Особенности работы бортовой цифровой вычислительной машины в системе управления полетом

Особенности построения БЦВМ и некоторые вопросы програм­мирования изложены в работах [1, 14].

В последние годы ведутся работы по созданию цифровых датчи­ков и исполнительных механизмов, однако они не нашли еще широ­кого применения в системах управления полетом. Некоторые сведе­ния о зарубежных системах воздушных сигналов и сервомеханиз­мах с цифровым управлением приведены в книге [9].

Обычно датчики выдают, а исполнительные механизмы прини­мают сигналы в аналоговой форме. Для связи этих устройств с БЦВМ используется специальное устройство ввода — вывода (УВВ), которое вместе с цифровым вычислительным устройством (ЦВУ) и образует БЦВМ. На входе УВВ имеется многоканальный коммутатор. Информацию, поступающую от параллельно работа­ющих датчиков, коммутатор преобразует в — последовательную фор­му. Многоканальный коммутатор принимает ряд одновременно дей­ствующих непрерывных сигналов и выдает на единственную выход­ную шину последовательность импульсов. Амплитуда каждого им­пульса пропорциональна величине сигнала, поступающего с опреде­ленного датчика информации. Коммутатор соединяет выходы ана­логовых датчиков с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Собственно АЦП — это устройство, преобразующее упомя­нутый импульс в двоично-кодированный сигнал.

Наиболее распространена в ЦВМ двоичная система счисления, в которой числа удобно представляют набором электрических или магнитных элементов с двумя устойчивыми состояниями. Кроме того, па подобных элементах при использовании двоичной системы счисления очень просто реализуются арифметические и логические операции. Если в десятичной системе счисления любое число может быть представлено цифрами 0,1 …9, то в двоичной системе исполь­зуются только цифры 0 и 1. Запись любого целого числа в двоичной системе счисления обозначает представление этого числа в виде суммы степеней основания 2 с коэффициентами 0 или 1. Эти коэф­фициенты и являются цифрами в записи числа.

В современных БЦВМ приняты две формы записи чисел." При і а пней чисел в форме с фиксированной запятой запятая всегда счи­тается расположенной после определенного разряда. Например, если она фиксируется после знакового разряда, то все числа имеют модуль, меньший 1.

В машинах с плавающей запятой запятая может располагаться после любого разряда.

При операциях над числами с фиксированной запятой могут по­явиться промежуточные числа с модулем, равным или большим 1. В этом случае произойдет переполнение разрядной сетки БЦВМ и результат исказится. Чтобы избежать этого, производится масшта­бирование всех чисел. Масштабирование достаточно трудоемкая операция. Для правильного масштабирования необходимо заранее. шать максимальные значения всех входных, выходных и промежу — Iочных величин, участвующих в вычислениях. При работе в режиме с плавающей запятой забота о масштабах отпадает, однако при ном происходит некоторое замедление работы БЦВМ

После завершения преобразования аналогового сигнала в циф­ровой код полученное число должно быть считано в ЦВУ. Так как ЦВУ принимает информацию в моменты времени, задаваемые так­товым генератором, то необходимо предусмотреть возможность фиксировать сигнал с выхода с АЦП до момента, когда ЦВУ смо­ла г принять информацию. Эту задачу выполняет цифровой фикса — I >р, который передает численные значения сигналов датчиков да­те в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Кроме ОЗУ, н которой хранятся текущие значения входных и выходных вели­чии и результаты промежуточных вычислений, в состав ЦВУ вхо — и! долговременное запоминающее устройство (ДЗУ). В ДЗУ хшн ни тс я рабочая программа вычисления соответствующих алгоритмов, •ч іпкже цифровые значения различных исходных данных, коэффи­циентов и т. п.

Любое запоминающее устройство разбито на ряд элементов, на — ьнпсмьіх ячейками памяти. Все ячейки занумерованы и находятся і определенных местах (позициях). Номер ячейки, в которой запи — ип команда, называется адресом. Каждая ячейка памяти может

0 щржать определенную группу данных (слово). Для того, чтобы піп пі или получить данные из определенных ячеек, необходимо

пь их адреса. Когда новая информация входит в определенную ічиіку, она автоматически замещает предыдущую. Однако, когда информация берется из указанной ячейки, та первоначальная информация остается без изменения. Емкость памяти запоминаю­ще! и устройства определяется количеством слов, которое оно мо-

1 і і хранить.

В ■•осімв ЦВУ входят арифметическое устройство, которое вы­пи пин і нее арифметические и некоторые другие операции над чис-

ми или символами, и устройство управления, задачей которого чи шеи и pm шифровка команд, поступающих в вычислительное уст­риц і їй і, синхронизация и управление всеми устройствами БЦВМ.

!•’ іраичяіощсе устройство содержит главный тактовый генера — іпр и спя і а иные с ним схемы синхронизации, а также переключаю­щие схемы, распределяющие поток информации между различными частями системы.

ЦВУ могут быть последовательного и параллельного действия, Во-первых информация передается последовательно во времени по единственному каналу; во-вторых все числа одновременно переда­ются по нескольким каналам. На выполнение какой-либо операции в устройстве последовательного действия времени затрачивается больше.

Устройство параллельного действия лишено этого недос­татка, но требует более сложной аппаратуры. Во многих ЦВМ при­нят комбинированный, последовательно-параллельный принцип действия.

Как отмечалось ранее, в ДЗУ в закодированной форме хранится рабочая программа, предписывающая последовательное выполнение тех или иных команд на языке данной вычислительной машины. Каждая команда содержит информацию об одной элементарной операции и представляет собой цифровой код. Команда состоит из двух частей: операции и операнда.

Операция дает вычислительной машине указание, какие функ­ции она должна выполнять: сложить, вычесть, умножить, разделить, написать и т. п. Операнд определяет адрес команд: указывает отку­да взять число для выполнения операции и куда направить резуль­тат операции. В зависимости от количества адресов, записанных в одной команде, вычислительные машины делятся на одно-, двух — н трехадресные. Команда одноадресных вычислительных машин со­держит код операции и один адрес. По этому адресу выбирается один из операндов, второй операнд находится в специальном ре­гистре арифметического устройства. Результат операции сохраня­ется в этом регистре. В тех случаях, когда результат предыдущей операции используется в следующей операции, его не нужно запи­сывать в ОЗУ.

В двухадресных вычислительных машинах команда помимо кода операции содержит два адреса: откуда берется один и откуда бе­рется второй операнд. Как и в одноадресных машинах, результат операции сохраняется в сумматоре арифметического устройства и может участвовать в следующей операции.

Команда трехадресных вычислительных машин содержит код операции и три адреса. По двум адресам выбираются операнды, а по третьему записывается результат. В трехадресных вычисли­тельных машинах все промежуточные результаты записываются в ОЗУ.

Принцип распределения памяти, выделения рабочих ячеек и раз­мещения команд одинаков как для одноадресной, так и для двух — и трехадресных машин.

Команды программы из ДЗУ выдаются для выполнения пооче­редно в заранее заданном порядке. Числа, извлеченные из памяти в соответствии с адресами команды, поступают в арифметическое устройство, в котором над ними проделывается операция, определя­емая кодом.

Результаты вычислений передаются из ЦВУ в устройство выво — | информации, преобразующего цифровой сигнал в аналоговую форму. Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) вырабатывает выходной аналоговый сигнал, пропорциональный выходному цифро­вому сигналу ЦВУ. Как правило, ЦАП содержит аналоговый фик­сатор— устройство, запоминающее на некоторый период постоян­ную величину в аналоговой форме.

Сигнал с выхода ЦАП поступает на различные индикаторы и исполнительные устройства, в том числе на рулевые агрегаты са­молета.

В ряде случаев информация с БЦВМ может также использо­ваться непосредственно в цифровой форме для индикации или при­ведения в действие цифровых исполнительных устройств.

Таким образом, работа БЦВМ заключается в последовательном выполнении ряда арифметических и логических операций по задан­ной программе. Рабочая программа БЦВМ для решения задач на — внгации и управления составляется заранее и храниться в ДЗУ машины. Перед полетом в машину вводятся конкретные сведения, in носящиеся к данному полету. Эти данные включают пункты от­правления и назначения, промежуточные пункты по курсу, углы наклона глиссады в заданных аэропортах и т. д. Рабочая програм­ма предусматривает решение каждой частной задачи и определяет последовательность решения различных задач. При этом учитыва — егея время счета и периодичность повторного решения каждой за — ■1 чп. Например, задача угловой стабилизации самолета может решаться с частотой 15… 20 Гц, в то время как задача управления входом самолета на посадку — с частотой 1…2 Гц.

Программа современных БЦВМ достигают многих сотен тысяч і /вів. Необходимость вычисления большого числа алгоритмов в ре — <iлыюм масштабе времени с учетом возможности вмешательства в работу системы автоматического управления полетом со стороны ікнпажа усложняет программирование. Составление рабочих про — рам м для БЦВМ требует большого искусства со стороны програм — мтт. ч Разработка и отладка программы представляет собой і ру доемкую операцию, поэтому естественно стремление автомати — шроиать эти процессы, используя моделирование на универсальных машинах [14, 28]. Существенное значение в связи с этим приобре­ти і переход от составления программ на внутреннем языке БЦВМ і использованию программирования на языках высокого уровня. Использование средств автоматизации процессов программирова­нии, мних как составление схем, кодирование, контроль и модели — ром nine, помимо повышения производительности труда и избавле­нии гірш раммистов от рутинной работы, приведет к снижению числа ошибок в готовых программах.

‘І Х І ижепия электроники последних лет (и в первую очередь понилення микропроцессорных элементов) сделали возможными пользование на борту весьма сложных по структуре БЦВМ и под­новили почву для внедрения многопроцессорных и многомашин — iiu боргових вычислительных систем.