Od počítačů pro hromadné zpracování dat se liší tím, že je bezprostředně spojen s fyzickým okolím (technologickým procesem). Signály, které se vyskytují ve I/O části počítače pro zpracování dat mají jiný charakter než signály, které přicházejí z technologického procesu a než signály kterými ovládáme technologický proces. Propojení tvoří „jednotka styku s prostředím“, skládající se z analogových a číslicových vstupů a výstupů.

/obrazky/radovan.bloger.cz/ridici-pocitace.gif

Struktura řídícího počítače
Důležitým požadavkem na řídící počítače je jejich řízení v reálném čase. K tomu je nutný rozsáhlý přerušovací systém a hodiny reálného času. Vzhledem k tomu, že počítač zpracovává v paměti několik programů (řídí paralelně několik procesů), je nutné zabezpečit jednotlivé programy před náhodným přepsáním svých buněk tzv. obvody ochrany paměti.
Řídící počítač musí byt vybaven prostředky pro styk operátora technologa s řízeným procesem. Obvykle se skládají z operačního pultu nebo panelu, který obsahuje vizuální indikátory a zobrazovací zařízení pro určení stavu technologického procesu a dále ovládací členy (funkční klávesnice) pro zajištění zásahu do technologického řízeného procesu. Pult je většinou doplněn grafickým obrazovým displejem a klávesnicí na zobrazení toku výrobků v technologickém procesu a pro vlastní konverzaci s řídícím počítačem.

Funkční vlastnosti

vysoká spolehlivost celého řídícího systému;
rozsáhlá diagnostika jak technického tak i programového vybavení;
operační systém organizující multiprogramování v reálném čase;
standardní aplikační vybavení pro typické funkce, jako je měření provozních údajů, kontrola stavu procesu, regulace, optimalizace,… ;
stavebnicovost, především v paměťovém podsystému, periferních zařízeních a jednotce styku s prostředím.

Hlavními odlišnostmi řídících počítačů jsou tedy:

Víceúrovňový přerušovací systém
Hodiny reálného času
Ochrana paměti
Jednotka styku s prostředím

Přerušování programu

Řídící systém s počítačem musí byt schopen reagovat na nepravidelně přicházející události nebo havarijní signály z procesu. Počítač reaguje na takový signál tím, že přeruší právě probíhající činnost a přejde k programu, který odpovídá přerušovacímu signálu.
Počítač musí byt schopen reagovat na typy přerušení:
přerušení vnějším procesem tak, aby systém pracoval v reálném čase
Řízení rychlého procesu, u kterého se kontrolují mezní stavy. Jestliže dojde k překročení některého mezního stavu, počítač musí sejmout určitý počet parametrů z procesu a provést příslušný řídící zásah. Všechny tyto úkony musí počítač z bezpečnostních důvodů vykonat v krátkém čase. Jestliže počítač provádí výpočet jiné úlohy, jež vyžaduje několikaminutové zpracování, pak bez možnosti přerušení není možné reagovat na události z procesu v požadovaném čase
přerušení I/O kanálem
Programově řešený multiplexní kanál, kdy přenos údaje ze vstupního nebo výstupního zařízení se děje po přerušení činnosti základní jednotky. Vlastní čtení nebo zápis informace I/O zařízením se děje bez vědomí základní jednotky, která může s velkou rychlostí provádět vnitřní operace.
programové přerušení, vznikají vlivem nenormálních situací při provádění programu.
Nesprávný operační kód, přeplnění při provádění aritmetických operací, porušení ochrany paměti,..
přerušení při vyžádání řídícího programu
Probíhající program se obrací k podprogramům řídícího programu prostřednictvím přerušení.
strojové přerušení
Vzniká z kontrolních obvodů počítače. Po přerušení přechází na diagnostické programy, které lokalizují nesprávný obvod.

Při vyvolání přerušení se musí provést tyto čtyři kroky:

vyhodnocení přerušovacích podmínek a indikace zdroje přerušení
uchování nezbytných informací pro opětné spuštění přerušeného programu
přenos řízení na přerušovací obslužný program včetně obsahu registrů a indikátorů
návrat řízení do přerušeného programu po provedení příslušného obslužného programu

Příklady systému přerušen instrukcí v centrální jednotce
Systém s registrem přerušení
Jednotlivé signály přerušení jsou přiváděny na jednotlivé stupně paralelního registru přerušení. Stavy jednotlivých stupňů registru přerušení, které odpovídají těmto signálům se vedou na součtový logický člen, na jehož výstupu je požadavek přerušení probíhajícího programu. Signál požadavku přerušení zastaví čítač instrukcí v centrální jednotce počítače po dokončení instrukce řešeného programu a nastoupí program přerušení. Tento program vyzkouší každý vodič přerušení, aby zjistil, který vodič přerušení s nejvyšší prioritou je aktivní. Po zjištění tohoto aktivního vodiče je vyvolán odpovídající program. Časová odezva přerušení tohoto systému je poměrně dlouhá a rovněž účinnost přerušení je nízká. To je způsobeno podprogramem, který musí počítač uskutečnit před vlastním programem, jenž byl vyžádán signálem přerušení. Uvažovaný systém je jednoúrovňový, neboť podprogram vyvolaný signálem přerušení nemůže být přerušen signálem přerušení s vyšší prioritou.

Systém s pamětí stavů
Systém s pamětí stavů používá pro každý vodič přerušení dva klopné obvody, do kterých se zaznamenává jeden ze čtyř následujících stavů: 1. přerušení není přípustné, 2. přerušení je přípustné, nebylo však vyžádáno, 3. přerušení je vyžádáno, avšak není dosud zpracován příslušný program (přerušení nebylo rozpoznáno počítačem), 4. přerušení je vyžádáno, avšak jeho zpracování ještě není ukončeno.

Vektorové přerušení
Často používaný systém přerušení u mikropočítačů provádí přerušení následujícím sledem operací: Vznikne-li požadavek přerušení na některém vstupu, je tento požadavek mikropočítači oznámen. Mikropočítač postupně prohledává jednotlivé vstupy až najde ten, který požadavek vyslal (kruhové vyhledávání). Postupné prohledávání jednotlivých vstupů přerušení však vyžaduje relativně dlouhý čas. Vektorovým přerušením se tento čas zkracuje. Vektorové přerušení vyvolá podprogram příslušející přídavnému zařízení, které vyvolalo přerušení. „Vektorová adresa“ může být v mikropočítači pevně zapojena nebo může být poskytnuta přídavným zařízením.

Hodiny reálného času

Časový dozor nad celou činností „uvědomování si času“ v počítači je důležitým předpokladem zpracování dat v reálném čase. Proto většina počítačů schopných činnosti v reálném čase obsahuje hodiny reálného času nebo zdroj časových intervalů, někdy i oba zdroje současně.
Tyto časové zdroje obvykle úzce navazují na systém přerušení. Časové intervaly mohou být určeny programem, na konci každého časového intervalu může být vyvoláno přerušení. Časovací zdroje mohou být využity různým způsobem, např. periodické pro měření určité veličiny a její zpracování.

Ochrana paměti

Ochrana pamětí chrání programy před náhodnými chybami a účinkem vnějších programů.
Prostředky ochrany paměti zajišťují prověření adresy při každém přístupu do paměti. Protože tato operace je velmi častá, prostředky ochrany paměti musí zajistit kontroly adres během krátkého časového intervalu tak, aby se zachovala vysoká rychlost systému. Nejčastěji se prostředky ochrany paměti používají jen při zápisu údajů do paměti, protože jejich porušení je spojeno se zápisem, tj. při výběru informace se adresa nekontroluje.

/obrazky/radovan.bloger.cz/ochrana-pameti.gif

V paměťových buňkách s adresami 0,1,……B….. jsou uloženy klíče K0 ,K1 ……KB …bloků 0,1,……B….. operační paměti.
Adresa buňky operační paměti, s níž má program pracovat, se zapíše do adresového registru RAP, jehož část B určuje adresu bloku. Podle čísla stránky se obrátíme na paměť klíčů a z buňky B se do registru klíče paměti RKPA zapíše klíč KB. Tento klíč se srovnává s klíčem programu KPR v registru RKPR . Jestliže klíč souhlasí tj. KB= KPR ve srovnávacím obvodu se vytvoří signál, který dovoluje přístup k operační paměti. Nevytvoří-li se tento signál, přístup k operační paměti je blokován a vyšle se signál o nesprávném adresování.
Ochrana paměti má zabránit zejména přechodným chybám, jež by mohly změnit kritickou instrukci , a tím způsobit nevhodný řídící zásah.
Ochrana paměti sice snižuje výkonnost počítače, ale podstatně zvyšuje spolehlivost řídícího systému s počítačem. Předpokladem pro využití této možnosti počítače je operační systém umožňující zpracovávat nezávisle více programů.

Jednotka styku s prostředím

Nutnost spojení s fyzikálním prostředím je hlavním rozdílem mezi řídícím počítačem a počítačem pro hromadné zpracování dat. Řízený proces je spojen s počítačem prostřednictvím analogových a číslicových signálů. Podle typu signálů jsou vstupní/výstupní zařízení pro styk s procesorem rozděleny do několika podsystémů: Analogové vstupy, Analogové výstupy, Číslicové vstupy, Číslicové výstupy.

Sledování výrobních procesů

Řídící počítač je napojen na technologický proces pomocí jednotky styku s prostředím. Ta provádí sběr požadovaných fyzikálních veličin procesu, včetně sledování stavu vyráběného produktu a současně stavu technologického zařízení. V kratších intervalech jsou měřeny údaje důležitějších fyzikálních veličin, které se mohou rychle měnit. Údaje čidel převedené na číslicový údaj počítač převádí na fyzikální veličiny v odpovídajících jednotkách, např. teploty na stupně celsia, průtoky na objem v litrech za sekundu. Dále je nutno ověřit věrohodnost nebo pravděpodobnost změřeného údaje. Tato kontrola má zjistit vadnou funkci čidla nebo části vstupního kanálu. Lze ji provádět srovnáním měřeného údaje s mezemi uloženými v paměti, které určují rozsah vstupního údaje, jež má pro fyzikální veličinu smysl.

Řízení v režimu rádce operátora ON LINE

Výstup počítače není přímo napojen na regulátor procesu. Řídící akce vykonává operátor na základě informací počítače. Tento způsob kontroly může odstranit závislost výroby na schopnostech operátora (rozdílnou kvalitu výrobků v různých směnách). Počítač vypočítává a ukládá do paměti doporučené hodnoty regulovaných veličin a na požadavek operátora indikuje na displeji nastavení žádáné veličiny.

Facebook Twitter Linkuj.cz

Sdílet