Система автоматизации исследований

Союз Советск ихСоциапистическихРеспублик О П И С А Н И Е900287ИЗОБРЕТЕЙ ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУте е(5). л, С 06 Р 15/16 Гасурарстеенный комитет по делам изобретений и открытийГ. Н. Грит орьев, С.Н. Домарацкий, О.С. Зудин, И,Щ 1 Оттик;Г.Н .Кук,Б.Л. Лиснянский,А.А Новиков, Н.В. Попенко, Л.С. итнйков,А.В, 11 адрин (СССР), Р. Ааринен, О. Вайнио, С. Кауппинен,О. Лааксонен, И. Линдфоре и М. Тюрвайнен (Финляндия)Отдел морских экспедиционных работ Президиум АН СССР(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 иссле 1 О довательская аппаратура 13.Такая система обладает некоторой децентрализацией в обработке научной информации, однако степень этой де 1 централизации невелика.Кроме того, система имеет низкую надежность, поскольку при выходе из атроя 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 управленияподключены периферийные устройства -судовые датчики и приборы (измерителискорости, гирокомпасы, магнитометры,гравиметры, эхолот и т. д.) 23.Такая система также не позволяетобеспечить высокую производительностькомплексных исследований из-за централизации всех аппаратных и программныхсредств,Целью изобретения является повыше"ние производительности системы засчет проведения децентрализованной параллельной обработки информации наразных 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 второгоуровня, два блока сопряжения, дваадаптера, коммутатор, причем информационные входы-выходы ЭВМ второго уроя 9002ня соединены с первыми информационными входами-выходами соответствующих каналов второго уровня, входы-выходы сопряжения которых через соответ, ствующие блоки сопряжения соединенымежду собой, входы-выходы управленияЭВМ второго уровня подключены к входам-выходам управления соответствующих адаптеров, вторые информационныевходы-выходы каналов второго уровня 10подключены к первым входам-выходамсоответствующих адаптеров, вторыевходы-выходы которых соединены черезкоммутатор с блоком шин, к которомуподключены М каналов первого уровня, 15в каждый из которых введена ЭВМ первого уровня, первые входы-выходы которой соединены с первым блоком сопряжения, вторые входы-выходы соединенычерез второй блок сопряжения с общейшиной, к которой через соответствующие блоки сопряжения подключены Мвнешних устройств,На фиг, 1 приведена структурнаясхема предлагаемой системы для автоматизации исследований, преимущественно океанологических; на Фиг, 2структурная схема ЗБИ первого уровня;на фиг. 3 - структурная схема каналавторого уровня; на фиг. 4 - структурная схема ЭВМ второго уровня; нафиг. 5 - структурная схема блока сопряжения; на фиг, 6 - структурнаясхема коммутатора; на фиг. 7 - структурная схема адаптера.35Предлагаемая система для автоматизации исследований, преимущественноокеанологических, имеет две ЭВМ второго уровня 1 и 1, два канала второго уровня 2 и 2., два блока сопря40жения 3, и 3., два адаптера 4, и 4,блок коммутации 5, первый блок шин6, каналы первого уровня 7 -7, Каждый из каналов первого уровня содержит первый блок сопряжения 8, ЭВМ45первого уровня 9, второй блок со ряжения 10, второй блок шин 11, М тре-.тьих блоков сопряжения 12-12 м, Мвнешних устройств 13 -13 о. К входамвнешних устройств 13 подключены датчики, например, для исследования оке 50ана. Вторые входы-выходы каждой ЭВМвторого уровня 1 и 1 соединены спервыми входами-выходами каждого канала второго уровня 2и 2, первыевходы-выходы ЭВМ второго уровня 1 . 55и 1 соединены с третьими входами-выходами адаптеров 4 и 4 1. Вторыевходи-выходы каналов второго уровня 87 42 и 2 соединены с вторыми входамивыходами блоков сопряжения 3 и 3,Третьи входы-выходы каналов второгоуровня 2и 2соединены с первымивходами-выходами адаптеров 4, и 49,Вторые входы-выходы двух адаптеров 4и 4 соединены с первыми и вторымивходами-выходами блока коммутаций 5,третьи входы-выходы которого соединены с входами-выходами первого блокашин 6, другие входы-выходы которогосоединены с входами-выходами первогоблока сопряжения 8 в каждом из И каналов первого уровня 71 - 7, Вторыевходы-выходы первого блока сопряжения 8 соединены с первыми входамивыходами ЭВМ первого уровня 9, вторыевходы-выходы которой соединены с первыми входами-выходами второго блокасопряжения 10. Вторые входы-выходыблока сопряжения 10 соединены с входами-выходами второго блока шин 11,другие входы-выходы которого соединены с первыми входами-выходами третьихблоков сопряжения 12-2 м, соединенных вторыми входами-выходами с входа -ми-выходами внешних устройств 13, - 13 мПервые входы-выходы блока сопряжения3, соединены с первыми входами-выходами блока сопряжения 3.В состав ЗВМ первого уровня входитобщая шина 14, к которой подключеныпроцессор 15, ОЗУ 16, пульт оператора 17 и дисплей 18.Выделение каналов второго уровняв самостоятельный функциональный элемент связано с необходимостью обслуживания всех каналов первого уровняв реальном времени. В связи с этимканалы второго уровня могут строиться по структуре "общая шина", но вкачестве модулей будут использоватьсяспециализированные процессоры ( длявозведения в степень, логарифмирования, преобразования Форматов данных,аппроксимации и т, д,) накопителя намагнитных лентах и дисках и другиезапоминающие устройства, При этом дляместного управления модулями каналавторого уровня может использоватьсямодуль программного управления. Но наряд с местным управлением в каналевторого уровня в предлагаемой системе обеспечена возможность управленияэтих каналов со стороны ЭВМ второгоуровня,Канал второго уровня имеет общуювину 19, к которой подключены модульпрограммного 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 и 3, канал второго уровня 2 подключается к каналу 21, но остается частично под местным управлением от ЭВМ второго уровня 1 по программе С. При этом канал 2 совместно с ЭВМ второго уровня 1 и по программе П 1 и Спроизводит стратегическую обработку данных 1 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 3 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 ис ф пользуют для повышения производительности стратегической обработки данных. В качестве ЭВМ второго уровня можно использовать, например, СМ, ЭВМг также построенные по структуре "об 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 ап паратных так и программных модулей, что обеспечивает дополнительное повышение производительности исследований.В состав к ЭВМ второго уровня 30 входит общая шина .24, ряд процессов 251-25 к, 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 1 подключает через блоки сопряжения 3и 3 канал второго уровня р 2 к каналу 21, управляет через адаптер 4переключением блока коммутации 5. При этом в соответствии с программой Пчерез адаптер 4, блок коммутации 5, первый блок шин 6, первые блоки сопряжения 8-8 в ЭВМ первого уровня 91-9 м каналов первого уровня 7 -71 задаются локальные программы Л -.111,ьДля обеспечения удобства эксплуатации датчиков, уменьшения помех, со кращенияс связей с датчиками каналы первого уровня 7 -7, особенно их третьи блоки сопряжения 121-12 м, устанавливаются в непосредственной близости от обслуживаемых внешних устройств 13 -1 Зц, ориентированных, например, на проведение метеосиноптических гидрологических, гидрохимических, геофизических и других океанологических исследований.По программам ЛЛ внешние устройства (включают в себя, например, аналоговые усилители, мультиплексоры,1фильтры, преобразователи ток-код, напряжение-код, частота-код) собирают и преобразуют в цифровую форму дан ные измерений с различных датчиков для измерения солености, плотности, температуры, давления, радиоактивности и т. д.). Из внешних устройств 13- 13 м данные поступают через третьи блоки сопряжения 12-12 м, второй блок шин 11, второй блок сопряжения 10 вЭВМ первого уровня 9 -9. Эти ЭВМ попрограммам Л Л выполняют калибровку,линеаризацию, масштабирование характериСтик датчиков, выделение полезныхсигналов из помех, преобразование информации с датчиков в форму, принятую в каналах второго уровня 2-22.По программе Пчерез первые блоки сопряжения 81-8 первый блок шин 6, блок коммутации 5, адаптер 41 данные локальной обработки из ЭВМ первого уровня 9 - 9 н поступают в, канал второго уровня 21. Этот канал по программе П совместно с ЭВМ второго уровня11 производит тактическую обработку данных (например, определяют статисти5 1 О 15 20 25 30 40 45 50 55с 900 физики, геохимии и т. д,), например, методами идентификации.Освободившиеся ресурсы ЭВМ второ" го уровня 1( за счет частичного при. влечения для управления каналом второго уровня 2ЭВМ второго уровня 1, могут быть использованы для подготовки последующих комплексных программ исследований.В предлагаемой системе повышение 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 4 п с каналами второго уровня 2и 2 и с ЭВМ второго уровня 1и 1дополнительно создает воз- можность повышения производительности исследований за счет привлечения свободных ресурсов 1 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 перераспределением аппаратных и программных средств каналов второго уровня 2 и 2 и ЭВМ второго уровня 1 и 1 с помощью блоков сопряжения 3 1 и 3, адаптеров 4 и 4и блока коммутации 5под программным управлением одной из исправных ЭВМ 1 или 1, Для этого организация программирования, обмена информацией, форматы данных системы адресации и синхронизации в пер- - вом блоке шин б, каналах второго уровня 2, и 2 и ЭВМ второго уровня1 и 1,цолжны быть одинаковыми.В случае, если ЭВМ второго уровня1 выходит из строя, то все функции управления системой берет на себя ЭВМ второго уровня 1, При этом попрограмме П блок коммутации 5 подключает первый блок шин 6 через адаптер 4 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 информация 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 объектекак единое целое.Канал 2 и ЭВМ второго уровня 1 во время автономной работы каналов первого уровня получают возможность обрабатывать результаты предыдущих экспериментов, а канал 2 и ЭВМ второго уровня 1 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 резервированием 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 изобретенияСистема 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 ин" формационные входы-выходы каналов второго уровня подключены к первымвходам-выходам соответствующих адаптеров, вторые входы-выходы которых соединены через коммутатор с блоком шин,к которому подключены Я каналов первого уровня, в каждый из которых введены ЭВМ первого уровня, первые входы-выходы которой соединены с первымблоком сопряжения, вторые входы-выходы соединены через второй блок сопряжения с общей шиной, к которой че рез соответствующие блоки сопряжения подключены М внешних устройств.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1, Автоматизация научных исследований. Материалы 111 Всесоюзной школы Рига, "Зинатне", 1972.2. СопХегепсе оп е 1 есйгоп 1 с ещшеегшд п осеап СесЬпо 1 оу, 1970 (лрототип).3