книги / Справочник проектировщика систем автоматизации управления производством

2)загрузчик, который планирует последовательную загрузку отдельных сег­ ментов программы в главную память с целью экономии ее;

3)программы переписки информации из одного вида памяти в другой с одновре­ менным редактированием данных;

4)система отладочных 'программ;

5)программы сортировки-слияния для упорядочения массивов в возрастающем или убывающем порядке.

В состав управляющих программ входят: супервизор ввода-вывода, супервизор задач, программы управления заданиями, программа связи оператора с системой и программы управления данными.

Под супервизором в ОС понимается совокупность управляющих программ, кото­ рые координируют выполнение потока задач, распределяют между ними ресурсы системы, планируют все операции ввода-вывода в системе и управляют ими.

Супервизор ввода-вывода выполняет следующие функции: планирование работы каналов и управление очередями требований к каналам и устройствами вводавывода; запуск канальных программ; использование стандартных процедур коррек­ тировки ошибок по вводу-выводу.

Супервизор задач предназначен для решения таких задач: распределение глав­ ной памяти; загрузка программ в главную память, работа с системными библиоте­ ками; мультипрограммирование; обслуживание по таймеру (электронным часам); синхронизация выполнения программ с операциями ввода-вывода и завершением других операций; регистрация ошибок при работе системных программ и программ потребителя; реализация некоторых процедур выхода из исключительных ситуаций.

Супервизор получает управление через систему прерываний (например, преры­ вание по окончанию операций ввода-вывода, по программным ошибкам, по таймеру).

Единицей управления для супервизора задач является «задача». В режиме выпол­ нения одиночной задачи в любой момент времени в системе может существовать только одна задача, решению которой подчинены все ресурсы системы. В режиме одновременного решения нескольких задач ресурсы системы распределяются между задачами по приоритету. Для обеспечения работы супервизора и связи его с дру­ гими компонентами управляющей программы и программами потребителя в глав­ ной памяти системы имеются информационные поля, организованные в виде таблиц или управляющих блоков.. Некоторые из этих таблиц и блоков хранятся в оператив­ ной памяти системы постоянно (например, «резидент», играющий роль посредника между остальными частями системы). Могут использоваться также блоки и таблицы, которые образуются только на время выполнения задачи или даже на время выпол­ нения операции ввода-вывода для задачи и др. При образовании очередей управляю­ щие блоки связываются один с другим в цепной список и образуют очередь к опре­ деленному ресурсу системы.

Супервизор может организовать решение задач в одном из следующих режимов: последовательное обслуживание; мультипрограммирование (см. гл. VIII, п. 8); разделение времени.

Работа операционной системы в различных режимах

Режим последовательного обслуживания. В этом режиме программы выполняются последовательно, при этом каждой задаче на время ее решения могут быть предо­ ставлены все технические средства системы, кроме главной памяти.

Главная (оперативная) память системы состоит из страниц. К этой памяти имеют доступ процессоры и различные внешние устройства (внешняя память, ввод-вывод, пульт, таймер и т. д.). Процессор и внешние устройства называются абонентами главной памяти.

Главная память разделена между программами тех задач, которые находятся в ней в данное время. Для каждой задачи в распределении супервизора имеется шкала защиты, в которой единицами помечены разрешенные для задачи страницы, а нулями — запрещенные. Перед использованием программы первой задачи супер­ визор задач заносит ее шкалу в регистр защиты и передает управление на начало программы. Во время работы программы задачи возможны прерывания. Если про­ грамма выполнена, то происходит прерывание по команде останова, блок анализа прерываний передает управление диспетчеру, который включает в работу вторую задачу.

Если же в процессе выполнения программы возникает аварийная ситуация (ава­ рийный останов, или обращение к запрещенной странице), тогда по.сле преры­

срочных задач. В то же время такой режим для подавляющего большинства задач является неэффективным из-за наличия интервалов времени простоя процессора и малой загрузки внешних устройств (параллельно с процессором работают лишь внешние устройства, требуемые для дайной задачи).

Режим мультипрограммирования. В режиме мультипрограммирования (см. гл. VIII, п. 8) супервизор вначале включает в работу первую из задач, находящихся в главной памяти. Если эта задача потребовала обмен с внешним устройством, то после включения в работу этого устройства управления передается на начало про­ граммы второй задачи, а перед этим запоминается адрес возврата на программу первой задачи и организуется защита памяти. Следовательно, параллельно работает процессор, реализующий вычисления по второй задаче, и выполняется обмен с внеш­ ним устройством для* первой задачи. Если во время выполнения второй задачи про­ изошло внешнее прсрываис, что свидетельствует об окончании начатого обмена, супервизор организует продолжение работы первой задачи и запоминает адрес воз­ врата во вторую задачу. Если же вторая задача выставила запрос на обмен с внеш­ ним устройством, то супервизор включает в работу это устройство и переходит либо к продолжению выполнения первой задачи, если обмен для нее окончился, либо включает в работу третью задачу. Подобным же образом включаются в работу и остальные задачи; расположенные в главной памяти.

Режим разделения времени. Этот режим обеспечивает возможность многим потре­ бителям вмешиваться в работу системы и выдает заявки на решение требуемых за­ дач. С этой целью используются уже упоминавшиеся среди абонентов главной памяти пульты, в качестве которых могут выступать телетайпы, электрические^ пишущие машинки и т. п. Пульты могут располагаться как в непосредственной близости от системы, так и находиться от нее на расстоянии от десятков до тысяч километров. Связь с системой при этом осуществляется телефонными или телеграфными каналами связи. При работе системы в режиме разделения времени имеется возможность вводить с пульта оператора в систему программы решения задач и давать заявки на решение задач, уже загруженных’ в систему.

Предположим, что во внешней памяти уже имеется полный архив из задач, заявки на решение которых могут поступить с пультов. Заявки по срочности делятся на две категории: срочные (/ приоритет), которые надо обслужить за время, меньшее некоторого интервала Т (несколько секунд) и несрочные заявки (II приоритет) с большим допустимым временем обслуживания.

Операционная система для информации, поступающей с каждого пульта, выделяет свой участок памяти, границы которого записываются в ячейку, играющую роль команды обмена для этого абонента. Оператор с пульта передает заявку на обслу­ живание, заканчивая ее служебным знаком «конец сообщения», и заявка поступает в главную память в режиме параллельной работы на выделенное операционной системой поле. Устройство управления обменом, расшифровывая знак «конец сооб­ щения», формирует сигнал прерывания, по которому диспетчер ставит принятую заявку в конец очереди на обслуживание .и возвращает процессор к выполнению

.прерванной программы. Заявки образуют две очереди: 1) очередь заявок с приори­ тетом I; 2) очередь заявок с приоритетом II.

По информации, содержащейся в срочной заявке, подлежащей обслуживанию, диспетчер при помощи загрузчика вызывает из внешней памяти нужную задачу и передает ей управление. При этом в счетчике относительного времени устанав­ ливается значение Т. Если решение задачи заняло время /Р ^ Т, то диспетчер ана­ логичным образом начинает обслуживание следующей по очереди срочной заявки. В противном случае через время Т наступает прерывание, и незаконченная задача ставится в начало очереди приоритета II. Затем обслуживается следующая заявка из очереди. После того, как обслужены все срочные заявки, диспетчер включает в обслуживание первую из несрочных заявок.

Задача, решаемая по заявке, вырабатывает ответную информацию абоненту (ответное сообщение). По требованию от задачи диспетчер формирует команду обмена

для соответствующего абонента, в которой указываются границы в главной памяти ответного сообщения. Эта информация передается абоненту.

Диспетчер ведет протоколирование работы системы: на печатающее устройство абонентов и на «протокольное» печатающее устройство выдаются справочные сведе­ ния о каждой из решенных задач — код абонента, название задачи, дата, астроно­ мическое время начала и конца выполнения заявки и т. п.

Состав операционной системы ЕС ЭВМ

В состав ЕС ЭВМ входят два типа операционных систем:

1) операционная система' 05 — требует по крайней мере 32 килобайта основ­ ной памяти с диском или барабаном в качестве резидента системы;

2) операционная система DOS — дисковая, требует по крайней мере 16 кило­ байтов основной памяти с диском в качестве резидента системы.

Управляющие программы: супервизор, программа управления заданиями, IPL — загрузчик.

Системные обслуживающие (сервисные) программы: библиотекарь, редактор связей.

Библиотекарь создает три библиотеки: готовых программ (в машинных кодах); перемещаемых модулей; программ на входном языке АССЕМБЛЕР.

Г Л А В А IX

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА

1. ЦИФРОВАЯ АВТОМАТИКА

Для автоматизации управления производством применяются электрические, пневматические и гидравлические устройства. Государственная система приборов и средств автоматики (ГСП) предусматривает для этой цели, систему унифицирован­ ных блоков, приборов и устройств электрической, гидравлической и пневматической ветвей автоматики, имеющих стандартизированные параметры входных и выход­ ных сигналов, нормализованные габаритные и присоединительные размеры, пара­ метры питания. Разработаны и выпускаются агрегатная система средств вычисли­ тельной техники (АСВТ), единая серия вычислительных машин ЕС (см. приложе­ ние 12).

К средствам вычислительной техники относятся средства переработки инфор­ мации (см. гл. X, п. 6), преобразователи (см. гл. Х, п. 2), устройства уплотненной передачи информации, устройства цифровой автоматики, в том числе логические схемы.

Под «цифровой» автоматикой» понимается использование цифровой техники

вустройствах, предназначенных для автоматического выполнения контролируемых решений [84].

Цифровая техника применяется для управления последовательностью событий

вследящих системах, системах преобразования данных, в системах автоматического регулирования. С помощью цифровой техники можно произвести измерение многих параметров, уплотнить каналы связи для передачи этих данных, пребразовать полу­ ченную информацию в необходимую форму [84], обработать информацию и вывести ее для управления.

Основой преобразования аналоговой переменной величины в дискретную явля­ ется квантование величины по времени [84] (рис. IX.1). Под «квантованием» пони­

мается периодическая оценка непрерывной величины и запись ее в цифровой форме. Чем меньше период квантования, т. е. время между оценками, тем точнее прибли­ жается квантованная кривая к истинной. Паузы между .оценками можно использо­ вать для уплотнения каналов при передаче информации. Пусть каждая оценка явля­ ется импульсом тока определенной высоты, соответствующей аналоговой кривой. Между этими импульсами можно поместить импульсы другой кривой или несколь­ ких кривых и осуществить их последовательную передачу (рис. IX.2). В месте приема информации импульсы, соответствующие разным кривым, разделяются. Таким обра­ зом, цифровая техника позволяет последовательно опрашивать не.только два, а ты­ сячи различных датчиков, собирать и обрабатывать информацию. Основные условия при этом — получение необходимой точности измерения и обеспечение достаточно быстрого бпроса всех датчиков.

Точность измерения зависит от точности самого датчика и преобразователя, инер­ ционности системы, периода опроса (частоты квантования) и других параметров измерительных средств.

В цифровой технике используются десятичная, двоичная, двоично-десятичная,

отверстия», «есть запись — нет ее») удобно записывать на доступные машинные но­ сители информации — перфокарты, перфоленты и др. (см. приложение 13, табл. 10).

Рис. IX.3. Укрупненная структурная схема ЭВЛ1

б) чувствительный элемент — преобразователь информации — медный привод, изме­ няющий свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры, т. е. преобразующий температуру в электрическое сопротивление; в) устройство вывода информации — проводники и клеммы для подключения к линии связи или ко вто­ ричному прибору.

Устройства ввода и вывода не всегда можно четко определить, причем их может и не быть;- например, радиостанция с антенной не имеет устройства ввода, так как антенна является преобразователем напряженности электромагнитного поля в элек­ трическое напряжение. Кроме того, значение этих структурных блоков вспомога­ тельное, поэтому далее будем рассматривать их как формальные блоки, определяю­ щие границы отдельных устройств. Не следует эти структурные блоки также путать с устройствами ввода-вывода электронных машин.

Табулятор, который является основной машиной в комплекте счетно-перфора­ ционных машин, состоит из следующих основных структурных блоков:

устройство ввода текущих данных (карман для перфокарт), устройство ввода программы (устройство подсоединения коммутационной доски);

Структурные блоки не соответствуют конструктивным 'блокам устройств. Это укрупненные понятия, отражающие только движение информации через устройства Под движением информации здесь понимается выделение и ввод информации, пере­ дача ее, фиксация, преобразование, переработка и вывод. Однако структурные блоки позволяют лучше понять сущность средств оргатехникн и облегчают их классифи­ кацию.

Классификацию технических средств, используемых для механизации и авто­ матизации управления производством, можно проводить в трех направлениях;