Avdeev

327

код одного из потенциометров, который в данный момент времени подключен к АЦП.

Ручка управления контактного типа содержит 4 переключателя (верхний, нижний, левый и правый), которые замыкаются при переводе ручки в соответствующее положение. Если ручка перемещается в диагональном направлении, то замыкается надлежащая пара контактов. Сигналы от четырех переключателей и от кнопки запуска поступают через 9-штырьковый разъем на вход адаптера, принцип построения которого аналогичен адаптеру потенциометрической ручки.

12.4. Сенсорные экраны

Существуют сенсорные экраны следующих типов: резистивные, ультразвуковые и емкостные. Резистивный сенсорный экран содержит прозрачную панель, устанавливаемую перед экраном монитора. Прозрачная панель включает в себя две решетки из проводников, разделенные по периметру изоляционной прокладкой. К одной из решеток приложено напряжение, создающее на ней плавное изменение потенциала. При нажатии пальцем на внешнюю решетку происходит ее соприкосновение с внутренней, в результате чего на пассивную решетку передается возбуждающее напряжение, пропорциональное одной из координат. Другая координата находится путем снятия напряжения с активной решетки и подачи его на другую (меняется активность решеток). Для преобразования сигналов возбуждающего напряжения применяется АЦП, цифровой код которого обрабатывается микропроцессором. Сенсорный экран фирмы TSD имеет несколько режимов работы: режим 0 (пассивный) - экран не реагирует на прикосновения; режим 1 (непрерывный ввод) - ввод координат точки контакта выполняется пока есть прикосновение; режим 2 - ввод только в момент касания панели; режим 3 - настройка панели на работу с терминалом; режим 4 - происходит разделение экрана на 8 позиций по вертикали и 10 позиций по горизонтали. В последнем режиме каждая позиция отделена от других зоной нечувствительности. При соприкосновении с какой-либо зоной формируется соответствующий код ASCII.

328

В ультразвуковых сенсорных экранах используются передатчики, размещенные по краям экрана и возбуждающие ультразвуковые волны, которые воспринимаются приемниками. При прикосновении к стеклу экрана изменяется время прохождения волны от передатчика к приемнику, что позволяет определить координаты точки контакта.

Емкостные сенсорные экраны покрыты участками с прозрачной проводящей пленкой, каждый из которых подключается к плате адаптера, выполняющего сканирование экрана. В случае прикосновения к поверхности экрана увеличивается емкость участка за счет емкости тела человека, изменение этой емкости регистрируется контроллером.

Воптических сенсорных экранах устанавливаются снизу и справа светодиоды, а слева и сверху – фотодиоды, т.е. образуется матрица из световых лучей, позволяющая определить указанную точку экрана.

Внекоторых ПК кроме обычной клавиатуры имеются в нижней части экрана функциональные клавиши, применяемые для выбора меню путем прикосновения.

12.5Цифроаналоговые преобразователи

Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) выполняют преобразование цифрового кода в аналоговый сигнал и используются для управления аналоговыми параметрами (скоростью, углами поворотов и т.д.) в дисплеях, графопостроителях, гибридныхвычислительныхмашинах,содержащихАВМиЭВМ,вкачествеосновного блока в некоторых типах АЦП, реализующих метод двоично-взвешенного приближения и т.п. К основным параметрам ЦАП относятся: быстродействие, погрешность преобразования и диапазон изменения входных и выходных значений.

Быстродействие ЦАП определяется временем преобразования кода, поступившего на его вход, в выходное напряжение. Шаг квантования Δt – это интервал

времени между двумя преобразованиями. Частота квантования

ПИ

Для решения научно-технических задач, допускающих распараллеливание вычислений, или (и) для выполнения работ нескольких пользователей (режима коллективного обслуживания) наиболее употребительны многопроцессорные системы

(МС).

Большинство известных МС используют общую шину расширения (временной интерфейс, в котором в каждый момент времени взаимодействуют задатчик и исполнитель) для связи процессоров между собой, ограничивающую скорость передачи данных в системе. Попытки увеличить разрядность общей шины или использовать несколько шин не решают проблему транспортировки данных.

Сувеличением быстродействия, степени интеграции, разрядности и числа процессоров эта проблема становится важной и актуальной.

Существует мнение, что связанные системы по типу “каждый с каждым” не пригодны в связи с увеличением числа линий пропорциональным квадрату числа процессоров. Поэтому с целью уменьшения числа линий предлагается иерархическая система связей, однако не решающая задачу полнодоступного и быстрого сопряжения процессоров.

Сразвитием соответствующей элементной базы и степени ее интеграции возможно построение экономных пространственных интерфейсов ввода-вывода (ПИ), допускающих одновременную многократную и произвольную передачу данных между процессорами (несколькими задатчиками и исполнителями).

Последовательные (параллельные) ПИ могут быть реализованы на базе коммутационных устройств (КУ) различных типов.

365

При решении сложных научно-технических задач на многопроцессорных системах (решение задач матфизики, моделирование динамических процес-

сов, оптимального управления и т.д.) список соединения процессоров известен заранее (режим разовой коммутации).

Врежиме коллективного обслуживания абонентов соединения между ресурсами системы возникают и распадаются произвольно во времени, как это происходит между телефонными абонентами.

Такой режим взаимодействия абонентов соответствует одиночной (случайной) коммутации. Одиночная и разовая коммутация требуют различных подходов в организации управления работой КУ. В первом случае каждый абонент (ресурс системы) выполняет доступ к КУ с целью осуществления желаемого соединения. Во втором случае известный список поступает в КУ со стороны системного (центрального) процессора, а ресурсы системы (процессоры, оперативная память) подключены к КУ и не участвуют в реализации соединений. Таким образом, универсальное КУ должно обеспечивать режимы разовой и одиночной коммутации.

Как уже отмечалось, шина расширения (магистральный системный интерфейс) представляет собой временной распределенный по ресурсам системы коммутатор, предназначенный для передачи адреса, данных и сигналов управления, в котором в каждый момент времени работает один задатчик и один исполнитель.

Впространственном интерфейсе, построенном на базе пространственного коммутатора, наиболее просто реализовать пространственную многошинную архитектуру для передачи данных и сигналов управления (квитирования).

Пространственный интерфейс позволяет использовать несколько задатчиков (передатчиков информации) и несколько исполнителей (приемников информации) для их одновременной работы. В большинстве случаев применения пространственного интерфейса нет необходимости для передачи адреса от задатчика к исполнителю, так как этот адрес используется для установления соединения в пространственном коммутаторе между соответствующими задатчиком и исполнителем.

Пространственный интерфейс ввода-вывода, кроме того, может быть применен как для построения многопроцессорного сервера, так и локальной сети. В обычной локальной сети, состоящей из сервера и рабочих станций, память одной рабочей

366

станции недоступна другой, кроме того, возникает проблема разрешения конфликтного доступа. Локальная сеть с пространственным интерфейсом ввода-вы- вода устраняет указанные недостатки и может использовать функции обычной локальной сети (территориальное удаление рабочих станций, наличие собственной операционной системы для каждой рабочей станции, передача кадра заданного формата), или функции многопроцессорной системы (наличие общей операционной системы, передача адреса и данных и т.д.). Недостатком локальной сети с пространственным интерфейсом ввода-вывода является относительная сложность коммутационного оборудования, поэтому область ее применения - это та, где требуется высокая производительность и живучесть сети. Известная локальная сеть (ЛС) представляет собой множество различных абонентных ЭВМ, связанных между собой с помощью единого временного сетевого интерфейса, называемого моноканалом. Пропускная способность моноканала до 10-20 Мбит/с. Моноканал содержит коаксиальный (оптико-волоконный) кабель или свитую пару проводников. Наличие одного моноканала снижает производительность ЛС, так как сеанс связи выполняется только между двумя абонентами в текущий момент времени. Кроме того, в таких ЛС обнаружение конфликтной ситуации на линии связи осуществляется програм- мно-аппаратным способом, что также снижает производительность ЛС.

Рассматриваемыйвэтомразделесетевойпространственныйинтерфейсвводавывода (устройство сопряжения связных контроллеров с программируемой коммутацией и последовательной одновременной передачей данных) свободен от указанных недостатков известных ЛС.

Взаимодействие связных контроллеров с помощью пространственного интерфейса ввода-вывода напоминает последовательность действий между телефонными абонементами автоматической телефонной станции (АТС). При снятии телефонной трубки в АТС поступает сигнал “Вызов”. Если АТС готово получить информацию, то оно выдает сигнал “Ответ станции”. После этого абонент, используя номеронабиратель, передает номер (адрес) вызываемого абонента, который может быть занят или свободен. Если вызываемый абонент свободен, то между абонентами устанавливается передача данных (разговорное состояние) до тех пор, пока один из абонентов не положит трубку. Аналогичным образом выполняется взаимодействие между связными контроллерами и КУ: запрос КУ, получение разрешения, передача адреса

367

вызываемого связного контроллера, анализ его состояния и передача данных, если он свободен. Причем, при передаче информации между связными кон-

троллерами можно использовать обычный формат кадра данных, применяемый в ЛС.

Для произвольного и полнодоступного сопряжения множества шин расширения компьютеров наиболее употребительными являются последовательные пространственные интерфейсы, позволяющие существенно упростить сложность коммутационного оборудования.

13.2. Структура данных КУ

К числу основных вопросов, решаемых при создании систем обработки информации, относятся вопросы коммутации процессоров в соответствии с информационным графом вычислительного процесса. Информационным графом вычислительного процесса называется ориентированный граф G, в котором каждая вершина помечена выполняемой задачей, и каждая дуга (упорядоченная пара вершин) соответствуетпеременнымзадачииопределяетихзаданиеииспользование.На рис.13.1 изображен гипотетический информационный граф G, в котором каждый выход вершины обозначен символом Xi (i=1,5 ), а каждый вход вершины - символом Yj (j=1,5

).

Y2

X1 X2

Y1

Y3

Y5 X3

X5

X4 Y4

Рис. 13.1. Информационный граф G

368

С целью упрощения рисунков граф G представлен без неординарных связей, в которых выход какой-либо вершины соединяется с выходами других вершин. Информационный граф G может быть представлен матричной и списковой структурами данных.

Матричная структура данных представления графа G показана на рис. 13.2.

Рис. 13.2. Матричная структура данных представления графа G

Наличие 1 в (i, j)-м элементе этой матрицы означает соединение i-й вершины X i с j-м входом соответствующей вершины, а 0 - отсутствие соединения (пустые клетки матрицы). Матричной структуре данных графа G сопоставляется матричный коммутатор, условное изображение которого представлено на рис. 13.3 (точками помечены требуемые соединения соответствующих информационных входов и выходов).

Y1 Y2 Y3 Y4 Y5

X 3

X 4

X

Рис. 13.3. Условное изображение матричного коммутатора

369

Списковая структура данных представления графа G изображена

на рис. 13.4, в котором каждому выходу X i (i=15, ) вершины ставится в соответствие адрес Axi , а каждому входу Y j (j=15, ) вершины - адрес Ay j и порядок связи каждого выхода задается указателем (адресом входа), с которым он соединен.

Ax1 Ax2

Ay2 Ay5

Ax5 Ax3

Ay3 Ay4

Ax4

Ay1

Рис. 13.4. Списковая структура данных представления графа G

Списковой структуре данных сопоставляются списковые КУ, которые здесь не рассматриваются, а только используется списковая структура данных для организации настройки (установления связей) матричных КУ.

13.3. Элементная база ПИ

Какуже отмечалось, пространственные интерфейсы ввода-вывода могут быть реализованы на базе КУ различных типов.

В Таганрогском НИИ МВС, лаборатории БИС коммутаторов разработаны и освоены в серийном производстве микросхемы К1509 КП1 и К1029 КП2 (микросхемы матричных коммутаторов), предназначенные для построения однокаскадных (матричных) и многокаскадных КУ с централизованным доступом (режимом настройки на требуемые соединения). Кроме того, на промышленной технологической базе изготовлены экспериментальные образцы микросхем универсального матричного коммутатора (УМК) с встроенным контролем информации. Исходной (базовой) микросхемой является микросхема К1509 КП1, структурная схема которой представлена на рис. 13.5 и содержит буферы ввода и вывода (БВв и БВыв), триггеры (Т), ключи (К) и дешифраторы (Дш Ах и Дш Ау).

370

• • •

Q

V БВыв

CLK

• • •

Рис. 13.5. Структурная схема микросхемы К1509 КП1 Микросхема К1509 КП1 - матричный коммутатор 16х16, содержащий 16 ин-

формационных входов Х1 - Х16 и 16 информационных выходов У1 - У16. Для уста-

новления соединения информационного входа Хi с информационным выходом Уj

необходимо подать 4-разрядный адрес Axi входа Хi и 4-разрядный адрес Ay j вы-

хода Уj . Кроме того, для выполнения этой операции следует на входах mx (CS) и my (STB) установить соответствующие сигналы. Эти входы необходимы для по-

строения матричных коммутационных полей большей емкости. Стробирующий сигнал my является, кроме того, сигналом записи “1” в соответствующий триггер мат-

ричного коммутатора (сигналом установления соединения). Таким образом, для установления соединения следует на соответствующих входах микросхемы установить требуемые коды ax› , ay и сигналы mx =my =1. Для сброса желаемого соедине-

ния входа Хi и выхода Уj устанавливается адрес Ay j выхода Уj и сигналы my = 1

и mx = 0 (состояние входов ax является безразличным). Для выполнения сброса со-

371

единений всех выходов У1 - У16 требуется 16 тактов. Микросхема К1509 КП1 относится к классу КУ с разделенными полюсами (информационными входами

и выходами), в каждом столбце триггеров которых, соответствующих j-му выходу, может храниться только одна единица (одно соединение).

Передача данных выполняется как в асинхронном (V=0), так и синхронном (V=1) режиме с использованием тактовых сигналов CLK. Перевод всех выходов микросхемы в высокоомное состояние осуществляется входным сигналом Q=0.

Функциональная классификация микросхем приведена в следующей табл.

13.1.