Системы реального времени — это системы, реагирующие на внешние воздействия, или воздействующие на события внешней среды в пределах необходимых временных рамок.
Введение
Существует два варианта, которые чаще всего наблюдаются во взаимоотношениях между людьми, электронными вычислительными машинами и внешней средой. Они приведены на рисунке один.
Рисунок 1. Варианты использования ЭВМ. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Вариант а) используется наиболее часто, что характерно для систем информационной обработки. В этом варианте пользователь ведёт непосредственное взаимодействие с объектами внешней среды (принимает поступающую от них информацию, а также воздействует на них), а компьютер только помогает в этом человеку. Он производит различные виды обработки информации, которые требуются в данный момент пользователю. Практически все системы, выполненные по варианту а), являются, как правило, автоматизированными информационными системами (АИС), или автоматизированным рабочим (АРМ), или Системой автоматизированного проектирования (САПР) и тому подобное. Система по варианту б) является случаем, когда люди не способны сами осуществлять взаимодействие с объектами внешней среды. Компьютеры и системы на базе компьютерного оборудования являются посредниками между людьми и объектами окружающего мира. Почти все системы, выполненные по варианту б), сконструированы как автоматизированные системы управления.
Следует заметить, что между терминами «автоматическая» и «автоматизированная» есть существенные отличия. Автоматическая система (или коротко автомат) является устройством, которое осуществляет фиксированный комплект операций, в которых люди участия не принимают. Автоматизированная система, как правило, функционирует при непосредственном или опосредованном участии людей как одного из звеньев всей цепочки по управлению объектом. Кроме того, нужно понимать отличия между понятиями «управление» и «регулирование». Управлением является сложная функция автоматизированной системы, которая направлена на поддержание определённого состояния объекта управления, контроль за сохранением заданного режима его работы, выполнение некоторой программы поведенческого состояния объекта, работа по достижению заданных целей. А регулирование считается частным случаем процесса управления, который представляет собой процедуру по обеспечению стабильности некоторого числа физических характеристик, определяющих состояние объекта.
Системы реального времени
Под системой реального времени понимается автоматизированная система управления, у которой есть жёсткие ограничения по временным (динамическим) параметрам функционирования.
В формализованном виде этот момент можно представить так:
Tmin Здесь:
- Т — это некая характеристика временного интервала (к примеру, время реагирования на событие во внешнем мире, время осуществления какого-то процесса, время выполнения какого-то действия и тому подобное.
- Tmin и Tmax, - предельные границы этой характеристики. Уход за эти ограничения вызовет отказ (ошибку) в работе системы.
Главной сферой использования систем реального времени является работа с объектами внешнего мира со скоростью операций, которые выполняются в данных объектах. Практически все автоматизированные системы управления выполнены как системы реального времени, а автоматизированные информационные системы, как правило, таковыми не являются.
Автоматизированные системы управления реального времени можно разделить на следующие классы:
- Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП). В качестве примера можно привести систему управления ядерным реактором или систему, которая управляет конвейером на автозаводе.
- Автоматизированная система научных исследований (АСНИ). Она также включает комплексные испытания, к примеру, это может быть система испытаний на воздействие вибраций на элементы ракет.
- Системы управления, которые встраиваются в управляемые объекты. Они служат для организации работы несложных технических устройств, таких как мобильные телефоны, стиральные машины, станки и тому подобное, а также это могут бортовые системы управления, например, управляющие работой модулей автомобиля, самолёта и тому подобное.
Общая структурная организация автоматизированной системы управления реального времени
Такие системы являются очень сложными программными и аппаратными комплексами, которые работают с использованием специальных методов математики и информатики. Главными задачами, которые призвана решать типовая автоматизированная система управления, считаются:
Поиск информации о текущем состоянии и работе объекта управления. Обработка, показ, хранение и пересылка этой информации. Выполнение анализа информационных данных и выработка необходимых решений. Формирование управляющих сигналов на управляемый объект.
Общая структурная схема автоматизированной системы управления реального времени приведена на рисунке два.
Рисунок 2. Общая схема структурного построения АСУ. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
При практической реализации возможны некоторые отклонения от приведённой структуры:
- В системе могут быть лишь каналы поступления информационных данных и измерений, то есть это будет информационно-измерительная система.
- В системе осуществлять выбор решений по управлению могут только люди, тогда это будет автоматизированная система диспетчерского управления (АСДУ).
Аппаратное обеспечение систем реального времени делится на два типа:
Аппаратура вычислительной техники (то есть компьютеры с их набором модулей и интерфейсов).
Специальное оборудование, которое обеспечивает связь компьютера с объектом управления. По сути, это целый комплекс оборудования, обеспечивающего взаимосвязь компьютера с управляемым объектом. В частности, это:
- Различные датчики, которые преобразуют физические параметры, такие как температура, движения объекта, давление и так далее, в формат электронного сигнала.
- Преобразователи промежуточных измерений.
