Фон – неймановской структурой

В качестве примера использования схемы рассмотрим принцип работы компьютера по отношению к его клавишам. Клавиши являются датчиками (Д), при нажатии которых в память (ЗУ) записывается двоичный код, соответствующий данной клавише. Запись идет по прерыванию, возникающему при нажатии клавиши. Специальная программная система (операционная система), заложенная в компьютере, по типу прерывания определяет тип и назначение клавиши и вызывает соответствующие программы обработки. Например, если была нажата буква или цифра для высветки на мониторе, то потребителем информации (буквы или цифры) является монитор, на котором с помощью специальных программ высвечивается нажатая буква или цифра.

Схема рис.1.5.1 может быть использована как исходный инструмент (модель) для начального этапа разработок СРВ. Например, она показывает важную особенность ввода и вывода информации. При вводе любые виды сигналов от датчиков д.б. преобразованы в двоичный код, применяемый в ЗУ. При выводе информации к потребителям она д.б. преобразована в сигналы, которые «понятны» потребителям.

Несмотря на большое разнообразие СРВ, их базовыми компонентами (своего рода фундаментом) являются:

► процесс(ы) в ОУ, (которые подлежат управлению в реальном времени);

 

 

► процесс (ы) в реальном времени (управление процессами в реальном времени);

► база данных процессов в реальном времени.

На основе такого «фундамента» строятся остальные программные компоненты СРВ.

Как указывалось в разделе 1.4, практически все компьютеры сейчас фон – неймановского типа. Таким образом, принципиальное единообразие построения УУ (фон – неймановская структура) показывает, что акцент на начальной стадии разработки должен быть сделан не на УУ, а на ОУ (процессов в них), многообразие которых безгранично.

Большой класс объектов управления составляют программируемые логические функции, к которым относятся функции, принимающие логические значения: 0 или 1; «да» или «нет» и т.д. Например: установление соединения – логическая функция (абонент поднял / положил трубку; набрал или не набрал цифру;). проверка устройств – (выданная в устройство команда отработала правильно или не правильно). Эффективным направлением в методологии (совокупность методов (принципов), упрощающих разработку сложных систем) разработки таких объектов является табличный метод проектирования программируемых логических функций (см. лабораторную работу, курсовую или контрольную), который основывается на:

● выделении функций объекта;

● аксиоматизации функций (выделении своего рода «исходных кубиков»), на основе которых разрабатываются функции;

● подборе соответствующего типа таблиц для «связывания» аксиоматических «кубиков»;

● табличном построении выделенных функций;

Затем, с учетом реализации функций в реальном времени, разрабатываются:

■ программа обработки выбранной таблицы;

■ программы реализации «исходных кубиков».

Типовая структурная схема ПО СРВ. При всем разнообразии процессов управления объектами в СРВ его ПО разделяется на:

► функциональное (ФПО);

► операционная система(ОС).

В операционную систему входят средства реализации управления ФПО в реальном времени, которые предназначены для управления ресурсами системы и процессами, использующими эти ресурсы. Наиболее типовыми ресурсами в СРВ являются время и память. В принципиальном плане ОС имеют достаточно типовые проектные решения, ибо принцип управления объектами различной физической природы в реальном времени един («проталкивание» см. разд.1.3).

В функциональном ПО реализуются конкретные алгоритмы взаимодействия с объектами управления. Несмотря на большое принципиальное разнообразие функциональных процессов, на уровне «датчики – потребители» ФПО имеет типовую структуру, представленную на рис.1.5.2. Здесь датчики (Д) выдают сигналы (информацию) от объекта управления, а потребители (П) получают сигналы (информацию), выработанную УУ для управления объектом

Компоненты ФПО на рис.1.5.2 представлены в виде подсистем:

► ввода информации от Д;

► обработки информации;

► выдачи результатов обработки к П.

Подсистема ввода реализует сбор информации от Д. Результаты ее работы используются как входная информация в подсистему обработки информации.

 

Подсистема обработки информации реализует ее обработку в соответствии с программами преобразования информации от Д в информацию для П. Результаты ее работы используются как входная информация в подсистему выдачи результатов.

 

 

Рис.1.5.2 Типовая структура ФПО СРВ

 

Подсистема выдачи результатов выдает информацию потребителям (П).

Операционная система управляет компонентами ФПО в режиме реального времени. (Исторически операционная компонента называется «операционной системой», хотя по отношению к СРВ она – подсистема).

Схема на рис.1.5.2 может использоваться как исходный инструмент (модель) для начального этапа разработок ФПО. Она не отменяет инженерного мышления, но ориентирует его в определенном направлении.

Схема на рис.1.5.2 может использоваться так же и при ознакомлении с ФПО реальной СРВ. В этом варианте она используется как «типовой каркас» ФПО и задача инженера сводится к нахождению и соотнесению компонент реального ФПО и каркаса (принцип «ЧТО есть ЧТО?»).

Разработка ПО для СРВ является наиболее сложным типом разработок программного обеспечения (например, решения отдельных задач не временно’го характера). Сложность заключается в системной характеристике СРВ. Нужно не только разработать алгоритмы (и программы по ним) обработки информации от Д и выдачи информации к П, но и «уложить» потоки информации от Д и к П, в, как правило, жесткие временны’е рамки. В настоящее время высокие скорости микропроцессорной техники позволяют существенно упростить задачи такого типа.

Применение механизма прерывания в СРВ массового обслуживания для входных сигналов от Д и выдачи сигналов к П зависит от числа датчиков и сложности процесса обработки. При большом числе датчиков и сложной реализации процесса обработки резко усложняется механизм взаимодействия программ в процессе обработки из – за не синхронности появления прерываний. Целесообразность применения прерываний находится в пределах от единиц до 2 – 3 сотен.