Шпаргалка по "Информационно измерительные системы"

В настоящее  время в состав ИС часто входят микропроцессоры, малые ЭВМ и  другие вычислительные устройства; в  некоторых ИС измерительные и вычислительные процедуры выполняются одновременно и неразрывно (см. мультиплицированные ИС, аналого-цифровые коррелометры, функциональные аналого-цифровые преобразователи и т. п.).

Однако  если не ограничить объем и характер применяемых вычислительных процедур, то область действия измерительных систем может быть неоправданно широка.

В работе К.Б. Карандеева («Электричество», 1949) отмечается, что «измерение начинается с установления цели измерения (искомого параметра) и  оканчивается получением результата, включая в себя, в качестве составной части, измерительный процесс». Под целью измерения при этом понимается физическая величина, количественная оценка которой в конечном счете является задачей всего исследования.

Остановимся на определении основных целей измерения.

Во-первых, измерение может быть направлено на нахождение значений входных величин (Длины, массы, температуры, тока и т. п.).

В этом случае, если учитывать характер взаимосвязи  между входными величинами, то можно  выделить ИС, предназначенные для измерения следующих величин:

• независимых входных величин (процесс измерения заключается в нахождении цифровых значений этих величин);
• входных величин непосредственное раздельное измерение которых невозможно.

Во-вторых, могут быть установлены цели измерения, связанные с измерением следующих физических величин:

функций от входных величин f(X) или f (DX), например, ИС, предназначенные для измерения мощности скорости, удельного веса;

параметров  зависимости {X(l)]} входных величин (l)=x₁(l₁), x₂(l₂),…, x_n(l_n) от заданного аргумента l=l₁,.(например, ИС, предназначенные для измерения коэффициентов корреляции, спектральной плотности мощности температурных коэффициентов сопротивления и т. п.)

В соответствии со сказанным целесообразно выделить ИС независимых входных величин, ИС зависимых величин ИС функции от входных величин и ИС параметров зависимостей входных величин. Среди последних большую роль играют статистические.

Каждая  конкретная ИС в названии может содержать  цель измерения, например система для измерения температур, напряжений, корреляционная или спектральная система.

10. классификация по  принципам построения

В обобщенной структурно-функциональной схеме ИИС (см. рис. 1.1) показаны основные блоки  ИИС и их взаимосвязь Далеко не всегда необходимо использовать весь приведенный на рис 1.1 состав блоков в конкретных системах. Нужно также иметь в виду что для выполнения одних и тех же функций могут быть созданы системы, существенно различающиеся по структурен алгоритму работы.

Число возможных структурных вариантов систем при указанном на рис. 1.1 количестве функциональных устройств будет очень, большим Классифицировать это многообразие возможных структур для ИИС в целом весьма затруднительно. Видимо рационально рассмотреть структуры измерительных, контрольных и других систем отдельно, в соответствующих частях книги, выделив основные функциональные элементы этих систем. В общей же классификации ИИС целесообразно остановиться на наиболее общих принципах их построения (табл. 2.3).

Сделаем краткие пояснения к классификационным признакам этой таблицы.

Наличие специального канала связи, обеспечивающего  передачу качественной информации от объекта, находящегося на большом расстоянии, приводит к необходимости решения  ряда специфических вопросов. В соответствии с этим нужно выделить специальный класс телеинформационно-измерительных систем (ТИИС) - ИИС дальнего действия.

Выполнение  последовательно или параллельно  операций получения информации во многом определяет количество элементов системы, быстродействие, надежность и т. п. Измерительная информационная система может состоять из частей, в которых последовательность операций получения или преобразования информации может быть различной. Естественно, в системе для перехода от параллельного к последовательному выполнению преобразований информации и наоборот должны использоваться соответствующие согласующие устройства

Использование пригодных- для совместной работы функциональных блоков агре1атны\ комплексов ГСП и  стандартных цифровых интерфейсов  существенно определяет многие характеристики ИИС. Более подробно это рассматривается в гл 3 и 5.

Наличие в составе программно-управляемых  цифровых вычислительных средств (микропроцессоров, малых ЭВМ и т п.) является очень  важным классификационным признаком  Система, содержащая такие средства, обладает определенной универсальностью, так как при соответствующем программном обеспечении может (при ограниченном быстродействии) выполнять функции систем различною назначения. Измерительные информационные системы, содержащие такие вычислительные средства, называют измеритель но вычислительны ми системами (ИВС), а ИВС, создаваемые потребителями из стандартных устройств для решения локальных экспериментальных задач -локальными ИВС (ЛИВС).

В ИВС  можно выделить универсальное ядро, в которое входят часть аналоговых преобразователей (например, коммутаторы), аналого-цифровые преобразователи, часть цифровых преобразователей (цифровые коммутаторы и устройства памяти), ЭВМ, набор устройств отображения и регистрации информации, средства интерфейса и устройства, формирующие воздействия на исследуемый объект. Это ядро цифровых ИИС получило название измерительно-вычислительных комплексов (ИВК). В Советском Союзе организован промышленный выпуск нескольких разновидностей ИВК. (см. гл. 9).

Измерительно-вычислительные системы при известных условиях могут создаваться на базе управляющих вычислительных машин (УВМ) и комплексов (УВК), имеющих в своем составе ЭВМ.

В некоторых  частных случаях (например, при измерении  электрических величин) технические  средства ИВС и ИВК могут совпадать, а отличие между ними будет заключаться лишь в программном обеспечении.

Наличие контура обратной информационной связи  позволяет организовать компенсационные  методы измерения, позволяющие получить более высокие точностные характеристики.

Изменение скоростей получения и выдачи информации в ИИС возможно главным образом при использовании запоминающих устройств (ЗУ). Оно может быть, например, применено для быстрого запоминания значений исследуемых величин и медленной выдачи информации и наоборот.

Введение  адаптации ИИС к исследуемым  величинам, структурной и информационной избыточности в целях повышения  надежности, помехоустойчивости, точности, гибкости работы и т. п. типично для  системотехники. Можно предполагать, что дальнейшее развитие ИИС во многом будет зависеть от решения этих вопросов

Приведенная классификация используется и при  необходимости конкретизируется в  остальных частях книги.

Таблица Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..1 Классификация принципов построения ИИС

Классификация информационных систем

11.Сосредоточенные  и распределенные  ИИС

Сосредоточенные и распределенные

Информационная  система (ИС) - совокупность технических средств и программного обеспечения, предназначенная для информационного обслуживания пользователей и технических объектов. В состав технических средств входит оборудование для ввода, хранения, преобразования и вывода данных, в том числе вычислительные машины (ВМ) или компьютеры, устройства сопряжения ВМ с объектами, аппаратура передачи данных (коммуникационное оборудование) и линии связи. Программное обеспечение (программные средства) – совокупность программ, реализующих возложенные на систему функции (различают системное и прикладное). Функции ИС состоят в выполнении требуемой обработки данных: ввода, хранения, преобразования и представления. Примерами ИС являются вычислительные системы для решения научных, инженерно-технических, планово-экономических и учетно-статистических задач; автоматизированные системы, применяемые в управлении предприятиями и отраслями народного хозяйства; системы автоматизированного и автоматического управления технологическим оборудованием и техническими объектами; системы реального времени (транспорт, мониторинг); информационно-измерительные системы и др.

Основа  ИС – это технические средства, так как их производительностью и надежностью в наибольшей степени определяется эффективность ИС.

Одномашинные однопроцессорные ИС. Исторически первыми и до сих пор широко распространенными являются одномашинные ИС, построенные на базе единственной ВМ с традиционной однопроцессорной структурой. К настоящему времени накоплен значительный опыт проектирования и эксплуатации таких ИС, и поэтому создание их, включая разработку программного обеспечения, не вызывает принципиальных трудностей. Однако производительность оказывается удовлетворительной не для всех приложений. Повышение производительности и надежности ВМ обеспечивается в основном за счет совершенствования элементно-технологической базы. При любом уровне технологии нельзя обеспечить абсолютную надежность элементной базы, и поэтому нельзя для одномашинных ИС исключить возможность потери работоспособности. Таким образом, одномашинные ИС не в полной мере обеспечивают надежную автоматизацию обработки данных.

Вычислительные  комплексы. Начиная с 60-х годов для повышения надежности и производительности ИС несколько ВМ связывались между собой, образуя многомашинный вычислительный комплекс.

Рис. 1.2. Многомашинный вычислительный комплекс с косвенной (а) и прямой (б) связями между ВМ

В ранних многомашинных комплексах связь  между ВМ обеспечивалась через общие  внешние запоминающие устройства – накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) или магнитных лентах (НМЛ) (рис. 1.2, а), то есть за счет доступа к общим наборам данных. Такая связь называется косвенной и оказывается эффективной только в том случае, когда ВМ взаимодействуют достаточно редко, например при отказе одной из ВМ или в моменты начала и окончания обработки данных. Более оперативное взаимодействие ВМ достигается за счет прямой связи через адаптер, обеспечивающий обмен данными между каналами ввода – вывода (КВВ) двух ВМ (рис. 1.2, б) и передачу сигналов прерывания. За счет этого создаются хорошие условия для координации процессов обработки данных и повышается оперативность обмена данными, что позволяет вести параллельно процессы обработки и существенно увеличивать производительность ИС. В настоящее время многомашинные вычислительные комплексы широко используются для повышения надежности ИС и совместного использования периферийного оборудования.

В многомашинных вычислительных комплексах взаимодействие процессов обработки данных обеспечивается только за счет обмена сигналами прерывания и передачи данных через адаптеры канал – канал или общие внешние запоминающие устройства. Лучшие условия для взаимодействия процессов – когда все процессоры имеют доступ ко всему объему данных, хранимых в оперативных запоминающих устройствах (ОЗУ), и могут взаимодействовать со всеми периферийными устройствами комплекса. Вычислительный комплекс, содержащий несколько процессоров, оперативную память (общую или разделенную между процессорами) и общие периферийные устройства, называется многопроцессорным вычислительным комплексом. Принцип построения таких комплексов иллюстрируется рис. 1.3. Процессоры, оперативная память (ОЗУ) и каналы ввода-вывода, к которым подключены периферийные устройства (ПУ), объединяются в единый комплекс с помощью интерфейсных средств, обеспечивающих доступ каждого процессора к оперативной памяти и каналам ввода-вывода, а также возможность передачи данных между последними. В многопроцессорном комплексе отказы отдельных устройств влияют на работоспособность ИС в меньшей степени, чем в многомашинном, то есть многопроцессорные комплексы обладают большей устойчивостью к отказам и большей производительностью. Каждый процессор имеет непосредственный доступ ко всем данным, хранимым в общей оперативной памяти, и к периферийным устройствам, что позволяет параллельно обрабатывать не только независимые задачи, но и блоки одной задачи (нити).