Вычислительное устройство для спектроаналитических приборов

 

О П ИИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистииеских

Республик (»)527709

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено31.03.75 (21) 2127498/24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано05.09.76.Бюллетень № 33 (45) Дата опубликования описания 27.04.77 (51) М. Кл к

G06 Г 15/20

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УД К 6 8 1, 32 5 (088. 8) (72) Авторы изо ретения зобретения А. Ф. Борнгардт, А. M. Могильницкий, В. A. Павленко, Я. А. Русецкая, M. Л. Шутов и О. Н. Яковлев

Ордена Трудового Красного Знамени Специальное конструкторское бюро аналитического приборостроения АН СССР (71) Заявитель (54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПЕКТРОАНАЛИТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к вычислительным устройствам для обработки информации, поступаюшей от спекроаналитических устройств и приборов.

В ряде отраслей науки и промышленности для химических и физико-химических исследований широко используется в качестве датчиков информации о качественном и количественном строении вешеств особый класс аналитических приборов « масс-спектрометры. Широкое применение этих приборов обусловлено их высокой информационной способностью, чувствительностью (достаточно микроколичеств вешества для проведения анализа) и скоростью проведения анализа.

Особые возможности для исследований создает сочетание масс-спектрометра с хроматографом.

В настояшее время ведутся разработки устройств для автоматической обработки информации, получаемой не только от массспектрометров, но и от других типов спектроаналитических приборов, с цепью создания простых в эксплуатации вычислительных устройств, обеспечиваюших исследователей сжатой и наглядной информацией в реальном или почти реальном масштабе времени с минимальными измерительными погрешностями

5 Известно вычислительное устройство для спектроанапитических приборов, содержашее сумматор, накапливаюший регистр, блок ввода-вывода, аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи jlf.

Использование этого устройства требует специальных знаний от обслуживаюшегo персонала вследствие того, что как прикладные, так и служебные программы хранятся на внешнем носителе информации (перфоленте) и должны вводиться в оперативную память перед любым неповторяюшимся экспериментом. И за износа носителя и ошибок, возникаюших при вводе, каждая введенная программа до ее использования должна быть предварительно проверена программистом.

Переход от одной программы к другой В ïpo.цессе анализа требует определенных затрат времени. По этой причине значительно усложняется пользование устройством, 527709

Структура устройства (1) не предусматривает схемной ипи микропрограммной реализации специальных многотактных операций, реализующих наиболее часто встречающиеся части алгоритмов обработки выходных сигналов спектроаналитическихприборов, например вычисление свертки, перекодирование, упаковка массивов информации. Это не позволяет значительно повысить скорость обработки информации, что особенно важно при работе в реальном масштабе времени.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство (2), содержащее аналого-цифровой преобразователь, входы которого соединены с группой входов устройства, сумматор, соединенный двухсторонней связью с первым входом-выходом блока буферных регистров, первый выход которого соединен через дешифратор команд со входом блока gp управления операциями, цифро-аналоговый преобразователь, блок ввода-вывода и пульт управления, адресные входы которыхсоединены с кодовой шиной адреса, блок оперативной памяти и наборный блок, адресные и 25 управляющие входы которых соединены соответственно с кодовой шиной адреса и с шинойуправпения. Кодоваяшина числасоединенас информационными входами сумматора и цифро-аналогового преобразователя, с выходом 30 аналого-цифрового преобразователя и информационными входами-выходами пульта управления, бпока ввода-вывода и наборного блока. Шина управления соединена с управ пяюшими входами блока ввода-вывода и циф- 35 ро-анапогового преобразователя и двусторонними связями с блоком управления операциями H управляющим входом-выходом пульта управления. Выход цифро-аналогового преобразователя соединен с первым выходом 40 устройства, а второй выход блока буферных регистров соединен с кодовой шиной адреса.

Недостатками этого устройства является невозможность автоматического управления скоростью масс-спектра, взаимной синхрони- 45 зации начала и окончания разверток массспектра с выполнением программ обработки сигнапов спектроаналитического прибора, автоматическое изменение режима работы, что значительно снижает быстродействие устройства.

Цепь изобретения - повышение быстродействия устройства и упрощение его обслуживания.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемое устройство содержит блок прерываний, бпок управления спектроаналитическим прибором, блок постоянной памяти, блок односторонней памяти, генератор тактовых импульсов и шину прерываний. Первый выход@ блока управления спектроаналитическим прибором, выход блока прерываний, информационные входы-выходы блока постоянной памяти и блока односторонней памяти соединены с кодовой шиной числа. Входы-выходы блока управления спекроаналитическим прибором, блока прерываний, генератора тактовых импульсов, управляющие входы блока постоянной памяти и бпока односторонней памяти соединены с шиной управпения, Второй выход блока управления спекроаналитическим прибором, выходы пупьта управпения и блока ввода-вывода и вход блока прерываний соединены с шиной прерываний. Адресные входы бпоков постоянной и односторонней памяти соединены с кодовой шиной адреса, Вход и третий выход бпока управления спектроаналитическим прибором соединены соответственно со входом и вторым выходом устройства, а выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — схема блока управления спекроанапитическим прибором; нафиг.

3 — схема блока прерываний; на фиг. 4— схема генератора тактовых импульсов.

Устройство содержит анапого-цифровой преобразователь (AU?I) 1, блок управления

2 спектроаналитическим прибором, блок оперативной памяти 3, блок буферных регистров 4, сумматор 5, бпок постоянной памяти 6, дешифратор команд 7, генератор тактовых импульсов 8, блок односторонней памяти 9, блок управления операциями 10, блок прерываний l 1, наборный блок 12, пульт управления l 3, цифроаналоговый преооразователь (ЦАП) 14, блок ввода-выводе

15, шину прерываний 16, кодовую шину

17 адреса и кодовую шину 18 числа.

Блок управпения 2 спектроаналитическим прибором l 9 содержит триггеры 2 О, 2 1, узлы приоритета 22, 23 шифраторы 24, 25, формирователи 26-29, дешифратор номера абонента 30 и узел согласования 31.

Блок прерываний содержит триггеры 32, 33, элементы "И" 34-37 и шифратор 38

Генератор тактовых импульсов содержит кварцевый генератор 39, счетчики 40, 41 дешифраторы 42-44 и элемент "И" 45.

Система памяти устройства включает в себя не только все блоки памяти но и все

1 регистры, преобразователи и исполнительные узлы спектроаналитического прибора.

К. ним производятся обращения как к ячейкам памяти по присвоенным адресам. В блоке 6 зона адресов 128-1023 отведена для констант, а в зоне адресов 1153-4095 содержатся спужебные программы, обеспечивающие связь пользователя с вычислитель52,, 0"

C.„ГНа ц . f (1 >кC;1! О". =В . 7 - Гц °

// гП03ВЭ (/!Ю (",; 1,: СВ /с; i, ãò-7 . -.7. с717.,;,,: ° 7;7 ° >,, ° и В Зсанг(:. (МОСТ((Э " ЭДЯ;;7, (. 7 в зависимости от хода эбр(10. тывая сцгка ц-.I "Прэграх7мкь(."; ц с ", о

// // ки, Пвограммныц (>сч(11 ов р 3:: 7 т(, с 1// Ускорение разве рт(сц, I I ",Jc .1 . !!1!c

55 дос(с ИЗ ЭТИХ СНГца.(ОВ 1(p1(ÑBOC! . 1 (>

КОНТ, ПЕРЕДЯВЯЕ (1.(й Цз УСтс>Э(Стка ку,, одновремеккэ7 с сцгц .-.э

1R / 7— (-7 // ((рос ((р ка Дец(цфратэр,77!1, В .хэ:7 к:>, : . рого пэдкл!очены к ре7е((н(.,;м фэ(- ti(I-:,.:т(-.

60 (я7м 20-2 9, i!J "i 1/СТРОЙСТ!10. i y DB077-ВЬ(ВОД Дак;IЬIХ, ПРИЕХ( заданий с «ульт;. ут paBJ(eц!Ся) и выполнение математи (Ec!<1(х операций (стандартнь(е пэд-,ро;pQììb(), - -.якже программа "отладчик"

В олэке д содержатся програк;мы обработки спекрэаца-цтической ицфоо,(ации 1 уп7 равлеция Q»Q(!;Tr(((ec(c!.,; прпооро::; во вре.ця анализа. Вы чис 7цте((ькое устройство сна бжается оиб7иотекэй сх:енных узлов блока 9 дпя ргЗЛИЧПЫХ Вц(ОВ cl!ià«ÈÇQ Ня Эбо ж(IBQe» 0 е" 17/

МОМ ПРИООРЕ, Прогряммы7 хранимые B блоках па.цятп

6 и (, це р7азру(ца!Отся грц вык I!Oчекци устройс гва, а прэгра..:. 7ь(эбро >Отки (0«vT

ОЫТЬ ПЗХ(ЕПЕНЫ ПОЛВЗОВЯTB,(.! TO.. 1:KO Пут(О(с(За-.". °15 (Е1.1/(Уз !ОВ ОЛЭКЯ . В 17Р01(=ОСЕ ЭКСПЛУЯТЯЦЦИ ДОцол, ((те(7ь((ые прогрямх(ы обработки спектроЯКЯ:11>ТИЧОС .Э (цс,(; р:,7(ад (ц МЭГут ВВО:Итоя по7ьзова "e ie в б; ок 3 через блэк 1 5 .:еР((7(э (ен "ь 1:! J --: ВГ(чкУIО с и ч«1bTQ 1

Иа кябэрцэм блоке 12 устанав. икаются к1ю.(17. (>т eря;(ди,(Ko,;андь(, KoTÎpI!e,",,(oI ут

КЗмЕНЯтЬСЯ ЦЭ:!ЬЗОВЯТЕЛЕ Ц Д(Я ацаПта«ЦЦ це .Отэрых програмх 07браб>этки спекрояца .и7 тис(ЕСКОй (цфо >Х ацИК К уСЛОВ:!/17 работ(, анаглит! .ческэго прибора, а та((же вь(бг>ра фор>латов 11 видов инфор.:ацци. изменя (е (ежимэв ряээ .,пэдгэтoBKQ к работе, ввод (цп170рмьк(цI(1 "c т.>ь((Й ко(/тpo70,), состав!Ie=((ЦЕ If 113. .((.:(1 - .". КЯ ОЭ .>Я П;>ЭГPQ, IQCTI .",: ..= Г

i,(их в:.(боаб>-,е, эсуц.еств(я7стся 10 и-зоpaTeË(-- . i .;! (-;ц,-,-;;: уцраВ (с; 1 я I .", Пя КЭ"/Э

poKi рас«э э/K *,;,: с,(;o«x;(ne/Kö;(OB 1 Ввод ".

Прэграх(>,.(я 7 "К.>1(трэль":i;Ip, ) и::..0(( црэо (емнээрие::т(-рэка(i«(.i; заданий l "Ð (а(эс- 5=

l/

//х/,,, .f/ 7 7 . 7.пэмятэГвя !1 «,1:">. ) Л(эээе де Ic тв(.О пэ:(ьээв1те. (»K "Iс,, . Вте > прав пения 1 3 (accцфиц:! pye Tc.!;(7(:i! ic и(те льн.:i i.i устройство:,. кяк пре пы7BQ;! I:e (так как пОи этэ .(Дэ(л(>((ек 40

7,! .i: f 0,7(„ццЯ II >;>,-I>a> b1 предц(еству;: .. у; Qäà«è:î. Управ; ic!!!Mc

СИГНЯ(!17(«ОСтУ;QK(T ПО Ц:ИКЕ УПРаВЛЕ(/ЦЯ 4-г>, Прерывацц. и-югра. ь(ы вызываются такжЕ СИГна;аМ-.(гц(Ста цИОННЭй СИПХрЭНИЗаццц 45 (// 1

Пуск pa3BPI .Тк(", "Конец развертки" и jp,) ( поступа(оц(исми;(т à.(a(«итического приоэра

> IoK 2,:(.(г (Q >;(;.(и, гэст1/«ьпоц(".i!": эт блока 1.0, I)ри 1(оявлеции сигнала запроса прерывания б 7ок 1> останавливает вь(пэ:шение текуц.c(: «рэгр(аммы и формир ет

Е (. рехой к соотвеTCTBó-о(ц7ей подпрограмме oGрабэтк; прерь!Вац((.-"., хракяц(ейся B б 10Ke о.

Триггеры 32, 33 являются тр(!Ггера(.7ц приквак овки к си хросигHQ(7QK(устройства несикхронцэгэ сигнала "Запрос прерывания", :цифратэр 38 форм (pyeT кэд операции и базу

Qnpeca 1(е;>едач/1 уц-,.(яВПОПIвя и >дпрэгря(7(fe, /13 б:(ока 11 B олок 10 пocTó«à!OT с((пиалы

// лнтрет выборки очеред((э(! ко, .анды и "С((BbI 7 (7,., -.-..-, (. -1 —;,;. -. (7

Б Ю Ча Т(7 Я(71>BCЯ -" Э(э("!Е ццс(OCfoa37/JOT J;O, i "..Э (сц(Д7- . 7:Е(О.:;,; *; I! ° - " "лен7(с; цэдпоогра;, х(о (>б(/а > т .. - 1( вацця, 3т(>т код принц 7iacòc. с," 1. - г дя, по»луче«цап,;:...:; . Пт(.

:-. 170 к 7>б с((=: ".i;! (7e-7

Сэ С.(ЕКТ, 77>1 .. 7 . Т 7. 77 калам« у;ра-.:. е; ..... (/(ф(>ЯТ >1>Ь! .Э. = 7 ИТ.: :,(1 .., .Е (1 л —.— ц!(((x ((ip 7-,, 7 с 7 ., i —.-7 (",;7* 1,7

7 7

7 7 я .=1цт(:ческогэ 1.:, (бэ(,з в 7: ц7.7 !;е

Э-(КЭ(((; 7; ° /71: (а — =г массэв(, х ц;сел. В ответ .«:".э . .. е

Э -0,((,777 «-Ц7-.7(УС (, )f. »7-.77 С ", 7 . -">ЕРЯ Зс П 7>осск ПРО(>7, Всн .17Я

>«> 7 ета . =. ", :. ((вя:";.7:.(TO.. а

7 (Я.(c г.:.:с П)" (1(// (Э ис/(Э((Е7(ТЯ7 11 7 г (17;- " - (. - 1,.Ц7 . -Е, ябо«ецтоь сцгця-.о û " 1ã -,(0(>.(-(.-, 1/C 7-, (. --,: /((7 7 1 !

P!;e.." "Ч.-ОЕг(НЭ"

527709

Сигнал "Ускорение развертки" служит для сокрашения времени анализа, когда в процессе обработки отбрасывается несущественная входная информация о каком-либо участ ке масс-спектра. 5

Сигнал "Измерение 0" управляет отклонением ионного пучка от коллектора на время измерения уровня нуля усилительного тракта.

Код индикатора массовых чисел считывается через узел согласования 31 на шину щ

18 по управляющему сигналу "Опрос Пр" для преобразования временной оценки положения пика.

Описанный бпок 2 разработан для работь в системе обработки с масс-iспектрометром tg

УКМП-П, но функционально является достаточно типичным для всех подобных устройств.

Для организации выполнения многотактных операций в вычислительном устройстве применен управляемый генератор тактовых рр импульсов 8.

Кварцевый генератор импульсов 39 имеет частоту 1 мгц, счетчик 40 является счетчиком тактов, а счетчик 41 - счетчиком стадий. Дешифрация тактов, стадий и синхросигналов обеспечивается дешифраторами 42-44.

Работа блока 10 синхронизирована четырехфазной сеткой тактов, вырабатываемых дешифратором тактов. Длительность такта (фазы) составляет 1 мксек> период следования однофазных тактов - 4 мксек. Выполнение команд в блоке 10 разбито на стадии без каких либо интервалов между ними, при- з чем выборка команды из памяти производится в первой стадии, а исполнение — во второй или второй и третьей, или второй, третьей и четвертой. Продолжительность стадий (число периодов однофазных тактов, 4 охватываемых одной стадией) не постоянно, а определяется по коду операции в дешифраторе 7. Переход из одной стадии в другую может производиться либо в следующую по номеру стадию, либо в первую стадию (код 4 счетчика стадий "00") с помощью сигналов

"Разрешение счета и Установка в нуль, поступающих в генератор 8 из блока 10.

Номер стадии, декодированный в дешифраторе 43, коммутирует в дешифраторе 44 четырехфазные такты на соответствующие выходы синхросигналов, поступающих в блок 2.

Вычислительное устройство представляет собой одноадресную синхронную ЭВМ, выполняющую как однотактные, так и многотактные арифметические и логические операции в шестнадцати-разрядном сумматоре по программам, хранимым в блоках постоянной памяти, и обладает следующими основными параметрами: 60 объем оперативной памяти 1024 (шестнадцатиразрядных ячеек), объем постоянной памяти 4096 (шест»надцатиразрядных ячеек), объем односторонней памяти 4096 (шестнадцатиразрядных ячеек), время выполнения однотактных операций

8 мксек, время выполнения многотактных QIIepB» ций (8+4ц) мксек, (д — число тактов, для умножения и деления (й =17). число каналов AUD 3, чувствительность АЦП 100 мкВ, число разрядов AUH 15, класс точности А? П 0,05, время преобразования 128 мксек, число каналов UAH 6 и число разрядов БАП 6.

Наличие в устройстве блока постоянной памяти с прикладными программами, блока управления спектроаналитическим прибором, блока односторонней памяти, блока прерываний и генератора тактовых импульсов обеспечивает возможность управления спекттроаналитическим прибором во время анализа и изменения программ обработки информации в зависимости от хода анализа, в частности обеспечивает автоматическое изменение режима работы спектроаналитического прибора, автоматическую синхронизацию начала и окончания разверток массспектра с выполнением программ обработки.

3То позволяет в 5-10 раз повысить быстродействие устройства и значительно упростить его обслуживание.

Формула изобретения

Вычислительное устройство для спектроаналитических приборов, содержащее аналого-цифровой преобразователь, входы которого соединены с группой входов устройст» ва, сумматор, соединенный двусторонней связью с первым входом-выходом блока буферных регистров, первый выход которого соединен через дешифратор команд co аходом блока управления операциями, цифр<>-аналоговый преобразователь, блок ввода-вывода и пульт управления, адресные входы которых соединены с кодовой шиной адреса, блок оперативной памяти и наборный блок, адресные и управляющие входы которых соединены соответственно с кодовой шиной адреса и шиной управления, причем кодовая шина чис ла соединена с информационными входами сумматора и цифро-аналогового преобразователя, с выходом аналого-цифрового преобра» зователя и информационными входами-выходами пульта управления, блока ввода-вывода

527709

10 и наборного блока, шина управления соединена с управляющими входами блоха ввода-вывода и цифро-аналогового преобразователя и двусторонними связями с блоком управления операциями и управляющим входом-выходом пульта управления, выход цифро-аналогового преобразователя соединен с первым выходом устройства, а второй выход блоха буферных регистров соединен с кодовой шиной адреса, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью 10 повышения быстродействия устройства и упрощения его обслуживания, оно содержит блок прерываний, блок управления спектроаналитическим прибором, блок постоянной памяти, блок односторонней памяти, генератор тактовых импульсов и шину прерываний, причем первый выход блока управления спектроаналитическим прибором, выход блока прерываний, информационные входы-выходы блока постоянной памяти и блока односторонней памяти соединены с кодовой шиной числа; входы-выходы блоха управления спехтроаналитическим прибором, блока прерываний, генератора тактовых импульсов, управляющие входы блока постоянной памяти и блока односторонней памяти соединены с шиной управления; второй выход блока управления спектроаналитическим прибором, выходы пульта управления и блока ввода-вывода и вход блока прерываний соединены с шиной прерываний; адресные входы блоков постоянной и односторонней памяти соединены с кодовой шиной адреса, вход и третий выход блока управления спектроаналитичесхимприбором соединены соответственно со входом и вторым выходом устройства, а выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Вычислитель 0ЕС - 6. Каталогфирмы «J ЕОЬ".

2. Вычислитель 3RA -5. Каталогфирмы 3EOL.

527709

Фиг. 7

Составитель Ф. Шагиахметов

Редактор Л. Утехина Texpeg N. Левицкая Корректор A. Власенко

Заказ 644/29 Тираж 864 Подписное

ЦНИИПИ Государственного хомитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент" г. Ужгород, ул. Проектная, 4