WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 14 |

Общее ПО включает в себя: ПО управления - совокупность программ, предназначенных для управления функционированием системы ( вычислительный процесс, ввод - вывод, контроль работоспособности системы и ее модулей) в процессе реализации прикладных измерительных программ и при разработке новых программ; ПО разработки программ - совокупность программ, используемых в качестве вспомогательных средств на всех этапах разработки программ ( от ввода программ на языках высокого уровня до проверки функционирования программ в реальном масштабе времени).

Рис. 2. Структура программного обеспечения ИВК Специальные ПО обычно реализуются в виде пакетов прикладных программ (ППП);

ППП стандартногоматематического обеспечения- совокупностьпрограммреализациистандартныхметодов (математическойстатистики, вычислительнойматематики, интегральногоисчисленияи др.) при решенииразличныхприкладныхзадач;

ППП специального назначения - совокупность программ, разрабатываемых для решения задачи или класса задач (определенного вида измерительного эксперимента или совокупности экспериментов), как правило, на базе ППП стандартного математического обеспечения;

ППП метрологического обеспечения - совокупность программ аттестации измерительных средств ИВК (измерительные модули, каналы, алгоритмы) в автоматическом режиме в процессе эксплуатации системы.

Операционная система ( ОС) - это совокупность программ, обеспечивающая определенный уровень эффективности цифровой вычислительной системы за счет автоматизированного управления ее работой и набора услуг, предоставляемого пользователям ( ГОСТ 15971-84). Операционная система является посредником между ИВК и пользователем, она анализирует, интерпретирует запросы и обеспечивает их выполнение. Запрос пользователя указывает на требуемые действия, необходимые для их выполнения ресурсы и представляется в виде задания на языке, который называется языком управления заданиями.

Операционная система пакетной обработки - система, которая обеспечивает обработку заданий, поступающих в виде последовательных пакетов данных на входных устройствах; во время обработки нет взаимодействия между пользователеми его заданием, а время ответа ИВК есть время выполнения задания.

Операционная система разделения времени - система, которая обеспечивает одновременное обслуживание многих пользователей, работающих в режиме непосредственной связи с ЭВМ, и позволяет каждому пользователю взаимодействовать со своей программой и данными. Это достигается разделением времени работы процессора и других ресурсов ИВК между пользователями таким образом, что гарантируется ответ на каждую команду пользователя в течение выделяемого ему "кванта времени".

Операционная система реального времени - система, которая обслуживает процессы, протекающие в устройствах, работающих в режиме непосредственной связи с ЭВМ. Эти процессы (например, синхронизированный из мерительный эксперимент - с точной фиксацией моментов измерения) имеют жесткие ограничения на время ответа: если запросы не будут вовремя обработаны, нарушается ход процесса, что приводит к неправильным результатам. Такие ОС часто проектируются специализированными, ориентированными на конкретный измерительный эксперимент.

Современные ОС обеспечивают выполнение любого из перечисленных типов взаимодействия.

Языки программирования.

ИВК программируется на различных уровнях - от кодов до алгоритмических языков.

Все языки в зависимости от назначения можно разделить на два класса:

машинно-ориентированные и проблемно-ориентированные.

К машинно-ориентированным языкам относится ассемблер. Это язык символьного кодирования для конкретной ЭВМ. В процессе трансляции символьные адреса преобразуются в действительные машинные в соответствии с распределением памяти, которое автоматически выполняет транслятор. Для того чтобы избавить программиста от необходимости написания одинаковых частей программ, в ассемблере имеются макросредства, которые позволяют программисту задавать некоторую последовательность команд (макроопределение, организация библиотеки макрофункций). Программирование на ассемблере требует глубокого знания организации аппаратных средств ЭВМ и довольно трудоемко. Целесообразность использования машинно-ориентированного языка (ассемблера, си) определяют два фактора:

1) эффективность получаемой машинной программы, зависящая только от квалификации программиста и ресурсов ЭВМ;

2) универсальность языка. На нем программируется любая задача, которая вообще может быть решена на данной машине. Этот фактор является определяющим при программировании в измерительных системах, так как задачи там, как правило, связаны с программированием средств измерительных каналов (управление режимами работы модулей канала), предобработкой данных (часто в реальном времени) и окончательной обработкой их и выдачей на устройства индикации или документирования в удобном, часто нестандартном, виде.

В настоящее время широкое применение получил язык си, имеющий несколько основных типов объектов: символы ( байты), целые числа - короткие, длинные и определенные архитектурой ЭВМ, а так- же числа с плавающей запятой. Это позволяет настраивать язык на разные виды ЭВМ с различной разрядной сеткой. Язык си намного проще в использовании и эффективнее ассемблера.

Проблемно-ориентированные языки различаются по форме записи и содержанию в зависимости от класса задач, для которых они разработаны. Применяемые в этих языках операторы ( манипуляции данными, управления программой, ввода-вывода, спецификации, обращения к подпрограммам) значительно облегчают программирование. Развитые библиотеки подпрограмм дают возможность программисту за минимальное время и с минимальными затратами создавать сложные программы для решения сложных научно-технических задач. Однако ресурсы системы часто используются неэффективно, не сокращается до минимума время решения. Решение задач в реальном времени на языках высокого уровня практически невозможно.

Перевод программы с языков высокого уровня на машинный осуществляют программы-трансляторы.

Компилятор - это транслятор, у которого исходным является язык высокого уровня, а объектным - язык низкого уровня, например ассемблер или вариант машинного языка с абсолютными или относительными адресами.

Транслятор с ассемблера - это программа, у которой входным является ассемблер, а выходным - машинный язык конкретной ЭВМ (коды).

Загрузчик - это транслятор, у которого выходом является программа с абсолютными адресами, готовая к выполнению на ЭВМ, а входом - программа на машинном языке ( с относительными адресами), не привязанная к конкретной области ОЗУ и адресам внешних устройств.

1.3. Показатели качества ИВК В соответствии с ГОСТ 26.203-81 ИВК относится к средствам измерений и, следовательно, технические характеристики ИВК условий эксплуатации, устойчивости к внешним факторам, хранению, электропитанию, изоляции, радиопомехам и другие регламентируются ГОСТ 22261-82 [2]. Характеристики надежности определяются как и для любого средства измерения.

Метрологические характеристики. Для ИВК наиболее распространенным подходом к нормированию метрологических характеристик является разделение аппаратно-программных средств ИВК на тракты и каналы и нормирование характеристик этих трактов и каналов. Определение метрологических характеристик при этом производится расчетным методом, а их проверка путем введения в программное обеспечение ИВК специальных программ (метрологического программного обеспечения). Такой подход нашел отражение в нормативно-технических документах (ГОСТ 26.203-81, МУ 25.505-82).

Качество реализации алгоритмов в ИВК зависит от ряда факторов, таких, как точность и быстродействие; диапазон изменения и форма представленных входных и выходных величин; чувствительность, помехоустойчивость; схемотехническая надежность; параметры окружающей среды; продолжительность работы; масса, габариты, потребляемая мощность; простота или сложность обслуживания, квалификация обслуживающего персонала и т.д.

Обобщенный показатель качества функционирования ИВК представляет собою многомерный вектор W, зависящий от указанных выше параметров, которые, в свою очередь, зависят как от входного потока данных X, так и от параметров самой системы Y, т.е.

W = F[a(X,Y)], (1) где а - частный параметрический показатель; F- некоторый функционал, объединяющий частные показатели.

Информационная эффективность W характеризует способность ИВК ИЭ обеспечивать максимально возможные информационные показатели в предпо ложении полной работоспособности всей аппаратуры и идеальных условий ее эксплуатации.

Основные показатели информационной эффективности- точность и быстродействие (производительность), которые могут быть выражены посредством частных показателей: статистическая относительная погрешность 8; средняя квадратическая погрешность ; частота преобразования или снятия отчетов V;

скорость изменения значения сигналов S; пропускная способность С; спектр (полоса пропускания), время действия и динамическая составляющая сигнала и канала соответственно Fs, Ts, Ds, FK, TK, DK; разрешающая способность сигнала и канала mS, mK и др.

Таким образом, WИЭ = F1(,, V, S, C, FS(K), TS(K), DS(K), mS, m...). (2) K В качестве основы для оценки ИЭ ИВК могут быть приняты нормируемые метрологические характеристики измерительных приборов по ГОСТ 8.009-84.

Конструктивная (схемотехническая) эффективность WКЭ характеризуется возможностью использования ИВК для решения поставленных задач в конкретных условиях.

Основные показатели КЭ - габариты Г, масса М, потребляемая мощность Р, число элементов (модули, узлы, блоки) nЭЛ, коэффициент взаимозаменяемости элементов КВЗ, т.е.

WКЭ = F2(Г, М, Р, n,К,...). (3) ЭЛ ВЗ В качестве частных показателей КЭ могут быть использованы относительные величины, например КЭ = n /ГМР, (4) ЭЛ КЭ = n К /rCТ, (5) ЭЛ ВЗ где - стоимость прибора.

rCТ Эксплуатационная эффективность WЭЭ характеризует условия эксплуатации ИВК, обеспечивающие достижение максимальных показателей ИЭ.

Основные показатели ЭЭ: коэффициент выбора оптимальной операционной системы КОС, наличия или отсутствия модулей программного обеспечения КПО возможности использования аппаратуры КАП и другие, т.е.

WЭЭ = F3(К,К,К,...). (6) ОС ПО АП Информационная надежность W характеризует правильность протекаИН ния информационных процессов в ИВК в заданном интервале времени при заданных внешних условиях (в том числе при воздействии помех) в предположении полной исправности аппаратуры.

Информационная надежность ИВК зависит от таких факторов, как форма представления информации (аналоговая S или цифровая N); соотношение мощности полезных сигналов PS и помех Ph, спектра сигналов FS и полосы пропускания каналов FK, времени действия сигналов TS и каналов TK; способы повышения помехоустойчивости (фильтрация, корреляция, избыточное кодирование и др), т.е.

WИН = F4(S, N, РS/Ph,FS/FK,TS/TK,K...), (7) ПУ где КПУ - коэффициент, характеризующийспособ повышения помехоустойчивости.

В качестве частных показателей ИН могут быть использованы следующие [2]: потенциальная помехоустойчивость, вероятностный показатель погрешности, информационный показатель (H) = 1 - (H(x/y) /H(x) ), (8) i i i где х и у - входной и выходной сигнал; H(x)i - энтропия входного сигнала i-гo элемента; H(x/y)i - условная энтропия, характеризующая интенсивность помех;

0 (H)i 1; H(x) H(x/y) 0.

Конструктивная (схемотехническая надежность) WКН определяется безотказной работой элементов ИВК в заданном интервале времени при заданных внешних условиях, в предположении, что отсутствуют помехи и сбои.

Конструктивная надежность зависит от числа элементов n, их интенЭЛ сивности отказов, продолжительности работы t коэффициента резервироваР ния, параметров окружающей среды (температура t, влажность rВЛ и др.) и рез других факторов, т.е.

WКН = F5(n,рез, t, to, rВЛ,...). (9) ЭЛ Р Эксплуатационная надежность WKH характеризует условия эксплуатации ИВК, обеспечивающие максимальную сохранность технических характеристик аппаратуры.

Основные показатели ЭН - количество резервного оборудования nрез время обнаружения и устранения неисправностей - время простоя tПР.

Частные показатели ЭН - коэффициент готовности аппаратуры К = t /(t + t ) ; коэффициент профилактики К = t /t ; коэффициент Г Р Р ПР КП Р ПР квалификации обслуживающего персонала КВК и др. Таким образом, WЭН = F6(n,К,К,К,...). (10) рез Г ПР КВ Приборная работоспособность ИВК может быть определена как WПР = WПЭ WПН или WПР = WИР WКР, где WПЭ = WИЭ WКЭ, WПН = WИН WКН, WИР = WИЭ WИН, WКР = WКЭ WКН.

Для интегральной оценки приборной работоспособности ИВК можно использовать обобщенный критерий качества. В соответствии с этим критерием в техническом задании для ИВК должны быть указаны требуемые показатели ИЭ -, ИН - ТЗ, КЭ - ТЗ, КН - РТЗ, затем границы их допустимых отклоТЗ нений, а также коэффициенты значимости показателей приборной работоспособности.

Показатель качества функционирования ИВК по параметру определяется как Е = 1 - /, доп где. (11) = max{ -, - факт }.

max доп min Аналогично определяются показатели качества E, E,EP.

Интегральная оценка качества функционирования ИВК производится суммированием частных показателей качества с учетом нормированных коэффициентов значимости q:

E = q E + qE + qPEP, (12) где qi = Qi/ Qi = Qi/(Q + Q + QP ); I принимает значения,,, Р, Qi ; - не нормированные коэффициенты значимости Qi 1.

При оценке качества решения задачи необходимо учитывать влияние эксплуатационных факторов, которые, как правило, снижают показатели приборной работоспособности ИВК.

Таким образом, все рассмотренные показатели имеют конкретное аналитическое выражение, что позволяет производить сравнительную оценку ИВК.

1.4. Принципы проектирования ИВК Существует две принципиально различные методики проектирования:

итеративная (снизу вверх), иерархическая (сверху вниз).

При итеративном подходе проектирование начинается с выбора так называемого нулевого варианта структуры системы. Этот вариант формируется на базе прототипных образцов или исходя из интуитивных представлений проектировщика.

Выбранная архитектура является основой для разработки функциональной модели, которая может быть аналитической или имитационной.

Аналитические модели допускают исследование поведение объекта аналитическими методами без привлечения средств вычислительной техники (например, использование теории интегрально-дифференциальных уравнений, теории систем массового обслуживания, матричного исчисления и т.д.). Все остальные модели могут быть отнесены к классу имитационных.

Создание моделей существенно упрощается при наличии банка моделей прототипной системы и компонентов. В этом случае проектировщик исследует поведение системы в новых условиях эксплуатации или с отличными режима ми обслуживания. Выбранная модель должна обеспечить возможность параметрической оптимизации по заданным критериям. На этом этапе используются автоматизированные методы проектирования или эвристические методы последовательного приближения. Проектирование рассматривается как процесс проб и ошибок, который через последовательные приближения приводит к системе, удовлетворяющей заданным критериям точности и производительности.

Анализ производительности и точности желательно сочетать с анализом конструктивной и информационной надежности, для чего модели системы должны быть соответствующим образом усовершенствованы.

В случае сложности или невозможности создания комплексных информационно-надежностных моделей можно проводить одновременные исследования и усовершенствования на концептуально различных моделях, но при этом неизбежны трудности многопараметрической оптимизации.

Иерархический подход к проектированию предусматривает синтез системы из базового набора компонентов по заданным критериям эффективности.

При этом подразумевается, что полученный вариант системы будет удовлетворять всем установленным спецификациям и не нуждается в дополнительных исследованиях. К настоящему времени подобные глобальные методы еще не разработаны, хотя существуют частные методы, относящиеся к некоторым этапам проектирования систем. В связи с этим находят применение иерархические процедуры синтеза систем по уровню абстракции моделей, отличающихся уровнем детализации.

Возможно применение смешанных методик, учитывающих как итеративный, так и иерархический подход.

В рамках рассмотренных методик и при блочно-модульном принципе построения возможны два подхода к созданию ИВК: индивидуальная разработка и проектная компоновка.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 14 |






















© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.