Системы ЧПУ на основе МП

Новейшие СЧПУ изготавливаются на основе микропроцессоров (микроЭВМ). Основная идея работы всех микроЭВМ описывается об­щей структурой, называемой машиной Неймана. Архитектура такой машины включает четыре главных блока (рисунке 5).

К периферийным устройствам ЗУ - запоминающее устройство;

УВВ - устройство ввода-вывода;

АЛУ - арифметико-логическое устройство;

УУ - устройство управления

Рисунок 5 – Схема машины Неймана

К периферийным устройствам относятся перфоратор и устрой­ство считывания. АЛУ выполняет арифметико-логические операции, а в ЗУ хранятся команды и данные. Информация в ЗУ организована в виде слов, которые в памяти определяются своим адресом. В зависи­мости от разрядности АЛУ длина слова составляет 1, 2 или 4 байта. АЛУ и УУ совместно образуют центральный процессор (ЦП), который является основным блоком ЭВМ. Архитектура ЦП обеспечивает воз­можность изъятия из памяти команд (данных) и их пересылку в другой блок или возврат в память. Эта операция выполняется задани­ем определенных адресов памяти и выдачей управляющего импульса «чтение/запись».

При чтении ЦП осуществляет дешифрование выбранной из па­мяти команды и проведение вычислений (или дальнейшей пересылки данных), определяемых этой командой. В режиме записи ЦП выпол­няет обратную задачу шифрования команд для записи в память, т.е. он обрабатывает и пересылает данные в память или изменяет последовательность операций. Все операции реализуются при генерации и устройством управления электрических импульсов, которые опреде­ляют направление передачи данных, инициализируют работу АЛУ и др. Результаты вычислений из АЛУ пересылаются в ЗУ или перифе­рийное устройство (терминал) через ВВ.

Для пояснения операций, выполняемых ЦП в микроЭВМ, пред­ставлена ее схема (рисунок 6).

В состав ЦП входят не менее четырех регистров:

СК – счетчик команд;

НС – накапливающий сумматор;

РК – регистр команд;

БР – буферный регистр.

Связь между блоками и УЧПУ осуществляется посред­ством шин:

1 – адресной;

2 – информационной;

3 – управления;

4 – внутренней.

Рисунок 6 – Схема микроЭВМ

Тактовый генератор (ТК) гене­рирует управляющие тактовые сигналы в устройство управле­ния, которое выполнено на логических элементах, а также в остальные блоки микроЭВМ.

Управляющее устройство, называемое также контроллером, в нужной последовательности открывает каналы передачи данных. Элементарная операция ЦП заключается в считывании с помощью УУ информации из ЗУ, передачи ее в РК, дешифрации и выработке управляющих сигналов.

Дешифрование (интерпретация) информации, находящейся в РК, а также выработка импульсов для передачи данных одного блока в другой выполняется УУ.

Последовательность операций может быть изменена путем за­поминания информации по разным адресам без изменения электриче­ской схемы устройства. Это свойство микроЭВМ увеличивает гибкость УЧПУ, выполняемых на их основе. Введя в память соответствующую последовательность команд, можно реализовать различные функции управления. Программа функционирования создается разработчиком УЧПУ, и потребитель ее видоизменять не может, но может создавать УП применительно к конкретному оборудованию и обрабатываемым деталям.

МикроЭВМ обладают определенной системой команд, которой соответствует, с одной стороны, набор двоично-кодированных симво­лов, а с другой – их мнемокоды. Перед перенесением так называемой программы в мнемокодах в память машины она переводится в двоич­ные коды и называется программой в машинном или объектном коде. Перевод в двоичный код выполняется автоматически программой -ассемблером.

Описанная структура показывает возможности использования одинаковых аппаратных реализации УЧПУ для решения различных задач с помощью ПМО микроЭВМ, что является достаточно трудоем­ким процессом. Создание ПМО микроЭВМ в значительной степени зависит от аппаратной реализации и, в частности, вида машинных команд и способов адресации.

При вводе в микроЭВМ УП на выполнение определенной зада­чи существуют определенные сложности. Так, ЭВМ оперирует битами и данными регистров, а программисты и операторы изъясняются на естественных языках или пользуются формализованным языком. Это противоречие преодолевается с помощью искусственного языка, по­зволяющего употреблять некоторое фиксированное количество со­кращенных слов, предложений или формул, которые закодированы в ЭВМ, и она их может понять.

В описании УЧПУ приводятся значения принятых применяемой микроЭВМ языковых обозначений и построений. При этом для ЭВМ создается ПМО, позволяющее воспринимать последовательность би­тов, представляющих определенные команды или УП, написанные на искусственном языке. После этого они переводятся во внутренние би­товые структуры, необходимые для выполнения операций, преду­смотренных введенной программой.

Это множество разработанных для ЭВМ языков имеет различ­ные возможности с точки зрения потребителя и различную сложность построения. Самым простым является машинный язык, образуемый набором команд конкретной микроЭВМ. Этот язык реализуется схе­матически (на аппаратном уровне) или с помощью микропрограмм самой микроЭВМ. Повторим, что язык ассемблера - это язык низкого уровня, отражающий набор команд конкретной ЭВМ.

В универсальных ЭВМ для связи с операционной системой ис­пользуются промежуточные директивные языки. Универсальные языки высокого уровня типа ФОРТРАН, АЛГОЛ, ПЛ, ЛИПС имеют сложную структуру и не зависят ни от набора команд, ни от операци­онной системы конкретной ЭВМ. Для реализации этих языков требу­ется достаточно большой объем памяти ЭВМ. Значительно проще специализированные технологические языки высокого уровня, рас­считанные на программирование функций УЧПУ потребителем. К ним относятся языки программирования электроавтоматики (например, язык ЯРУС для СЧПУ «Электроника - МС2101», САП - СМ4 и др.).

Программу для ЭВМ, позволяющую понимать информацию вы­ходного языка, называют интерпретатором, который выполняет опе­рации, предписываемые программой, записанной на исходном языке.

Вторым типом программы для обработки языковой информации является транслятор, который преобразует входную программу на исходном языке в другую версию этой программы, записанную в па­мять на объектном языке. Последний обычно является машинным языком.

Вид транслятора, преобразующего УП на исходном языке в эк­вивалентную программу в кодах машины, называется компилятором, а процесс преобразования – компилированием. Программа-компилятор выясняет, принадлежит ли входная УП к исходному языку, для кото­рой написан данный компилятор, и если нет, то выдает соответст­вующее сообщение программисту, т.е. выявляет ошибки. Интерпрета­тор и транслятор в отличие от компилятора преобразуют УП на про­межуточный язык, более компактный, чем машинный, выдаваемый компилятором.

Промежуточным языком может быть ассемблер, мнемокод и др.

В наиболее современных СЧПУ четвертого поколения пользова­телю представляется возможность наращивать математическое обес­печение УЧПУ, например в части создания программ типовых рас­четных циклов (технологических, конструкторских). Для этого разра­ботаны специальные языки высокого уровня. Для СЧПУ «НЦ80» раз­работан язык «ПЛ - ЧПУ», а для пользования им пользователь дол­жен владеть основными вопросами программирования микроЭВМ.