§1.2. Режим реального времени

В ряде применений вычислительных систем (напр. управление воздушным движением и т.п.) на обработку вводимых данных и выдачу результата накладываются жесткие временные ограничения, диктуемые темпом процессов в управляемом объекте. Такие системы работают в реальном масштабе времени.

Такая система соединена с некоторым внешним объектом и обрабатывает поступающую в нее информацию о его состоянии достаточно быстро для того, чтобы результат обработки мог использоваться для воздействия на процесс в объекте.

Общая схема такой системы показана на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3.

На рисунке 3 обозначены:

{x_i} – измеряемые параметры:

{y_i} – регулируемые параметры;

{f_i} – нерегулируемые и неизменяемые параметры (изменяющиеся со временем характеристики оборудования, шумы и т. п.);

Д – датчики;

ИМ – исполнительный механизм;

АЦП – аналоговый цифровой преобразователь;

ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь;

ДП – датчик прерывания.

На вход ЭВМ от датчика поступает измерительная информация о текущих значениях параметров x₁ … x_n. Цифровой вычислительный комплекс вырабатывает управляющие воздействия u₁ … u_m, для изменения регулируемых параметров y₁ … y_m с тем, чтобы управляемый процесс протекал оптимальным образом.

Датчики обычно выдают сигнал в аналоговой форме. Управляющие воздействия {u_i} также должны быть в аналоговой форме. Преобразования выполняют АЦП и ЦАП. Для уменьшения оборудования АЦП и ЦАП выполняются многоканальными. С помощью коммутатора преобразователь поочередно подключается к каждому датчику и осуществляет преобразование. Аналогично производится преобразование управляющих воздействий. Это управляющее воздействие аналоговое, например, напряжение. Оно фиксируется в данной цепи, то есть сохраняется неизменным до следующего цикла управляющего воздействия. Наибольшее распространение получил синхронный принцип связи, при котором процесс управления разбивается на циклы равной продолжительности, тактируемые таймером.

В ряде случаев необходима более тесная связь объекта с УВК. Тогда используется асинхронный способ связи. Вместо тактируемых сигналов в УВК поступают сигналы от датчиков прерывания, непосредственно связанных с объектом (например, конечных выключателей, датчиков аварийного состояния и т.д.).

Глава 2. Вычислительные системы §2.1. Классификация вс.

Вычислительные системы (ВС) – совокупность взаимосвязанных и согласованно действующих однотипных или не однотипных ЭВМ или процессоров и других устройств, обеспечивающих автоматизацию приема, обработки и выдачи информации потребителям. ВС представляет собой логическое следствие эволюции двух общих тенденций, проявляющихся при создании ЭВМ: стремления к модульной конструкции и стремления к организации параллельной работы различных устройств машины. ВС относятся к категории сложных систем. Сложные системы характеризуются следующими чертами:

• наличие единой цели функции для всей системы;

• сложность реализуемой функции;

• большое количество взаимосвязанных элементов;

• возможность деления системы на подсистему;

• иерархия связей подсистем и иерархия критериев качества;

• наличие взаимодействия с внешней средой и функционирование в условиях воздействия случайных факторов;

• наличие управления в системе и высокая степень его автоматизации;

• устойчивость к внутренним и внешним возмущающим факторам;

• надежность системы.

Одной из характерных черт сложных систем и вычислительных систем, в частности, является отсутствие единого критерия эффективности системы и наличия нескольких более или менее равнозначных критериев.

Современные ВС строятся на основе использования принципов параллельной обработки, то есть как параллельные системы. Цель такого режима – увеличить эффективность использования оборудования, свести к минимуму время решения и представить максимум удобств. При проектировании и эксплуатации ВС возникает ряд вопросов от решения, которых зависит эффективность системы. Основными из них являются:

1. Выбор оптимальной структуры ВС.

2. Оптимальное с точки зрения производительности распределение программ (частей) в системе.

3. Оптимальное распараллеливание алгоритмов.

4. Организация мультипрограммного режима работы.

5. Определение оптимального уровня централизации (при полной централизации недостаток – передача значительных массивов информации при обмене; при децентрализации недостаток – снижение качества управления за счет неполных сведений о состоянии элементов системы).

6. Оптимальное распределение и защита памяти.

Классификация ВС.

Существует множество классификаций вычислительных систем. Приведем некоторые из них.

По назначению ВС делятся на универсальные и специализированные.

По числу машин или процессоров принята классификация на одномашинные (однопроцессорные) и многомашинные (многопроцессорные).

По типу ЭВМ (процессоров) делятся на однородные и неоднородные.

По степени территориальной разобщенности принята классификация на ВС совмещенного и разобщенного типов. В разобщенной ВС информация по каналам к абонентам передается последующими кодами. Отсюда ясен недостаток.

По постоянству структуры рассматривают ВС с постоянной и переменной структурой. Система относится к типу ВС с постоянной структурой, если состав функциональных и управляющих связей и их ориентация остаются неизменными.

По степеням централизации управления ВС классифицируют на централизованные, децентрализованные и смешенные типы. В децентрализованной системе управление иерархично, то есть существует несколько уровней управления.

По временному режиму существуют ВС, работающие в оперативном и неоперативном временных режимах. Оперативный режим соответствует работе в реальном масштабе времени.