Новости
12.04.2024
Поздравляем с Днём космонавтики!
08.03.2024
Поздравляем с Международным Женским Днем!
23.02.2024
Поздравляем с Днем Защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

ПРОЦЕДУРА ФОРМИРОВАНИЕ МНОЖЕСТВА МАКРОКОМАНД МИКРОПРОЦЕССОРА НА ОСНОВЕ МЕТОДА СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

Авторы:
Город:
Махачкала
ВУЗ:
Дата:
27 февраля 2016г.

Для того чтобы сформировать набор макрокоманд микропроцессора (МП),  необходимо выбрать показатели, по которым будет проводиться анализ и классификация макрокоманд. Выбор конкретного подмножества макрокоманд, которые целесообразно включить в состав МП, зависит от конкретной цели его разработки. Отметим, каждая макрокоманда реализуется на основе алгоритма, опирающегося на элементарные команды. Вопрос о том, какие из макрокоманд следует реализовывать целиком в МП, а для каких достаточно реализовать элементарные команды, является открытым и равносилен выбору между RISC и CISC идеологиями построения МП.

Первым показателем является предполагаемая сфера использования МП, поскольку каждая сфера использования имеет свои специфические особенности по преобразованию данных. Например, издательская сфера больше тяготеет к обработке текстовых данных; сфера торгового бизнеса – к базам данных; сфера игровых развлечений - к видеоданным. Ниже рассматривается МП, предназначенный для выполнения, прежде всего, сферы управления производственными технологическими процессами.

Вторым показателем выберем возможный характер преобразования данных, что тесно связано с реализацией различных этапов обработки данных. Перечислим возможные этапы преобразования информации, поскольку МП может включать команды, востребованные для каждого из этапов. Этапы преобразования данных:

1) сбор; 2) регистрация; 3) подготовка (первичная обработка); 4) ввод; 5) передача; 6) размещение; 7) обработка; 8)     накопление; 9) хранение; 10) архивация; 11) вывод; 12) отображение (визуализация, воспроизведение); 13) интерпретация; 14) уничтожение.

Третий показатель – это комплексный показатель, описывающий основные эксплуатационные характеристика МП. В качестве такового выбран один из наиболее важных показателей - быстродействие МП.

Четвертая – выбранные принцип и технология организации работы МП, поскольку выбранная технология обычно порождает необходимость введении дополнительных команд, связанных с внутренними процессами преобразования данных в МП. Ниже в качестве базовой выбирается приведенная в [1, с.64] концепция построения МП на основе системы остаточных классов. Ниже перечисляются этапы обработки информации и предлагается возможный вариант наполнения (интерпретации) содержания этих этапов применительно к выбранной сфере приложения на основе выбранной технологии работы процессора.

1.   Сбор данных о текущем состоянии управляемого объекта является одним из важнейших этапов в работе автоматизированной системы управления технологическим процессом: при некачественных входных данных процесс управления может оказаться неэффективным и даже опасным. Обычно данные поступают от датчиков в непрерывном режиме, но могут собираться и через определенные фиксированные интервалы времени. При возникновении потенциально опасных или ответственных ситуаций величина кванта может динамически изменяться (уменьшаться). Собранные данные поступают в блок регистрации для дальнейшей обработки. Основные микродействия, которые выполняются на данном этапе:

1.1.    Выборка данных через определенные кванты, специфичные для каждого типа данных;

1.2.    Синхронизация моментов выборки данных;

1.3.       Подача сигналов при возникновении аварийных ситуаций в процессе сбора данных; например прекращение поступления данных от некоторого датчика.

Здесь под микродействиями понимаются действия уровня МП, охватывающие самые простые законченные процедуры. Каждое микродействие может быть реализовано одной или несколькими (см., например, 5.2, 8.2) макрокомандами.

2.     Регистрация собранных данных, которая  обычно сводится  в оцифровке и фиксации поступающих сигналов от различных датчиков и других устройств, предоставляющих данные. Эти данные часто имеют аналоговую форму; поэтому процесс их оцифровки неоднозначен. Оцифрованные данные размещаются в специальных запоминающих устройствах – регистрах памяти, если регистры свободны. Из регистров данные выбираются микропроцессором в соответствии с заданным алгоритмом. Данный этап также является важным, но в меньшей степени по сравнению с предыдущим, поскольку при возникновении недетерминированных, несистематических погрешностей в отдельных данных ошибки могут частично подправляться на этапе первичной обработки. Основные микродействия:

2.1.    Оцифровка поступающих данных;

2.2.    Размещение оцифрованных данных в специальных хранилищах – регистрах данных.

2.3.     Сигнализация в случае нарушения процесса регистрации – прекращение поступления данных, выхода из строя регистров.

2.4.    Приписывание данным моментов их регистрации.

3.   Подготовка данных для их использования в составе автоматизированной системы (АС), что заключается, прежде всего, в первичной обработке их. Поступающие данные проверяются на соответствие требованиям, предъявляемым к ним, а также фиксированным свойствам, которым они должны удовлетворять. В частности, проверяют на полноту, непротиворечивость, актуальность и своевременность. При невыполнении определенных требований или свойств могут реализовываться процедуры повторных сборов данных, сглаживания, подправка данных (например, для учета условий  сбора данных – климатических, технологических), дополнения, фильтрации. Данный этап по значимости сравним с предыдущим, хотя немного менее важен, поскольку перечисленные проблемы могут и должны также решаться на этапе обработки данных. Основные микродействия:

3.1.    Проверка данных на полноту, то есть на наличие всех требуемых данных.

3.2.    Проверка данных на непротиворечивость на основе существующих связей между ними и накопленного опыта работы системы.

3.3.Проверка данных на своевременность, то есть момент регистрации каждого типа данных не должен превышать заданный интервал времени.

3.4.   Корректировка   данных     по     климатических и  технологическим параметрам объекта и автоматизированной системы.

3.5.    Повторение процедуры сбора отдельных данных, которые не удовлетворяют заданным требованиям.

3.6.    Оценка степени искаженности данных.

3.7.    Сглаживание данных при наличии значимых помех и искажений.

4.      Ввод данных. Данные в автоматизированную систему могут поступать не только от различных технических устройств, но и вводиться субъектом или считываться с различных носителей информации. Данный этап связан, в частности, с необходимостью вмешательства человека в процесс функционирования АС, и поэтому ввиду важности указанной функции данный этап имеет наибольший приоритет среди всех этапов. Основные микродействия:

4.1.    Чтение данных и их кодирование с использованием системы остаточных классов (СОК) – особенности реализации процедуры обсуждаются ниже.

4.2.    Выбор области размещения данных.

4.3.    Каталогизация данных.

4.4.    Размещение данных на носителе.

5.      Передача/прием данных от приемного блока АС, находящегося непосредственно в контакте с технологическим процессом производства, к МП для обработки и прием в обратном направлении. Данный этап наиболее уязвим для физических средств воздействия (случайных и злоумышленных), поскольку реализован во внешнем окружении системы обработки. По важности для систем реального времени, в том числе и для АСУ ТП, он не уступает предыдущему. Основные микродействия:

5.1.    Выборка очередной порции данных из носителя.

5.2.     При передаче: добавление к этим данным необходимых атрибутов для формирования пакета данных: идентификационные параметры пакета, время начала пересылки, контрольные параметры, получатель.

5.3.        При приеме: выделение из полученного пакета каждого из сопутствующих атрибутов и непосредственно данных.

5.4.    Проверка корректности каждого атрибута.

5.5.    Получение подтверждения о доставке пакета.

5.6.    При приеме: размещение очередной порции данных на носителе.

5.7.      При приеме: проверка контрольных параметров полученного пакета с  выдачей соответствующей информации.

6.    Размещение данных в памяти для дальнейшей обработки. Данный этап реализуется непосредственно в среде обработки данных. По важности занимает промежуточное положение между этапами 2 (регистрация) и 1 (сбор), поскольку при ошибках и неточностях в размещении данных процедура может быть повторена, но с возможной потерей предыдущей порции данных. Основные микродействия:

6.1.    Выбор начального и конечного адресов размещение в памяти.

6.2.    Последовательное размещение элементов данных в памяти.

6.3.    Табулирование адресных параметров размещения порции данных.

7.     Обработка данных. Этап обработки преобразует размещенные в памяти данные в соответствии с заданным алгоритмом обработки. Основная особенность обработки – все основные операции, прежде всего, арифметические, реализованы на основе системы остаточных классов. Все арифметические операции могут быть сформированы на основе операции сложения в модульной арифметике. Поэтому, основой реализации МП на основе СОК является операция сложения в СОК, возможный вариант реализации которой приведен в [2, с.121]. Данный этап является одним из основных в процессе преобразования данных, но по важности уступает только этапам 4 и 5 (ввода и передачи) данных, поскольку допускает повторения. Основные микродействия связаны с формированием процедур реализации арифметических, логических операций и операций передачи управления. Формирования набора микродействий для данного этапа требует самостоятельных исследований.

8.      Накопление данных, требующих дальнейшей обработки. Обычно процесс накопления связан с размещением данных в оперативной памяти, но может участвовать память различных устройств вывода и передачи данных. По важности расположен между этапами 6 (размещение) и 2 (регистрация). Основные макрокоманды:

8.1.    Выбор требуемого устройства и установление доступа к его памяти.

8.2.    Выбор начального и конечного адресов размещения данных.

8.3.    Передача и размещения данных в памяти устройства.

9.    Хранение данных на жесткой памяти. На данном этапе реализуется процедура размещения на жестком диске данных, которые обычно в данном цикле работы процессора невостребованы. Уровень важности аналогичен предыдущему. Основные микродействия:

9.1.    Выбор начального и конечного адресов хранения.

9.2.    Пересылка данных и их размещение в выбранной совокупности адресов.

9.3.    Фиксация параметров размещения в таблице размещения.

10.      Архивация данных, которые в ближайшем будущем невостребованы. В качестве носителя может выступать как жесткий диск, та и любой внешний носитель. Уровень важности между уровнями важности этапов 9 (хранение) и 2 (регистрация). Основные микродействия:

10.1.     Установление связи с носителем.

10.2.     Выбор начального и конечного адресов хранения.

10.3.     Передача данных для хранения.

10.4.     Фиксация на носителе адресной зоны хранения данных.

11.     Вывод данных – на монитор, на печать, передача по сети, на медиаустройство. Уровень важности несколько ниже уровню важности этапа 7 (обработка), поскольку данный этап хотя и важен, но, в отличие от этапа обработки, вывод данных обычно имеет альтернативы. Основные микродействия:

11.1.     Установление связи с выбранным устройством вывода.

11.2.     Пересылка данных на устройство вывода.

12.      Отображение данных, заключающееся в представлении данных в форме, наиболее удобной для восприятия или работы с ними (в частности, визуализация, воспроизведение). Обычно указанная задача решается не на уровне МП, а на уровне системных и прикладных программ. Поэтому уровень важности данного этапа преобразования данных в МП самый низкий. Возможным микродействием является:

12.1.      Преобразование данных из одной формы в другую. Возможные формы данных (используются при обработке данных): числовая, графическая, текстовая, звуковая.

13.     Интерпретация данных осуществляется на уровне прикладных программ и поэтому не представляет интереса для МП.

14.      Уничтожение данных, которые больше не нужны. Уровень важности данного этапа для систем управления технологическими процессами невысокий, поскольку после реализации соответствующего управляющего воздействия данные обычно не представляют интереса; поэтому оценивается как равносильный уровню важности этапа 3 (подготовка). Основные миродействия:

14.1.     Нахождение атрибутов уничтожаемых данных в каталоге.

14.2.     Деактивация данных в каталоге.

При жестких требованиях по уничтожению закрытых данных дополнительно потребуются следующие микродействия.

14.3.     Нахождение зоны расположения данных.

14.4.      Размещение в зоне расположения данных определенных символов – «затирание» данных. Таким образом сформирована совокупность из не менее 45 микродействий (без учета микродействий, связанных с процессом обработки данных), которые охватывают все этапы обработки данных непосредственно с участием МП. Большинство микродействий могут быть реализованы одной макрокомандой. Но, как было указано выше некоторые из микродействий могут распадаться на совокупности макрокоманд. При проведении анализа была также установлена определенная приоритетность микродействий, которая в рамках стобальной шкалы может быть представлена в виде следующей таблицы важностей.


   Таблица 1

Экспертная оценка важности этапов обработки данных для МП.


Номер

этапа

 

1

 

2

 

3

 

4

 

5

 

6

 

7

 

8

 

9

 

10

 

11

 

12

 

13

 

14

Уровень

важности

 

70

 

30

 

40

 

100

 

100

 

60

 

90

 

50

 

50

 

40

 

80

 

10

 

0

 

20

 

Оценки важности, приведенные в Табл.1, могут быть использованы при создании МП с целью распределения усилий и затрат по поддержке микропроцессором разных этапов обработки данных.

 

Список литературы

1.      Магомедов Ш.Г. Алгоритм и схема сложения чисел в арифметико-логическом устройстве с использованием системы остаточных классов.// Вестник АГТУ, Сер. Управление, вычислительная техника и информатика, 2014, №1, с.62-68.

2.      Магомедов Ш.Г. Вариант архитектуры защищенного микропроцессорана основе системы остаточных классов.//Прикаспийский журнал. Сер. Управление и высокие технологии (Астр. гос. ун-т), 2013, №4, с.118-125.