Лекции по "Программированию"

 

Еще одно обозначение  шины

                      8          А

 

8 – количество цепей.

 

Под проектированием обычно понимается разработка основных показателей того конечного изделия, для которого оно проводится, и путей их практической реализации. В результате проектирования реализуется конструкция (от лат. сопзгшсйо - построение) -искусственно создаваемая человеком совокупность физических тел и веществ, имеющая законченные формы, характеризующаяся определёнными параметрами и предназначенная для выполнения необходимых функций в заданных условиях.

Под ЭВМ понимают совокупность электронно-вычислительных средств, соединённых  необходимым образом, способных получать, запоминать, преобразовывать и выдавать информацию с помощью вычислительных и логических операций по определённому алгоритму или программе.

Основу ЭВМ составляют их технические средства (ТС), под которыми понимается физическое оборудование, участвующее в автоматизированной обработке данных.

Известно, что для выполнения автоматизированной обработки данных в состав ЭВМ включают ряд центральных  и периферийных устройств, каждое из которых выполняет вполне законченные функции, т.е. является функционально законченной частью технического средства

К центральным относят, как правило, следующие основные устройства: арифметико-логическое (АЛУ), центрального управления (ЦУУ) и пульт управления и сигнализации (ПУиС), образующие в совокупности процессор, а также основную (оперативную) память, реализуемую в виде оперативного запоминающего устройства (ОЗУ). Схемотехнически центральные устройства обычно представляют собой более или менее однородные повторяющиеся структуры и реализуются в основном на электронных элементах (микросхемах, транзисторах и т.п.) в виде определённых конструктивов (электронных узлов).

К периферийным относятся внешние запоминающие устройства (ВЗУ), представляющие собой накопители информации, работающие на различных физических принципах, например с использованием магнитных, оптических, бумажных и других носителей информации, а также устройства ввода (УВв) и вывода (УВ) информации. Номенклатура периферийных устройств, используемых в составе современных ЭВМ. достаточно широка: накопители, дисплеи, печатающие устройства, клавиатуры, сканеры, графопостроители и т.п. Значительная часть периферийных устройств наряду с электронными схемами содержит электромеханические и механические узлы, достаточно сложные в конструктивном отношении.

В совокупности с программным обеспечением, процедурами, документацией, обслуживающим персоналом и другими компонентами современные технические средства ЭВМ позволяют создавать мощные вычислительные системы различного назначения: автоматизированной обработки данных, управления, автоматизации проектирования и производства, обучения и др.

Детали, входящие в конструкцию ЭВМ либо в конструкции  её основных частей, можно разделить на две основные группы. Различающиеся по функциональному назначению.

Первую группу деталей образуют электрорадиоизделия; набор последних можно считать элементной базой ЭВМ. Именно эти электрорадиоизделия в конструкции ЭВМ соединяются электрически в соответствии с принципиальной схемой и выполняют необходимые полезные функции преобразования сигналов.

 Вторая группа деталей, входящих в конструкцию, имеет в некотором смысле второстепенное значение. Она предназначена в основном для обеспечения работоспособности электрорадиоизделий: механического закрепления, защиты от внешних дестабилизирующих воздействий, отвода теплоты и т.д. Эту группу деталей, соединённых между собой механически и выполняющих, как правило, вспомогательные функции, можно считать конструктивной базой.

Относительная условность деления изделий (сборочных единиц, деталей) по принадлежности к элементной либо к конструктивной базе приводит к отсутствию четкого критерия, по которому те либо иные первичные конструкции ЭВМ могут быть отнесены к конкретной группе. В ряде случаев в основу такого деления может быть положен организационно - производственный принцип сборки конструкции. По этому принципу комплектующие электрорадиоизделия, включаемые в перечень элементов электрической принципиальной схеме, могут быть отнесены к элементной базе.

Элементную базу подразделяют на группы изделий:

• ИМС различной степени интеграции и  микросборки;
• полупроводниковые приборы (транзисторы, диоды и др.);
• электровакуумные   изделия   (электронно-лучевые   трубки,   электрические   сигнальные лампы, табло и т.д.);
• электрорадиоэлементы   (ЭРЭ)   (дискретные   резисторы,   конденсаторы),   намоточные изделия (трансформаторы, дроссели, электромагнитные линии задержки и др.)и т.п.;
• изделия электропривода и автоматики (датчики, реле и др.);
• контрольно-измерительные приборы;
• коммутационные изделия (соединители, переключатели и т.д.).

 

 

Лекция № 14. Проектирование функциональных узлов ЭВМ. Технические средства. Центральные устройства. Периферийные устройства.  Конструктивная база

 

Действительно, при проектировании и производстве изделий ЭВМ. определяемые составом выполняемых работ: структурное, функциональное, схемотехническое и конструкторское. Данные виды проектирования обычно и выполняются в указанной последовательности.

При структурном проектировании на основании технического задания разрабатывается структурная схема, определяющая основные структурные части ЭВМ (устройства, блоки и т.п.),  их  назначение и взаимосвязи.   Выбирается  системы команд, диагностики и контроля, решаются вопросы обмена информацией между ЭВМ и внешними устройствами и абонентами.

При       функциональном проектировании  разрабатываются подробные функциональные схемы устройств проектируемой ЭВМ, которые разъясняют определённые процессы, протекающие в отдельных функциональных цепях или устройствах в целом и детализировать обмен информацией между ними.

В структурном и функциональном проектировании принимает участие сравнительно немного специалистов, но высшей квалификации. Большая часть решаемых ими задач оказывает огромное влияние на разработку и главные показатели будущей ЭВМ. При схемотехническом (логическом) проектировании разрабатываются подробные принципиальные схемы устройств, ориентированные на определённые системы элементов. Схемотехническое проектирование ЭВМ характеризуется большой трудоёмкостью и, следовательно, требует большого количества разработчиков. Основные задачи схемотехнического проектирования хорошо формализуется и позволяют использовать машинные методы решения (автоматизация проектирования).

При конструкторском проектировании (или, иначе, конструировании) выбирается структура пространственных, энергетических и временных взаимосвязей частей конструкции, связей с окружающей средой и объектами, определяются материалы и виды обработки; устанавливаются количественные нормы (для связей, материалов и обработок), по которым можно изготовить изделие, соответствующее заданным требованиям.

Процесс разработки ЭВМ (как и любого другого изделия) обычно состоит из нескольких взаимосвязанных этапов. Работа, выполненная на этих этапах подразделяется на научно-исследовательскую (НИР) и опытно-конструкторскую (ОКР). Изготовление ЭВМ происходит во время производственного процесса, который представляет собой совокупность действий в результате которых сырьё, материалы, полуфабрикаты и комплектующие изделия, поступающие на предприятие, превращаются в готовую продукцию. Производственный процесс включает не только изготовление изделий, но и подготовку производства, планирование, материально-техническое снабжение, ремонт оборудования, транспортирование, финансирование и т.д. Принято делить его на основной, во время которого изготовляют запланированную предприятием основную продукцию, и вспомогательный, во время которого изготавливают технологическую оснастку и товары народного потребления, производят ремонт оборудования и прокладку коммуникаций, осуществляют охрану окружающей среды, хранение и транспортирование изделий и т.п.

Технологический процесс - это часть производственного процесса, содержащее действия по изменению и последующему определению состояния предмета производства. Основными элементами технологического процесса служат технологическая операция, технологический и вспомогательный переходы, позиция.

Технологическая операция - законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте непрерывно. Она является основной единицей производственного планирования и учёта.

Все используемые в производстве ЭВМ технологические  процессы можно разделить на следующие основные группы.

Первую группу составляют технологические процессы производства ЭРЭ, ИМС, микросборок, электронно-функциональных элементов, которые характеризуют массовым выпуском, тщательностью обработки конструкции, высоким уровнем технологичности и автоматизации производства высокой надёжностью и низкой стоимостью.

Во вторую группу входят технологические процессы изготовления элементов несущих конструкций, видов и защитно-декоративных изделий (штамповка, литьё, прессование, точение, фрезерование, электрофизические методы обработки и т.п.), которые заимствованы из других, в основном машиностроительных, отраслей и приспособлены для производства ЭВМ.

В третью группу входят технологические процессы сборки и монтажа ЭВМ, которые занимают в общем объёме производства от 50 до 70%. Для снижения длительности производственного цикла осуществляется параллельная сборка модулей различных уровней и комплексная автоматизация. Основные направления их совершенствования: повышение плотности компоновки навесных элементов на печатные платы и плотность печатного монтажа за счёт применения многослойных печатных плат на керамических и полиимидных основаниях; широкое использование бескорпусных ИМС и ЭРЭ, перспективных технологий их монтажа, в частности монтажа «на поверхность» и автоматизированного оборудования; разработка новых методов сборки и монтажа модулей второго и последующих уровней; оптимизация количества операций промежуточного контроля по экономическим критериям; разработка мер по технологическому обеспечению надёжности электрических соединений.

Четвёртую группу составляют технологические процессы контроля, регулировки и испытаний ЭВМ, которые характеризуются применением высококвалифицированной рабочей силы, специальной измерительной аппаратуры. От качества выполнения этих процессов во многом зависит надёжность выпускаемых машин. Предварительный контроль и регулировка функциональных параметров отдельных модулей позволяют сокращать время настройки аппаратуры в целом. Перспективно широкое использование контролирующей и диагностирующей аппаратуры, реализованной на микропроцессорах.

В зависимости  от типа производства разработанный  технологический процесс может  быть представлен с различной степенью детализации: маршрутный, маршрутно-операционный, операционный.

Маршрутный  технологический процесс - процесс, выполняемый по документации, в которой содержание операций излагается без указания переходов и режимов обработки. В маршрутно-операционном и операционном технологических процессах содержание отдельных, наиболее сложных и важных, или всех операций соответственно детализируется с указанием содержания переходов и режимов обработки. Изделия вычислительной техники могут изготавливаться на предприятиях в различном количестве, т.е. в производстве определённого типа. Под типом производства понимается квалифицированная категория, определяемая по признакам широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объёма выпуска изделий. Различают три типа производства: единичное, серийное и массовое. Например, такие функционально и конструктивно сложные ЭВМ, как супер-ЭВМ, могут изготавливаться в единичном производстве, а такие ЭВМ, как микро- и персональные, а также различные периферийные устройства требуют серийного или массового производства. Изделия специального назначения выпускаются, как правило, в малом объёме, т.е. практически единичными экземплярами, разными по конструкции широкой номенклатуры. Оснащение единичного производства обычно универсальное, предназначенное для изготовления разнообразной продукции. Рабочие основного производства имеют при этом высокую квалификацию, закрепления рабочих мест, как правило, отсутствуют.

 

 

Лекция 15. Автоматы. Структурные и абстрактные автоматы. Цифровой автомат.  Математическая модель автоматов. Частичный автомат. Детерминированный автомат

 

Цифровой  автомат - устройство, характеризующееся  набором внутренних состояний в  которое оно попадет под воздействием команд заложенной в него программы. Переход автомата из одного состояния в другое осуществляется в определенный момент времени.

Математической  моделью ЦА (а в общем случае любого дискретного устройства) является так называемый абстрактный автомат, определенный как 6-компонентный кортеж: S=(А,Z,W,δ,λ,а_i) у которого:

1. А - множество состояний (внутренний алфавит)
2. Z - множество входных сигналов (входной алфавит)
3. W - множество выходных сигналов (выходной алфавит)
4. δ - функция переходов
5. λ - функция выходов
6. а_i - начальное состояние автомата.

Под алфавитом здесь понимается непустое множество попарно различных символов. Элементы алфавита называются буквами, а конечная упорядоченная последовательность букв - словом в данном алфавите.