Файл: Журавлев, Ю. П. Системное проектирование управляющих ЦВМ.pdf

Баланс времени. Баланс времени отражает функцио­ нальную связь между временными интервалами про­ хождения информации через все звенья системы.

В системах с обратной связью решение задачи осу­ ществляется путем многократного повторения циклов управления и поскольку управляющая часть системы представляет собой (конечно, в некотором приближе­ нии) дискретный ключ, то время одного цикла управ­ ления в предположении, что задающая и объектовая части являются непрерывными звеньями системы, опре­ деляется в соответствии с выражением T = T Y.

Время Т в системах с непрерывными задающей и объектовой частями, как правило, в явном виде на эта­ пе разработки требований, предъявляемых к системе, не задается. Чаще всего задаются частотные свойства объектовой части, т. е. собственно управляемых объек­ тов. Поэтому при использовании в управляющей части системы ЦВМ и других дискретных устройств возникает вопрос согласования частотных свойств непрерывной части системы с полосой пропускания ее управляющей части. Если такое согласование удовлетворяет теореме В. А. Котельникова, то динамические свойства управ­ ляющей части ‘близки к динамическим свойствам непре­ рывного звена.

При определении периода Ту выработки управляю­ щих воздействий (одного цикла управления) удобно задающую и объектовую части системы рассматривать совместно как ее непрерывную часть, а управляющую

ляющей сигналов на выходе непрерывной части систе­ мы, тогда

Гу< 1/2/.

Баланс ошибок. Баланс ошибок отражает влияние ошибок, вносимых каждой из основных частей, на об­ щую ошибку системы. Как правило, ошибки системы и отдельных ее частей указываются в виде среднеквадра­ тических значений.

Если ошибки, вносимые основными частями, неза­ висимы, то баланс ошибок в системе описывается вы­ ражением

Баланс надежности. Для последовательных систем, как известно, баланс надежности описывается выраже­ нием

Я = Я3ЯУЯ0,

причем для сложных последовательных систем распре­ деление вероятности безотказной работы системы при­ ближается к экспоненциальному.

Баланс стоимости. Баланс стоимости отражает сово­ купность потребляемых системой экономических ресур­ сов, выраженных в денежных единицах:

5 (Т) = S 3+ 5 y+ 5 0.

Здесь Т — время «жизни» системы, т. е. общее время ее эксплуатации, a S(T), Ss, S Y, S 0 — затраты на изго­ товление, амортизацию и эксплуатацию соответственно всей системы, а также ее задающей, управляющей и объектовой частей. Приведенное выражение справедли­ во, если функциональное и топологическое деления си­ стемы на части совпадают. В других случаях это выра­ жение несколько видоизменяется.

Балансы других требований обычно не составляются.

к каждой основной части системы. В частности, требо­ вания, предъявляемые . к управляющей части системы, определяются на основе следующих выражений:

Как видно из приведенных соотношений, чтобы вы­ явить характер требований к управляющему звену, необходимо прежде всего знать требования к системе, а также к ее задающей и объективной частям.

На практике системы управления проектируют обыч­ но для разработанных уже объектовых частей с тенден­ цией к использованию в качестве задающих частей серийно изготавливаемую промышленностью аппарату­ ру. В этих условиях выявление требований к управляю­ щей части системы, как правило, не представляет боль­ ших трудностей. Если же в проектируемой системе все основные ее части разрабатываются заново, то априор­ ные балансы требований стремятся составить так, что-

36

бы максимально удовлетворялись требования к системе в целом. При этом, разумеется, в процессе координиро­ ванного проектирования системы эти балансы могут уточняться с поправкой на практически получаемые результаты.

Таким образом, процесс проектирования дискретной управляющей части сложной системы автоматического управления необходимо начать прежде всего с выявле­ ния основных требований, которые в совокупности отра­ жают ее целевую функцию.

§ 1.5. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЦВМ

Качество работы управляющих и универсальных ЦВМ и их приспособленность к решению задач того или иного класса определяются прежде всего основными техническими характеристиками:

— внутренним языком машины (т. е. системой команд, системой адресов и системой форматов команд),

—разрядностью и формой представления чисел,

—емкостью оперативных и внешних ЗУ,

—емкостью и пропускной способностью буферных ЗУ, а также других устройств ввода и вывода инфор­ мации,

—быстродействием,

—надежностью работы и т. д.

Каждая из перечисленных технических характери­ стик может рассматриваться как частный критерий оценки эффективности ЦВМ, поскольку любая из них в той или иной мере характеризует качество работы машины.

Пользоваться частными критериями на этапе проек­ тирования машины крайне трудно, так как, во-первых, каждый из них не отражает в явном виде качества работы ЦВМ, а во-вторых, выбрать оптимальное реше­ ние непросто из-за большого количества таких крите­ риев. Поэтому возникает задача разработать обобщен­ ные критерии, наиболее полно отражающие зависимость качества работы ЦВМ от совокупности ее технических характеристик. К таким критериям можно отнести:

—производительность,

—цену эффективного быстродействия,

—себестоимость однократного решения некоторой задачи и др.

37

ный показатель технической эффективности ЦВМ, зави­ сящий от совокупности основных технических характе­ ристик машины и учитывающий приспособленность последней к решению задач того или иного класса и условия эксплуатации машины. Этот показатель должен быть таким, чтобы с его помощью можно было оцени­ вать различные ЦВМ. Ясно, что не имеет смысла оце­ нивать работу различных ЦВМ безотносительно к ре­ шаемым задачам, поскольку очень часто возникают такие ситуации, когда из двух ЦВМ одна обладает большей производительностью при решении задач од­

управляющих ЦВЛ1 эталонной задачей является задача управления объектами системы; для ЦВМ широкого назначения эталонной задачей может служить любая вычислительная или логическая задача. В некоторых случаях сравнительную оценку универсальных ЦВМ широкого назначения можно производить относительно

38

б) известны объемы входной, промежуточной и вы­ ходной информации;

в) для заданной системы команд ориентировочно могут быть оценены емкость памяти и общее количество машинных операций, необходимые для решения задачи.

П о д п р о и з в о д и т е л ь н о с т ь ю W понимается количество решаемых машиной в единицу времени эта­ лонных задач в режиме ее нормальной эксплуатации, считая, что процесс решения задачи управляющей ЦВМ начинается с момента ввода исходной информации, а процесс решения задачи универсальной ЦВМ широ­ кого назначения начинается с момента ввода исходной информации и программы и заканчивается выдачей окончательных результатов, т. е.

где Гэ — время решения эталонной задачи. Пусть

Твв — время ввода программы и исходного числового материала,

То — время собственно решения задачи,

с помощью тестов, периодически выполняемых в про­ цессе решения задачи,

Tv — время, расходуемое на профилактические осмот­ ры и ремонты, на поиск и устранение неисправностей и приходящееся на однократное решение эталонной за­ дачи,

ей С2 — коэффициенты совмещения соответственно ввода и вывода информации с процессом решения за­ дачи.

Тогда время решения эталонной задачи может быть записано следующим образом:

Тэ — Твв(1—ei) + 7с+ 7’г+ 7’к+ 7’р-}-7'выв(1—ег). (1.2)

Полагая 7р = р7’э, из (1.1) и (1.2) получаем

W = 7 .. (1 - . ,) + Та+ Тт+ Тх + Гвы (1 - в1) * 1--3)

39

Выразим составляющие времени через параметры эталонной задачи и основные технические характеристи­ ки машины:

Здесь Nс— количество машинных операций в развер­ нутой программе вычислений, необходимое для выполне­ ния собственно решения задачи, а V — быстродействие, определяемое по формуле

(/)

где Pi, tj — соответственно частота и длительность вы­ полнения /-й машинной операции;

3) в общем случае проектируемая ЦВМ может иметь несколько внешних запоминающих устройств (ВЗУ). Об­ мен информацией между оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) и любым из ВЗУ можно осущест­ влять по-разному.

Обозначим:

Zlv — общее количество чисел и команд, пересылае­

мых в ОЗУ из v-ro ВЗУ;

Z2v — общее количество чисел и команд, пересылаемых

тившейся в ОЗУ, размещенная на дополнительном ЗУ с номером v,

7tSv — коэффициент, определяющий ту часть от объема р ч (Q3 — Q0) информации, которая пересылается из v-ro ВЗУ в ОЗУ при s v-m обращении к ВЗУ;

40