Содержание к диссертации
Введение
1. Задача создания и исследования измерительно-вычислительных систем коллективного пользования для автоматизации физических экспериментов 14
1.1. Применение ЭВМ в экспериментальных исследованиях 14
1.2. Программно-управляемые магистрально-модульные структуры - основа построения современных систем автоматизации экспериментальных исследований 15
1.3. Особенности функционирования системы автоматизации экспериментов коллективного пользования 19
1.4. Показатели для оценки производительности измеритель-но-вычислйт№льных систем коллективного пользования 22
1.5. Обзор методов оценки производительности измерительно-вычислительных систем 24
1.6. Комплекс средств измерения и натурного моделирования для анализа работы измерительно-вычислительных систем 30
Выводы 32
2. Измерительно-вычислительная система коллективного пользования (ИВСКП) ИРЭ АН СССР 33
2.1. Концептуальная модель физического эксперимента, проводимого в интерактивном режиме, и требования, предъявляемые им к производительности ИВСКП 33
2.2. Общий подход к построению и оценке производительности систем автоматизации экспериментальных исследований 38
2.3. Структура и логическая организация ИВСКП 40
2.4. Аппаратное обеспечение сопряжения ЭВМ с лабораторными экспериментальными подсистемами 48
2.5. Организация программных средств для работы с крейтами КАМАК 49
2.6. Примеры использования ИВСКП для автоматизации физического эксперимента 55
2.6.1.Лабораторная подсистема для исследования пле ночных переходов сверхпроводник-изолятор-сверх проводник 55
2.6.2.Автоматизация исследования микроконтактов сверхпроводников и сверхпроводников с нормальным металлом 56
2.6.3.Подсистема исследования шумовых свойств объектов со слабой связью 57
2.6.4.Подсистема исследования рекомбинационного излучения многочастичных экситон-примесных комплексов (МЭПК) 57
2.6.6.Подсистема автоматизации спектроскопии поглощения в газовых средах электромагнитного излучения инфракрасного и видимого диапазона длин. волн 58
Выводы 59
3. Аппаратно-программный монитор для измерения статистических характеристик ИВСКП 60
3.1. Модель рабочей нагрузки ИВСКП 60
3.2. Логическая организация и принцип работы монитора 65
3.3 Таймер-анализатор состояний в стандарте КАМАК 66
3.4. Программное обеспечение монитора 72
3.5. Пример использования аппаратно-программного монитора для измерения статистических характеристик функционирования ИВСКП 85
Выводы 92
4. Исследование производительности ивскп методом натурного моделирования 93
4.1. Принцип построения системы для натурного моделирования 95
4.2. Программная и аппаратная реализация системы натурного моделирования 97
4.2.1. Синтетическая программа для моделирования программ проведения интерактивного физического эксперимента 97
4.2.2. Реализация модели ввода и вывода информации с терминала 101
4.2.3. Реализация модели экспериментальной установки 103
4.3 Исследование характеристик обслуживания эксперимен тальных подсистем ИВСКП 104
Выводы 109
Заключение 1
Литература 11
Приложение 122
- Особенности функционирования системы автоматизации экспериментов коллективного пользования
- Общий подход к построению и оценке производительности систем автоматизации экспериментальных исследований
- Пример использования аппаратно-программного монитора для измерения статистических характеристик функционирования ИВСКП
- Синтетическая программа для моделирования программ проведения интерактивного физического эксперимента
Введение к работе
Современное экспериментальное исследование представляет собой сложный процесс измерения, обработки и представления результатов, в котором все большую долю приобретают многообразные вычислительные средства, призванные взять на себя различные рутинные операции, не требующие интеллектуальных усилий экспериментатора. При этом роль человека-экспериментатора в таких системах остается существенной. Взаимодействие экспериментальной среды, вычислительной системы и человека-экспериментатора невозможно представить простыми моделями, а описание различных сторон этого взаимодействия столь разнообразно, что породило новую область исследований - автоматизацию научных исследований [1]. В настоящее время существует значительное множество работ, посвященных изучению особенностей этого взаимодействия, и, в частности, исследований, связанных с анализом систем для автоматизации научных исследований на базе магистрально-модульных структур, выполненных в стандарте КАМАК [2].
В институтах общефизического профиля экспериментальная среда обладает следующими особенностями [3]:
имеется большое количество экспериментов с различными информационными характеристиками;
эксперименты независимы друг от друга;
эксперименты распределены по всей площади института;
экспериментальная среда постоянно изменяется, появляются новые эксперименты, видоизменяется или прекращается проведение старых.
Естественно потребовать, чтобы система для автоматизации таких экспериментов могла:
- удовлетворять требованиям как больших, так и малых эксперимен
тов, удаленных друг от друга и от ЭВМ в пределах одного здания;
давать доступ к дорогой периферии всем экспериментам;
быть адаптивной к постоянно изменяющейся экспериментальной среде;
обладать, по возможности, наименьшей удельной стоимостью вычислительных средств в расчете на один эксперимент.
Одним из возможных решений, удовлетворяющих вышеперечисленным требованиям, является мультипрограммная вычислительная система коллективного пользования, работающая в реальном масштабе времени и содержащая в качестве интерфейса с экспериментами магистрально-модуль-ные структуры в стандарте КАМАК. Подобная система обладает следующей совокупностью особенностей, отличающую ее от систем коллективного пользования, применяемых в других областях [4]:
наличие разнообразных функций (измерение, хранение, отображение, обработка), часть из которых должна выполнятся в реальном масштабе времени;
"реальное" время системы определяется скоростью протекания исследуемых процессов;
необратимость части исследуемых процессов;
интерактивность системы (в ходе исследовательского процесса происходит постоянное "вмешательство" человека-экспериментатора) ;
наличие сложной системы сопряжения с объектами измерения;
необходимость в развитых средствах контроля характеристик функционирования.
Одной из важных проблем организации работы такой системы является выбор критериев производительности и обеспечение максимально допустимой совокупности одновременно обслуживаемых, независимых и конкурирующих друг с другом экспериментов при удовлетворении выбранным критериям производительности [5].
Целью настоящей работы является создание и исследование систе-
мы автоматизации коллективного пользования на основе центральной ЭВМ и распределенной совокупности средств сопряжения ЭВМ с экспериментом, использующей последовательную КАМАК-магистраль, предназначенной для автоматизации независимых лабораторных физических экспериментов .
Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения.
В первой главе диссертации рассматриваются особенности построения и функционирования измерительно-вычислительных систем коллективного пользования для автоматизации экспериментальных исследований, а также задачи, связанные с оценкой производительности таких систем.
Проведенный анализ существующих на сегодняшний день систем автоматизации экспериментальных исследований показал, что современные системы коллективного пользования создаются, как правило, в соответствии с двумя основными схемами:
система с центральной ЭВМ, работающей в режиме разделения времени между экспериментальными установками [28];
распределенные системы, в которых небольшие ЭВМ, обслуживающие по одному эксперименту, объединяются в локальные сети [26].
Каждая из этих схем имеет свои собственные достоинства и недостатки. Так распределенные системы не имеют мощных центральных ресурсов, а в системах с центральной ЭВМ эксперимент располагает минимальными локальными средствами сопряжения с экспериментальной установкой и диалога человека с ЭВМ.
Таким образом представляет интерес создание систем, которые при относительной дешевизне объединяли бы в себе достоинства как центра-лизованнных, так и распределенных систем. Одним из привлекательных структурных решений подобной системы автоматизации является система с центральной ЭВМ и интерфейсом в стандарте КАМАК, позволяющая представлять каждую локальную экспериментальную подсистему с крейтом
КАМАК в виде квазинезависимой виртуальной машины, то есть такой системы, в которой влияние отдельных локальных подсистем реального времени друг на друга сводится лишь к изменению темпа работы этих подсистем.
На основании обзора методов оценки производительности ЭВМ и настройки их под заданную рабочую нагрузку делается вывод о том, что, ввиду сильной зависимости производительности, а следовательно характеристик виртуальной машины, от рабочей нагрузки системы, возникает необходимость специальной методики и комплекса средств для оценки работы такой системы в зависимости от совокупности проводимых с помощью ее экспериментов с целью выбора максимально допустимого количества одновременно работающих экспериментов при удовлетворении заданным критериям эффективности работы системы.
При этом основными задачами исследования являются:
определение принципов построения и логической организации системы коллективного пользования для автоматизации лабораторных физических экспериментов в интерактивном режиме;
построение модели рабочей нагрузки такой системы;
разработка методики оценки параметров рабочей нагрузки системы в рамках заданной модели и формирование синтетической рабочей нагрузки;
построение натурной модели функционирования такой системы с использованием синтетической рабочей нагрузки;
разработка аппаратно-программного монитора для получения статистических характеристик функционирования ИВСКП;
экспериментальное исследование функционирования ИВСКП при различных параметрах проводимых с ее помощью автоматизированных физических экспериментов.
Во второй главе диссертации предлагается концептуальная модель физического эксперимента, проведимого в интерактивном режиме, в
рамках которой схема физического эксперимента состоит из трех основных составных частей: человека - экспериментатора, экспериментальной установки и программы проведения эксперимента, исполняемой на ЭВМ. Программа проведения эксперимента может находиться в состоянии ожидания команд экспериментатора и запросов на обслуживания от экспериментальной установки, а также выдавать информацию о ходе эксперимента и посылать команды КАМАК для управления экспериментальной установкой.
Далее на основе этого излагается общий подход к построению и логической организации ИВСКП для автоматизации лабораторных физических экспериментов, заключающийся в предоставлении каждой экспериментальной подсистеме части ресурсов системы в зависимости от потребностей эксперимента. Затем описывается разработанная и реализованная на основе этого подхода измерительно-вычислительная система коллективного пользования на базе центральной ЭВМ и интерфейса связи с экспериментальными установками, выполненного в виде последовательной магистрали КАМАК.
Разработанное системное программное обеспечение, являющееся расширением операционной системы "SINTRAN III-VS", позволяет представить каждую экспериментальную подсистему, функционирующую в рамках ИВСКП, как независимую виртуальную ЭВМ, управляющую экспериментальной установкой и включающую в себя центральный процессор, накопитель на магнитных дисках, дисплей и от одного до четырех крейтов КАМАК.
В третьей главе диссертации предлагается модель рабочей нагрузки ИВСКП, представляющая собой совокупность независимых экспериментов, каждый из которых описывается в виде полумарковской модели с непрерывным временем и единичной глубиной связности, и генерирующая запросы процессору на программы проведения эксперимента, ввод и вывод с терминала, обмен с накопителем на магнитных дисках и обмен информацией с экспериментальными крейтами КАМАК на уровне обращений к
операционной системе. Для измерения параметров модели рабочей нагрузки и статистических характеристик функционирования ИВСКП предложен и реализован аппаратно-программный монитор и соответствующий пакет программ обработки результатов измерения. Монитор работает как программный монитор с аппаратной системой фиксации интервалов времени между контрольными точками и состояний,соответствующих этим контрольным точкам. Приводится пример использования монитора для наблюдения текущих статистических характеристик функционирования ИВСКП и параметров модели рабочей нагрузки.
Четвертая глава диссертации посвящена исследованию производительности ИВСКП методом натурного моделирования^ помощью синтетической рабочей нагрузки, которая реализуется в виде набора синтетических программ, отображающих конкретный эксперимент, функционирующий в рамках ИВСКП. Система натурного моделирования позволяет проводить экспериментальное исследование ИВСКП, а именно получать экспериментальные зависимости времени реакции системы на запрос различных ресурсов, коэффциенты замедления программ проведения экспериментов в зависимости от числа одновременно проводимых экспериментов. При этом синтетическая программа строится в виде определенной последовательности обращений к ресурсам ИВСКП. Для более адекватного представления взаимодействия экспериментов с системой автоматизации разработаны аппаратно-программные средства, реализующие имитацию ввода с терминалов команд экспериментаторов и формирования запросов экспериментальных установок на обслуживание ЭВМ в соответствии с задаваемыми законами распределения времен их формирования. Аппаратная часть этих средств использует для моделирования каждой экспериментальной установки три стандартных модуля КАМАК, помещенных в крейт.
Научная новизна работы. Получены следующие оригинальные результаты :
предложена структура распределенной измерительно-вычислительной системы коллективного пользования на основе центральной ЭВМ и последовательной магистрали КАМАК для сопряжения с экспериментальными установками и сформулированы критерии для оценки ее производительности.
разработана и введена в эксплуатацию измерительно-вычислительная система коллективного пользования на основе центральной ЭВМ и маги-стрально-модульной структуры КАМАК для сопряжения с экспериментальными установками.
с целью настройки данной системы для удовлетворения выбранным критериям предложена и реализована методика анализа функционирования ИВСКП на основе комплекса средств для измерения и моделирования поведения ИВСКП при различной рабочей нагрузке.
предложена модель рабочей нагрузки ИВСКП, представляющая собой совокупность независимых экспериментов, каждый из которых описывается полумарковской моделью с непрерывным временем и единичной глубиной связности.
предложен и реализован аппаратно-программный монитор для определения параметров функционирования ИВСКП и рабочей нагрузки в рамках предложенной модели рабочей нагрузки, позволяющий определять события , происходящие в системе с точностью 0.0001 сек и потребляющий не более 5% ресурсов ИВСКП.
для прогнозирования поведения системы при подключении новых экспериментов предложена и реализована натурная модель функционирования ИВСКП, использующая синтетическую рабочую нагрузку.
получены экспериментальные зависимости времени реакции системы на запрос различных ресуров и коэффицентов замедления программ проведения экспериментов от числа и сложности одновременно проводимых экспериментов.
Практическая ценность. Созданная измерительно-вычислительная
система коллективного пользования позволяет одновременно проводить до 24 автоматизированных физических экспериментов. С помощью предложенной методики анализа функционирования системы возможно прогнозирование ее поведения при различной рабочей нагрузке и, в зависимости от этого, определить дисциплину обслуживания проведения автоматизированных экспериментов. Полученные результаты могут найти применение при создании проблемно-ориентированных измерительно-вычислительных комплексов для автоматизации научных исследований.
Результаты работы внедрены в Институте радиотехники и электроники АН СССР, СКБ ИРЭ АН СССР и Всесоюзном научном центре хирургии АМН СССР.
Основные положения диссертации докладывались на У1 Всесоюзной конференции "Автоматизация научных исследований на основе применения ЭВМ", (Новосибирск", 1981), У11 Всесоюзной конференции по планированию и автоматизации эксперимента в научных исследованиях (Москва, 1983) и 11 Международном симпозиуме "Автоматизация и научное приборостроение 83" (Варна, 1983).
Основные результаты диссертации опубликованы в б научных трудах.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, трех приложений и содержит 84 страниц основного текста, 23 рисунка и 3 таблицы.
Особенности функционирования системы автоматизации экспериментов коллективного пользования
Существует устойчивый подход к построению систем автоматизации экспериментальных исследований. В простейшем случае отдельная ЭВМ обслуживает один эксперимент или группу экспериментов, работая по расписанию. Затем эти ЭВМ объединяются в единый комплекс, включающий в себя, как правило, ЭВМ различных классов с различной производительностью и ресурсами [24-26]. Подобный комплекс создается в течение длительного времени и по мере необходимости к нему подключаются новые эксперименты, а также дополнительные вычислительные средства. Кроме этого из него исключается устаревшее оборудование или заменяется на более высокопроизводительное. Подобные комплексы имеют обычно иерархическую структуру.
Использование разнородной техники порождает ряд недостатков, таких как наличие сложных интерфейсов и протоколов обмена между ЭВМ, отсутствие или трудность организации единых банков данных или программ для всех ЭВМ, потребность в многочисленном высококвалифицированном обслуживающем персонале, трудности, связанные с различной элементной базой.
Более перспективными являются системы однородных ЭВМ, предназначенные для автоматизации экспериментов. Подобные системы создаются обычно в составе крупных научных объектов, таких, как ускорители частиц высоких энергий [108]. В этих случаях нельзя сказать, что все эксперименты, проводимые на ускорителе, независимы друг от друга, и поэтому такие системы создаются как единое целое. Главным преимуществом этих систем является полная программная совместимость всех ЭВМ, общий банк данных и библиотека программ для обслуживания отдельных функциональных блоков.
Однако использование одной ЭВМ, обслуживающей один эксперимент, трудно оправдать с экономической точки зрения [27], так как редко бывает, чтобы эксперимент проводился круглосуточно или хотя бы значительную часть суток. В любой области знания имеется большое количество экспериментов, требующих в ходе их проведения участия человека-экспериментатора, многие пользуются ресурсами ЭВМ с большой скважностью. Это бывает в том случае, когда короткий цикл измерения сменяется длинным циклом подготовки экспериментальной среды к работе с ЭВМ или циклом обдумывания полученных результатов.
Следовательно, при проведении таких экспериментов имеется возможность использовать одну ЭВМ для проведения нескольких экспериментов в режиме разделения времени работы ЭВМ. Сообщения о реализации таких систем уже имеются [28,29] тем более, что многие ЭВМ имеют эффективные операционные системы, обеспечивающие разделение ресурсов ЭВМ между различными пользователями.
Подобные системы имеют следующие особенности: - одновременное ведение нескольких экспериментов; - наличие разнообразных функций, выполняемых в реальном масштабе времени; - интерактивный характер процесса экспериментирования, обусловленный присутствием человека-экспериментатора; - существование критического времени ответа ЭВМ на запрос от эксперимента на обслуживание, по истечении которого происходит потеря информации вследствие необратимости наблюдаемого физического процесса; - изменяемость экспериментов в течение длительных интервалов времени; - высокие пиковые нагрузки в системе. Такая система имеет следующие преимущества по сравнению с системами "один эксперимент - одна ЭВМ": - вычислительные мощности используются более эффективно и обходятся дешевле в расчете на один эксперимент; - вожможность перераспределения ресурсов ЭВМ между экспериментами и использование всех ресурсов ЭВМ одним экспериментом в течение короткого интервала времени; - полная программная совместимость отдельных экспериментальных подсистем; - вожможность организации центрального банка данных. В дальнейшем такая система будет называться измерительно - вычислительной системой коллективного пользования (ИВСКП). С другой стороны основными недостатками таких систем являются: - отсутствие автономных средств проведения экспериментов, что в случае выхода из строя центральной ЭВМ приводит к прекращению проведения сразу всех экспериментов, подключенных к системе; - зависимость характеристик функционирования системы от количества одновременно проводимых экспериментов. Повышение общей надежности вычислительных систем приводит к тому, что среднее время наработки на отказ в настоящее время очень велико и равняется нескольким месяцам, что во много раз превышает время проведения одного эксперимента, а время восстановления системы равняется нескольким часам [109]. В результате этого отсутствие автономных средств проведения экспериментов нельзя считать большим недостатком.
Второй недостаток ИВСКП более серьезен, однако если изменение характеристик функционирования находится в заданных пределах, удовлетворяющих требованиям экспериментов, то в этом случае возможна эффективная работа ИВСКП.
Общий подход к построению и оценке производительности систем автоматизации экспериментальных исследований
Работа системы организована следующим образом. После загрузки и запуска прикладных программ проведения эксперимента вводятся параметры обработки экспериментальных данных, и мини-ЭВМ переходит в режим ожидания поступления блоков данных от микро-ЭВМ или команд об изменении режима работы. Микро-ЭВМ после загрузки и запуска программы выдает сигнал общего сброса, запускает необходимые модули и переходит в режим ожидания прерывания от внешних устройств или модулей КАМАК. После поступления сигнала прерывания микро-ЭВМ определяет источник запроса и начинает исполнять программу по обслуживанию данного запроса. По сигналу прерывания от консольного алфавитно-цифрового дисплея микро-ЭВМ переходит к специальной программе изменения режимов функционирования системы. При этом датчики продолжают работать.
Система позволяет определять и выводить в реальном масштабе времени на алфавитно-цифровой дисплей экспериментатора информацию о текущем диаметре волокна, среднем диаметре и его дисперсии, зависимости суммарных и дифференциальных потерь света в волокне от длины вытянутого волокна, мгновенной и средней скорости вытяжки и ее дисперсии в процессе вытяжки, длине вытянутого волокна.
При создании автоматизированной установки разработан ряд новых технических решений [53], а пакеты программ для проведения эксперимента прошли экспертизу на новизну и приняты в Государственный фонд алгоритмов и программ [55,56].
Из описания эксперимента видно, что он состоит из трех главных составных частей: человека-экспериментатора, экспериментальной установки и вычислительной системы, между которыми происходит непрерывный обмен командами и данными (рис.2.2). При этом вычислительная система играет в данной ситуации особую, только ей присущую роль связующего звена между человеком и физической средой. Значение ручного управления в таких системах, как правило, невелико и носит вспомогательный характер на подготовительных этапах эксперимента. Таким образом, основу автоматизированного эксперимента составляет программа, исполняемая в ЭВМ, которая периодически переходит в режим ожидания команд от экспериментатора, определяющего общий ход эксперимента, и ожидания запросов от экспериментальной установки в процессе готовности экспериментальных данных.В результате вышеизложенного можно сделать вывод, что автоматизированный эксперимент можно описать с помощью последовательности состояний, таких как ожидание команды от экспериментатора, ожидание запроса от экспериментальной установки, генерация команд управления установкой, отображение полученных данных, запись данных на магнитный носитель. В каждом состоянии используется какой-либо ресурс вычислительной машины, и переход в новое состояние связан с предоставлением эксперименту нового ресурса ( ввод-вывод, магистраль КАМАК или накопитель на магнитном диске).
Таким образом, качество функционирования вычислительной системы в автоматизированном эксперименте можно оценить временем предоставления экспериментальной установке или экспериментатору того или иного ресурса системы. Чем меньше это время, тем лучше с точки зрения потребителя работает система.
В системах коллективного пользования, в которых различные ресурсы системы делятся между экспериментальными подсистемами, это время будет меняться в зависимости от количества экспериментов, обслуживаемых системой, и их характерных особенностей, таких как интенсивность команд управления, частота запросов на тот или иной ресурс и т.п. Поэтому качество работы таких систем можно оценить с помощью максимально допустимого времени предоставления ресурса.
За прошедшие 5 лет было сообщено о создании большого количества автоматизированных систем, предназначенных для сбора, обработки, хранения и представления данных в экспериментальных исследованиях, как у нас в стране, так и за рубежом. Причем, все описываемые системы можно разделить на три класса: - многопроцессорные системы или однопроцессорные системы коллективного пользования; - крупные специализированные системы, предназначенные для автоматизации узкого класса экспериментальных исследований; - малые системы автоматизации лабораторного масштаба, предназначенные для обслуживания небольшого числа экспериментальных установок в режиме индивидуального пользования.
При создании этих систем было решено много сложных технических задач, среди которых в числе первых следует отметить реализацию аппаратно-программной системы коммутации сообщений [128], создание операционных систем реального времени, обеспечивающих квазинезависимый режим работы отдельных экспериментальных подсистем [108], разработку программных средств, обеспечивающих диалоговое проведение эксперимента [57]. Наряду с чисто практическим вкладом в развитие средств автоматизации, ценность таких систем состоит также в том, что они представляют собой богатейшую экспериментальную базу для изучения систем широкого спектра сложности. Они дают возможность проанализировать большое число допустимых вариантов системной реализации и сделать статистически надежные выводы об их эффективности для большого числа внешних условий.
Пример использования аппаратно-программного монитора для измерения статистических характеристик функционирования ИВСКП
Таким образом, работа экспериментатора по программированию модулей КАМАК сводится к написанию программы этой работы на одном из языков высокого уровня (ПАСКАЛЬ, ФОРТРАН, БЭЙЗИК) с использованием следующих подпрограмм для генерации команд КАМАК и обслуживания LAM - запросов, которые хранятся в системном библиотечном файле: (PACK-ONE: SYSTEM)CAMLIBR:BRF.
Подпрограмма CRINT используется для включения крейт-контроллера в последовательную магистраль КАМАК и для выполнения команд инициализации (Z) и сброса (с) в крейте. Исполнение подпрограммы CRINT обязательно при первом обращении к крейту после включения питания.
Вызов подпрограммы: 1С - целая переменная, содержащая номер крейта в подсистеме; ICL - целая переменная, в случае ICL=1 в крейте исполняется команда общего сброса (С); IZ - целая переменная, в случае IZ=1 в крейте исполняется команда инициализации (Z); IREPLY - целая переменная, в которую заносится ответ от крейта, содержащий информацию о состоянии шин X и Q, ошибках при исполнении команд КАМАК, номер крейта, в котором исполнялась команда. Для генерации единичной команды КАМАК используется подпрограмма CAMDR. Вызов подпрограммы: CALL CAMDR(DATA,IREPLY, 1С, IN,IA, IF) ГДЄ: DATA - целая переменная двойной точности, которая содержит данные, если команда чтения или записи; IREPLY - та же что и в подпрограмме CRINT; 1С - та же что и в подпрограмме CRINT; IN - целая переменная, содержащая номер станции в крейте; IA - целая переменная, содержащая субадрес; IF - целая переменная, содержащая номер функции КАМАК; Для генерации последовательности команд КАМАК используется подпрограмма CAMBL . Все команды последовательности предварительно записываются в целочисленный массив в формате, показанном на рис.2.8. Вызов подпрограммы: CALL CAMBL(ARRAY,NUM ) ГДЄ: ARRAY - целочисленный массив, содержащий последовательность команд КАМАК; NUMC - целая переменная, содержащая количество команд КАМАК в блоке. Подпрограмма работает следующим образом. Операционная система считывает первое слово массива ARRAY, дешифрует команду КАМАК, и, если это - команда записи, то данные, содержащиеся во втором и третьем словах, пересылаются в соответствующий модуль. Если соответствующая команда - команда чтения, то эта команда исполняется и данные записываются в массив ARRAY , во второе и третье слово, предназначенные для данных. Если дешифрованная команда - команда управления, то два слова, предназначенные для данных, не используются и их значение не меняется. Затем операционная система считывает следующую команду и т.д., пока не будут исполнены все команды из блока. По сравнению с единичной командой КАМАК, выполняемой с помощью подпрограммы CAMDR , данная подпрограмма позволяет увеличить скорость исполнения отдельной команды КАМАК приблизительно в десять раз (для достаточно длинных блоков команд). Для обслуживания LAM - запросов, генерируемых модулями КАМАК, ИСПОЛЬЗУЮТСЯ Подпрограммы ONLAM И INLAM. Вызов подпрограммы: CALL ONLAM(1С,LAM,ISTAT) где: 1С - целая переменная, содержащая номер крейта в лабораторной ПОДСИСТеме; LAM - номер станции в крейте 1С, пославшего LAM - запрос; ISTAT - статусная информация, сопутствующая LAM - запросу. Подпрограмма работает следующим образом. Если к моменту вызова данной подпрограммы от модуля крейта 1С был послан LAM - запрос, который хранится в буфере LAM - запросов, то исполнение программы не прерывается, а переменным LAM и ISTAT присваиваются соответс-вующие значения. При этом приоритет программы в системе возрастает. Если к моменту вызова подпрограммы LAM - запрос не послан, то программа, управляющая экспериментальной подсистемой, переходит в режим ожидания, который продолжается до тех пор, пока не придет LAM - запрос. После этого программа продолжает исполняться с более высоким приоритетом. Приоритет программы, устанавливаемый после прихода LAM - запроса, задается системным программистом, ответственным за эксплуатацию системы, в зависимости от типа эксперимента, обслуживаемого данной программой, и служит средством, позволяющим упорядочить распределение ресурсов ИВСКП между различными лабораторными подсистемами. Подпрограмма INLAM стирает буфер LAM - запросов, посылаемых крейтом КАМАК лабораторной подсистемой. Данная программа используется в том случае, когда необходимо точно знать время прихода нужного LAM - запроса. Вызов подпрограммы: CALL INLAM(1С) 1С - целая переменная, содержащая номер крейта в лабораторной подсистеме.
Синтетическая программа для моделирования программ проведения интерактивного физического эксперимента
После этого программа очищает буферную память таймера анализатора состояний и разрешает посылку им LAM - запроса в случае заполнения буферной памяти (рис.3.4, блок 3). Затем инициализируется система прерывания ЭВМ "Норд-10" (рис.3.4, блок 4), в результате чего к сигналу прерывания по LAM - запросу, выставленному таймером-анализатором, привязывается программный модуль RBUF считывания содержимого буферной памяти и записи отрезка трассы в файл на НМД.
В блоке 5 (рис.3.4.) задается частота тактового генератора таймера-анализатора состояний в соответствии с выбранными контрольными точками. Это связано с тем, что максимальный интервал времени между соседними контрольными точками, для фиксации которого требуется одно слово буферной памяти, равен
В случае задания слишком большой частоты генератора при фиксации длинных интервалов времени между соседними контрольными точками требуется слишком большое количество ячеек буферной памяти, что, в свою очередь, приводит к существенным временным искажениям в работе ИВСКП. С другой стороны, с увеличением частоты генератора возрастает точность измерения интервалов времени. Поэтому для выбора необходимой частоты генератора тактовых импульсов таймера-анализатора состояний необходима предварительная оценка интервалов времени между соседними контрольными точками.
В блоке б (рис.3.4) командой N F(26) А(2) разрешается работа таймера-анализатора состояний, после чего начинается процесс измерения интервалов времени между моментами прохождения системой контрольных точек и запись этих интервалов и номеров контрольных точек в буферную память таймера-анализатора.
Модуль обработки прерывания запускается каждый раз, когда таймер-анализатор выставляет LAM - запросы в случае наполнения буферной памяти. Блок-схема RBUF показана на рис.3.5. Подпрограмма обработки прерывания RBUF запускается каждый раз, когда буферная память таймера-анализатора состояний заполнена на 3/4 ее объема. Это связано с тем, что процесс считывания и записи трассы на НМД идет в системе как фоновая задача, благодаря чему уменьшаются искажения, вносимые в работу ИВСКП аппаратно-программным монитором. В результате этого другие процессы в ИВСКП продолжают проходить через контрольные точки, пополняя тем самым буферную память. Такой режим работы возможен только тогда, когда скорость наполнения буферной памяти меньше скорости переноса отрезка трассы на магнитный диск. В противном случае происходит полное заполнение буферной памяти, что вызывает генерацию нового LAM - запроса, по которому приоритет в системе становится наивысшим и вследствие этого происходит освобождение буферной памяти таймера-анализатора (рис.3.5, блок 7). Затем приоритет RBUF снова падает до уровня фоновой задачи.
В программном модуле RBUF происходит определение конца интервала измерения. В этом случае запрещается работа таймера-анализатора состояний с помощью команды N F(24) А(2) , вызов подпрограмм контрольных точек и закрывается файл, содержащий трассу работы ИВСКП.
Контрольная точка, вставляемая в операционную систему, представляет собой короткую подпрограмму, вызываемую каждый раз при выполнении операционной системой определенных действий. В созданном аппаратно-программном мониторе - это выполнение процессором команд, расположенных по заданному адресу оперативной памяти (К) . Вместо заданной и следующей за ней командой операционной системы вставляется команда безусловного перехода по заданному адресу: К JMP I 1 ; команда безусловного перехода по адресу, хранящемуся в следующей ячейке памяти. к+1 ADDRESS ; адрес измерительной подпрограммы контрольной точки.
Блок-схема измерительной подпрограммы контрольной точки показана на рис.3.б. При этом выполняется следующая последовательность действий: запоминается состояние регистров (рис.3.б, блок 1); проверка разрешения работы таймера-анализатора с помощью команды N F(8) А(2) (рис.3.б, блок 2); если ответ от таймера Q=1, то производится посылка контрольной точки (рис.3.6, блок 3), в противном случае программа переходит к блоку 5; проверка окончания записи в буферную память (рис.3.б, блок 4), если Q=0, то команда повторяетя; восстановление регистров и исполнение команд операционной системы, находящихся в месте вызова измерительной процедуры контрольной точки (рис.3.б, блок 5,6); возврат к операционной системе.
В данном мониторе для каждой контрольной точки необходимо иметь собственную измерительную подпрограмму. Это связано с тем, что операционная система для ЭВМ "Норд-10" SINTRAN-III/VS поставляется в неперемещаемом объектном коде, и поэтому команду вызова измерительной подпрограммы можно вставить только вместо двух команд операционной системы, которые затем исполняются после измерительной подпрограммы. Далее необходимо отметить, что одна измерительная подпрограмма может посылать не один номер контрольной точки, а несколько в зависимости от других событий в системе. Например, измерительная подпрограмма вызывается каждый раз в момент прихода сигнала прерывания от любого терминала ввода/вывода, а затем в блоке 3 (рис.3.б) в зависимости от номера терминала определяется номер контрольной точки.
