Система автоматизации исследований

 

Союз Советск их

Социапистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕЙ ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ц)900287

J

r (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 01.07.80 (21) 2983670/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

Опубликовано 23.01 82. Бюллетень №3

Дата опубликования описания 23.01.82 (sl)M. Кл.

G 06 F 15/16

Государственный комитет по делам изобретений и открытий (53) УДК 681. 325 (088. 8) Г.Н..Григорьев,С.Н. Домарацкий, О.С. Зудин, И.Щ Гбтик.;Г. Н .Кук, Б.Л. Лиснянский,А.A Новиков, Н.В. Попенко, Л,С. 1итнйков, A.b. 11!едрил (СССР), P. Ааринен, О. Вайнио, С. Кауппинен, О. Лааксонен, И. Линдфоре и M. Тюрвайнен (Финлянрия)

Отдел морских экспедиционных работ Президиум АН СССР (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для автоматизации научных и прикладных, преимущественно океанологических, исследований в реальном времени.

Известна вычислительная система, 5 содержащая две ЭВМ, соединенные через линию связи, к которым через каналы подключаются штатные периферийные устройства, а через интерфейсные блоки (блоки шин) — различная иссле1О довательская аппаратура (13

Такая система обладает некоторой децентрализацией в обработке научной информации, однако степень этой де1$ централизации невелика.

Кроме того, система имеет низкую надежность, поскольку при выходе из строя ЭВМ невозможно проводить соответствующчй эксперимент.

Известна система на судне, содержащая две ЭВМ, соединенные между собой. К каждой ЭВМ через входящие в каналы мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь и блок управления подключены периферийные устройства— судовые датчики и приборы (измерители скорости, гирокомпасы, магнитометры, гравиметры, эхолот и т. д.) (23.

Такая система также не позволяет обеспечить высокую производительность комплексных исследований из-за централизации всех аппаратных и программных средств.

Целью изобретения является повышение производительности системы за счет проведения децентрализованной параллельной обработки информации на разных уровнях концентрации аппаратных и программных средств.

Цель достигается тем, что в систему автоматизации исследований, содержащую две ЭВМ второго уровня, два канала первого уровня и М внешних устройств, введены два канала второго уровня, два блока сопряжения, два адаптера. коммутатор, причем информационные входы-выходы ЭВМ второго уроя9002 ня соединены с первыми информационными входами-выходами соответствующих каналов второго уровня, входы-выходы сопряжения которых через соответ. ствующие блоки сопряжения соединены между собой, входы-выходы управления

ЭВМ второго уровня подключены к входам-выходам управления соответствующих адаптеров, вторые информационные входы-выходы каналов второго уровня 10 подключены к первым входам-выходам соответствующих адаптеров, вторые входы-выходы которых соединены через коммутатор с блоком шин, к которому подключены М каналов первого уровня, в каждый из которых введена ЭВМ первого уровня, первые входы-выходы которой соединены с первым блоком сопряжения, вторые входы-выходы соединены через второй блок сопряжения с общей шиной, к которой через соответствующие блоки сопряжения подключены M внешних устройств.

На фиг, 1 приведена структурная схема предлагаемой системы для автоматизации исследований, преимущественно океанологических; на фиг. 2 структурная схема ЗБИ первого уровня; на фиг. 3 — структурная схема канала второго уровня; на фиг. 4 — структурная схема ЗВМ второго уровня; на фиг. 5 — структурная схема блока сопряжения; на фиг. 6 — структурная схема коммутатора; на Фиг. 7 — структурная схема адаптера.

Предлагаемая система для автоматизации исследований, преимущественно океанологических, имеет две ЭВМ вто рого уровня 1„ и 1>, два канала второго уровня 2 и 2., два блока сопря.

1 40 жения 3, и 3., два адаптера 4 и 4, L блок коммутации 5, первый блок шин

6, каналы первого уровня 7 -7„. Каждый из каналов первого уровня содержит первый блок сопряжения 8, ЭВМ

45 первого уровня 9, второй блок сопряжения 10, второй блок шин 11, М тре-. тьих блоков сопряжения 121-12, M внешних устройств 13 — 13 . К входам внешних устройств 13 подключены датчики, например, для исследования оке50 ана. Вторые входы-выходы каждой ЭВМ второго уровня 1 и 1п соединены с первыми входами-выходами каждого канала второго уровня 2 и 2, первые входы-выходы ЭВМ второго уровня 1< и 1 соединены с третьими входами-выходами адаптеров 4 и 4 . Вторые входи-вы".îäû каналов второго уровня

87 4

2 и 2 соединены с вторыми входамивыходами блоков сопряжения 3 и 3 .

Третьи входы-выходы каналов второго уровня 2 „ и 2 соединены с первыми входами-выходами адаптеров 4 и 4п.

Вторые входы-выходы двух адаптеров 4 и 4 соединены с первыми и вторыми входами-выходами блока коммутаций 5, третьи входы-выходы которого соединены с входами-выходами первого блока шин 6, другие входы-выходы которого соединены с входами-выходами первого блока сопряжения 8 в каждом из N каналов первого уровня 71 — 7, Вторые входы-выходы первого блока сопряжения 8 соединены с первыми входамивыходами ЭВМ первого уровня 9, вторые входы †выхо которой соединены с первыми входами-выходами второго блока сопряжения 10. Вторые входы-выходы блока сопряжения 10 соединены с входами-выходами второго блока шин 11, другие входы-выходы которого соединены с первыми входами-выходами третьих блоков сопряжения 12 -!2м, соединенных вторыми входами-выходами с входа— ми-выходами внешних устройств 13, — 13

Первые входы-выходы блока сопряжения

3, соединены с первыми входами-выходами блока сопряжения 3 .

В состав ЗВМ первого уровня входит общая шина 14, к которой подключены процессор 15, ОЭУ 16, пульт оператора 17 и дисплей 18.

Выделение каналов второго уровня в самостоятельный функциональный элемент связано с необходимостью обслуживания всех каналов первого уровня в реальном времени. В связи с этим каналы второго уровня могут строиться по структуре "общая шина", но в качестве модулей будут использоваться специализированные процессоры (для возведения в степень, логарифмирования, преобразования форматов данных, аппроксимации и т, д,) накопителя на

/ магнитных лентах и дисках и другие запоминающие устройства. При этом для местного управления модулями канала второго уровня может использоваться модуль программного управления. Но на1 ряд с местным управлением в канале второго уровня в предлагаемой системе обеспечена возможность управления этих каналов со стороны ЭВМ второго уровня.

Канал второго уровня имеет общую шину 19, к которой подключены модуль программного управления 20, накопи900287 ческие и динамические характеристики изучаемого района океана). В этот канал могут быть включены дисплеи, графопостроители, магнитофоны, которые позволяют расширить возможности ЭВМ второго уровня 1„.

Под управлением ЭВМ второго уроння 1„ через канал второго уровня 2 блоки сопряжения 3 1 и 3 g, канал второго уровня 2п подключается к каналу

21, но остается частично под местным управлением от ЭВМ второго уровня 1и по программе С . При этом канал 2 совместно с ЭВМ второго уровня Ig no программе П 1 и С и производит стратегическую обработку данных (определяет комплексные характеристики изучаемого района Ькеана в плане геологии, геотель иа МД 21, накопитель на МЛ 22, а также спецпроцессоры 23 -23 .

Наличие двух низших высокопроизводительных уровней локальной и тактической обработки данных позволяет S существенно разгрузить и тем самым снизить требования к каналу ввода-вывода ЭВМ второго уровня. Все освободившиеся за счет этого ресурсы ЭВМ второго уровня в данной местности используют для повышения производительности стратегической обработки данных. В качестве ЭВМ второго уровня можно использовать, например, CM ЭВМ

r также построенные по структуре "об- 15 щая шина", к которой подключены ряд процессоров, ОЗУ, дисплеев, накопителей на магнитных дисках для хранения всех основных пакетов программ исследований: на языке высокого уровня — 20 для стратегической обработки, на ассемблере — для тактической обработки, в кодах машины — для локальной обработки.. Таким образом, в предлагаемой системе реализуется иерархия как аппаратных так и программных модулей, что обеспечивает дополнительное повы— шение производительности исследований.

В состав к ЭВМ второго уровня зр входит общая шина .24, ряд процессов

251-25к, дисплей 26 и накопители на

МД 27;-27 .

Блок сопряжения содержит регистр ввода 28 и регистр вывода 29.

Коммутатор содержит регистр команд 30, дешифратор 31, буферный регистр 32, а также две группы вентилей 33 и 34. Адаптер имеет регистр команд 35, дешифратор 36, два блока вентилей 37 и 38. а также два буферных регистра 39 и 40.

Предлагаемая система в отличие от известной позволяет организовать децентрализованные исследования, 13

В случае, если все узлы системы исправны, то, например, ЭВМ второго уровня 2 подключает через блоки col пряжения 3 и Зп канал второго уровня р

2 к каналу 21, управляет через адаптер 4 переключением блока коммутации

5. При этом в соответствии с программой П через адаптер 4, блок коммутации 5, первый блок шин 6, первые блоки сопряжения 8 -8 в ЭВМ первого уровня 91-9 1 каналов первого уровня

7 -7м задаются локальные программы

Л „-.11М, ь

Для обеспечения удобства эксплуатации датчиков, уменьшения помех, со. кращенияс связей с датчиками каналы первого уровня 7„ -7, особенно их третьи блоки сопряжения 121 †1, устанавливаются в непосредственной близости от обслуживаемых внешних устройств 13 -1Зц, ориентированных, например, на проведение метеосиноптических гидрологических, гидрохимических, геофизических и других океанологических исследований.

По программам Л Л внешние устройства (включают в себя, например, аналоговые усилители, мультиплексоры, 1 фильтры, преобразователи ток-код, напряжение-код, частота-код) собирают и преобразуют в цифровую форму дан ные измерений с различных датчиков

1 для измерения солености, плотности, температуры, давления, радиоактивности и т. д.). Из внешних устройств 1313 данные поступают через третьи блоки сопряжения 12 -12, второй блок шин 11, второй блок сопряжения 10 в

ЭВМ первого уровня 9 — 9 . Эти ЭВМ по программам Л Л выполняют калибровку, линеаризацию, масштабирование характериСтик датчиков, выделение полезных сигналов из помех, преобразование информации с датчиков в форму, принятую в каналах второго уровня 2 -22.

По программе П „ через первые блоки сопряжения 81-8 первый блок шин

6, блок коммутации 5, адаптер 41 данные локальной обработки из ЭВМ первого уровня 9 — 9 поступают в. канал второго уровня 21. Этот канал по программе П совместно с ЭВМ второго уровня

1„ производит тактическую обработку данных (например, определяют статисти5

1О

35

55 с

900 физики, геохимии и т. д.). например, методами идентификации.

Освободившиеся ресурсы ЭВМ второ" го уровня 1 < (эа счет частичного при. влечения для управления каналом второго уровня 2 0 ЭВМ второго уровня 1 ), могут быть использованы для подготовки последующих комплексных программ исследований.

В предлагаемой системе повьппение производительности комплексных исследований обеспечено за счет создания воэможности проведения децентрализованной, но параллельной обработки информации на трех уровнях концентрации аппаратных и программных средств системы.

Независимый двусторонний обмен адаптеров 4, и 4п с каналами второго уровня 2 „ и 21 и с ЭВМ второго уровня I < и 1 дополнительно создает воэ- можность повышения производительности исследований за счет привлечения свободных ресурсов ) и 10 в случае перегрузок каналов 2, и 2 .

Сохранение высокой производительности исследований. в аварийных ситуациях, что особенно важно для судовых систем научных исследований, обеспечено в предлагаемой системе перерасI пределением аппаратных и прогрйммных средств каналов второго уровня 2 и

20 и ЭВМ второго уровня 1 и 1 с помощью блоков сопряжения 31 и 3, адаптеров 4< и 4 и блока коммутации 5 под программным управлением одной из исправных ЭВМ 1., или 1и . Для этого органиэация программирования, обмена информацией, форматы данных cuIñòåìû адресации и синхронизации в пер-— вом блоке шин б, каналах второго . уровня 2 и 2п и ЭВМ второго уровня

I< и Iy должны быть одинаковыми.

В случае, если ЭВМ второго уровня

1 выходит из строя, то все функции управления системой берет на себя

ЭВМ второго уровня 1 . При этом по программе П блок коммутации 5 подключает первый блок шин 6 через адаптер 4у к каналу второго уровня 2 .

Такое построение системы обеспечивает возможность проведения параллельно децентрализованной обработки информации. Каждый из каналов первого уровня, имеющий конкретную локальную программу обработки, автономно производит сбор и предварительную обработку информации. Собранная каналом информлц. я может храниться в памяти канала и выдаваться для последующей обработки в ЭВМ второго уровня после проведения всего эксперимента в целом или отдельных его этапов. В то же время все каналы синхронизированы от ЭВМ второго уровня и эксперимент проводится в едином для всей системы времени. Это позволяет сопоставлять результаты различных экспериментов, получая всю информацию об исследуемом объекте KBK единое целое .

Канал 2„ и ЭВМ второго уровня 1„ во время автономной работы каналов первого уровня получают возможность обрабатывать результаты предыдущих экспериментов, а канал 20 и ЭВМ второго уровня l обрабатывают результаты, полученные в канале 2„ и ЭВМ второго уровня 11.

Подобная трехступенчатая обработка информации позволяет автономно на каждой ступени перерабатывать информацию, обеспечивая параллельность на одном и на разных уровнях.

Следует подчеркнуть, что система обладает резервиронанием ЭВМ второго уровня и, благодаря легкости переориентации канала первого уровня путем изменения локальной программы, резервированием каналов первого уровня, что повышает надежность и производительность системы в целом в течение рейса научно-исследовательского судна.

Формула изобретения

Система автоматизации исследований, преимущественно океанологических, содержащая две ЭВМ второго уровня, два канала первого уровня и М внешних устройств, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения производительности, в нее введены два канала второго уровня, два блока сопряжения, два адаптера, коммутатор, причем информационные входы-выходы

ЭВМ второго уровня соединены с первыми информационными входами-выходами соответствующих каналов второго уровня, входы-выходы сопряжения которых через соответствующие блоки сопряжения соединены между собой, входы-выходы управления ЭВМ второго уровня подключены к входам-выходам управления соответствующих адаптеров, вторые информационные входы-выходы каналов второго уровня подключены к первым

900287

10 входам-выходам соответствующих адаптеров, вторые входы-выходы которых соединены через коммутатор с блоком шин, к которому подключены N каналов первого уровня, в каждый из которых введены ЭВМ первого уровня, первые входы-выходы которой соединены с первым блоком сопряжения, вторые входы-выходы соединены через второй блок сопряжения с общей шиной, к которой че- 0 рез соответствующие блоки сопряжения подключены М внешних устройств.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

I. Автоматизация научных исследований. Материалы III Всесоюзной школы

Рига, "Зинатне", 1972.

2. Conference on electronic engineering in ocean technology, 1970 (лрототип).