Файл: Голембо, З. Б. Алгоритмизация и программирование электротехнических задач на электронных цифровых вычислительных машинах учеб. пособие.pdf

Она должна обладать высоким быстродействием и большим объе­ мом ОЗУ и в особенности большим объемом внешнего накопителя.

Предпосылкой для дальнейшего применения вычислительной системы с разделением машинного времени является возможность непосредственного ввода и вывода информации. Для этого приме­ няется многоканальное устройство, которое разрешает одновремен­ ный ввод и вывод информации через большое число выносных пуль­ тов потребителей. В качестве пультов потребителей применяются видеозаписывающие устройства, пульты представления данных с клавиатурой и т. д., связанные обычной сетью связи с ЭЦВМ.

Вычислительная система с разделением машинного времени выполнена таким образом, что возможно подключение к ЭЦВМ одновременно большого числа пультов абонентов, так как каждый потребитель использует активно только примерно 5—10% общего времени, что позволяет подключить в настоящее время 200—250 потребителей без перегрузки ЭЦВМ. Существует два способа, поз­ воляющих использовать вычислительную систему с разделением вре­ мени: групповая обработка; функционирование вычислительной системы в виде диалога ЭЦВМ — потребитель.

Групповая обработка. При этом способе потребитель прежде всего выбирает вычислительную систему и передает всю информа­ цию, необходимую для решения задачи, в ОЗУ или внешний на­ копитель ЭЦВМ. При этом считается, что уже раньше информация (программа и данные), вводимая в систему, использовалась для ре­ шения задач, так что объем информации, вводимой дополнительно, может быть незначительным. Например, дополнительная информа­ ция может заключаться в том, что потребитель дает указание рас­ считать по программе, имеющейся в системе, массив данных, также находящихся в ЭЦВМ. По окончании ввода вышеупомянутой инфор­ мации потребитель отключается от ЭЦВМ и вычислительная систе­ ма с разделением машинного времени выполняет поставленную за­ дачу. Только после получения всех результатов вычислительная система автоматически выбирает пульты потребителей.

течение всего времени, необходимого для решения задачи, когда в рамках обучения потребителя должна быть испытана определен­ ная программа. Потребитель вводит команду за командой, в это время вычислительная система производит непосредственно провер­ ку программы. Особенно проверяется формальная правильность отдельных команд и об ошибках в программе сообщается потреби­ телю. Оптимальная обработка многоцелевых задач вычислительной системой с разделением машинного времени предъявляет опреде­ ленные требования к распределению времени обработки и объему ОЗУ.

Распределение машинного времени обработки информации. Од­ но из существенных требований, предъявляемых к вычислитель­ ной системе с разделением машинного времени, состоит в том, чтобы

36

этом существенное значение имеет дополнительное время, которое тратится ЭЦВМ на переключение программ, обмены между накопи­ телями и т. п. За немногими исключениями процесс обслуживания потребителей машинного времени описывается моделью, где за­ просы исполняются с учетом их длительности. Общая модель обслуживания потребителей машинного времени характеризуется:

3)порядком об­

ся одна из образовавшихся очередей и запрос из этой очереди. . Общая модель обслуживания потребителей машинного времени

схематически показана на рис. 3.2.

Запросы на выполнение вычислительных работ поступают по

центральное устройство 3. Невыполненные работы попадают в ка­ нал невыполненных работ 5 и пристраиваются к очереди. Результа­ ты выполненных работ выводятся из системы по каналу вывода ре­ зультатов 4.

Критериями качества общей модели обслуживания обычно являются статистические характеристики времени ожидания (как среднее время ожидания) и установившееся распределение работ, содержащихся в системе. Главный недостаток моделей в примене­ нии к вычислительным системам заключается в их малом соответ­ ствии с действительностью: характеристики потребителей и их программы плохо поддаются учету.

Различные видоизменения модели сводятся к следующему. 1. Поступившие запросы на вычислительные работы разбива­ ются на группы с различным старшинством. Каждая группа харак­ теризуется своим распределением вероятности A (t). При этом различные распределения A{t) отличаются друг от друга лишь средним значением. Конкретная форма распределения A(t) зави­ сит от ограниченности источника. В случае конечного источника предполагается, что все отдельные потребители (или соответствую-

37

щне им вычислительные работы) характеризуются одним и тем же распределением A(t). Время измеряется при этом от момента окон­ чания предыдущей работы до поступления последующего запроса. Если источник бесконечен, то t имеет смысл времени между мо­ ментами поступлений двух последовательных запросов. Обычно считается, что A(t)—экспоненциальное распределение. Послед­ нее приводит к существенным упрощениям. В случае бесконечного источника запросы образуют пуассоновскпй процесс.

2. Может применяться порядок обслуживания, при котором на выполнение вычислительной работы отпускается лишь ограни­ ченное машинное время. Если этот лимит времени превышен, то соответствующая работа прерывается и направляется в очередь, где и ожидает дальнейшего обслуживания.

3.В модели может учитываться дополнительное время, необ­ ходимое для подготовки вычислительных работ к их исполнению. Это время затрачивается на обмен информацией между накопителя­ ми, проработку соответствующих подпрограмм и т. п.

4.Рассматривается ограниченный источник запросов, т. е. пред­

полагается, что совокупность потребителей конечна.

В системах с разделением машинного времени ЭЦВМ функцио­ нирует в режиме оперативной работы, так как внешнее устройство влияет на процесс обработки данных, а обработка в свою очередь воздействует на внешнее устройство. Если при этом требуется вме­ шательство человека, то говорят о наличии системы человек — ЭЦВМ. Если же каждое из ряда устройств в системе человек — ЭЦВМ может работать поочередно или одновременно таким обра­ зом, что каждый оператор у дистанционного пульта работает так, как будто с ЭЦВМ связан он один, то такая система называется

оперативной системой с разделением машинного времени.

§ 3.4. Переработка информации на ЭЦВМ в системах управления

Отличительной особенностью ЭЦВМ, предназначенных для упра­ вления (управляющих ЭЦВМ), является наличие специальных преобразующих и согласующих устройств, непосредственно свя­ занных с датчиками информации и исполнительными цепями упра­ вляемого объекта. Связь ЭЦВМ с управляемым процессом осущест­ вляется в реальном масштабе времени. Говорят, что вычислитель­ ная система работает в реальном масштабе времени, если имеется программа ЭЦВМ и некоторый процесс, протекающий синхронно, т. е. так, что процесс не замедляется за счет выполнения програм­ мы.

Управляющая ЭЦВМ перерабатывает информацию по мере ее поступления от первичных датчиков (этим обеспечивается возмож­ ность немедленного воздействия на объект), выполняет целый ряд функций: сбор исходных данных, осуществляемый обегающими устройствами в аналоговой и дискретной форме; накопление дан­ ных; аварийную сигнализацию; регистрацию последовательностей

38

§ 4.1. Идентификация электротехнических задач

Теория идентификации является разделом теории алгоритми­ зации и изучает процессы формулирования (построения) матема­ тических моделей.

Модель — информационное отражение (образ) системы ориги­ нала (прообраза) в соответствии с заданной целью моделирования. Под математической моделью в общем случае понимаются анали­ тические, графические, табличные и т. д. описания объекта или про­ цесса, которые связывают наблюдаемые переменные с влиянием внешней среды, представляемой в виде воздействий.

Прежде чем исследовать математическими методами реальные процессы, необходимо их схематизировать и выделить те основные принципы, которые позволяют удовлетворительно описать в коли­ чественном и качественном отношениях протекание этих процессов. Сейчас принято говорить не о схематизации явлений (описание соотношения между важнейшими переменными системы), а о созда­ нии их математических моделей, т. е. о формализованном математи­ ческом описании изучаемого явления. Математическое описание реальной ситуации точными смысловыми терминами называется построением модели. При математическом исследовании имеют дело не с реальными объектами, а с некоторой математической мо­ делью. Процесс идентификации в данном случае так или иначе свя­ зан с получением информации о свойствах исследуемого объекта. Состояние физических систем может быть либо статическим, либо динамическим. При решении разных задач строятся описания, во многих случаях не связанные между собой. Поэтому сущность проблемы идентификации полностью определяется теми задачами, которые необходимо решить на базе полученной математической модели.

Математическая модель с сформированными операционными и функциональными задачами является основой для разработки алгоритмов. Если результаты, полученные при оперировании мате­ матической моделью, соответствуют результатам, полученным при эксперименте над объектом, то математическую модель можно считать эффективной (математическая модель и эксперимент при этом дают одинаковое количество информации).

Каждому параметру, характеризующему состояние физической системы, при построении математической модели ставится в соот­ ветствие переменная или функция. Рассматриваются все факторы для выявления величин, оказывающих основное ^влияние на режим работы системы, а также величин, не оказывающих существенного

40