мацни от вышестоящих ЭВМ и от ЭВМ агрегатов, смежных в технологическом потоке, а таюке с выдачей им информации. На среднем уровне иерархии решают задачи управления и регулирования, базируясь иа использовании мини-ЭВМ, микро-ЭВМ, программируемых контроллеров и стандартных контрольно-измерительных приборов. При этом программируемые средства управления все более вытесняют традиционные аппаратные решения - локальные системы автоматизации. На нижнем уровне иерархии оказываются силовые электроприводы и исполнительные механизмы. Такая структура существенно повышает надежность функционирования АСУ ТП в целом, так как на среднем уровне используются программируемые средства, не имеющие малонадежных устройств печати и при том с более высоким числом часов наработки на отказ для электронной части. Тогда даже при выходе из строя ЭВМ верхнего уровня иерархии АСУ ТП продоллает функционировать, хотя и с усеченными возможностями.

3. В качестве средств вычислительной техники в АСУ ТП, как правило, используют управляющие вычислительные комплексы (УВК) на базе агрегатируемых средств вьмислительной техники. Специализированные ВМ, ориентированные на решение определенных задач, создаются на основе детального исследования объекта управления и его взаимосвязей с окружающей средой и являются наиболее простыми, надежными, компактными, учитывающими специфику объекта; применение (использование) таких ЭВМ оказывается оправданным лишь в отдельных случаях из-за больших затрат на разработку. Использование универсальных ЭВМ, обладающих определенной избыточностью по основным показателям, возможно прн Недостаточно алгоритмизированном производстве с расчетом на наращивание функций по мере изучения производства, усложнения алгоритмов, но такие ЭВМ оказываются неоправданно сложными, дорогими и недостаточно надежными. Формирование же УВК на базе стандартного процессора и набора агрегатных модулей позволяет с минимальными затратами создавать систему, удовлетворяющую конкретным требованиям, изменять эту систему в процессе ее эксплуатации при расширении или изменении задач, постепенно модернизировать систему, заменяя отдельные ее компоненты более совершенными.

4. При разработке систем управляющих алгоритмов следует придерживаться модульного иерархического построения сложных комплексов программ. Иерархическая структура алгоритма сложной системы может быть представлена в виде взаимосвязанных подсистем нескольких уровней, каждый из которых построен по единому принципу. Алгоритмы более высоких уровней используют в качестве операторов алгоритмы низших уровней; таким образом, алгоритм каждого иерархического уровня одновременно является опера,трром

для следующего уровня. Такими уровнями являются: команда или операция ВМ; макрокоманда, представляющая типовую небольшую совокупность команд; стандартная подпрограмма; функциона.пьная или служебная подпрограмма; функциональный алгоритм; система управляющих алгоритмов.

Построение комплекса программ по иерархическому принципу дает существенные преимущества. Автономизация и распараллеливание процессов разработки и отладки Отдельных подпрограмм, входящих в сложный комплекс программ, позволяет упрощать компоненты, снижать трудоемкость и ускорять проектирование всей системы, а также более равномерно загружать разработчиков и используемые ими вычислительные средства. Многократная применимость подпрограмм может существенно сократить общий объем разрабатываемых программ.

2-11. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Важнейшими вопросами проектирования математического обеспечения являются выбор операционной системы, использование библиотечных программ и проблемно-ориентированных пакетов программ, выбор языков программирования. Ниже эти вопросы рассмотрены применительно к двум основным направлениям развития вычислительной техники в рамках серии мини-ЭВМ (СМ ЭВМ)-ЭВМ типа СМ-1, СМ-2 и ЭВМ типа CiVL-3, СМ-4.

Проектирование математического обеспечения на базе УВК типа СМ-1 и СМ-2. Операционные системы реализуют заданный при их генерации набор функций по управлению решением задач, вводом-выводом, файлами, связи с оператором системы, а также логической реконфигурации комплекса при ненормальных ситуациях (отказах в оборудовании) и их устранению.

В однозадачной операционной системе псе рабочие программы компонуются в одну задачу и выполняются в заданной при компоновке последовательности без прерывания друг друга. Но при этом обеспечивается совмещение во времени выполнения задачи и одной или нескольких операций ввода-вывода.

В многозадачной однопроцессорной операционной системе рабочие программы компонуются в несколько задач, для кал<дой из которых задаются приоритет и условия запуска (например, время первого запуска и период повторения). Процессор в каждый момент времени решает наиболее приоритетную среди готовых к выполнению задач. Остальные задачи, находящиеся в состоянии готовности, получают управление, если задачи с более высокими приоритетами окажутся в состоянии ожидания какого-либо события (окончания операции ввода-вывода, истечения временного интервала, изменения состояния модуля ввода инициативных сигн£1-

лов и др.). При наступлении такого события выполнение задачи с низким приоритетом прерывается. Максимальный объем памяти, занимаемый одной задачей, 32 Кслова. Задачи могут объединяться в группы (разделы), причем суммарный объем памяти, занимаемый разделом, также не должен превышать 32 Кслов.

В УВК СМ-2 обеспечивается защита памяти между разделами, а также защита системы ввода-вывода от непривилегированных (потребительских) программ. Это позволяет вести отладку программ одновременно с выполнением ответственных задач. В УВК СМ-1 может быть только один раздел и защита памяти не обеспечивается.

Многозадачная мультипроцессорная операционная система (работает только на УВК СМ-2) отличается от многозадачной однопроцессорной системы тем, что обеспечивает одновременное выполнение на двух процессорах двух старших по приоритету задач. Задачи, как и операционная система, хранятся в общей оперативной памяти УВК в единственном экземпляре и никак априори не привязаны к процессорам. Если задача, решаемая одним из процессоров, переходит в состояние ожидания какого-либо внешнего по отношению к ней события, то этот процессор переключается на решение менее важной задачи, которая не выполняется другим процессором. Если для процессора не оказывается задачи, готовой к выполнению, процессор переводится в состояние динамического останова.

В бездисковых вариантах операционных систем все программы операционной системы и все прикладные программы постоянно находятся в оперативной памяти комплекса. В дисковых операционных системах и системные и прикладные программы делятся на два типа: ОЗУ-резидентные, которые во время работы системы постоянно находятся в оперативной памяти, и диск-резидентные, хранящиеся на диске и вызываемые в оперативную память только при необходимости их выполнения. Это позволяет экономить оперативную память системы ценой дополнительной задержки в вызове диск-резидентной программы (среднее время загрузки и запуска диск-резидентной задачи около 100 мс, а среднее время переключения ОЗУ-резидентных задач примерно 1 мс) и невозможности одновременного выполнения двух програ.мм, настроенных на одну и ту же область памяти. Поэтому к разряду диск-резидентных следует относить редко выполняемые программы и программы, не чувствительные к задержкам.

С помощью операционной системы пользователь программирует операции ввода-вывода в своих задачах независимо от конкретного типа периферийного устройства и способа подключения. Прикладная программа обращается к периферийным устройствам по так называемым «логаческим номерам». Соответствие между логическими номерами и конкретными (физическими) устройствами устанавливается при ге-

нерации системы н может изменяться во время работы по указаниям оператора.

Операционная система предоставляет потребителю следующие дополнительные возможности, связанные с вводом-выводом: присвоение одному и тому же физическому устройству нескольких логических номеров; присвоение одному и тому же логическому номеру нескольких физических устройств (так называемые альтернативные устройства); постановку запроса в очередь при обращениях к устройству, занятому операцией ввода-вывода (заданной той же или другой задачей); совмещение выполнения операции ввода-вывода с продолжением выполнения задачи или же ожидание задачей окончания ввода-вывода; промежуточное автоматическое буферирование при вводе-выводе; работу с отдельными инициативными устройствами и с их группами и др.

В дисковых операционных системах обеспечивается логический метод доступа к файлам, размещаемым на дисках и других носителях информации. Система управления файлами обеспечивает автоматическое распределение дисковой памяти, запоминание, хранение, выборку и модификацию поименованных коллевдий данных - файлов. Любая информация, которая представляет собой логически связанную но обработкесо-вокупность данных и которой присвоено имя, является файлом.

Операционные системы предоставляют возможности получения программой значения текущего времени, ожидания заданного момента или истечения заданного интервала, управления работой системы, запуска и останова и изменения приоритета задач, логического подключения и отключения периферийных устройств, изменения их логических номеров, получения информации о работе системы и т. п.

Задачи, не связанные с реальным масштабом времени (трансляция, редактирование, отладка, компоновка программ пользователя, выполнение различных расчетов), могут выполняться в диалоговом или пакетном режиме. Любой из этих режимов может существовать в системе, автономно или являться фоном для задач реального времени. Диалоговую обработку можно производить на фоне пакетной.

Каждый пользователь, работающий в диалоговом режиме, вызывает необходимые ему программы в выделенный ему участок (раздел) оперативной памяти с помощью команд оператора, вводимых в систему с пультового устройства (печатающая машинка с клавиатурой, символьный дисплей). На это же устройство выдаются все системные сообщения, относящиеся к работе его программ. В системе может быть несколько пультов оператора, что позволяет независимо друг от друга одновременно работать нескольким пользователям. При диалоговом режиме работы производительность УВК в большой мере определяется скоростью работы человека за пультом. Короткие промежутки выполнения про-

. грамм пользователя и системных обрабатывающих программ чередуются с длительными интервалами, во время которых сис-

- тема находится в состоянии ожидания новых команд оператора.

В режиме пакетной обработки периоды ожидания новых инструкций по работе системы сводятся к минимуму. В этом режиме указания пользователя по работе системы вместе с данными и программами, если нужно, подготовляются заранее, на перфо-носителях и обрабатываются специальной системной программой-диспетчером пакетной обработки.

Диспетчер пакетной обработки, будучи запущенным на выполнение в каком-либо из разделов оперативной памяти командой оператора, последовательно считывает и обрабатывает управляющие операторы входного потока.

В зависимости от режима работы, выполняемых функций, набора периферийных устройств операционная система занимает в

- оперативной памяти 2-12 Кслов.

Помимо описанных выше операционных систем, компонуемых нз пакета программных модулей АСПО, пользователям УВК СМ.-1 и СМ.-2 поставляются (по их требованию) операционные системы М.-6000, адаптированные к- однопроцессорным конфигурациям УВК СМ.-1 и СМ-2 с объемом оперативной памяти не более 32 Кслов. К этим системам принадлежат: основная управляющая система (ОУС), обеспечивающая однозадачный режим работы; супервизор реального времени (СРВ), работающий с ОУС и позволяющий выполнять до 28 задач реального времени без их взаимного прерывания; супервизор реального времени модифицированный (СРВ-М), работающий с ОУС и обеспечивающий выполнение до 98 задач реального времени, принадлежащих к двум группам (задачи первой группы прерывают задачи второй группы); дисковая операционная система (ДОС), подготовляющая, отлаживающая и

выполняющая программы пользователя в пакетном и в диалоговом режимах работы; дисковая операционная система реального времени (ДОС-РВ), обеспечивающая - одновременную работу УВК в многозадачном режиме в реальном масштабе времени и в режиме диалоговой н пакетной обработки; система управления файлами (СУФ), функционирующая в рамках ДОС-РВ и предоставляющая пользователю дополнительные возможности для эффективной работы с данными, организованными в виде файлов на диске и других стандартных устройствах ввода-вывода; интерпретирующая система БЕЙСИК, предназначенная для решения математических и инженерных задач на диалоговом языке высокого уровня БЕЙСИК.

Языки программирования. Для подготовки программ УВК СМ-1 и СМ-2 пользователю предоставляются следующие языки программирования: мнемокод УВК М-6000, мнемокод УВК М-7000, макроязык, ФОРТРАН-П, ФОРТРАН-IV, АЛГОЛ-60.

Проектирование математического обеспечения на базе УВК типа СМ-3 и СМ-4. Программное обеспечение комплексов СМ-3 и СМ-4 включает средства подготовки, отладки и развития программного обеспечения в пакетном и (или) диалоговом режимах; исполнения программ в режиме разделения времени и в реальном масштабе времеш!; телеобработки данных; организации и ведения без данных.

Программное обеспечение. состоит из операционных систем (ОС) и пакетов прикладных программ (ППП).

Операционные системы. В. зависимости От использования системного носителя операционные системы делятся на перфолен-точные и дисковые. Основные характеристики операционных систем приведены в табл. 2-7.

Перфоленточная система

(ПЛОС) - это комплекс программ, предназначенный для подготовки, отладки и вы-

Таблица 2-7

Основные характеристики операционных систем СМ-3 и СМ-4