Анализ тенденций развития современных РЭС

                 Анализ тенденций  развития современных  РЭС   

  Развитие микропроцессорной техники привело к широкому внедрению цифровых вычислительных средств в системы автоматизации и управления, разработке большой номенклатуры разнообразных РЭС со встроенными микропроцессорами, появлению локальных вычислительных сетей и созданию качественно новой элементной базы. Разработаны мощные 16- и 32-разрядные микропроцессоры и разнообразные однокристальные микроЭВМ.

  В настоящее время центр тяжести  разработок сдвинулся в сферу создания СБИС (до 10⁶ транзисторов на кристалле) и разработки программного обеспечения для ПЗУ и ППЗУ.

  Следует отметить, что в области технологии производства СБИС микропроцессоров ведущие позиции завоевывает КМОП-технология. Разрабатываемые логические КМОП-вентили по рабочим характеристикам быстро догоняют лучшие образцы ИМС, изготовленных по ТТЛШ-технологии. По быстродействию и плотности упаковки КМОП БИС быстро догоняют n-канальные МОП-схемы. В области производства широкое распространение получили 16- и 32-разрядные МП и микроЭВМ. В области программного обеспечения укрепляются позиции языков высокого уровня, особенно языка АДА, а также осуществляется переход на микропрограммную реализацию программных средств.

  Дальнейшее  увеличение степени интеграции СБИС создало предпосылки для решения сложных задач обработки информации, которые условно можно разделить на два класса: задачи обработки с большим объемом вычислений и задачи обработки больших объемов нечисловой информации.

  К задачам первого класса относятся распознавание сигналов и образов, синтез сигналов, опережающее реально-временное моделирование сложных систем. Наиболее распространенные области применения этих процессов: речевой ввод команд и информации в ЭВМ; машинное зрение роботов; помехозащищенная радиолокация и связь; ввод информации в ЭВМ в виде графиков и текстов, в том числе рукописных; синтез графических изображений для целей автоматизированного проектирования; различные виды диагностического оборудования; медицинская диагностика.

Задачи  второго класса охватывают вопросы  искусственного интеллекта, решаемые методами логической обработки больших объемов информации, представленной в символьной форме. Области их приложения — диалоговый интерфейс «человек — машина», электронные каталоги и библиотеки, вычислительные экспертные системы, управление  
 

слабодетерминированными технологическими процессами производства изделий электронной техники, прогнозирование и распознавание образов.

     Для решения этих задач универсальные микропроцессорные БИС классической архитектуры малоэффективны. Поэтому многообещающими являются тенденции создания проблемно-ориентированных СБИС, решающих задачи определенного класса. Из множества типов проблемно-ориентированных СБИС можно выделить СБИС для организации систем с параллельными вычислениями, сигнальные процессоры и логические процессоры для обработки нечисловой информации.

При разработке СБИС для параллельной обработки числовой информации прежде всего следует выделить классы решаемых задач. В частности, выявлен широкий класс задач, решение которых сводится к операциям вычисления произведений двух чисел и их последующего суммирования. К таким задачам относятся ДПФ, БПФ, вычисление свертки двух сигналов, цифровая фильтрация. Для аппаратной реализации параллельных алгоритмов решения подобных задач созданы параллельно-конвейерные структуры, реализующие разнообразные алгоритмы параллельной обработки информации.

Несмотря  на то что параллельные системы могут  решать любые вычислительные задачи, включая цифровую обработку аналоговых сигналов, к отдельной группе могут быть отнесены цифровые сигнальные процессоры. Можно выделить три направления развития аппаратурной архитектуры сигнальных процессоров.

Первое  направление представляет собой  развитие специализированых микропроцессоров с фиксированной структурой, выполняющих только одну специальную функцию, например БПФ входной последовательности данных. В структуре таких микропроцессоров необходимо предусматривать средства для организации последовательного или параллельного потока входных данных, а также интерпретации и хранения выходной последовательности. Главным элементом архитектуры специализированных МП является встроенный, в кристалл умножитель.

Второе  направление предполагает организацию  процессоров по функциональному принципу. В этом случае сигнальный процессор может реализовать алгоритмы цифровой фильтрации, преобразования Фурье, усреднения, интегрирования, создания форматов выходных данных и т, д. Сигнальные процессоры подобной архитектуры строятся по модульному принципу. Модульный подход приводит к архитектуре, заключающейся в программируемом управлении набором аппаратно-программных функций, требуемых при обработке сигналов. Основной задачей организации  
 

управления  в таких процессорах является генерирование потока команд и подачи их на различные модули, которые работают последовательно.

    Указанные сигнальные процессоры обеспечивают большую гибкость, чем устройства с жесткой структурой, но одновременно требуют некоторой коммутации соединительных цепей и, возможно, изменений в памяти модулей, связанных с различными видами обработки информации.

  Современное состояние технологии СБИС делает возможным  организацию сигнальных процессоров описанных двух архитектур на одном кристалле, причем реализуема организация более сложных устройств в виде параллельного конвейера для многократного выполнения таких простых операций, как сложение, вычитание и комплексное умножение. Однако ограниченность числа выводов СБИС не позволяет полностью использовать ее возможности, при этом следует отметить, что скорости ввода и вывода информации в процессорах, реализованных по этим архитектурам, невелики.

           Третьим направлением является развитие архитектур программируемых сигнальных процессоров. Архитектурно они состоят из некоторого числа независимо управляемых элементов, каждый параллельного действия. Эти элементы включают в себя арифметическое устройство, устройство адресации и декодирования, канал управления вводом — выводом и управляющий процессор, функционирующий по программе, которая может храниться в ПЗУ или ППЗУ. Каждый элемент обладает локальной памятью, что позволяет избежать различного рода конфликтов. Основным элементом структуры является арифметический процессор, в котором с высокой точностью и большим быстродействием выполняются операции умножения-сложения в соответствии с алгоритмами обработки сигналов. Для высокоскоростного умножителя необходимо горизонтальное микропрограммное управление, что обеспечивает параллельное выполнение нескольких вычислительных операций. При решении многих прикладных задач обработки сигналов перспективной оказывается модульная организация, достигаемая за счет конвейеризации процесса вычислений, при которой определенное число этапов вычислений выполняется последовательно для данного элемента данных, но все блоки работают параллельно. Это означает, что скорость обработки данных определяется временем обработки элемента данных только в одном блоке. Программируемые сигнальные процессоры могут быть реализованы в однокристальном исполнении.

  Программное обеспечение программируемых сигнальных процессоров может состоять из двух уровней. На первом уровне программирование должно осуществляться на языке МП, предназначенном для разработчика системы и ориентированном на поток данных, на втором уровне — на языке обработки сигналов, предназначенном для системного программиста.

   В группу микропроцессорных СБИС для обработки нечисловой информации входят ИМС, объединенные некоторыми общими принципами, такими, как ассоциативные методы обращения к памяти и широкое использование операции сравнения символьных строк, являющейся основной в задачах обработки нечисловой информации.

  Особое  внимание уделяется развитию архитектур персональных ЭВМ. Принцип открытой, магистральной архитектуры ПЭВМ, развитие которого по праву считается важным достижением разработчиков, в настоящее время вступает в конфронтацию с идеей моноблочного наполнения ПЭВМ. Происходит все более ускоряющаяся миниатюризация элементной базы и периферийных устройств. Использование «МОП-технологии, применение кристаллов ПЗУ с электрическим стиранием содержимого и прогресс в создании плоских индикаторных панелей позволяют создать моноблочные портативные ПЭВМ открытой архитектурой.

  Возможности организации одновременного отображения различных аспектов обрабатываемой информации на нескольких дисплеях (полиэкранного диалога) эффективно могут быть использованы в любых профессиональных применениях ПЭВМ. Необходимость такой организации объясняется принципиально параллельной организацией профессиональной деятельности человека (работа с документом, поиск в архиве, табличные расчеты, построение чертежей и др.).

  Перспективным направлением для существенного  повышения производительности процессора ПЭВМ является развитие архитектуры с упрощенной системой команд — РИСК-архитектурой. Концептуальная простота этой архитектуры имеет важные следствия: применяются простые линейные модели адресации больших объемов памяти и расширяется номенклатура сопроцессоров (символьная и графическая обработка, арифметика).

  Можно сделать заключение, что КМОП-технология с переходом к тактовой частоте 10МГц и более, 32-разрядные магистрали с возможностью подключения сопроцессоров и архитектура с упрощенной системой команд являются перспективой развития ПЭВМ.

В связи с  постоянным возрастанием удельного  веса справочной информации, хранящейся в ПЭВМ, уже в ближайшие годы получат широкое применение оптические диски без возможности перезаписи дан- ных. Формирование баз данных, тиражирование аудиовизуальных учебных пособий и т. п. становятся одним из важных направлений развития прикладной информатики и промышленного производства программных средств. Миниатюризованные накопители на винчестерских дисках по-прежнему сохраняют устойчивое положение благодаря уникальной

комбинации надежности, плотности записи данных и высокого темпа

бмена с основной памятью.

  Адаптер канала связи с ПЭВМ должен предоставлять  следующие виды информационного сервиса: прием широковещательных передач радио и телевидения, доступ к информационным сетям общего пользования, доступ к междугородной телефонной сети и др.

  Для эффективного функционирования микроЭВМ в системах управления и контроля программное обеспечение микроЭВМ должно обладать такими свойствами: программируемой связью с объектом управления в рабочем, аварийном и исследовательских режимах; устойчивостью функционирования, достигаемой путем фильтрации и нейтрализации аномальных событий в системе; надежностью функционирования, обеспечиваемой контролем межмодульных интерфейсов при трансляции и контролем полноты отработки ситуаций.