Расчет и проектирование автоматизированной системы научных исследований (АСНИ)

      r_п(С₀) ³ r_рт(С₀) + R₀   (8)

      МV_зсд+V_ос+N_ц+С₀ n₀ T_сб £ maxV_озу (9)

      Здесь М - число датчиков в системе; V_зсд и V_ос - объем занимаемой ОП выбранными ЗСД и ОС соответственно; Т_сб - время сбора данных (задается в техническом задании); V_озу - имеющийся объем ОП в выбранной ЭВМ; n₀=[n_ацп/8], где[ ] означает дополнение до большего целого.

      Объем занимаемой оперативной памяти ЭВМ  в РТ рассчитывается по формуле:

      V_озу= МV_зсд+V_ос+N_ц+С_рт n₀ T_сб

      Также необходимо чтобы объем занимаемой памяти был меньше максимально допустимого объема ОП выбранной ЭВМ: V_озу£ maxV_озу.

      Конкретного алгоритма выбора оптимальных устройств мы предложить не можем. Выбор может осуществляться как простым перебором, так и с использованием анализа оборудования (например, отсеять устройства для которых заведомо не выполняются описанные выше устройства).

      Задачу  выбора работоспособного варианта системы сбора и обработки данных по проектированной системе можно было бы решить простым перебором, но такой подход даже в данном случае (ЭВМ-7, интерфейс-3, УСД-4, ОС-3) предполагает проверку 7*3*4*3=252 возможных вариантов решения, что является достаточно трудоемкой задачей.

            Задача выбора оптимального варианта состава системы относится  к классу целочисленных аддитивных задач динамического программирования, решение которых предполагает определенную последовательность выбора  функциональных элементов системы [3], учитывающую характер изменения целевой функции при выборе последовательности шагов нахождения работоспособной системы минимальной стоимости (в нашем случае).

            Подбор начинают с выбора подходящего варианта элемента системы, обладающего большим значением целевой функции (наибольшей стоимостью), после которого переходят к выбору элементов, обладающих наибольшей стоимостью по отношению к оставшимся и т.д.

      Шкала изменения стоимостей элементов  системы представлена в таблице ниже.

 

      До  выполнения топологического расчета  неизвестной является стоимость  системы  связи, поэтому выполненный нагрузочный расчет является неокончательным и требует уточняющей проверки после определения стоимости интерфейсов.

      Также, рекомендуется проверять условие (9) на любом этапе нагрузочного расчета.

      Так как для нашего варианта имеется только один алгоритм ЗСД, то можно рассчитать объем ОП занимаемый ЗСД:

      МV_зсд=18×200=3600 байт

      Также можно рассчитать объем ОП занимаемый циклограммой и регистрируемой измерительной информацией на этапе сбора данных (так как при выборе оборудования они остаются неизменными):

      С_рт×n₀×T_сб+N_ц=5728×1×60+32= 343712 байт

      Минимальный объем ОП занимаемый ОС:

      V_ос=5×1024=5120 байт

      Таким образом минимальный требуемый  объем ОП:

      V_озу=МV_зсд+V_ос+N_ц+C_рт×n₀×T_сб = 3600 +5210+357152= 352522 байт

      V_озу >256 кб = 365962 байт 

Мы имеем  право сжать величину С_рт∙n₀∙Tсб=5728∙1∙60= 34680байт.

Сожмем  данные в 4 раза, К_сж =4. V_сж=85920.

     Рассчитаем  объем ОП занимаемый по второму варианту алгоритма ЗСД. (К_сж < 5)

     mV_зсд=18∙400=7200 байт

     Объем ОП занимаемый циклограммой и регистрируемой измерительной информацией:

     V_сж +N_ц=85920+32=85952 байт

     Минимальный объем ОП занимаемый ОС:

     V_ос=5×1024=5120 байт

     Таким образом минимальный требуемый  объем ОП:

     V_озу=МV_зсд+V_ос+N_ц+C_рт×n₀×T_сб=7200+5120+85952=98272 байт

     V_озу >64 кб=95,96кб 

     Поэтому выбор ЭВМ возможен только между 2-ой, 3-ей, 5-ой, 6-ой и 7-ой машиной, так как их максимальный объем памяти 128 кб и 256 кб. Дальнейший подбор устройств КТС рекомендуется проводить в такой последовательности, когда сначала подбираются более дорогостоящие составляющие КТС и ПО: ЭВМ, интерфейс, УСД и ОС. Так как все параметры задержек задаются в методическом пособии для третьей машины, соответствующие параметры для других ЭВМ определяются с помощью  коэффициентов пересчета (см. начало нагрузочного расчета 2).   В нашем случае так как 2-ая ЭВМ дешевле, то целесообразнее выбрать ее. Проверим выполнение условия (7) для 2-ой ЭВМ: 

     Пересчитаем t_по на 2-ю машину:

       мкс 

     Выберем самое быстродействующее оборудование и ПО:

•  параллельный интерфейс сек
•  3-й вариант УСД сек
•  3-й вариант ОС (пересчитаем на 2-ю ЭВМ)

       
 

       
 

     Так как не выполняется условие по быстродействию, то проверим выполнение условия (7) для 3-ей ЭВМ  с учетом сжатия. 

     Пересчитаем t_по на 2-ю машину:

       мкс 

     Выберем самое быстродействующее оборудование и ПО:

•  параллельный интерфейс сек
•  3-й вариант УСД сек
•  3-й вариант ОС (пересчитаем на 2-ю ЭВМ)

       
 

       
 
 
 
 

     Так как не выполняется условие по быстродействию, то проверим выполнение условия (7) для 5-ой ЭВМ  с учетом сжатия. 

     Пересчитаем t_по на 6-ю машину:

       мкс

     Выберем самое быстродействующее оборудование и ПО:

•  параллельный интерфейс сек
•  3-й вариант УСД сек
•  3-й вариант ОС (пересчитаем на 5-ю ЭВМ)

       
 

       
 
 
 
 
 

     Так как резерв по нагрузке для выбранных  устройств превышает допустимый, то выберем более дешевые и менее быстродействующие устройства. Так как львиная доля стоимости приходится на сеть связи, то желательно значительно снизить стоимость интерфейса. Возьмем более дешевый 2-й вариант интерфейса.:

     t_инт=60 мкс

       

     Так как резерв не обеспечивается остановимся на 3ем варианте интерфейса, попробуем изменить вариант ОС. Возьмем 2-ую ОС:

     

     Пересчитаем параметры ОС на 6-ю ЭВМ:

       сек

       сек

       

     Так как резерв не обеспечивается, то остановимся  на 3-ем варианте ОС, где резерв R=0,1168, что на 15% больше допустимого. 

     Рассчитаем  объем ОЗУ необходимый для  нашей АСНИ и число блоков памяти по 16 кб=16384 байт:

     Как указывалось выше

     МV_зсд=7200 байт

     N_ц+C_рт×n₀×T_сб=85952 байт

     Для выбранного варианта ОС: V_ос=10 кб=10240 байт

     Таким образом требуемый объем памяти:

     V_озу=МV_зсд+V_ос+N_ц+C_рт×n₀×T_сб=103392 байт

     Количество  блоков памяти: h= [V_озу / 16 кб]=[101632 / 16384]=[6,310]=7 

     Таким образом получим следующий состав аппаратно-программного обеспечения:

•  1-й вариант УСД t_усд=25 мкс
•  5-й вариант ЭВМ
•  1-й вариант интерфейса параллельный t_инт=30 мкс
•  2-й вариант алгоритма ЗСД t_по=66,85 мкс
•  3-ий вариант ОС 
•  7 блоков памяти по 16 кб   h=6

 

     Основные  величины:

     С_рт=5728

     r_рт(С_рт)=0,6979

     r_п(С_рт)=0,8138 

     Когда окончательно выбрано оборудование, рассчитываются следующие величины:

      t - величина средних затрат процессорного времени на однократное выполнение одной задачи. Численно равна тангенсу угла наклона отрезка прямой соединяющей РТ с началом координат.

      t = r_рт / С_рт

      С_s – производительность системы в РТ, является проекцией точки пересечения ПНХ с прямой проходящей через начало координат и РТ. Определяется как корень следующего уравнения: