Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
Наибольшее распространение в экспериментальной ядерной физике получили малые или мини-ЭВМ третьего и четвертого поколений, выполненные на интегральных схемах и микропроцессорах. Эти машины разработаны специально для автоматизации научных исследований и управления производственными процессами. Важнейшее преимущество систем, построенных на базе мини-ЭВМг состоит в программном управлении экспериментом, что расширяет экспериментальные возможности и делает систему более универсальной.
Широкое применение мини-ЭВМ в ядерных исследованиях в значительной степени стимулировало стандартизацию электронной аппаратуры; создано несколько программно-управляемых модульных систем, таких как КАМАК, ВЕКТОР и др. В этих системах стандартизованы основные конструктивные и электрические параметры. Системы рассчитаны на совместную работу с ЭВМ и на* автономную работу, причем в последнем случае они также программно-управляемые.
Доступность автоматизированных систем и их возможности значительно расширились с появлением микропроцессоров — программно-управляемых больших интегральных схем. На базе микропроцессоров выпускаются недорогие микро-ЭВМ, мало уступающие по* своим функциям мини-ЭВМ. На них выполняются интеллектуальные контроллеры — управляющие блоки в системе КАМАК. Haj
326
микропроцессорах строят также автономные управляющие устройства и системы для сбора информации на низком уровне с после-іующей передачей данных на ЭВМ более высокого уровня. Вообще иерархические многоуровневые системы с микропроцессорами, программно-управляемыми модульными устройствами и ЭВМ разного типа, значительно расширяют возможности ядерных исследований, обеспечивают сбор и обработку больших потоков информации.
§ 7.2. МИНИ-ЭВМ В ФИЗИЧЕСКОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ
7.2.1. СТРУКТУРА И ХАРАКТЕРИСТИКИ МИНИ-ЭВМ
Мини-ЭВМ в отличие от больших универсальных машин имеют сравнительно ограниченные возможности арифметического устройства при наличии достаточно развитой оперативной памяти (емкостью от 4 до 64 К и более 12—16-разрядных слов). Они отличаются высоким быстродействием (время обращения к памяти примерно 1 мкс), развитой системой каналов обмена, обеспечивающих ввод информации и управляющих программ, а также связью с внешними устройствами.
Мини-ЭВМ — небольших размеров и выполнены в виде настольных приборов или блоков, размещаемых в стойке.
Обобщенная структурная схема мини-ЭВМ приведена на рис. 7.1. Основные функции, выполняемые мини-ЭВМ, распределены между ее узлами следующим образом: 1) ввод информации и программ осуществляется через программно-управляемый канал и какал прямого доступа; 2) информация и рабочие программы хранят-, ся в устройстве оперативной памяти; 3) арифметические действия и управление основными процессами выполняются процессором; 4) вывод информации, ввод носителей программ и ручное управление осуществляются с помощью внешних устройств. В качестве последних применяют телетайпы, устройства ввода перфолент, перфокарт, магнитные диски, ленточные магнитофоны и др.
Рис. 7.1. Обобщенная структурная схема мини-ЭВМ
11* 327
Наличие канала прямого доступа в оперативную память машины типично для мини-ЭВМ. Канал прямого доступа позволяет вводить в память ЭВМ информацию непрерывно — массивами чисел или прерывисто — в старт-стопном режиме. При этом скорость ввода одного числа значительно выше, чем в случае программноуправляемого канала, и определяется, как правило, временем обращения к памяти и в современных мини-ЭВМ не превышает
1 мкс. Поэтому машины с каналами прямрго доступа к памяти удобно использовать в многомерных спектрометричексих установках, оперирующих со значительными потоками информации.
Для мини-ЭВМ характерно также применение системы прерывания, которой обеспечивается более эффективная работа процессора и машины в целом. В режиме прерывания останавливается работа процессора по текущей программе и выполняется более срочная операция, например записываются данные в выделенную область памяти. В это время управление ведется программой обработки прерывания. После ввода данных процессор продолжает выполнять прерванную работу. Режим прерывания удобен при обслуживании машиной экспериментальной установки. Он обеспечивает сравнительно быстрый прием информации, когда она поступает от установки, и обработку данных в остальное время в процессе эксперимента.
Рассмотренная структурная схема мини-ЭВМ (рис. 7.1) относится к классическому радиальному типу. В данном случае процессор связан радиальными каналами с оперативной памятью и внешними устройствами.
Мини-ЭВМ с магистральной структурой каналов имеют следующие преимущества. В них на одну магистраль объединяют, например, несколько оперативных ЗУ, а на другую — устройства ввода—вывода. Такая структура обеспечивает более высокую скорость сбора и обработки данных.
Наиболее перспективны мини-ЭВМ с общим магистральным каналом (рис. 7.2). В такой машине имеется общая многопроводная магистраль, называемая часто юнибас (unibus). Она состоит из шин передачи данных, адреса и нескольких служебных сигналов. К магистрали подключен центральный процессор, блоки оперативных ЗУ и регистры внешних устройств ввода—вывода. При такой структуре регистры внешних устройств рассматриваются как
