R Elektor Eletrônica

As possibilidades de cálculo do IMST800 equivalem às do computadorcientífico VAX 8600, da DEC, aopasso que uma rede formada por dezdeles proporciona a velocidade e opoder de processamento do Cyber205, o supercomputador da ControlData. É óbvio, por outro lado, que seo conceito de hardware responsávelpelo processamento paralelo dotransputer propicia um poder decomputação inédito, ao mesmo tempoexige um software de suporte quepermita explorar a simultaneidade detarefas. A solução foi dada pelaprópria Inmos, sob a forma de umalinguagem avançada de programaçãobatizada de OCCAM.A concorrência em softwareAntes de apresentar essa nova einteressante linguagem, é convenienteressaltar que os transputers tambémaceitam outras linguagens científicas,tais como C, Fortran e Pascal, graçasà existência de compiladoresadequados. Algumas softwarehouses, aliás, têm aplicado asestruturas de processamento paralelodisponíveis na OCCAM emimplementações de outras linguagensavançadas, com a finalidade deotimizar seu desempenho evelocidade.Para começar, seria bom deixarclaro que a OCCAM não é apenasoutra linguagem de programação, mastoda a base para se projetar sistemasconcorrentes, baseados emtransputers,. Nesse sentido, ela podeser considerada semelhante à álgebrabooleana, que fornece as ferramentaspara o projeto de portas lógicas.Assim, numa primeira etapa taisferramentas permitem construirfunções lógicas abstratas, usando asportas disponíveis, enquanto a funçãode uma série delas pode seranalisada, por sua vez, pelas notaçõesbooleanas correspondentes.Da mesma forma, o processointerno de um computador pode serimaginado como uma caixa preta,com entradas e saídas. Os processos,por seu turno, podem ser interligadosatravés de canais, para dar origem asistemas mais complexos, operandode forma concorrente. O conjunto deprocessos é ele próprio um processomaior, dotado de concorrência internae externa. Todo processador do tipotransputer dispõe de um registradorque permite executar ao mesmotempo qualquer número de processosconcorrentes ( simultâneos),partilhando o tempo deprocessamento. A linguagem OCCAMprevê todo o suporte possível a essaconcorrência de hardware e dispensaaté mesmo o uso de linguagemassembly.14 — elektorQuanto ao processador central dotransputer, é tão rápido que aschamadas de procedimentos, acomutação de processos e a latênciade interrupções duram apenas fraçõesde microssegundo. Os processos queaguardam comunicação ou algumafunção de temporização nãoconsomem tempo da CPU; a unidadede ponto flutuante incluída no T800 éum modelo de 64 bits, operandosimultaneamente com o processador,a mais de 1,5 Mflops (milhões deoperações em ponto flutuante porsegundo).Os dados são transferidos de umprocesso para outro por meio deenlaces ou acoplamentos, que podemser uni ou bidirecionais. Os 4 enlacesdisponíveis no T800 são mecanismossincronizados para a transferência deblocos em DMA, operando a umavelocidade de 20 Mbits/s (e comvalores alternativos de 5 e 10 Mbits/s,prevendo a compatibilidade comoutros transputers da Inmos, como oIMS T212 e o IMS T414). Pode-se teracesso à memória interna de 4 kbytesa um ritmo de 120 Mbytes/s ediretamente a uma área externa de4 Gbytes a 40 Mbytes/s (na versãoT800-30). O diagrama de blocossimplificado do transputer IMS T800aparece na figura 1.Existe uma estreita relaçãoarquitetônica entre a linguagemOCCAM e os transputers. Com aintrodução dessa linguagem a Inmosconseguiu, mais do que qualqueroutro fabricante demicroprocessadores, "engrenar”perfeitamente o software com oFigura 2 - Exemplo de como a linguagemOCCAM faz distinção entre construçõesparalelas e sequenciais. VAL maximum IS 100VAL minimum IS 0 :BOOL active :INT volume, any :SEQactive : TRUEvolume : minimumamplifier ! volumeWHILE activeALT(volume maximum) & louder ? anySEQvolume : volume 1amplifier ! volume(volume minimum) & softer ? anySEQvolume : volume - 1amplifier ! volumeoff ? anyactive : FALSEFigura 3 - Este programa em OCCAMcontrola a entrada digital de volume emum amplificador de áudio hipotético.transputer.

hardware. Na OCCAM existem trêsprocessos fundamentais, que sãoentrada, saída e designação; cada umdeles pode ser executado por trêsmodos diferentes: sequencial, paraleloe alternativamente (este último termosignifica apenas que os dados queestiverem disponíveis sãoprocessados em primeiro lugar). Osprocessos paralelos, por sua vez, sãoefetuados pela definição de canaispor onde os dados devem serdirecionados.À primeira vista, os programas emOCCAM parecem muito similares, porexemplo, aos estruturados em C oumesmo Forth. Isto porque o processode escrever instruções no papel é, naverdade, sequencial; não podemosexpressar concorrência escrevendoduas ou mais instruções uma sobre aoutra, pois o texto se tornaria ilegível.Assim, embora os programascontinuem sendo formados por linhasde instruções, eles não precisamnecessariamente ser executados naordem indicada, ou mesmo na ordemdeterminada pelas próprias instruções(como é o caso, digamos, de GOSUB,ONERR ou GOTO, em Basic). Reparetambém na total ausência denumeração das linhas.Concluindo, a estrutura dosprogramas em OCCAM reflete oconceito de paralelismo do hardware,mas o programador não precisa sepreocupar onde e como osverdadeiros processos são executadosno transputer. É preciso admitir, noentanto, que os programasconcorrentes não são fáceis deescrever e depurar; mesmo assim, alinguagem OCCAM pode seraprendida facilmente, uma vezconhecida sua descrição formal.Os princípiosVamos apresentar dois exemplos deprogramas hipotéticos em OCCAM,ambos reproduzidos da referência (1).No primeiro deles (figura 2), oprotocolo dos canais comml ecomm2 é definido como transferênciaintegral, mediante o auxílio daexpressão CHAN OF INT. A expressãoPAR, por seu lado, define oprocessamento paralelo, ou seja, osdados do primeiro processo decomunicação encerrado são osprimeiros a ser manipulados peloprocessador. Os próprios, processosde comunicação são definidos comosequenciais pela instrução SEQ; asvariáveis "x" e "y" representamnúmeros inteiros.Pode-se observar os níveis deescalonamento (indentation)introduzidos no programa, quedeterminam quais as expressões quepertencem a SEQ e a PAR. Otransputer.programa ilustra ainda o princípiocentral da programação em OCCAM:a expressão PAR estabelece que aordem em que os processos foramescritos é irrelevante, já que são todosexecutados ao mesmo tempo, isto é,de forma concorrente. A idéia devárias coisas acontecendosimultaneamente, em programas decomputador, deve ser nova paramuitos programadores; mas não épreciso se preocupar com isso, poiscom a introdução de PAR osprocessos têm início no mesmoinstante, sem qualquer interferênciaexterna.O ponto de exclamação (!)identifica uma saída, enquanto o deinterrogação (?) denota uma entrada.Vê-se, no exemplo, que o númerointeiro 2 é liberado em comml, antesque comm2 possa receber a variávelx. Ao mesmo tempo, no entanto,comml recebe a variável y antes quecomm2 possa enviar o número inteiro3. Na prática, ocorre que os doisprocessos trocam valores entre si —em outras palavras, x torna-se 3 e ytorna-se 2. Observe, porém, que aordem dos "!" e "?", em cadaprocesso SEQ, é importante paraevitar que um espere indefinidamentepela saída do outro.O segundo exemplo envolve umprograma para controlar digitalmenteo volume de um amplificador de áudio(figura 3). Assumiu-se aí a existênciade três comandos, denominados"louder" (mais alto), "softer" (maisbaixo) e "off" (desligado), dispostosde modo a passar seu status decorrente a um canal OCCAM. Umquarto canal, com o nome de"amplifier", encarrega-se de transmitiro valor requerido para o Cl decontrole de volume.O programa da figura 3 é de fácilcompreensão. Em primeiro lugar, osvalores mínimo e máximo do volumesão declarados como 0 e 100,respectivamente, e as variáveis"volume" e "any" são definidas comonúmeros inteiros. A expressão ALTindica processamento alternativo,enquanto outra expressão, WHILE, forverdadeira. Nesse exemplo, cada umdos processos colocados sob ALT é"varrido", isto é, há uma açãoimediata por parte do programa e dohardware pertencente ao transputer,sempre que o comando louder, softerou off é ativado. Assim, caso o botãosofter seja acionado, tem início oprocesso sequencial de reduzir o valordesignado a volume; mas isto nãosignifica que os outros processos deALT não continuem a serinterrogados continuamente. Oprograma termina sua atuaçãoquando o botão off é pressionado,pois isto tem o efeito de encerrar avalidade da expressão WHILE.ConclusãoOs programas apresentadosilustram apenas algumas dasinúmeras instruções e expressõesdisponíveis em OCCAM. Não hádúvidas de que essa linguagem é aúnica, por enquanto, a tirar proveitodo conceito de processamentoparalelo em uma rede de transputers.A Inmos, empresa que concebeu todoo sistema, dispõe de uma vasta gamade produtos que permitem aprender atrabalhar com esses processadores.Na parte de hardware, por exemplo,existem módulos de expansão dememória, um Cl com uma rápidatabela de verificação de cores, chavesde enlace e módulos adaptadores,sem falar no mais importante, que sãoos sistemas de desenvolvimento eavaliação. Existem versões de taissistemas para vários computadores,incluindo o VAX/VMS e o PC-XT ouAT. A Inmos oferece ainda móduloscompletos de avaliação, constituídospor bastidores, barramentos e fontesde alimentação, além de placasopcionais para se instalar uma sériede transputers tipo T414 ou T800.É caso de se dar parabéns à Inmos,pelo fato de oferecer, ao. contrário deseus competidores, não só ohardware mas também todo o suportede software necessário à introduçãode um novo conceito de computação,bem mais próximo da vida real (já queestá baseado no processamentoconcorrente e não sequencial).Referências(1) A tutorial introduction to OCCAMprogramming, por Dick Pountain.(2) The transputer family: ProductInformation, Inmos.(3) Inmos Spectrum(4) IMS T800 Architecture, Inmos.Helektor — 15

Concluindo a versão básica de nosso codificador, são apresentadasaqui todas as informações essenciais de montagem e ajuste. O aparelho já podeser posto para funcionar, mesmo sem a inclusão do detector de sons surdos esonoros, que será visto na próxima etapa.VOCODER ELEKTOR:um codificador de vozsemiprofissional2a parteAntes de explicar como deve sermontado e calibrado o vocoder,vamos complementar a primeira parteda matéria com dois detalhes queforam deixados de lado na ocasião.Um deles é o circuito da fonte dealimentação, que aparece na figura 1.Como não foi preciso usar de muitasofisticação nessa parte, as tensõesde 1 5 V foram obtidas da formamais clássica possível, através dedois CIs reguladores (IC19, IC20). Ejá que o consumo total do sistemanão passa de 200 mA, otransformador de 400 mA sugeridona lista de componentes seria maisque suficiente. Entretanto, com ainclusão do detector de sons surdos esonoros esse consumo vai subir; paraevitar o aquecimento da fonte(lembre-se que nossostransformadores não têm a mesmaqualidade dos estrangeiros.), melhorseguir o conselho da figura 1 e adotarum modelo de 800 mA ou mesmode 1 A.Essa fonte básica deve receberuma pequena extensão,especificamente para a alimentaçãodos operacionais de transcondutância(CA 3080). Ela também é simétrica,fornecendo * 5 V por intermédio deoutro par de reguladores integrados16 — elektor(IC21, IC22), estes com menorcapacidade de corrente. Os doiscapacitores de tântalo (C86 e C87),assim como os de 100 nF (C84 eC85), são essenciais para esse tipode regulador, pois combatem suatendência de oscilarespontaneamente.A placa de circuito impressodestinada à fonte está representadana figura 2. Como se pode ver, elaacomoda apenas os componentes docircuito básico; a pequena extensãode 5 V será montada naplaca-barramento.0 segundo detalhe diz respeito aum pequeno mas importante artifíciointroduzido no circuito do filtro passaaltas e que deixou de ser comentadono artigo anterior. Para explicá-lomelhor, reproduzimos novamenteuma parte desse filtro na figura 3(que corresponde à fig. 5 da1 ? parte). Ele se resume a umpotenciômetro e um resistor (Pi 7 eR11 7); este último foi ligado em sériecom o cursor do primeiro e com umadas entradas ("k") do amplificadorsomador (veja a fig. 6 da 1 ? parte).Nessas condições, uma parcela dosinal que deixa o filtro passa-altas(Al 1/Al 2) é "desviada” por PI 7 eadicionada à saída final, sem otratamento codificador. Consegue-secamuflar assim, até certo ponto, aausência do detector de sons surdose sonoros e do gerador de ruídoassociado. O "até certo ponto", nocaso, não significa apenas"razoável", pois os resultadoschegam a ser surpreendentes; umaboa opção, portanto, para os que nãopretendem incluir esse detector emseu vocoder.O mecanismo por trás desseartifício é bastante simples: quandohá falta de componentes de altafrequência no sinal portador, deixa dehaver sinal substituto em nívelsuficiente para os sons sibilantes dafala (tal como o "s", por exemplo);essa deficiência é compensada pelasaltas frequências do sinal original devoz, introduzidas e dosadas por PI 7.vocoder elektor.

1BIC2178L0515 V( -- 5VX1M6V315V -IC2279L05-05VFigura 1 — Fonte de alimentaçãodestinada ao vocoder, que é de um tipobastante convencional. Embora seja maisque adequada para o momento, não hámal em utilizar um transformador demaior potência, prevendo futurasampliações.Placas de entrada/saídae filtragemPara seguir em frente, foinecessário optar entre duasalternativas: repetir todos os circuitosda primeira parte ou pedir que osleitores nos acompanhassem com aedição de setembro ao alcance dasmãos. A segunda nos pareceubem mais prática e esperamos quetodos estejam de acordo.Relembrando então o artigoanterior, o diagrama geral de blocosapareceu na fig. 2, enquanto oscircuitos dos filtros passa-faixa,passa-baixas e passa-altas estão nasfigs. 3, 4 e 5, respectivamente.vocoder elektor.n? do requênciacentral2653905508001 200177026503900HzHzHzHzHzHzHzHzgama defrequências210320460640960144021003200 -320460640960144021003200460082 n56 n39 n27 n18 n12 n8n25n6O00TABELA 1ONa maioria dos casos, isto melhoradrasticamente a inteligibilidade dosinal codificado.Embora PI7 e R11 7 não tenhamsido citados na apresentação dosistema, foi previsto lugar paraambos nas placas de circuitoimpresso. Assim, o lado "vivo" dopotenciômetro vai ligado a uma ilhaassinalada com "PI 7", bem ao ladodo resistor R44 (a junção "x" dafigura 3), na placa do FPA; o outrolado, que vai à terra, e o cursor(ponto "f") devem ser acoplados naborda de conexões dessa mesmaplaca. Quanto a R11 7, foi"encaixado" na placa-barramento; aligação entre a extremidade inferiordesse resistor e a entrada doamplificador somador está previstasob a forma de uma trilha nessa placa.C92201 501006847474747nnnnnnnnCIOCl 133 n22 n15 n10 n6n86n86n86n833022015010068686868Tabela 1 — Os valores de C1.C11,destinados aos oito filtros passa-faixa,devem ser selecionados a partir destarelação.Comentamos também que o aparelhoiria ser totalmente modular, com umaplaca para cada estágio; esta partefoi cumprida, com a simplificaçãoadicional de uma placa única,padronizada, para todos os filtros. Otraçado dessa placa universal podeser visto na figura 4a, enquanto em4b, 4c e 4d temos, respectivamente,a disposição dos componentes dosfiltros passa-faixa, passa baixas epassa-altas (não esquecendo que oprimeiro deve ser repetido oito vezesno sistema).Os capacitores Cl .Cl 1, dos oitofiltros passa-faixa, tiveram seusvalores listados na tabela 1 — queestava na 1 ? parte da matéria, masaqui aparece novamente, ao lado dasoutras relações de componentes. Osmais observadores já devem ternotado que os capacitores dedesacoplamento da alimentação(C73.C76, 8 x C77 e 8 x C78) estãoausentes nas placas da figura 4. Elesdevem ser procurados, na verdade,entre os componentes daplaca-barramento.Em seguida, temos a placareferente ao módulo de entrada/saídaicujo circuito está na fig. 6 da 1 ?parte), representada na figura 5. Elatem exatamente as mesmasdimensões da placa de filtragem(70 x 168 mm), já que o sistema émodular e todas são montadas lado alado, encaixadas na placabarramento. Exceção feita, é claro, àDlaca da fonte, muito embora elatambém exiba essas dimensões, naeventualidade de algum montadordesejar fazer uma disposiçãodiferente da sugerida. Os capacitoresde desacoplamento desse estágio(C79 e C80) também foram parar naplaca-barramento, como os demais.elektor — 17

Figura 2 — Placa de circuito impressopara a fonte de alimentação. Como estáexplicado no texto, somente a parte de 15 V (fig. Ia) é montada nesta placa; ocircuito de 5 V deve ser alojado naplaca barramento.A montagem propriamente dita doscomponentes não deverá oferecerdificuldades — desde que não se façaconfusão entre as três modalidadesde placas de filtragem. Convém nãoesquecer também das pontes de fioexistentes em algumas placas; elasnão aparecem nas listas de materiais,mas desempenham um papelimportante no circuito. Repare ainda18— elektorque as ligações das placas com orestante do sistema foramconcentradas em suas extremidades;numa delas estão aquelasrelacionadas com os elementos dopainel frontal enquanto na outra ficao conector de 21 pinos.Nas placas de filtragem, istosignifica que a parte "frontal"contém as ligações para as tensõesde controle (Ucout e UCin, nos pontos"d" e "e" dos circuitos), a saídapara o LED e o acoplamento com ocontrole de nível de Ucin (8 x P3, P7 ePI 1). Quanto à parte "traseira" dasmesmas, exibe todas as chamadasconexões "internas", ou seja:entradas de fala e sinal portador(pontos "a" e "b"), saída codificada(ponto "c"), ligações com a fonte e,vocoder elektor.

Lista combinada do vocoder completo(em unidades de cada valor)Resistores (Ohms)- 21150—»16560-*16680- 131 k-*303,3 k104,7 k168,2 k— 2610 k-»1015 k-»2122 k-»727 k-»2733 k439 k—»7347 k-*256 k-»1068 k-*882 k7100 k -*12120 k —*4150 k -*2180 k -»2220 k-»111 MCapacitores (farads)33 pF1 nF-*5,6 nF6,8 nF8,2 nF10 nF12 nF15 nF18 nF22 nF27 nF33 nF39 nF47 nF56 nF68 nF-*82 nF100 nF1 50 nF180 nF220 nF330 nF390 nF470 nF1 /iF/6,3 V (tânt.) -*10 /iF/16 V22 /iF/16 V (tânt.) 4700 jiF/40 Vpara alguma aplicação especial (queserá descrita oportunamente), umsegund

r elektor eletrónica . A IMW dMf* Guia de Compras Santa Itinenia . Montagem cio vocoder Elektor Termômetro eletrônico linear Medida de tensão e corrente em de processamento paralelo alimentaçao . A grande novidade desta e das próximas edições é o Guia de Compras Sta. Ifigênia. Ele veio atender uma velha reivindicação