3.8.4. Типичные структуры систем децентрализованного типа

Существует несколько видов структур соединений ЭВМ, входящих в состав МС. Эти структуры зависят от объема передаваемой информации, необходимого быстродействия, количества ЭВМ и т. п. Наиболее серьезная классификация может быть сделана исходя из того, имеют ли несколько ЭВМ общую память. Соединение ЭВМ при наличии общей памяти носит название систем с сильной связью. В противном случае мы имеем дело с системами со слабой связью.

В системах с сильными связями несколько ЭВМ подключены к основной памяти, что требует для обеспечения доступа к ней создания довольно сложной системы синхронизации. При этом возникает проблема доступа к общей шине. Обычно используют шину с разделением времени и соответствующую шинную схему разрешения конфликтов, т. е. шинный арбитр, с помощью которого осуществляется управление коммутацией. Существуют также другие методы реализации общей памяти, к которым можно отнести использование перекрестных шин (кросс-шин), многопортовой памяти и т. д. В матрице перекрестных шин N x M (рис. 3.26) содержится N процессоров и M устройств памяти (ЗУ).

Такая матрица позволяет обеспечить систематическое увеличение числа шин и организовать очень прочную систему, в которой коммутационная структура оказывается довольно сложной. В такой системе можно осуществлять одновременную передачу данных между несколькими ЭВМ и устройствами памяти.

Децентрализация, соответствующая системам с сильными связями, представляет собой, прежде всего, функциональную децентрализацию. Обработка данных выполняется параллельно несколькими ЭВМ, что обеспечивает соответствующее увеличение производительности. Другим важным моментов является то, что при параллельной работе повышается надежность функционирования всей ИС. Слабым местом систем с сильными связями является то, что из-за особенностей характеристик шин их пространственная протяженность обычно не может превышать нескольких метров. Поэтому их нельзя отнести к разряду распределенных систем. Для систем, имеющих более значительные пространственные масштабы необходимо использовать структуру со слабыми связями.

В системах со слабыми связями передача данных производится через ввод-вывод, поэтому возможно переполнение сообщениями. Однако синхронизация работы всех ЭВМ в таких системах упрощается.

3.8.5. Децентрализация в живых организмах

В живых организмах, которые можно рассматривать как совершенные МС, достаточно широко используются распределенные информационные структуры.

Сигналы от органов чувств по восходящему нервному тракту поступают в кору больших полушарий головного мозга, что позволяет животному принять решение о линии поведения (например, убегать или напасть самому). После обработки полученной информации в головном мозге вырабатываются сигналы, которые проходят по нисходящему нервному тракту и, достигая эффекторов в мышцах, приводят в движение конечности животного. Это – пример централизованной обработки информации.

Во время движения животное переставляет свои четыре конечности вполне определенным образом: левая передняя, правая задняя, правая передняя, левая задняя. При этом очень сложная обработка информации (определение последовательности подачи нервных импульсов в различные многочисленные группы мышц с учетом сигналов от тактильных рецепторов на конечностях, несущих информацию о характере поверхности земли, сигналов от многочисленных рецепторов углов поворота, скоростей и усилий перемещения отдельных звеньев конечностей и т. д.) производится неосознанно на локальном уровне. Другие локальные системы управления обеспечивают функционирование рефлексов (выброс гормона адреналина в кровь при принятии решения о нападении, отдергивание лапы при соприкосновении с колючкой, учащение дыхания и биения сердца). Кроме того, практически каждый орган имеет свою локальную систему управления (в печени, желудке непрерывно происходят управляемые сложные биохимические процессы). Живой организм имеет очень сложную иерархическую структуру управления с перекрестными связями между отдельными органами, причем измерительная и управляющая информация передается не только по нервным каналам, но также и химическим путем (через гормоны, поступающие в кровь). Иерархическая структура управления простирается далеко вниз – до уровня отдельных клеток организма и даже отдельных молекул (например, во время деления клетки макромолекула ДНК управляет созданием своей копии).

Локальные информационные системы работают в тех случаях, когда нужно оперативно реагировать на сигнал (например, свидетельствующий об опасности) или для регулирования текущих функций организма. Если, например, неожиданно взмахнуть рукой перед лицом человека (или животного), его глаза моргнут. Локальная система управления, получив по зрительному каналу информацию о возможной опасности, обрабатывает его и посылает на привод исполнительного органа (мышцы век) команду защитить глаза. При этом человек даже не успевает понять, что же произошло. Мы понимаем это уже потом, когда локальная система управления посылает в сознание отчет о выполненном действии.

Можно полагать, что технические МС будут усложняться и развиваться по пути иерархического распределения функций. С точки зрения проектирования МС изучение структуры управления в живых организмах может быть очень плодотворным.

Вопросы к 3 главе

1. Каким образом осуществляется синхронизация и координация работы всех подсистем МС?

2. Из каких подсистем может состоять ИС?

3. Каковы основные функции, выполняемые ИС?

4. Дайте определения измерения, физической величины, измерительной информации, сигнала.

5. Что такое информативный и неинформативный параметры измерительного сигнала?

6. Что такое функция преобразования и номинальная функция преобразования датчика? Какими способами эта функция может быть задана?

7. Что такое диагностический тест, комбинационный и последовательный поиск неисправностей?

8. Что такое измерительный преобразователь, датчик, сенсор?

9. Что такое первичный и вторичный измерительный преобразователь?

10. Что такое точность и погрешность?

11. Каковы причины появления погрешностей?

12. Что такое абсолютная, относительная и приведенная погрешности?

13. Что такое основная и дополнительная погрешности?

14. Что такое систематическая и случайная погрешности? Как бороться с такими погрешностями?

15. Что такое аддитивная и мультипликативная погрешности?

16. Что такое погрешности гистерезиса и квантования?

17. Что такое статическая и динамическая погрешности? В чем причина динамической погрешности?

18. Что такое время преобразования и граничная частота преобразования?

19. Приведите примеры использования локационных акустических датчиков в животном мире.

20. В чем состоит принцип действия тензорезистивных датчиков? Назовите достоинства и недостатки тензодатчиков.

21. Какие бывают виды тензорезисторов?

22. Какие пьезоматериалы используются для изготовления пьезодатчиков? Достоинства и недостатки пьезодатчиков.

23. Поясните принцип действия магнитоупругих датчиков. Назовите основные достоинства магнитоупругих датчиков.

24. Поясните принцип работы дифференциально-трансформаторного датчика.

25. Перечислите достоинства дифференциального включения датчиков.

26. Изобразите структурную схему оптического датчика.

27. Какими параметрами характеризуется оптическое излучение?

28. Какие вы знаете виды лазеров?

29. В чем преимущества использования лазерного излучения для передачи информации по оптическому каналу?

30. Какое соотношение входного и выходного сопротивлений необходимо обеспечить при согласовании датчиков с вторичной аппаратурой? Рассмотрите три основных режима согласования.

31. Что такое модуляция сигнала? Какие виды модуляции наиболее помехоустойчивы?

32. Как можно уменьшить погрешность квантования по уровню?

33. Как определить оптимальную частоту отсчетов при дискретизации по времени?

34. Что такое кодирование и код? Для чего производится кодирование измерительных сигналов?

35. Что такое помехоустойчивое кодирование?

36. Сравните различные каналы передачи измерительной информации по стоимости, пропускной способности, помехозащищенности.

37. Какие вы знаете способы снижения влияния помех на линии связи?

38. Какие из этих способов используются при передаче информации в живых организмах?

39. Какие алгоритмы обработки используются в СТЗ для улучшения качества изображений перед распознаванием детали?

40. Какие параметры изображения используются роботом для распознавания деталей на сборочном столе?

41. В чем состоит концепция конфигурируемого управления?

42. Проведите сравнение распределенных и сосредоточенных систем.

43. Приведите примеры работы распределенных систем управления в технических и биологических системах.

Литература

1. В.П. Цымбал. Теория информации и кодирование. Киев, Изд-во «Вища школа», 1977. 288 с.

2. Куафе Ф., Взаимодействие робота с внешней средой: Пер. с франц. - М.: Мир, 1985.

3. Информационно-измерительная техника и технологии. Под. ред. проф. Г. Г. Раннева. - М.: Высш. шк., 2006.

4.Э.И. Цветков. Процессорные измерительные средства. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1989. – 224 с. ил.

5. Куликовский К.Л., Купер В.Я. Методы и средства измерений: Учеб. Пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 448 с.: ил.

6. Промышленные роботы для миниатюрных изделий /Р. Ю. Бансявичус, А. А. Иванов, Н. И. Камышный и др.; Под. ред. В. Ф. Шаньгина. – М.: Машиностроение, 1985. – 264 с., ил. – (Автоматические манипуляторы и робототехнические системы).

7. Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы / В. Б. Брагин, Ю. Г. Войлов, Ю. Д. Жаботинский и др.; Под. общ. ред. Е. П. Попова, В. В. Клюева. – М.: Машиностроение, 1985. – 256 с., ил. – (Автоматические манипуляторы и робототехнические системы).

8. Письменный Г.В. и др., Системы технического зрения в робототехнике. - М.: Машиностроение , 1991.

9. Мартынов В.В., Карнаухов Н.Ф., Лаврентьев Е.Б., Череватенко В.А. Позиционирование исполнительного органа мехатронного устройства с помощью оптического целеуказателя. «Динамика технологических систем» Труды VI Международной научно-технической конференции Т. III. Изд. центр. ДГТУ, Ростов-на-Дону, 2001. – 284 с.

10. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин: (Измерительные преобразователи). Учеб. пособие для вузов. - Л.: Энергоатомиздат, 1983.

11. Мартынов В.В., Григорьян С.Г., Воронцов Г.В., К теории чувствительности магнитоупругих преобразователей. Известия ВУЗОВ «Электромеханика» № 12, 1985

12. Мартынов В.В., Григорьян С.Г., Литовченко Ю.Н. Разработка магнитоупругих преобразователей давления и исследование их статических и динамических характеристик. Свидет. о депонир. № ДР-334, реферат в «Информации о новых поступлениях литературы» № 3, 1983.

13. Полищук Е.С. Измерительные преобразователи. – Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1981. – 296 с.

14. Носенков Д.А. , Мартынов В.В., Применение подсветки параллельными лучами для видеоизмерений координат режущего инструмента. «Информационное обеспечение и управление в мехатронных производственных системах»: Межвуз. сб. науч. ст. Ростов-на-Дону: Издательский центр ДГТУ, 1998. 139 с.

15. Манаев Е. И. Основы радиоэлектроники: Учеб. пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1985. – 503 с.

16. Справочник по средствам автоматики/Под. ред. В. Э. Низэ и И. В. Антика. – М.: Энергоатомиздат, 1993.

17. Вениаминов В. Н., Лебедев О. Н., Мирошниченко А. И. Микросхемы и их применение: Справ. Пособие. – М.: Радио и связь, 1998.

18. Карнаухов Н.Ф., Мартынов В.В., Мироненко Р.С. Диагностика процесса резания и состояния инструмента по инфракрасному излучению. «Динамика технологических систем». Тезисы докладов V Международной научно-технической конференции по динамике технологических систем. Т. II, ДГТУ, Ростов-на-Дону, 1997.