) внутреннюю архитектуру, которая позволяет коммутировать шины между собой, обеспечивая тем самым разнообразное распределение потоков данных. Максимальная пропускная способность внешнего выходного ка- нала составляет 20 миллионов 32-разрядных слов / с (при системной частоте 40 МГц). Источниками данных для выходного канала могут вы- ступать любые каналы, подключенные к программируемому коммута- тору. Таким образом, характеристики СЦВМ «Багет-55» обеспечивают эффективную цифровую обработку одно- и двумерных сигналов. 333 ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ БОРТОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН И СИСТЕМ Перспективные направления развития вычислительных машин и систем можно разделить на следующие группы: совершенствование элементной базы вычислительных машин классической архитектуры; разработка новых архитектурных подходов к построению ЭВМ; расширение области применения БВМ на основе новых алгоритмов и методов цифровой обработки информации; применение новых физических принципов для выполнения обработки и хранения данных. Перспективы развития БЦВС связаны с разработкой ЭВМ пятого поколения. Одна из основных целей разработки ЭВМ пятого поколения состоит в создании ЭВМ, рассчитанной на простое и удобное взаимодействие в режиме диалога с оператором (экипажем) на естественном языке. Другая особенность ЭВМ пятого поколения – наличие системы логического решения задач. Она обеспечит ЭВМ способность к ассоциативному поиску информации, логическим заключениям и самообучение. В идеальном случае эта ЭВМ должна уметь извлекать из общего массива заключенной в ней информации некоторые данные, связанные между собой различными признаками и необходимые для формирования логических заключений. ЭВМ пятого поколения будет реагировать даже на нечетко поставленные вопросы и требовать от человека их повторной более четкой формулировки или самостоятельно прояснять их либо с помощью имеющегося в ней огромного объема информации, либо в результате взаимодействия с другими ЭВМ. В состав ЭВМ пятого поколения входит еще одна функциональная система - база знаний с соответствующей системой управления. На основе информации, полученной из базы знаний, в машине логического решения задач будет формироваться решение поставленной оператором проблемы, подвергаемое затем смысловому анализу. Цель такого анализа - устранение несущественной информации в полученном решении и выделении в нем фактов и правил, которые могут быть использованы в дальнейшем при решении других задач. Результаты, представляющие общий интерес, будут накапливаться в базе знаний ЭВМ. Предполагается, что ЭВМ пятого поколения будут обладать 334 производительностью и функциональными возможностями, значительно превосходящими характеристики современных ЭВМ. Вычислительная система, использующая ЭВМ пятого поколения, будет представлять собой неоднородную сеть вычислительных машин, к которой могут быть подключены универсальные высокопроизводительные ЭВМ общего назначения, вычислительные машины малой производительности, а также специализированные вычислители, причем все они должны будут использовать параллельную обработку информации. Поэтому можно считать все ЭВМ пятого поколения малинами с параллельной архитектурой. Другим перспективным направлением совершенствования БВМ является применение новых материалов и принципов обработки информации для построения аппаратной части вычислительных машин. Среди таких перспективных БВМ следует выделить оптические вычислительные машины и вычислительные машины на основе биотехнологий. Оптические цифровые вычислительные машины. Кроме совершенствования технологии производства электронных схем и архитектуры вычислительных устройств в вычислительной технике будущего наметилось новое научно-техническое направление - цифровая оптическая вычислительная техника. Считается, что она позволит перейти от электронных вычислительных машин к оптическим цифровым вычислительным машинам (ОЦВМ), которые будут обладить неизмеримо большим быстродействием за счет использования фотонов в качестве носителя информации. Основными достоинствами ОЦВМ являются: способность выполнять операции над двухмерными операндами (картинная логика); высокая скорость выполнения операций, определяемая только временем прохождения света от входа до выхода процессора; использование в составе средств обработки информации голографических (оптических) запоминающих устройств большой емкости и быстродействия; применение в качестве интерфейса волоконно-оптических каналов ввода-вывода информации и внутримашинных связей. Главным блоком ОЦВМ является оптический комбинаторный логический матричный процессор, который выполняет арифметические и логические операции. С оптическим процессором совмещены оперативное запоминающее устройство и каналы ввода- вывода. Конструктивно все они размещены на одной большой 335 оптической двоичной вентильной матрице (кристалле), обладающей свойствами пространственности и параллельности при обработке двухмерной информации, ввод и вывод которой происходит параллельно информационными страницами. В качестве соединительных каналов (связей) предполагается использовать оптические волокна, интегрально-оптические волноводы и синтезированные голограммы. Оптические связи по сравнению с электрическими имеют ряд преимуществ: способность к перепрограммированию с помощью динамических оптических компонентов, отсутствие влияния емкостных нагрузок и взаимных помех, гибкость связей и др. Перепрограммируемость системы перестраиваемых связей позволяет организовать новые типы машинной архитектуры, что существенно повышает эффективность обработки информации. Вычислительные машины на основе биотехнологий. В настоящее время ведутся исследования по созданию ЭВМ с использованием элементов нервной системы человека - так называемых нейрокомпьютеров, которые будут иметь датчики на биологической основе и исполнительные устройства на основе механизмов мышечного сокращения. Благодаря успехам молекулярной биологии становится возможной разработка датчиков с заранее заданными свойствами, избирательной реакцией и очень высокой чувствительностью. Кроме того, возможно использование биосистем в качестве запоминающих устройств, в частности, активных биологических пленок, позволяющих получать бессеребряные фотоносители. В сочетании с лазером, обеспечивающим быструю запись и стирание информации, биохромные материалы могут составить основу построения запоминающих устройств. Полагают, что нейрокомпьютеры как аналоговые устройства на новом, более высоком уровне будут способны решать такие задачи, как исследование нелинейных систем, описываемых системами дифференциальных уравнений в частных производных, которые сейчас не под силу самым мощным современным ЭВМ. Нейрокомпьютеры имеют молекулярный уровень организации, при котором каждая молекула белка или элементарная ячейка пленки представляют активный элемент среды, способный находиться в нескольких устойчивых состояниях и играть роль ячейки памяти. Например, пленка в 1 см 2 может содержать свыше 10 12 активных 336 элементов. Развитие вычислительной техников том числе и бортового применения, столь стремительно, что даже в недалеком будущем вполне вероятно появление совершенно новых аппаратных, архитектурных, схемотехнических, программных и иных решений. Все содержание книги и особенно её последней главы, посвященной внедрению вопросов цифровой обработки информации в бортовое радиоэлектронное оборудование, убедительно подтверждает необходимость всестороннего (системного) рассмотрения вопросов повышения эффективности бортового РЭО. Радиоинженер должен умело применять методы оптимизации сложных систем, широко используя достоинства цифровой обработки информации. Это предъявляет высокие требования к образованию современного радиоинженера и определяет актуальность изучения дисциплины «Основы бортовых вычислительных машин». 337 ЛИТЕРАТУРА 1. Баженов , А.В. Основы цифровой схемотехники. Ч.1. Теоретические основы цифровой обработки сигналов / А.В. Баженов, В.В. Закалюжный. Конспект лекций. - Ставрополь: СВАИУ, 1998.- 136 с. 2. Баженов , А.В. Авиационные вычислительные машины и системы. Ч.2. Бортовые цифровые вычислительные машины / А.В. Баженов, А.А. Федотов. Конспект лекций. - Ставрополь: СВАИУ, 1995.- 139 с. 3. Шевцов , В.К. Вычислительные машины авиационных радиоэлектронных систем. Выпуск 1. Пособие по изучению процессора бортовой цифровой ЭВМ / В.К. Шевцов. - Даугавпилс: ДВВАИУ, 1985.- 63 с. 4. Микропроцессорная лаборатория Микролаб КР580 / Учебное пособие. – М.: Внешторгиздат, 1988.- 95 с. 5. Дулепов , Е.Г. Теоретические основы вычислительной техники. Учеб.пособие. – Иркутск: Изд-во Иркутского университета. 1997. – 264 с. 6. Марков , С. Цифровые сигнальные процессоры. Книга 1.- М.: фирма МИКРОАРТ, 1996. – 114 с. 7. Гольденберг , Л.М. Цифровая обработка сигналов: Справочник /Л.М.Гольденберг, Б.Д.Матюшкин, М.Н.Поляк. – М.: Радио и связь, 1985. – 312 с. 8. Ярославский , Л.П. Цифровая обработка сигналов в оптике и голографии: Введение в цифровую оптику. – М.: Радио и связь, 1987. – 296 с. 9. Майоров , С.А. Структура электронных вычислительных машин/ Майоров С.А., Новиков Г.И. – Л.: Машиностроение, 1979. – 384 с. 10. Пухальский , Г.И. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах: Справочник /Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я.- М.: Радио и связь, 1990.- 304 с. 11. Алексеев , Ю .Я. Помехозащищенность авиационных радиолокационных систем/ Ю.Я. Алексеев, В.Н. Антипов, В.А. Ефимов, В.И Меркулов, И.Н. Умнов / Под редакцией В.А. Ефимова.- М.: ВАТУ, 2001.-271 с. 338 12. Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем: Учеб. пособие./Под ред. Ю.М. Казаринова. - М.: Высш. шк. , 1985.- 319 с. 13. Микропроцессорные системы: Учебное пособие для вузов/ Е.К. Александров, Р.И. Грушвицкий, М.С. Куприянов и др. Под общ. Ред. Д.В. Пузанкова. – СПб.: Политехника, 2002.- 935 с. 14. Современные микроконтроллеры: Архитектура, средства проектирования, призеры применения, ресурсы сети Интернет. «Телесистемы». Под ред. Коршуна И.В.; Составление, пер. с англ. и литературная обработка Горбунова Б.Б. -М.: Издательство «Аким», 1998.-272 с. 15. Микроконтроллеры фирмы Analog Devices. http:// css.vstu.edu.ru/sprav.spr2/ analog.html 16. Марков , С. Цифровые сигнальные процессоры. Книга I.- М.: фирма МИКРОАРТ, 1996. – 114 с. 17. Куприянов , М. С. Цифровая обработка сигналов: процессоры, алгоритмы, средства проектирования / М. С. Куприянов, Б. Д. Матюшкин. - 2-е изд. , перераб. и доп. - СПб.: Политехника, 2002. - 592 с. 18. Сикарев , А .А. Микроэлектронные устройства формирования и обработки сложных сигналов/ А.А. Сикарев, О.Н. Лебедев. – М.: Радио и связь, 1983.- 216 с. 19. Миронов , С. Цифровая обработка радиолокационных сигналов на основе процессора Л1879ВМ1/С.Миронов, В.Дударев, А.Богатов. Электронный журнал. Электроника. Раздел радиолокация. Выпуск №3- 2003. 20. СЦВМ «Багет-55-04». Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ЛИТЕРАТУРА 1. Баженов , А.В. Основы цифровой схемотехники. Ч.1. Теоретические основы цифровой обработки сигналов / А.В. Баженов, В.В. Закалюжный. Конспект лекций. - Ставрополь: СВАИУ, 1998.- 136 с. 2. Баженов , А.В. Авиационные вычислительные машины и системы. Ч.2. Бортовые цифровые вычислительные машины / А.В. Баженов, А.А. Федотов. Конспект лекций. - Ставрополь: СВАИУ, 1995.- 139 с. 3. Шевцов , В.К. Вычислительные машины авиационных радиоэлектронных систем. Выпуск 1. Пособие по изучению процессора бортовой цифровой ЭВМ / В.К. Шевцов. - Даугавпилс: ДВВАИУ, 1985.- 63 с. 4. Микропроцессорная лаборатория Микролаб КР580 / Учебное пособие. – М.: Внешторгиздат, 1988.- 95 с. 5. Дулепов , Е.Г. Теоретические основы вычислительной техники. Учеб.пособие. – Иркутск: Изд-во Иркутского университета. 1997. – 264 с. 6. Марков , С. Цифровые сигнальные процессоры. Книга 1.- М.: фирма МИКРОАРТ, 1996. – 114 с. 7. Гольденберг , Л.М. Цифровая обработка сигналов: Справочник /Л.М.Гольденберг, Б.Д.Матюшкин, М.Н.Поляк. – М.: Радио и связь, 1985. – 312 с. 8. Ярославский , Л.П. Цифровая обработка сигналов в оптике и голографии: Введение в цифровую оптику. – М.: Радио и связь, 1987. – 296 с. 9. Майоров , С.А. Структура электронных вычислительных машин/ Майоров С.А., Новиков Г.И. – Л.: Машиностроение, 1979. – 384 с. 10. Пухальский , Г .И. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах: Справочник /Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я.- М.: Радио и связь, 1990.- 304 с. 11. Алексеев , Ю.Я. Помехозащищенность авиационных радиолокационных систем/ Ю.Я. Алексеев, В.Н. Антипов, В.А. Ефимов, В.И Меркулов, И.Н. Умнов / Под редакцией В.А. Ефимова.-М.: ВАТУ, 2001.-271 с. 12. Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем: Учеб. пособие./Под ред. Ю.М. Казаринова. - М.: Высш. шк. , 1985.- 319 с. 13. Микропроцессорные системы: Учебное пособие для вузов/ Е.К. Александров, Р.И. Грушвицкий, М.С. Куприянов и др. Под общ. Ред. Д.В. Пузанкова. – СПб.: Политехника, 2002.- 935 с. 14. Современные микроконтроллеры: Архитектура, средства проектирования, призеры применения, ресурсы сети Интернет. «Телесистемы». Под ред. Коршуна И.В.; Составление, пер. с англ. и литературная обработка Горбунова Б.Б. -М.: Издательство «Аким», 1998.-272 с. 15. Микроконтроллеры фирмы Analog Devices. http:// css.vstu.edu.ru/sprav.spr2/ analog.html 16. Марков , С. Цифровые сигнальные процессоры. Книга I.- М.: фирма МИКРОАРТ, 1996. – 114 с. 17. Куприянов , М. С. Цифровая обработка сигналов: процессоры, алгоритмы, средства проектирования / М. С. Куприянов, Б. Д. Матюшкин. - 2-е изд. , перераб. и доп. - СПб.: Политехника, 2002. - 592 с. 18. Сикарев , А .А. Микроэлектронные устройства формирования и обработки сложных сигналов/ А.А. Сикарев, О.Н. Лебедев. – М.: Радио и связь, 1983.- 216 с. 19. Миронов , С. Цифровая обработка радиолокационных сигналов на основе процессора Л1879ВМ1/С.Миронов, В.Дударев, А.Богатов. Электронный журнал. Электроника. Раздел радиолокация. Выпуск №3- 2003. 20. СЦВМ «Багет-55-04». Техническое описание и инструкция по эксплуатации. |