Выбор электронно-вычислительной машины для построения автоматизированной системы управления

Перечислим основные критерии выбора ЭВМ:

• 1) гибкость взаимодействия с нестандартными внешними устройствами (ВУ), т. е. с измерительной и управляющей аппаратурой АСУ;
• 2) соответствие вычислительной мощности ЭВМ и требуемой скорости обработки информации в ходе эксперимента;
• 3) наличие необходимого объема запоминающих устройств для накопления и оперативной обработки данных.

Оказывается, что архитектурная организация современных ЭВМ допускает сравнительно простую возможность их взаимодействия с большим количеством ВУ (в том числе и с нестандартными). Основные тенденции развития современных ЭВМ связаны с увеличением быстродействия и расширением объемов оперативных запоминающих устройств (ОЗУ), что также все в большей степени удовлетворяет соответствующим критериям их выбора. Характерная особенность современных ЭВМ заключается в том, что они образуют программно совместимые семейства.

Модели внутри семейства различаются по быстродействию, по объему памяти и другим возможностям, предоставляемым пользователю. Объединяет модели одного семейства то, что программа, написанная для одной из моделей семейства, может быть выполнена и на другой модели того же семейства. Внутри семейства модели, как правило, совместимы снизу вверх, т. е. программа, написанная для модели, обладающей меньшими возможностями, может быть без изменений выполнена на модели с большими возможностями, но не наоборот.

Основная причина появления семейств ЭВМ связана с сохранением преемственности ПО. На разработку программного ПО тратятся средства большие, чем на разработку самой ЭВМ. Другая причина заключается в том, что на базе ЭВМ одного семейства значительно проще организовать многомашинные комплексы, т. е. иерархические структуры АСУ. Наиболее распространенными представителями семейств ЭВМ в автоматизированных системах в настоящее время являются семейства, совместимые с ЭВМ:

• • IBM PC на процессорах фирмы Intel;
• • Macintosh (фирмы Apple) на процессорах фирмы Motorola.

Каждое семейство представлено машинами, различающимися быстродействием и объемом ОЗУ в сотни раз относительно базового решения.

Работу ЭВМ будем рассматривать на трех уровнях. Нижний уровень составляют технические или аппаратные средства, т. е. электронные элементы, из которых состоит ЭВМ. Эти сведения необходимы для построения АСУ на основе данной ЭВМ. Без некоторых аппаратных компонентов ЭВМ невозможно построить ни одну современную АСУ (таймер, контроллеры прямого доступа к памяти ЭВМ, контроллеры прерываний).

Средний уровень — архитектура ЭВМ отражает доступные пользователю элементы ЭВМ:

• 1) набор регистров центрального процессора (ЦП);
• 2) адресное пространство;
• 3) система команд;
• 4) способы представления информации;
• 5) способы подключения ВУ.

Разработка аппаратного и программного обеспечения автоматизированной системы требует знания архитектурных возможностей ЭВМ. Архитектурные возможности ЭВМ помогают понять, каким образом объединяются ее отдельные компоненты в единую систему, сколько ВУ можно к ней подключить и каким образом.

Верхний уровень — ПО, разделяется на системное и прикладное ПО.

Все сказанное относится в первую очередь к универсальным ЭВМ. Универсальные ЭВМ в ряде случаев обладают значительной избыточностью аппаратных и программных средств для решения типовых задач автоматизированной системы.

Другой вид средств управления в АСУ — специализированные программируемые устройства (СПУ) или программируемые логические контроллеры (ПЛК — PLC), которые в ряде случаев обладают определенными преимуществами:

• • по экономичности (нет ничего лишнего);
• • быстродействию (система команд ориентирована на определенный круг задач);
• • надежности при работе в экспедиционных условиях.

Обычно рассматривают аппаратную и программную надежность ПЛК. Под аппаратной надежностью понимается способность аппаратуры устойчиво функционировать в условиях окружающей среды и противостоять ее вредному воздействию.

Под программной надежностью понимается способность ПО устойчиво функционировать при возникновении ситуаций, требующих реакции в заданное время. Программная надежность определяется, прежде всего, степенью отлаженное™ программного обеспечения. Аппаратная надежность ПЛК обеспечивается тщательной герметизацией и вентиляцией компонентов АСУ.

В связи с бурным ростом производства миниатюрных IBM РС-совместимых компьютеров последние все чаще стали использовать в качестве ПЛК в промышленности и научных исследованиях. Первое преимущество IBM PC-совместимых контроллеров связано с их открытостью, т. е. возможностью применять в автоматизированных системах современное оборудование, появляющееся на мировом рынке. Второе преимущество IBM PC-совместимых контроллеров заключается в их «родственности» с компьютерами верхнего уровня. Это приводит к снижению затрат на создание и модернизацию АСУ. Третье преимущество IBM PC-совместимых контроллеров — их более высокая надежность.

Как правило, ПЛК содержат все основные компоненты, входящие в состав ЭВМ: ЦП, ОЗУ, ПЗУ, интерфейс для связи с объектом и некоторыми стандартными периферийными устройствами. Все задачи реального времени в таких системах решаются аналогично задачам, решаемым автоматизированными системами на основе универсальных ЭВМ. Программное обеспечение в простейшем случае хранится в ПЗУ или загружается из сети.

Во многих случаях целесообразно использовать ПЛК в качестве компонент объектно-ориентированных АС для сбора и предварительной обработки информации.