Вопрос 39. Программы организации и контроля вычислительного процесса

Группа этих программ включает в себя операционную систему реального времени, программы организации вычислительного процесса, группу программ обмена сигналами с внешними объектами и программы контроля и обеспечения устойчивости вычислительного процесса (рис. 2.1).

Программами организации вычислительного процесса являются: программа начального пуска ПНП, центральный диспетчер ЦД, программа тактирования периодических вычислений ПТПВ, программа представления данных ППД, местный диспетчер МД, программа взаимодействия с внешним запоминающим устройством ПВ ВЗУ и программа взаимодействия с другими ЭВМ (ПВ ЭВМ).

Программа начального пуска (ПНП) формирует, контролирует и кор­ректирует исходную информацию, необходимую для обеспечения заданного режима функционирования информационно-управляющей системы. Про­грамма начинается с запрета прерываний и внешнего обмена информацией, очистки внешних регистров и ОЗУ и тестирования всех узлов системы. По­сле этого вводятся исходные данные, системная информация, корректируется астрономическое время (осуществляется оператором) и устанавливаются на­чальные значения датчиков реального времени. Затем осуществляется пуск внешних устройств, разрешаются обмен информацией и прерывания, после чего управление передаётся программе "Центральный диспетчер".

Программа начального пуска включается оператором при запуске сис­темы и центральным диспетчером периодически или при изменении внешних условий.

Центральный диспетчер (ЦД) включает группы программ, управляет интервалами времени, выделяемыми для решения каждой задачи, изменяет приоритеты функциональных задач в зависимости от времени, необходимого для их решения, фактического времени, затраченного для решения каждой задачи и поступающей внешней информации. Центральный диспетчер рас­пределяет также объёмы памяти между задачами и следит за своевременно­стью их решения. Для выполнения этих функций центральный диспетчер ис­пользует программу тактирования периодических вычислений ПТПВ. Цен­тральный диспетчер включается после завершения каждой группы программ.

С помощью программы тактирования периодичности вычислений (таймеров) (ПТПВ) осуществляется контроль счётчиков реального времени и запись заявок на включение соответствующих программ в соответствии с за­данной временной диаграммой работы системы. Таким образом, функциями ПТПВ являются: контроль работы счётчиков реального времени, подготовка заявки на включение периодических программ с учётом времени последнего включения и заданной периодичности, учёт времени выдачи заявок на вклю­чение периодических программ и корректировка времени очередного вклю­чения, формирование сигналов о происшедших включениях периодических программ.

Местный диспетчер (МД) управляет последовательностью включения функциональных программ, которая выполняется в соответствии с приорите­тами этих программ, определёнными центральным диспетчером.

Функции МД: анализ заявки на включение программ в соответствии с дисциплиной обслуживания, корректировка таблицы заявок после выбора очередной программы, подготовка исходных данных и передача управления выбранной программе.

Программа подготовки данных (ППД) осуществляет преобразование данных, поступающих от внешних устройств в вид, удобный для работы функциональных программ и наоборот данные расчёта преобразуются в вид, удобный для передачи внешним устройствам. Данные от внешних устройств могут поступать в закодированном виде. ППД дешифрирует сигнал и кон­тролирует его неискажённость. ППД, кроме того, осуществляет перезапись сообщения из буферной памяти входящих сообщений в массив, подлежащий обработке в данный момент времени.

Для передачи сообщения внешним устройствам ППД накапливает его в ОЗУ, формирует из него кадр сообщения, в котором указывается адрес внеш­него устройства, определяется очерёдность передачи сообщений в соответст­вии с их приоритетами.

Программы взаимодействия с другими ЭВМ, С помощью этих про­грамм обеспечивается межмашинный обмен информацией, производится пе­рераспределение функциональных задач между машинами, выработка и реа­лизация решения на переключение внешних устройств при изменении пото­ков информации и отказов отдельных устройств системы.

Программы обмена с внешними устройствами можно разделить на : программу приёма сообщения (ППС) и программу выдачи сообщения (ЛВС). Эти программы могут включаться от ПТПВ или по сигналам внешних уст­ройств через диспетчера прерываний (ДПР). Если внешние устройства раз­решают доступ в любое время, ППС может включаться центральным диспет­чером.

Функции ППС: преобразование сообщения, передаваемого последова­тельно во времени в параллельный код, накопление поступающей информа­ции и её преобразование в сообщение заданной разрядности и структуры, маркирование поступившего сообщения номером внешнего устройства и временем приёма, определение буферной зоны памяти и места, где должно храниться сообщение; ввод сообщения в буферную память в соответствии с заданной дисциплиной и приоритетом сообщения, регистрация его приёма и места нахождения; контроль процесса заполнения буферной памяти входной информацией и защита от переполнения памяти и искажения информации.

Программа выдачи сообщения ПВС включается при наличии подго­товленного к выдаче сообщения и готовности канала к передаче. Основные функции ПВС: сравнение шифров подготовленных сообщений и освободив­шихся каналов, выбор конкретного сообщения из совокупности накопивших­ся в буфере, с учётом времени их подготовки и уровнем приоритета, вывод слов сообщения в канал передачи данных, регистрация завершения передачи сообщения, адреса освободившегося места в буферном накопителе и его объ­ёма.

Программы контроля и обеспечения устойчивости функционирования системы включают в себя следующие программы: анализа сбоев (ПАС), ана­лиза загрузки процессоров (ПАЗ), датчик тестов (ДТ), а также программы функционального контроля (ПФК), контроля обмена (ПКО) и контрольной задачи (ПКЗ).

Программа анализа сбоев ПАС включается либо устройствами, кон­тролирующими кратковременные отказы, либо контролирующими блоками функциональных программ. При этом ПАС решает следующий комплекс за­дач:

- статистическая обработка и регистрация выявленных сбоев с распре­делением по видам устройств и программ. При этом могут записываться и условия, при которых произошли сбои;

- выработка решения по ликвидации последствий или уменьшения по­терь, вызванных сбоями;

- выдача на табло оператору характеристик выявленных искажений и мер, принятых для ликвидации их последствий.

Программа анализа загрузки ПАЗ регистрирует текущую загрузку про­цессоров и выявляет их максимальную загрузку. При этом прогнозируется возможность сбоев системы в результате перегрузки процессоров. Програм­ма предлагает пути устранения перегрузки (перераспределение функцио­нальных программ между ЭВМ или процессорами, изменение интенсивности поступления периодических задач, изменение дисциплины обслуживания заявок и т.д.). В некоторых системах выводятся на индикацию для операто­ров данные о загрузке и принятых решениях.

В информационно-управляющих системах, как правило, используются две программы функционального контроля: одна из них работает совместно с работающей системой, вторая включается только при проверке и тестирова­нии системы. Для функционирования второй программы используется дат­чик тестов ДТ. Задачей первой программы является обнаружения факта отка­за системы, вторая программа позволяет найти отказавший узел.

Контроль исправности устройств вывода и ввода информации осуще­ствляется с помощью программы контроля обмена ПКО. На внешние уст­ройства подаются такие воздействия, реакция на которые известна. Это по­зволяет проверить как исправность устройств вывода и ввода, так и правиль­ность работы соответствующих программ.

Программа контрольной задачи ПКЗ предусматривает отключение внешних устройств и их замену имитаторами (макетами). Исправность сис­темы проверяется путём сравнения полученных результатов с эталонами. Программа контрольной задачи часто используется для обучения операторов.