Система автоматизации исследований Советский патент 1982 года по МПК G06F15/16 

(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для автоматизац научных и прикладных, преимущественн океанологических, исследований в реальном времени. Известна вычислительная система, содержащая две ЭВМ, соединенные через линию связи, к которым через каналы подключаются штатные периферийные устройства, а через интерфейсные блоки (блоки шин) - различная исследовательская аппаратура . Такая система обладает некоторой децентрализацией в обработке научной информации, однако степень этой децентрализации невелика. Кроме того, система имеет низкую надежность, поскольку при выходе из строя ЭВМ невозможно проводить соответствующий эксперимент. Известна система на судне содержащая две ЭВМ, соединенные между собой. К каждой ЭВМ через входящие в каналы мультигшексор, аналого-цифровой преобразователь и блок управления подключены периферийные устройства судовые датчики и приборы (измерители скорости, гирокомпасы, магнитометры, гравиметры, эхолот и т. д.) 2}. Такая система также не позволяет обеспечить высокую производительность комплексных исследований из-за централизации всех аппаратных и программных средств. Целью изобретения является повышение производительности системы за счет проведения децентрализованной параллельной обработки информации на разных уровнях концентрации аппаратных и программных средств. Цель достигается тем, что в систему автоматизации исследований, содержащую две ЭВМ второго уровня, два канала первого уровня и М внешних устройств, введены два канала второго уровня, два блока сопряжения, два адаптера, коммутатор, причем информационные входы-выходы ЭВМ второго уровня соединены с первыми информационными входамй-выходами соответствуюишх каналов второго уровня, входы-вы ходы сопряжения которых через соотве .ствующие блоки сопряжения соединены между собой, входы-выходы управления ЭВМ второго уровня подключены к входам-выходам управления соответствующих адаптеров, вторые информационные входы-выходы каналов второго уровня подключены к первым входам-выходам соответствующих адаптеров, вторые входы-выходы которых соединены через кoм yтaтop с блоком шин, к которому подключены N каналов первого уровня, в каждый из которых введена ЭВМ перв го уровня, первые входы-выходы которой соединены с первым блоком сопря жения, вторые входы-выходы соединены через второй блок сопряжения с общей шиной, к которой через соответствующие блоки сопряжения подключены М внешних устройств. На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемой системы для автоматизации исследований, преимущест венно океанологических; на фиг. 2 структурная схема ЭВМ первого уровня на фиг. 3 - структурнг1я схема канала второго уровня; на фиг. 4 - структур ная схема ЭВМ второго уровня; fea фиг. 5 - структурная схема блока сопряжения; на фиг. 6 - структурная схема коммутатора; на фиг. 7 - струк турная схема адаптера. Предлагаемая система /для автомати зации исследований, преимущественно океанологических, имеет две ЭВМ вто рого уровня 1 и 1о , два канала . рого уровня 2 и 2п, два блока сопря жения 3 и 3-,, два адаптера 4 блок коммутации 5, первый блок 6, каналы первого уровня , дый из каналов первого уровня содержит первый блок сопряжения 8, ЭВМ первого уровня 9, второй блок сопряжения 10, второй блок щин 11, М тре тьих блоков сопряжения , М внешних устройств . К входам внешних устройств 13 подключены датчики, например, для исследования оке ана. Вторые входы-выходы каждой ЭВМ второго уровня 1 и IQ соединены с первыми входами-выходами каждого ка2 . и 2, первые нала второго уровня . входы-выходы ЭВМ второго уровня Ц и 1г соединены с третьими входами-вы ходами адаптеров 4 и 4л. Вторые вход 1-выхояы каналов второго уровня 7 2 И 2 п соединены с вторыми входамивыходами блоков сопряжения 3 и 3. Третьи входы-выходы каналов второго уровня 2 и 2 0 соединены с первыми входами-выходами адаптеров 4 и 4п. Вторые входы-выходы двух адаптеров 4 и 4п соединены с первыми и вторыми входами-выходами блока коммутаций 5, третьи входы-выходы которого соединены с входами-выходами первого блока шин 6, другие входы-выходы которого соединены с входами-выходами первого блока сопряжения 8 в каждом из N каВторыеналов первого уровня входы-выходы первого блока сопряжения 8 соединены с первыми входамивыходами ЭВМ первого уровня 9, вторые входы-выходы которой соединены с первыми входами-выходами второго блока сопряжения 10. Вторые входы-выходы блока сопряжения 10 соединены с входами-выходами второго блока шин 11, другие входы-выходы которого соединены с первыми входами-выходами третьих блоков сопряжения , соединенных вторыми входами-выходами с входами-выходами внешних устройств 13 -13цд Первые входы-выходы блока сопряжения 3 соединены с первыми входами-выходами блока сопряжения Зг. В состав ЭВМ первого уровня входит общая щина 14, к которой подключены процессор 15, ОЗУ 16, пульт оператора 1 7 и дисплей 18. Вьщеление каналов второго уровня в самостоятельный функциональный элемент связано с необходимостью обслуживания всех каналов первого уровня в реальном времени. В связи с этим каналы второго уровня могут строиться по структуре общая шина, но в качестве модулей будут использоваться специализированные процессоры (для возведения в степень, логарифмирования, преобразования форматов данных, аппроксимации и т. д.) накопителя на магнитных лентах и дисках и другие запоминающие устройства. При этом для местного управления модулями канала второго уровня может использоваться модуль программного управления. Но наряди с местным управлением в канапе второго уровня в предлагаемой системе обеспечена возможность управления этих каналов со стороны ЭВМ второго уровня. Канал второго уровня имеет общую шину 19, к которой подключены модуль программного управления 20, накопи5тель на МД 21, накопитель на МЛ 22, также спецпроцессоры 23 23л, Наличие двух низших высокопроизво дительных уровней локальной и тактической обработки данных позволяет существенно разгрузить и тем самым снизить требования к каналу ввода-вы вода ЭВМ второго уровня. Все освободившиеся за счет этого ресурсы ЭВМ второго уровня в данной местности ис пользуют для повышения производитель ности стратегической обработки данных. В качестве ЭВМ второго уровня можно использовз,ть, например, СМ, ЭВ также построенные по структуре общая шина, к которой подключены ряд процессоров, ОЗУ, дисплеев, накопите лей на магнитных дисках для хранения всех основных пакетов программ иссле дований: на языке высокого уровня для стратегической обработки, на ассемблере - для тактической обработки в кодах машины - для локальной обработки.- Таким образом, в предлагаемой системе реализуется иерархия как аппаратных так и программных модулей, что обеспечивает дополнительное повы шение производительности исследований. В состав к ЭВМ второго уровня входит общая шина .24, ряд процессов 25-1-25, дисплей 26 и накопители на МД 21,-27. Блок сопряжения содержит регистр ввода 28 и регистр вывода 29. Коммутатор содержит регистр команд 30, дешифратор 31, буферный регистр 32, а также две группы вентилей 33 и 34. Адаптер имеет регистр команд 35, дешифратор 36, два блока вентилей 37 и 38° а также два буферных регистра 39 и 40. Предлагаемая системав отличие от известной позволяет организовать децентрализованные исследования. В случае, если все узлы системы исправны, то, например, ЭВМ второго уровня 2 подключает через блоки со пряжения 3 и З канал второго уров каналу 2, управляет через ада тер 4 переключением блока коммутац 5. При этом в соответствии с програ мой П /I через адаптер 4 , блок комму тации 5, первый блок шин 6, первые блоки сопряжения , в ЭВМ первог уровня каналов первого уровня задаются локальные программы Л,-UN. 7 Для обеспечения удобства эксплуатации датчиков, уменьшения помех, сокращенияссвязей с датчиками каналы первого уровня 7 -7, , особенно их третьи блоки сопряжения , устанавливаются в непосредственной близости от обслуживаемых внешних устройств , ориентированных, например, на проведение метеосиноптических гидрологических, гидрохимических, геофизических и других океанологических исследований. По программам внешние устройства (включают в себя, например, аналоговые усилители, мультиплексоры, фильтры, преобразователи ток-код, напряжение-код, частота-код) собирают и преобразуют в цифровую форму дан ные измерений с различных датчиков (для измерения солености, плотности, температуры, давления, радиоактивности и т. д.) Из внешних устройств ( данные поступают через третьи блоки сопряжения , второй блок шин 11, второй блок сопряжения 10 в ЭВМ первого уровня 9,. Эти ЭВМ по программам выполняют калибровку, линеаризацию, масштабирование характеристик датчиков, выделе-ние полезных сигналов из помех, преобразование информации с датчиков в форму, принятую в каналах второго уровня 2 -22По программе П через первые блоки сопряжения первый блок шин 6, блок коммутации 5, адаптер 4 данные локальной обработки из ЭВМ первого уровня ( поступают в. канал второго уровня 2. Этот канал по программе П совместно с ЭВМ второго уровня 1., производит тактическую обработку данных (например, определяют статистические и динамические характеристики изучаемого района океана). В этот канал могут быть включены дисплеи, графопостроители, магнитофоны, которые позволяют расширить возможности ЭВМ второго уровня Ц. . Под управлением ЭВМ второго уровня 1 через канал второго уровня 2 сопряжения 3 и Зг, канал второго уровня 2q подключается к каналу 2j, но остается частично под местным управлением от ЭВМ второго уровня ( по программе Cij. При этом канал 2j совместно с ЭВМ второго уровня li по программе П ,, и С о производит стратегическую обработку данных (определяет комплексные характеристики изучаемого района Ькеана в плане геологии, геофизикиs геохимии и т. д.), например, методами идентификации. Освободившиеся ресурсы ЭВМ второго уровня l,j( за счет частичного при влечения для управления каналом второго уровня 2 0 ЭВМ второго уровня Ц) могут быть использованы для подготов ки последующих комплексных программ исследований. В предлагаемой системе повьппение производительности комплексных иссле дований обеспечено за счет создания возможности проведения децентрализованной, но параллельной обработки информации на трех уровнях концентрации аппаратных и программных средств системы. Независимый двусторонний обмен адаптеров 4 -, и 4п с. каналами второго уровня 2 и с ЭВМ -второго уровня 1 и I 1 дополнительно создает воз можность повьпиения производительности исследований за счет привлечения сво бодных ресурсов 1 и lfj в случае перегрузок каналов 2 и 2rj. Сохранение высокой производительности исследований, в аварийных ситуациях, что особенно важно для судовых систем научных исследований, обеспечено в предлагаемой системе перераспределением аппаратных и программных средств каналов второго уровня 2 и 2f и ЭВМ второго уровня 1 и f с по мощью блоков сопряжения теров 4 и 41 и блока коммутации 5 под программным управлением одной из исправных ЭВМ 1 или Ir. Для этого организация программирования, обмена информацией, форматы данных системы адресации и синхронизации в пер- вом блоке шин 6, каналах второго уровня 2 и 2rj и ЭВМ второго уровня 1 и I г должны быть одшгаковыми. В случае, если ЭВМ второго уровня Ц выходит из строя, то все функции управления системой берет на себя ЭВМ второго уровня IQ. При этом по программе Пл блок коммутации 5 подключает первый блок шин 6 через адап тер 4| к каналу второго уровня 2jj. Такое построение системы обеспечи вает возможность проведения параллел но децентрализованной обработки информации. Каждый из каналов первого уровня, имеющий конкретную локальную программу обработки, автономно производит сбор и предварительную обработку И11ф(1рмации. Собранная каналом iшфop 1aц:lя может храниться в памяти канала и выдаваться для последующей обработки в ЭВИ второго уровня после проведения всего эксперимента в целом или отдельных его этапов. В то же время все каналы синхронизированы от ЭВМ второго уровня и эксперимент проводится в едином для всей системы времени. Это позволяет сопоставлять результаты различных экспериментов, получая всю информацию об исследуемом объекте как единое целое. Канал 2 и ЭВМ второго уровня 1 во время автономной работы каналоЪ первого уровня получают возможность обрабатьшать результаты предыдущих экспериментов, а канал 20. и ЭВМ второго уровня IQ обрабатывают результаты, полученные в канале 2 и ЭВМ второго уровня Ц . Подобная трехступенчатая обработка информации позволяет автономно на каждой ступени перерабатывать информацию, обеспечивая параллельность на одном и на разных уровнях. Следует подчеркнуть, что система обладает резервированием ЭВМ второго уровня и, благодаря легкости переориентации канала первого уровня путем изменения локальной программы, резервированием каналов первого уровня, что повышает надежность и производительность системы в целом в течение рейса научно-исследовательского судна. Формула изобретения Система автоматизации исследоваНИИ, преимущественно океанологических, содержащая две ЭВМ второго уровня, два канала первого уровня и М внешних устройств, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности, в нее введены два канала второго уровня, два блока сопряжения, два адаптера, коммутатор, причем информационные входы-выходы ЭВМ второго уровня соединены с первыми информационными входами-выходами соответствующих каналов второго уровня, входы-выходы сопряжения которых через соответствующие блоки сопряжения соединены между собой, входы-выходы управления ЭВМ второго уровня подключены к входам-вьгходам управления соответствующих адаптеров, вторые информационные входы-выходы каналов второго уровня подключены к первым

входам-выходам соответствующих адаптеров, вторые входы-выходы которых соединены через коммутатор с блоком шин, к которому подключены N каналов первого уровня, в каждый из которых введены ЭВМ первого уровня, первые входы-выходы которой соединены с первым блоком сопряжения, вторые входы-выходы соединены через второй блок сопряжения с общей шиной, к которой через соответствующие блоки сопряжения подключены М внешних устройств.

ИАочники информации, принятые во внимание при экспертизе

I. Автоматизация научных исследований. Материалы III Всесоюзной школы Рига, Зинатне, 1972.

n

Фи&.2

M

23,

n

tx

25„

д

г7к

2S,

23,

И

«

23,

28,

,5

31

so

S

r

r- tf