Файл: Основы бортовых вычислительных машин.pdf

326
- длина (с ловителями) ……………………………………. 405; вес, не более, кг …………………………………………….. ..15,2 .
СЦВМ Багет-55-04 включает в себя следующие составные части:
- программируемый процессор сигналов (DSP);
- корпус с установленными в нем модулем электропитания и кросс-платой;
- внутренние соединительные кабели.
В состав ППС изделия должны входить следующие функциональ- ные модули:
- модуль обработки сигналов;
- модуль процессора данных;
- модуль приема и буферизации.
Модули, кабели, источник питания, объединительная панель
(кросс-плата) размещены в герметизированном корпусе. Для потреби- теля доступны разъемы на передней панели корпуса, на которые выве- дены все интерфейсные сигналы и сигналы управления СЦВМ.
С целью расширения функциональных возможностей СЦВМ и ее исполнение могут быть доукомплектованы специализированным вы- числительным устройством (СВУ), имеющим общий канал обмена данными с ППС и состоящим из функциональных модулей централь- ного процессора (ЦП).
СВУ СЦВМ имеет следующие технические характеристики:
- центральный процессор типа 1В578;
- системная шина VME;
- разрядность системной шины - 32 разряда;
- разрядность обрабатываемых данных: целые числа - 8,16,32 разряда; числа с плавающей запятой - 32 разряда;
- тактовая частота не менее 50 МГц;
- емкость ОЗУ не менее 16 Мбайт;
- электрически стираемая программируемая постоянная память
EEPROM (flash type) емкостью не менее 32 Мбайт;
- количество таймеров не менее трех.
При необходимости использования дополнительных интерфейсов взаимодействия СЦВМ с внешними устройствами объекта может быть произведено доукомплектование платами мезонинными в части
ППС и СВУ.
Все электронные устройства СЦВМ размещаются в корпусе, за- щищающем их в процессе эксплуатации от механических повреждений

327
других внешних воздействующих факторов.
В нижней части корпуса установлена панель объединительная, при помощи которой организовано объединение внутренних магистра- лей модулей, входящих в состав СЦВМ, и преобразование входных сигналов СЦВМ, поступающих в виде парафазных сигналов, в сигналы вида ТТЛ.
В передней части объединительной платы установлены разъемы, через которые внешние интерфейсы СЦВМ с помощью внутренних ка- белей выводятся на переднюю панель корпуса. На внутренней стороне задней стенки корпуса установлен источник электропитания, форми- рующий вторичные напряжения + 5В,+12В, и сигналы управления пи- танием. Связь источника электропитания с объединительной платой осуществляется через два 15-контактных разъема.
Доступ к объединительной плате осуществляется через съемную нижнюю крышку, доступ к модулям - через съемную верхнюю крышку корпуса.
С внешней стороны задней стенки корпуса имеются резьбовые отверстия для присоединения воздуховодов внешней системы вентиля- ции или для установки блока вентиляторов.
Структурная схема СЦВМ приведена на рисунке 8.22.
Рисунок 8.22 – Структурная схема СЦВМ

328
СЦВМ может функционировать в двух режимах - штатном и тех- нологическом.
В штатном режиме работы обеспечивается:
- начальная инициализация СЦВМ по включению питания;
- определение режима начального тестирования по команде пользователя;
- начальное тестирование СЦВМ в соответствии с выбранным режимом;
- выдача результатов тестирования в память;
- передача управления программе пользователя, размещаемой в репрограммируемом постоянном запоминающем устройстве (РПЗУ).
В технологическом режиме работы обеспечивается:
- начальная инициализация СЦВМ по включению питания;
- определение режима начального тестирования по команде пользователя;
- начальное тестирование СЦВМ в соответствии с выбранным режимом;
- выдача результатов тестирования в память;
- дистанционная загрузка программ пользователя с инструмен- тальной ПЭВМ;
- запуск на исполнение программы пользователя;
- запись отлаженного рабочего программного обеспечения в
РПЗУ.

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