Введение к работе
Актуальность темы исследования.
. Внедрение микропроцессоров п микроЭВМ в различные отросли
народного хозяистяа одеяилается кйк одно из ваэкпейн'их
направлений научно-технического нрогроссо. Применение
микропроцессорной техники, обладающей широкими
функциональными возможностями, пакостью, точностью цифровых методов обработки, спссобстзует повышению уровня автоматизации процессов, позволяет осуществлять переход от централ изолонкой обра5отки информапхш к локальной я распределенной.
Накопленный к настоящему Бремени опыт эксплуатации
микропроцессорной техники в аначитсльнои степени улсрядочеп и
систематизирован. Однако ее иепольяонаяие в новых областях
вносит некоторые коррективы. Очевидны два основных
папрйзлентвд в прпмекошга микропроцессорных средств и систем.
Одно из них является традиционной областью вычислительной
техники. Это соэдауио утиичреальныч мини- и микроОВМ. Друг*^
связано с разработкой специалширодгщных микропроцессорных
устройств и систем. Их функциональные .возможности
ориентировали па реи-онпе некоторого (узкого) классп задач
конкретного приложения в тех случаях, когда построение систем
па основе универсальных средств но целесообразно вследствие
аппаратной и программной 5м\Зытсчности. Среди
микропроцессорных систем (МПС), относящихся ко второму
направлению, з работе рассмотрен класс МПС, функционирование
которых осуществляется по циклическим алгоритмам в рс-илг.пом
масштабе времени. Такие системы являются системами полевого
назначения, как правило, встроенными о объект кокїроля . и
управления. Характерной особенностью циклически
функционирующих систем является орго-.гшзация структуры
многоуровневых приоритетных прерываний. При отом наряду с
КЕ&зипараллельным выполнением программных алгоритмов
осуществляется порі ілельное выполнение операций,
реализованных а., царатным способом.
Повышение э4*ректштос'ш Функционаропантг МПС с циклическим алгоритмом функциоцнрояашт (ЦА<Г) езязяно с раарпботкой рациональных структур и алгоритмического ойесияченпя, позволяющих согМсоср.ть ко времени все процессы
переработки информации. Поиск рациональных решений осуществляется о учетом как общих закономерностей построения систем, так и специфических требований л ограничений, обусловленных формой представления входной информации, іінсциализацкей области использования, динамикой объекта или процесса.
Проведенные исследования позволяют разрешить одку ио *&туалыгых в настоящее іремя задач - повышение качества систем и эффективности их функционирования при ьешатащяп аатр&т.
Целт. диссертационной работы бйилю'шется в раоработке и совершенствовании способов повышения вффективности процессов переработки информации и формировании рациональных структур и алгоритмического обозначения МПС с ЦАФ в реальном масштабе времени.
Объектом исследований в диссертационной работе является класс специализированных МПС переработки информация о ЦАФ * реальном масштабе времени входящих в состав перархич* -ках пвтоматизироваяпых информационных и унровляющих систем.
Задачи исследования:
1) апаяиа требований к микропроцессорным средствам
обеспечения процессо;? переработки информации в информационных
и управляющих системах с ЦА.Ф;
2) об хгнованиз выбора основных (частних и обобщенного)
критериев оценки эффективности ередст» переработки информации
в реааьпоіі масштабе времени дли МПС с ЦА^ї
В) разработка обобщенного алгоритма поиска рационатьного варианта МПС с ЦлФ лухеи поэтапного аналиаа аагрулки процессора?
і) обоснование требований к выбору, рационального соотношения программных и аппаратных средств, обеспечивающих повышенно пропускной способности МПС переработки информации в роалі.влм масштабе ьремен" до пиклическому алгоритму;
5)- разработка элементов структур и алгорнтшгчоского обеспечения информационных МПС о ЦАФ, яооволяющих исследовать контролируемые нроцесси в реальном масштабе ьрвмияи;
0) разработка алгоритмического и программного обеспечения средств представления (отображения и документирования) іїяфорі'сщіхі;
7) экспериментальные иссладовашія эффективности предложенных алгоритмов на примере МПС контроля -л управления диполь-электрическими агрегатами (,'ДЗА), функционирующих я реальном масштабе времени.
Методы исследования основаны на функционально-структурном подходе к проектированию снецпализировааных систем переработки информации. Для решения поставленных задач используются основные положения теории множеств, теории мяссопого обслуживания, теория надежности, теории информации, теории алгоритмов, объоктво-орнонтировпнные дисциплины программирования. Исследования строятся па сочетании формального и звристичесхого подходов.
И а у 'і я а я новизна результатов дисн-иртацнониой работы заключается в следующем:
1) выделен класс МПС, функционирующих » реальной
масштабе зрахаик но циклическим алгоритмам, отличительно**
осг/'^злостыо которых является исподьаовянно многоуроьвоЕОй
структуры нриоритзтных прорываний.' Разработаны бобщопиыя
математические модели систем данного класса и npon,
переработки ь них информации. 13 обобщенном виде формализована
процедура ййяпмодействніт подсистем нвада, обработки и- гывода
информации в нродє хі ее переработки по циклическим
алгоритмам;
-
предложено формальноэ описания вероктностно-временішх соотношений при функционировании спетом с мяогоурошезыми абсолютными приоритетами, позволяющее оцепизпть устойчивость МПС при выполнении циклических алгоритмов в экстр«мпльяой ситуации;
-
разрйботсяа методика рациоаальяо'Ч организации щхщессоа переработки информации ?. МПС, счзноввпяая на Гф»2одзпип анализа загрузки процессора сядачаш* различны;: уровни приоритетов при рассмотрения еозлотжлт/х лернаптоа распредллопия функции агожяу «rrnapaav-jKrr' v. ярзгракжыки средствами с учетом временных ограшгчзвяіі. нри оргтяизедкн циклоп;
-
предложз' а прог.здура выбора, рационального соствошевші программных и аппаратных ерадстз за оеззове модифипирезакгого с учетом специфики рассматриваемого класса систем фувкционплі.нонугатнстїічеспого критерия;
б) разработаны алгоритмические л структурные решения для организации функциональных циклов высокой трудоемкости. Предложены модификации алгоритмов и структур как с использованием микропроцессорных средств, таї: н с использованием цифровых логичеедьх елементов с учетом различных вариантов представлення информации обслуживающему . персоналу.
Новизна технических решевга?, положенных в основу структурных реализаций, была подтверждена 2 авторскими свидетельствами.
На защиту вынося тел:
-
математические модели МПС с ЦАФ и кротекамще*. в ней в реальном масштабе времени процессов переработки информации;
-
процедур,* выбора критериев оценки качества и «>ффективности функционирования МГТС с ЦАФ;
-
алгоритм поиска рационального варианта системы .іутем нозтапного анализа загрузки процессора;
-
модифицированный для МКС с ЦАФ » реальном масштабе времени функционально-статистический критерий оценки оффективностн;
-
процедура распределения функций, выполняемых системой, между осноьиым и дополнительными циклами при организации системы прерываний для приоритетного решения задач;
-
ялгорптмпчески и структурные решения, иапольауемые в дополнительных циклах, в частности, при аяьлизе формы огибающей частотного сигнала ири статическом и динамическом отображении;
?) процедура выиора рационального соотношений аппаратных я программных средств и распределения функций основного и дополнительного пиклов между ними;
8) оценка оффективностн функционирования на этапе разработки МПС с ЦАФ в реальном масштабе времени;
G) результаты экспериментальных исследований.
Практическая ценность, работы. Полученные в рвбоче результаты и щ«длпгиемые алгоритмические п структурные решения применимы для инженерного синтеза снег :алиэировйнних МГШ, в которых переработка информации вроьслО.цит но циклическим алгоритмам ь реальном масштабе времени, п новвояяют оптимизировать временные, программные и апнпратаью иатрати.нц выполнение ялго^лмон сбора, обработки в
представления информации, увеличивая пропускало способность процессора при рациональной его загрузке. Разработалпыо структурные реалпзацгаг jj программное обеспечение обладают универсальностью и могут быть использованы в информационных я управляющих МПС с ЦАФ в реальном масштабе времени.
Реализация результатов работы.
Днссертапионнан работа выполнена в соответствии с тематикой плучпо.исслодовательсятгх работ университета* ГР № 0186,0051092 (шифр 26-20 "Разработка структуры унифицированного блока преобразования информации от датчиков судоаых систем и исследование функциональной машинной модели структуры"; ГР № 0187.0031193 (шифр 37-й) "Разработка микропроцессорной системы управлення тояливодозиризешкем для дизель-электрических агрегатов"; ГР N2 0191U004353 (шифр 329-1) "Дослідження принципі» створення та уніфікація мікропроцесорних систем регулювання палігвоьостачапиям дізвльшге двигунів потужність до 160 кВт".
Оеповпые результаты диссертационной работы были использованы при разре^тко и внедрсашт:
1) подсистемы первичной обработки информации
унифицированного блока преобразования информации в ОКБ
"иіериднад" г.Лешшгр^да с ожидаемым экономическим и
техническим эффектами (попользовано алгоритмическое
обеспеченна н структура подсистемы вмдь контролируемых
параметров, представленных аналоговыми сигналами: применена
процедура выбора рационального соотношения аппаратных и
программных средств; оденка эффективности функционирования
подсистемы выполнена с применением модифицированного
функционально-статистического критерия):
2) МПС управления тонлизодозирозонием (МПСІ'Т) и
контроля и загциты (МПСКЗ) для ДЗА г. ІХЖБД ПО "Хорьковс-киЛ
моторостроительный завод "Серп и молот" с техническом зффдктог-*
(применено сяопиализирозанпос програмта*.сс и алгоригмітаскоо
сСчч.ночепие ЬШСУТ и МПСКЗ: применена методлна іодлснальпой
opraawrerasm Процесса переработки информации з МПС;
предложены структурные п алгоритмические роБіеппя для
контроля в динамическом и статическом режимах оп5б8»я;еії
частотного сигнала: использован модифицированный для МПС с
ЦАФ в реальном масштабе времени а>ункціюнально-стй'ті:стпческіш '
критерий нри оценке эффективности функционирования на этапе разработки);
3) систем автоматизации ДЭА і ШШ "Дизель" (применены элементы структурных и алгоритмических решений).
Апробация работы. Основные роультаты
диссертационной работы докладывались и обсуждались не 3 и 4-й
Всесоюзных школах "Проектированш автоматизированных систем
контроля и управления сложными.объектами" (Харьков-Туапсе,
1988 г., ЮБО г.) , Всесоюзной неучно-техничоской школе
"Имитационные эксперименты с моделями сложных систем"
(Калининград, 1989 г.), Харьковской областной конференции
молодых ученых "Применение ПЭВМ н научных исследовягиях и в
учоопом процессе" (Харьков, 1989 г.), IV Международной
лопференции "Актуальные проблемы разработки
аг-томатианровянных систем управления" (Паланга, 1990 г,), научно-технической конференции "Автоматизированные системы проектирования и разработки аппарат: з-ирогрпммвых сетей" (Киев, 1990 г.), Международной школе "Проектирование автоматизированных систем контроля и управлении сложными объектами" (Харьков-Туапсе, 1992 г.)
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в отчетах о научно-исследовательских работах и 11 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введення, четырех разделов и заключения, изложенных на 136 страницах машинописного текста, 30 рисунков, 3 таблиц, списка использованных . источников из 109 наименований и б приложений.
