Вычислительная техника

Федеральное агентство по образованию Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого Институт непрерывного педагогического образования Кафедра педагогики технологии и ремесел Контрольная работа по дисциплине Вычислительная техника по специальности 030600 - технология и предпринимательство Вариант 3 Руководитель Мигунов. В. А. Студент группы 9241зо МорозовС. М. Великий Новгород 1. Синхронизируемые RS-триггеры, их преимущества перед асинхронными. Статическая и динамическая синхронизация.

Условное графическое обозначение. Таблица состояний. Синхронные RS-триггеры условное изображение этих триггеров приведено на рис. 1, а буквой С обозначен вход тактовых синхронизирующих импульсов. На рис. 1, б приведена функциональная схема RS-триггера на элементах И НЕ правила его работы представлены в таблице переходов 1, а также при помощи кодов на схеме.Триггер переключается в соответствии со значениями сигналов S и R только в случае С 1 значения входных синалов S R С 1 недопустимые только при SRC 0 выходы парафазны Р Q. Рис. 1 При рассмотрении процесса переключения видно, что задержка установления выходных сигналов относительно момента подачи тактового импульса не больше 3t3 ср. Поэтому минимальная длительность входного импульса tи вх мин 3tз ср и разрешающее время tмин. 3t3 ср. Естественно, что совершенно аналогичную структуру имеет функциональная схема триггера на элементах ИЛИ НЕ управляемая, очевидно, по инверсным входам R, S, С, т. е. уровнями, соответствующими логическому 0. Таблица 1. сn SnRnQn0 0 0 Qn-1 0 0 1 Qn-1 0 1 0 Qn-1 0 1 1 Qn-1 1 0 0 Qn-1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 x Для начальной установки триггеров в определенное исходное состояние могут быть использованы специальные дополнительные входы Rдоп, Sдоп. Так, например, в схеме 1, б такими входами могут быть дополнительные третьи входы Sдоп на элементе 1 и Rдоп на элементе 2, причем, управление по этим входам осуществляется уровнями, соответствующими логическому 0. Аналогичные установочные входы могут быть введены в триггеры на элементах ИЛИ НЕ и И ИЛИ НЕ рис. 1, в. 2. Понятие о микропроцессорах, их состав. Области применения микропроцессоров и микропроцессорных систем.

Развитие вычислительной техники является одним из основных факторов, определяющих прогресс развития металлургического производства.

Особое внимание уделяется вводу в действие автоматизированных систем управления технологическими процессами.

На вооружение металлурга приходит принципиально новая техника быстродействующие управляющие электронно-цифровые вычислительные машины, логические информационные устройства и сложные кибернетические машины.

Электронная вычислительная машина ЭВМ представляет собой комплекс технических средств для автоматической обработки информации. Согласно заданной программе машина автоматически реализует требуемый вычислительный процесс. Основной частью ЭВМ является процессор.Он предназначен для логической и арифметической обработки информации, а также для автоматического управления процессом вычисления в соответствии с заданной программой.

Процессор организует и отчасти осуществляет заданную в виде программы последовательность действий процесс откуда и название процессор. По назначению процессоры делят на центральные и периферийные. В однопроцессорных ЭВМ все функции вычисления и управления выполняет процессор.В многопроцессорных ЭВМ имеется центральный процессор, который реализует основной процесс обработки информации, и периферийные процессоры, выполняющие те или иные специальные функции, например управление работой внешних устройств.

МикроЭВМ является разновидностью обычной ЭВМ. Отличительная особенность микроЭВМ заключается в том, что по меньшей мере преобразование данных и управление работой ЭВМ осуществляется одной микросхемой большой интегральной схемой БИС, которая называется микропроцессором, т. е. микроЭВМ это ЭВМ, выполненная на базе микропроцессора.

С момента создания первой цифровой ЭВМ существовало как бы четыре поколения ЭВМ. ЭВМ первого поколения 1946 1960 гг Основным активным элементом машин первого поколения являлась электронная лампа. К машинам этого поколения отечественного производства относятся БЭСМ-1, БЭСМ-2, Стрела, Урал-1, Урал-2, Урал-4, Минск-1 и др. ЭВМ второго поколения 1960 1966 гг В этих машинах в качестве элементной базы использовались полупроводниковые диоды и транзисторы, что позволило существенно увеличить быстродействие и надежность ЭВМ, а также емкость оперативной памяти.

При этом одновременно уменьшились габаритные размеры, масса и потребляемая мощность. К машинам отечественного производства второго поколения относятся БЭСМ-4, БЭСМ-6, Урал-14, Урал-16, Минск-22, Минск-32 и др. ЭВМ третьего поколения 1966 1977 гг В этих машинах элементная база обеспечивается микроэлектроникой интегральными микросхемами.Для ЭВМ третьего поколения характерны резкое повышение быстродействия и надежности систем вычислительной техники дальнейшее сокращение габаритных размеров и потребляемой мощности появление новых технических средств хранения, ввода и вывода информации диалоговое общение с ЭВМ использование операционных систем.

К ЭВМ третьего поколения относится созданная СССР совместно со странами членами СЭВ в 1972 г. единая система электронных вычислительных машин ЕС ЭВМ, предназначенных для решения широкого круга научно-технических и планово-экономических задач, а также для работ в автоматизированных системах управления. Для решения сравнительно небольших задач управления различными процессами используются ЭВМ с упрощенной системой команд, получившие название мини-ЭВМ СМ-4, СМ-1420, СМ-1300, СМ-1800, Электроника-100 и др На базе этих машин созданы измерительно-вычислительные комплексы ИВ К для автоматизации научных исследований, технологических и других процессов, автоматизации рабочих мест АРМ технолога, конструктора, проектировщика и т. д. ЭВМ четвертого поколения с 1977 г Они основаны на применении БИС, в которых на одном полупроводниковом кристалле размещается до тысячи схем. Высокая степень интеграции БИС способствовала дальнейшему увеличению плотности компоновки аппаратуры, повышению ее надежности, увеличению быстродействия и снижению стоимости, а также обеспечила возможность создания нового класса ЭВМ микроЭВМ. За сравнительно короткий срок в нашей стране было создано четыре поколения микроЭВМ. Так, широко известны Электроника-60, ДВК 2, ДВК-3 и ДВК-4, Искра-226. ЭВМ пятого поколения.

Для ЭВМ пятого поколения, разрабатываемых пока в лабораторных условиях, элементная база основывается на сверхбольших интегральных схемах СБИС и на оптико-электронных элементах. Быстродействие ЭВМ пятого поколения будет достигать сотен миллионов операций в секунду.

Для преобразования и передачи оптических сигналов будут применяться лазеры, светоизлучающие диоды, световоды и различные фотоприемники.

Единицы информации.К машинным единицам информации, участвующим в цифровых и логических преобразованиях, относятся бит, байт, слово, запись, блок и файл. К натуральным единицам информации относятся разряд, символ, поле, запись и массив.

Бит наименьшая единица информации, один разряд машинного слова, состоит из двоичных разрядов. Бит может принимать значения 1 или 0. Байт основная единица информации.Она содержит восемь двоичных разрядов 8 бит. Восьмиразрядный машинный код служит для представления алфавитно-цифровой информации и позволяет закодировать до 256 различных символов.

Слово последовательность символов или импульсов, представляющих эти символы. Машинным словом называется специальная последовательность символов, которая может быть прочитана и интерпретирована данным типом ЭВМ. Машинное слово может представлять константу, переменную величину или команду в программе. Запись совокупность нескольких слов переменной длины, рассматриваемых как одно целое, т. е. объединенных единым смыслом.Блок компактно расположенная по носителю внешнего запоминающего устройства группа записей, считываемая и записываемая в оперативную память машины одной командой. Файл последовательная группа данных, состоящая из нескольких блоков, объединенных общим смысловым признаком. файлы могут иметь различную длину.

Для правильной обработки файлов различной длины и структуры на носителе внутреннего запоминающего устройства помимо основной информации записывается служебная информация метка.Символ графический знак, изображающий букву, цифру, служебный знак например математический знак и др Совокупность символов, используемая в ЭВМ, представляет алфавит машины. 3. Этапы автоматизации производственных процессов.

Автоматические системы, применяемые при автоматизации производственных процессов, в зависимости от характера и объема операций, выполняемых ими, можно разделить на системы автоматического контроля, автоматического регулирования, автоматического управления, следящие, автоматической защиты, адаптивные и т. д. Автоматические системы могут быть комбинированными, т. е. представлять собой совокупность нескольких систем.

Например, система автоматического регулирования представляет собой совокупность систем автоматического контроля и управления.Автоматические системы могут также различаться видами применяемых в них устройств, параметрами, конструктивными решениями и т. д. СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ Система автоматического контроля САК предназначена для автоматического контроля различных физических величин параметров, сведения о которых необходимы при управлении объектом.

Всякая система состоит из элементов, узлов и устройств, выполняющих ту или иную функцию следовательно, систему автоматического контроля можно представить схематически рис. 1, а. Датчик Д измеряет значение контролируемого параметра объекта О и преобразует его в сигнал, удобный для усиления или передачи.Наибольшее применение находят датчики, преобразующие неэлектрическую величину в электрическую. Рис. 1. Функциональные схемы автоматических систем а контроля б регулирования в управления г следящая Усилитель У устройство, усиливающее слабый сигнал, поступающий от датчика, так, что он становится достаточным для воздействия на исполнительный элемент.

Исполнительный элемент ИЭ устройство, посредством которого выполняются заключительные операции. Элементы передачи и связи устройства, обеспечивающие передачу сигналов от датчика до исполнительного элемента.В состав систем автоматизации производственных процессов входят дополнительные элементы, не участвующие в преобразовании информации, а обеспечивающие данное преобразование.

К ним относятся источники энергии, стабилизаторы, переключатели и др. В зависимости от вида исполнительного элемента автоматический контроль разделяют на четыре основные группы автоматическая сигнализация характерных или предельных значений параметров сигнализирующее устройство СУ это лампочки, звонок, сирена автоматическое указание значений контролируемых параметров указывающий прибор ПУ может быть стрелочным, цифровым автоматическая регистрация значений контролируемого параметра регистрирующее устройство РУ это самописец автоматическая сортировка различных изделий в зависимости от заданных значений контролируемых параметров ПС прибор сортирующий.

Система автоматического контроля не вмешивается в ход протекания технологического процесса. СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ Система автоматического регулирования CAP обеспечивает поддержание регулируемой величины параметра в заданных пределах или по заданному закону рис. 1, б. Задающий элемент воспроизводит задающее воздействие, определяющее закон изменения регулируемой величины.

Как правило, эта величина задается в косвенном виде. Например, температура задается значением напряжения давление значением натяга пружины и т. п. На элемент сравнения ЭС поступает заданное значение Ху регулируемого параметра с задающего элемента ЗЭ и значения сигнала обратной связи Ху. с с датчика Д обратной связи функция фактической величины регулируемого параметра Хф. В элементе сравнения сопоставляется требуемое значение регулируемого параметра с действительным его значением.

В результате этого сопоставления в элементе сравнения вырабатывается управляющий сигнал .х Х3 Хо. с. Обычно этот сигнал слабый, он поступает на усилитель У, где усиливается до значения kx и направляется на исполнительный элемент ИЭ. С исполнительного элемента управляющее воздействие Ху поступает на объект регулирования и корректирует фактическое значение регулируемого параметра до заданного значения.

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ Системой автоматического управления называют такую систему, в которой организация целенаправленных действий осуществляется управляющим элементом, на который подается управляющий сигнал. Этот сигнал может подаваться вручную или автоматически, т. е. системой автоматики другого процесса.Системы могут быть разомкнутыми или замкнутыми.

От управляющего задающего элемента 35 рис. 1, в сигнал управления поступает на усилитель У, усиливается до необходимой величины и поступает на ИЭ. С помощью исполнительного элемента происходит воздействие на объект управления таким образом, что автоматически выполняется программа изменения управляемой величины. С помощью систем автоматического управления исключается участие человека в управлении операциями технологического процесса.Человеку остается только предварительно выработать программу действий, а иногда подать пусковой сигнал.

Получив начальный импульс, система управляет в заданной последовательности ходом технологического процесса. СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА Следящая система автоматическая система, в которой выходная величина воспроизводит с определенной точностью входную величину, характер изменения которой заранее не известен. Следящие системы используют для различных целей.В качестве выходной величины следящей системы можно рассматривать совершенно различные физические величины.

Одной из наиболее широко распространенных разновидностей следящих систем являются системы управления положением объектов.Такие системы можно рассматривать как дальнейшее развитие и усовершенствование систем дистанционной передачи угловых или линейных перемещений, в которых регулируемой величиной обычно является угол поворота объекта.На элемент сравнения рис. 1, г от задающего элемента, связанного с входным валом следящей системы, поступает входная величина бвх. Сюда же от объекта управления, связанного с выходным валом системы, поступает значение угла обработки бвых. В результате сравнения этих величин на выходе элемента сравнения появляется рассогласование и бвх бвых Сигнал рассогласования с выхода элемента сравнения поступает на преобразователь Пр, в которомугол 0 преобразуется в пропорциональное ему напряжение u0 сигнал ошибки.

Однако в подавляющем большинстве случаев мощность сигнала ошибки недостаточна для приведения в действие исполнительного двигателя М. Поэтому между преобразователем и исполнительным двигателем включают усилитель, обеспечивающий необходимое усиление сигнала ошибки по мощности.

Усиленное напряжение с выхода усилителя поступает на М, который приводит в действие объект управления, а перемещение бвых последнего передается на принимающий элемент измерительной схемы, т. е. на элемент сравнения.АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА Адаптивная самоприспособляющаяся система система автоматического управления, у которой автоматически изменяется способ функционирования управляющей части для осуществления в каком-либо смысле наилучшего управления.

В зависимости от поставленной задачи и методов ее решения возможны различные законы управления, поэтому адаптивные системы разделяют на следующие виды адаптивные системы функционального регулирования, где управляющее воздействие является функцией какого-либо параметра, например, подача функция одной из составляющих силы резания, скорость резания функция мощности адаптивные системы предельного экстремального регулирования, которые обеспечивают поддержание предельного значения одного или нескольких параметров в объекте адаптивные системы оптимального регулирования, в которых учитывается совокупность многих факторов с помощью комплексного критерия оптимальности, В соответствии с этим критерием осуществляется изменение регулируемых параметров и величин, например, поддержание в станке режима обработки, обеспечивающего максимальную производительность и наимень-ную себестоимость обработки, определяется заданием оптимальных значений параметров скоростей сил резания, температуры и т. д от которых зависят производительность и себестоимость процесса обработки. 4. Поколение роботов.

Экономический и социальный аспект внедрения роботов.

Промышленные роботы представляют собой новый класс автоматических машин, которые обеспечивают комплексную автоматизацию существующих и вновь создаваемых производств. В настоящее время под ПР понимают автоматическую машину, стационарную или передвижную, состоящую из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого устройства программного управления для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций.

ПР конструктивно и по управлению могут быть самостоятельными устройствами или встраиваться во всевозможные производственные автоматизированные комплексы типа гибкого производственного модуля ГПМ, роботизированного технологического комплекса РТК, гибкой производственной системы ГПС. Все ПР по виду устройства управления можно разделить на следующие группы с цикловым программным управлением, промышленные роботы с числовым программным управлением, адаптивные промышленные роботы.

Промышленные роботы классифицируются в зависимости от видов управления движениями исполнительных органов с цикловым программным управлением управление исполнительным устройством ПР, при котором осуществляется программирование последовательности выполнения его движения с позиционным управлением управление исполнительным устройством ПР, при котором движение его рабочего органа происходит по заданным точкам позиционирования без контроля траектории движения между ними с контурным, управлением управление исполнительным устройством ПР, при котором движение его рабочего органа происходит по заданной траектории с установленным распределением по времени значений скорости с адаптивным управлением управление исполнительным устройством ПР с автоматическим изменением УП в зависимости от контролируемых параметров состояния внешней среды.

По области применения и видам выполняемых работ на какой вид работ сориентирован манипулятор, оснастка ПР, устройства управления различают ПР для литейного производства заливку, формовку для специальных видов литья, дозирования, набора шихтовых материалов, загрузки вагранки, обслуживания литейных машин, т. е. кантовки полуформ, передачи их с одной позиции на другую и т. д. для кузнечно-прессового производства подачи и изменения положения заготовки в ковочных, высадочных машинах, для обслуживания прессов, штампов и т. д. для сварочного производства точечной, контурной сварки, резки металла и т. д. для механической обработки для накатки, резки металла, прошивки заготовок и т. д. для обслуживания технологического оборудования погрузки, разгрузки, транспортирования, складирования, передачи заготовок, приспособлений инструмента с одной позиции на другую и т. д. для термической обработки высокочастотной закалки, отжига и т. д. для нанесения покрытий покраски, консервации и т. д. для автоматического контроля позиционного контроля изделий методом сканирования, контроля инструмента, приспособлений и т. д. для сборочных операций соединения деталей, упаковки, оформления упакованных изделий и т. д ПР разделяют по признакам специализации специализированные целевого назначения специальные, которые за счет смены оснастки, видов захватов и т. д. можно перестроить на выполнение работ нового вида многоцелевые, в которых манипуляторы могут использоваться для многих видов работ.

ПР различаются также числом степеней подвижности управляемых координат, типом измерительной системы, видами применяемых датчиков, типами приводов и конструктивным исполнением неподвижные, подвижные и т. д. Список литературы. 1. Гольбенберг Л. М. Импульсные и цифровые устройства. Учебник для вузов.

М Связь, 1973. 496 с. ил табл библ. 2. Головенков С. Н Сироткин С. В. Основы автоматики и автоматического регулирования станков с программным управлением Учебник для машиностроительных техникумов. 2-изд перераб. и доп. М. Машиностроение, 1988. 288 с. ил. 3. Староверов А. Г. Основы автоматизации производства Учеб. для сред. учеб. заведений по спец. Металловедение и термическая обработка металлов, Литейное производство черных и цветных металлов.

М. Машиностроение, 1989. 320 с. ил.