Технические средства автоматизации производственных процессов.

Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 11 12 13 14 Следующая

В АСУ ТП объектами управления являются технологические процессы, представляющие совокупность способов и средств проведения конкретных производственных операций по изготовлению промышленной продукции. В таких системах осуществляют контроль технологических параметров, определяющих режим и качество обработки, состояние механизмов и др. Задачей управления является оптимизация этих параметров.

АСУ ТП характеризуется возможностью полного исключения человека из контура управления. АСУ ТП представляют собой большой класс систем. Для отдельных отраслей промышленности выделяются автоматизированные системы, учитывающие специфические особенности производства. Основной задачей АСУ ТП является получение прогноза хода технологического процесса и реализация такого плана управления, чтобы в определенный будущий момент времени состояние технологического процесса отвечало бы некоторому экстремальному значению обобщенного критерия эффективности.

Итак, автоматизация производства - это применение комплекса средств, позволяющих осуществлять производственные процессы без непосредственного участия человека, но под его контролем.

Автоматизация производственных процессов приводит к увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества продукции.

Автоматика позволяет меньше времени тратить на контроль производственного процесса.

Промышленная автоматизация уменьшает численность обслуживающего оборудование персонала, повышает надежность и долговечность машин, дает экономию материалов, улучшает условия труда и повышает безопасность производства.

Автоматика в наше время выполняет большинство функций, требующих от человека колоссальных физических или умственных затрат, выполняя при этом требуемые действия в сотни - тысячи раз быстрее простых рабочих

Техническое обеспечение автоматизации технологических процессов включает вычислительные и управляющие устройства, средства получения информации (датчики), средства преобразования, хранения, отображения и регистрации информации, устройства передачи сигналов и исполнительные устройства.

Системное программное обеспечение. Основные функции операционных систем.

Системное ПО: обеспечивает функционирование и обслуживание компьютера.

К системному ПО относятся:

А. операционная система – комплекс программ, предназначенных для управления всеми устройствами компьютера и для организации взаимосвязи (интерфейса) между пользователем и компьютером. Она загружается в память компьютера при его включении и остается резидентной (постоянно находящейся в оперативной памяти) во время всего сеанса работы. Примеры ОС: MS DOS, Windows 95, Windows 98, Windows NT, Windows XP, Windows 2000, MacOS, Unix, Linux, OS/2, BeOS. Техническое обеспечение компьютера определяет возможную операционную систему, а ОС – возможности технического обеспечения.

Б. Программы технического и сервисного обслуживания. Это программные средства контроля, диагностики и восстановления работоспособности компьютера. Примеры: антивирусные программы, программы-архиваторы, программы-оболочки: Norton Commander, например, Speedisk, и так далее.

Выделим шесть основных функций, которые выполняли классические операционные системы в процессе эволюции:

1) Планирование заданий и использования процессора.

2) Обеспечение программ средствами коммуникации и синхронизации.

3) Управление памятью.

4) Управление файловой системой.

5) Управление вводом-выводом.

6) Обеспечение безопасности

Системное программное обеспечение. Классификация операционных систем.

Системное ПО: обеспечивает функционирование и обслуживание компьютера.

К системному ПО относятся:

По числу одновременно выполняемых задач операционные системы можно разделить на два класса:

1) многозадачные (Unix, OS/2, Windows);

2) однозадачные (например, MS-DOS).

Многозадачная ОС, решая проблемы распределения ресурсов и конкуренции, полностью реализует мультипрограммный режим в соответствии с требованиями раздела "Основные понятия, концепции ОС". Многозадачный режим, который воплощает в себе идею разделения времени, называется вытесняющим (preemptive). Каждой программе выделяется квант процессорного времени, по истечении которого управление передается другой программе. Говорят, что первая программа будет вытеснена. В вытесняющем режиме работают пользовательские программы большинства коммерческих ОС.

По числу одновременно работающих пользователей ОС можно разделить на:

однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x);

многопользовательские (Windows NT, Unix).

Наиболее существенное отличие между этими ОС заключается в наличии у многопользовательских систем механизмов защиты персональных данных каждого пользователя.

Системное программное обеспечение. Характеристики операционных систем: совместимость, переносимость, масштабируемость, распределенная обработка, расширяемость, надежность и отказоустойчивость, возможность локализации.

Системное ПО: обеспечивает функционирование и обслуживание компьютера.

К системному ПО относятся:

Вплоть до недавнего времени вычислительные системы имели один центральный процессор. В результате требований к повышению производительности появились многопроцессорные системы, состоящие из двух и более процессоров общего назначения, осуществляющих параллельное выполнение команд. Поддержка мультипроцессирования является важным свойством ОС и приводит к усложнению всех алгоритмов управления ресурсами. Многопроцессорная обработка реализована в таких ОС, как Linux, Solaris, Windows NT, и ряде других.

Система Windows NT не является дальнейшим развитием ранее существовавших продуктов. Её архитектура создавалась с нуля с учётом предъявляемых к современной операционной системе требований. Особенности новой системы, разработанной на основе этих требований, перечислены ниже.

Стремясь обеспечить совместимость (compatible) новой операционной системы, разработчики Windows NT сохранили привычный интерфейс Windows и реализовали поддержку существующих файловых систем (таких, как FAT ) и различных приложений (написанных для MS-Dos, OS/2 1.x, Windows 3.x и POSIX ). Разработчики также включили в состав Windows NT средства работы с различными сетевыми средствами.

Достигнута переносимость (portability) системы, которая может теперь работать как на CISC, так и на RISC - процессорах. К CISC-процессорам относятся Intel - совместимые процессоры 80386 и выше; RISC-процессоры представлены системами с процессорами MIPS R4000, Digital Alpha AXP и Pentium серии P54 и выше.

Масштабируемость (scalability) означает, что Windows NT не привязана к однопроцессорной архитектуре компьютеров, а способна полностью использовать возможности, предоставляемые симметричными мультипроцессорными системами. В настоящее время Windows NT может функционировать на компьютерах с числом процессоров от 1 до 32. Кроме того, в случае усложнения стоящих перед пользователями задач и расширения предъявляемых к компьютерной среде требований, Windows NT позволяет легко добавлять более мощные и производительные серверы и рабочии станции к корпоративной сети. Дополнительные преимущества даёт использование единой среды разработки и для серверов, и для рабочих станций.

Windows NT имеет однородную систему безопасности (security) удовлетворяющую спецификациям правительства США и соответствующую стандарту безопастности В2. В корпоративной среде критическим приложениям обеспечивается полностью изолированное окружение.

Распределённая обработка ( distributed processing ) означает, что Windows NT имеет встроенные в систему сетевые возможности. Windows NT также позволяет обеспечить связь с различными типами хост - компьютеров благодаря поддержке разнообразных транспортных протоколов и использованию средств “клиент-сервер” высокого уровня, включая именованные каналы, вызовы удалённых процедур (RPC - remote procedure call) и Windows - сокеты.

Надёжность и отказоустойчивость (reliability and robustness) обеспечивают архитектурными особенностями, которые защищают прикладные программы от повреждения друг другом и операционной системой. Windows NT использует отказоустойчивую структурированную обработку особых ситуаций на всех архитектурных уровнях, которая включает восстанавливаемую файловую систему NTFS и обеспечивает защиту с помощью встроенной системы безопасности и усовершенствованных методов управления памятью.

Возможности локализации ( allocation) представляют средства для работы во многих странах мира на национальных языках, что достигается применением стандарта ISO Unicod ( разработан международной организацией по стандартизации ).

Операционная среда.

Из множества человеко-машинных систем мы более подробно рассмотрим так называемые операционные среды (или операционные системы) - системы общего назначения, предоставляющие пользователю возможность решать самые разнообразные задачи. Термин "операционная система (ОС)" обычно возникает в рассмотрении системы с точки зрения разработчика; нас же интересует прежде всего точка зрения пользователя, поэтому мы будем употреблять менее распространенный термин "операционная среда (ОС)".

Операционная среда - это совокупность инструментов, методов их интеграции и приемов работы с ними, позволяющая решать любые задачи в инструментальной области и большинство задач в прикладных областях. Отличие операционной среды от специализированной (например, статистического пакета SPSS) состоит в том, что, во-первых, в операционной среде есть средства решения задач во многих прикладных областях (а не в одной), а во-вторых, если инструмента решения какой-то задачи нет, то средствами операционной среды его всегда можно создать. Здесь мы окончательно отождествляем машину и компьютер, причем не просто микропроцессор, а компьютер общего назначения, обладающий развитой системой ввода, вывода, хранения и переработки информации. Только такой мощный инструмент, как компьютер, может служить платформой для построения системы, способной выполнять задачи из различных сфер деятельности человека.

Основное назначение операционной среды - управлять ресурсами компьютера. Различают системные (инструментальные) и пользовательские (прикладные) ресурсы. Системные ресурсы - низкоуровневые, которые согласовывают система и машина. Время работы процессора, оперативная память, память на постоянных носителях, возможности разнообразных внешних устройств и время их работы - все это система должна предоставлять пользователям при необходимости. Причем пользователи в своих решениях часто оперируют высокоуровневым, прикладным понятием ресурса. Пользовательские ресурсы - это требования к системе, выраженные в терминах объектов или функциональностей прикладной области. Это может быть файл или таблица, окно для рисования в графической системе, документ в системе печати, мелодия в динамике, запущенное задание, массив в памяти и т. п.

Часто бывает, что для представления пользовательского ресурса подходит системный (например, файл в качестве хранилища данных). Однако в общем случае каждому пользовательскому ресурсу должна соответствовать определенная системная модель, объединяющая несколько системных ресурсов и задающая правила их использования.

Задача в операционной среде - это объект системы, выполняющий системные или прикладные функции и потребляющий системные ресурсы; чаще всего считается, что задачи принадлежат какому-нибудь пользователю системы или ей самой. В зависимости от важности для ОС, задаче может быть выделено определенное количество ресурсов каждого вида. Иными словами, управление ресурсами рассматривается как их закономерное распределение между задачами и самой системой.

Вторая функция операционной среды - разделение ресурсов. Системе необходимо сделать так, чтобы несколько задач могли пользоваться любым ресурсом, не мешая друг другу. Интерфейс ресурса определяется особой политикойразделения. Действовать в обход этой политики - значит использовать внесистемные средства доступа, что в идеальных ОС невозможно.

Главный системный ресурс, разделять который необходимо с наименьшей паразитной нагрузкой, - машинное время. Самый простой способ разделения времени - пакетное выполнение задач. Каждой задаче отводится некоторый промежуток машинного времени, в течение которого она обязана запуститься, отработать и завершиться. Если задача завершилась до истечения отведенного ей времени, запускается следующая. Если не успела завершиться, ее выполнение прерывается (навсегда), о чем пользователь получает уведомление, и опять-таки запускается следующая задача. Затраты на работу самой системы здесь минимальны (запустить, прервать), значит, почти все время будут работать пользовательские задачи. В то же время для организации операционной среды этот способ крайне неудобен.

Предположим, пришло десять пользователей системы, и все они запустили по интерактивной задаче, причем каждый желает, чтобы обслуживали именно его. Одна обменная задача потребует секунду процессорного времени, но работа с ней займет у пользователя пять минут. Стало быть, грамотно устроенная операционная среда могла бы обслуживать всех этих пользователей, причем так, чтобы они не мешали друг другу. Оставшиеся 96% процессорного времени можно по ходу дела отдавать другим задачам.

Здесь нужно использовать другой способ разделения времени - псевдопараллелизм (многозадачность, multitasking). В самой упрощенной форме псевдопараллелизм выглядит так. Поскольку процессор на самом деле один (даже если не один, это ничего не меняет; другое дело, если бы процессоров было сколько угодно!), то и задача в каждый момент времени выполняется на нем одна. Но выполняется недолго, скажем, 4 нс (наносекунды). После этого состояние задачи записывается куда-нибудь в системную память, а сама задача встает последней в очередь задач, готовых к выполнению. Вместо нее немножко работает перваязадача в этой очереди, потом и с ней происходит то же самое, и т. д. Когда очередь опять доходит до исходной задачи, ее состояние восстанавливается и она продолжает работу с момента останова. Состоянием (или контекстом) задачи называется информация, необходимая для того, чтобы задача продолжала работать как ни в чем не бывало: значение регистров процессора, место, где было прервано выполнение, собственные часы, табличка использования оперативной памяти и пр. Практически все компьютерные архитектуры имеют встроенные команды процессора, позволяющие аппаратно сохранять и восстанавливать контекст задачи.

Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 11 12 13 14 Следующая

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: