1.2. Реализация вычислительного процесса в реальном масштабе времени

Под вычислительным процессом реального времени понимают алгоритмы обработки информации, при которых расчеты выполняются со скоростью достаточной для воздействия результатов обработки данных на протекание процессов в некотором реальном объекте. Примером такой системы является спецкомпьютер, ориентированный на управление летательным аппаратом и решение задач оптимизации параметров полета при переменных значениях параметров окружающей среды. Основным требованием, предъявляемым к системам реального времени (СРВ), является требование максимальной частоты ввода информации при условии сохранения качества процесса управления.

Упрощенный алгоритм функционирования спецкомпьютера в реальном масштабе времени состоит в выполнении следующих действий.

Движение объекта управления характеризуется группой параметров . Эти параметры воздействуют на входные устройства датчиков информации и далее передаются на вход АЦП. Для управления объектом в пространстве или на подвижной наземной платформе наиболее часто используется синхронный принцип связи компьютера и платформы. При этом процесс управления разбивается на интервалы времени равной продолжительности с помощью синхросигналов, поступающих от таймера. Каждый квант времени отождествляется с одним циклом вычислений, который начинается по приходу синхроимпульса на устройство прерывания (УП). В начале очередного цикла выполняется опрос систем кодирования и ввода данных о текущем состоянии объекта в пространстве. Обычно считается, что измерительная информация не изменяется в пределах одного цикла. Таким образом, процесс ввода данных в компьютер всегда сопровождается квантованием аналоговых величин по уровню. Точность преобразования «аналог-код» определяется разрядностью входной шины данных.

Однако в ряде систем реального времени существует необходимость в более тесной связи управляемого объекта и спецкомпьютера. Для этого (дополнительно) используется асинхронный принцип связи управляющей и управляемой систем. Сигналы прерывания при этом формируются не синхронно от тактового генератора компьютера, а с помощью специальных датчиков, представляющих собой некоторые контактные или бесконтактные устройства. Каждый сигнал датчика для бортового компьютера является требованием о прекращении вычислений и переходе к выполнению подпрограммы, соответствующей данному прерыванию. Если датчиков несколько, то система реагирует на эти запросы с учетом заранее распределенных приоритетов.

В рассмотренной вычислительной системе сигналы управления воздействуют непосредственно на исполнительные механизмы. То есть эти сигналы напрямую управляют перемещением, например, летательного аппарата. Соответственно такой режим работы системы получил название прямое цифровое управление.

В некоторых случаях движущаяся платформа может содержать несколько сложных агрегатов. При этом система управления будет строиться с использованием алгоритмов и подсистем автоматического регулирования. Автоматические регуляторы следят за рядом параметров (например, влажность воздуха на борту, количество углекислоты, точность наведения на цель и т.д.) и поддерживают их в заданных пределах. Центральный компьютер лишь контролирует процессы в САР, координирует взаимодействие автономных систем, выдает в САР оптимальные компараторные настройки.