Библиотечный каталог авторефератов Украины

Рис. 7. Структура мережі РС з базовими контролерами на 8x51.

Системна  шина реалізує  підмножину  інтерфейсу  ISA   IBM  (включаючи   9  пріоритетних переривань) і служить для підключення плат розширення: вимірювальних ВП для підключення сенсорів С, керуючих КП - для керування ефекторами Е, та інтерфейсних плат ІП - для стандартних модулів ВКР з цифровими інтерфейсами ВКРЦІ. Розроблено спосіб дистанційної реконфігурації ПЗ контролера шляхом завантаження через мережу в ОЗП нових програм і даних, яку виконує внутрішня програма, після чого 89C51 перемикається на виконання зовнішньої програми. Адресний простір даних і команд контролера гарвардської архітектури суміщений апаратно, але запис у молодші 16К (область програм) дозволений лише на час реконфігурації.

Проаналізовані способи взаємодії БОП із ВКР - через системну шину, RS-232C і БПВВ з використанням окремої 16-канальної плати гальванічної розв’язки (ГР). Сформована мінімальна множина плат розширення, універсальних для МП 80x86 i 8x51, задовільняє вимоги типових вимірювально-керуючих систем. Розроблено макети таких плат, створені і відлагоджені їх програмні драйвери для взаємодії з БОП 80x86 i 8x51 через таблицю ВКР, що дозволяє альтернативно компонувати РС, змінювати структуру каналів ВКР без модифікації прикладного і системного ПЗ. Функціональні характеристики (як вузлів СКС) розроблених плат (АЦП двотактного вагового інтегрування АЦПВІ і двокаскадного швидкодіючого ДШАЦП, ЦАП з керуючими функціями у флеш-пам’яті ЦАПФ і плати введення-виведення частотно-часових сигналів ВВЧЧС) наведені у табл.1.

Таблиця 1

Функціональні характеристики плат розширення

Реалізовано програмні модулі для побудови оптимізованих СКС на БОП 80x86 i 8x51 - драйвери модифікованого RS-232C, терміналу, баз даних dBASEIII+, компактний графічний інтерфейс, ПАП і ОС для 8x51. Створений адаптивний архіватор для СКС (базується на виділенні повторюваних кодів або різниці сусідніх кодів) забезпечує оптимальне ущільнення вимірюваної інформації в реальному часі з мінімальними затратами і адаптацією частоти вимірювань, що знижує вимоги до ресурсів і потоки інформації в мережі.

П’ятий розділ присвячений впровадженню результатів дисертаційної роботи, оцінці техніко-економічних і функціональних характеристик спроектованих СКС, підтвердженню достовірності методики оптимізації та використаних при проектуванні експертних оцінок.

Дослідження (з допомогою ІСО) варіантів автоматизації обліку проходження процедур пацієнтами санаторію виявило рішення, у 8 разів дешевше від традиційної комп’ютерної мережі. Реалізація на 89C51 термінальної підсистеми санаторію (ТПС) з 36 міні-терміналів забезпечила введення, редагування і передачу на сервер (ПК IBM) цифрових кадрів через мережу на модифікованому RS-232C до 1.5км в агресивному середовищі, відображення відповідей на семисегментному дисплеї, простоту експлуатації медперсоналом. Структура і протоколи взаємодії ПЗ сервера і РС реалізують діалог медсестри з міні-терміналом на ІІІ рівні - знань про стан лікувального відділення. Сервер комплексу ПК IBM із експертною системою на мові С++ легко інтегрується в склад мережі санаторію.

Впроваджений в Укртелекомі програмно-апаратний комплекс “PARROT-8” (на базі 89С51) забезпечує триканальне циклічне відтворення до 8 фраз змінної тривалості з частотою дискретизації 4-14кГц, дистанційне перепрограмування і перекомутацію фраз через RS-232C і з пульта, аудіо- і візуальний контроль режимів роботи. Низькі затрати досягнуті оптимальним розподілом програмно-апаратних функцій, інтелектуальною підтримкою ПК IBM (запис і компонування фраз, цифрова обробка, контроль, перепрограмування фраз). Адаптивне стиснення оцифрованого звуку збільшує сумарну тривалість фраз у 2-3 рази.

Синтез в ІСО дворівневої СКС програмно керованої міри опору (ПКМО) у ДНДІ “Система” (з передбаченням поетапного розширення та інтегрування в робочий еталон температури) забезпечив оптимальний розподіл обчислювальних і керуючих функцій на ПК IBM і розроблених вузлах: контролері з дистанційним репрограмуванням через модифікований RS-232C, платах розширення, програмних драйверах і протоколах.

У Тернопільській дирекції АКБ “Україна” (Банк) впроваджено розроблений накопичувач об’ємом 1М, який забезпечує повну сумісність і розпізнавання BIOS ПК IBM, підтримку файлової системи і різних ОС. Вузол програмно-апаратно підвищує захищеність від комп’ютерних вірусів, апаратне блокування запису ускладнює злам системи. Він забезпечує менші енергоспоживання, час доступу і завантаження, створення недорогих автономних і мережевих робочих місць з підвищеною надійністю і конфіденційністю транзакцій, роботу пунктів обміну валюти у складних кліматичних умовах на наявних ПК.

Використання результатів дисертаційної роботи при створенні різних СКС ілюструє табл.2 (‘+’ означає використання в даній системі, ‘++’ - вирішальне значення результату, без якого неможлива побудова СКС через технічні чи економічні причини та обмеження).

Впровадження результатів дисертаційної роботи підтвердили гіпотезу (див. табл. 2), ефективність методики оптимізації, об’єктивність закладених при проектуванні ІСО експертних оцінок, доцільність використання спроектованих типових вузлів у СКС.

У додатках наведені довідники ІСО та результати оптимізації, програмні модулi інтелектуалізації вузлів СКС, алгоритми i результати ущільнення адаптивним архіватором, інтерфейси відкритої взаємодії вузлів, характеристики спроектованих СКС та 4 акти про впровадження СКС.

Таблиця 2

Використання результатів дисертаційної роботи                  

ОСНОВНІ  РЕЗУЛЬТАТИ  РОБОТИ  ТА  ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі створено наукові основи побудови на базі універсальних процесорів спеціалізованих вимірювально-керуючих і термінальних систем та мереж з узагальненою відкритою структурою й оптимізацією їх функціонально-вартісних характеристик. При цьому отримані такі результати:

1. На основі аналізу стану комп’ютерних систем сформульовані шляхи функціонально- вартісної оптимізації СКС, які базуються на виявленні універсальних вузлів і розробці здешевлених їх варіантів за рахунок інтелектуалізації та структури відкритої взаємодії прикладних програм на рівні знань з вимірювально-керуючими і термінальними ресурсами.

2. Розроблено методику оптимізованого комп’ютерного проектування СКС відкритої архітектури, яка полягає у формуванні складових зведеної собівартості і функціональної ефективності, обмежень вузлів і морфологічної матриці їх задовільних варіантів, оптимізації за функціонально-вартісними характеристиками, класифікації варіантів СКС, пошуку повторюваних рішень при зміні умов проектування і типу системи, створенні оптимізованих варіантів вузлів і оцінці їх функціонально-вартісних характеристик для наступного компонування різних СКС, що забезпечує скорочення коштів і часу проектування.

3. Побудовано узагальнену інформаційну структуру дистрибутивної СКС, яка у реальному часі реалізує інтерфейс прикладних програм із вимірювально-керуючими і термінальними ресурсами на рівні знань про об’єкт СКС, котрі базовим програмним забезпеченням трансформуються в коди взаємодії з ресурсами через рівень фізичних величин і функцій. Це скорочує затрати на проектування СКС завдяки компонуванню із типових апаратних вузлів та їх драйверів і потребує лише розробки прикладних програм та задання технічних параметрів у таблиці ресурсів.

4. Виявлено зони економічно ефективного використання типових мікропроцесорних платформ з допомогою розробленої аналітичної моделі зведеної собівартості проектування програмно-апаратних засобів, яка враховує тираж і функціональну складність системи при розробці, адаптації та компонуванні вузлами, що дозволило вибрати мінімальну кількість платформ для вимірювально-керуючих і термінальних СКС.

5. Завдяки розробленим процедурам дискретної оптимізації СКС, моделям зведеної собівартості і функціональної ефективності, адаптивним алгоритмам синтезу і нетрадиційній декомпозиції СКС на базові вузли створено комп’ютерну інтелектуалізовану систему оптимізації, яка, на відміну від існуючих, забезпечує швидкий одноетапний морфологічний синтез Паретової множини сумісних варіантів складових дистрибутивної СКС, оптимізованих за сукупністю функціонально-вартісних характеристик.

6. Встановлено залежність об’єму переданої інформації в мережі топології “спільна шина” від кількості робочих станцій, періоду опитування, розміру кадру повідомлення і ймовірності перебування станції в одному з робочих режимів, на основі якої розроблені способи виклику штучних колізій, побітового контролю передачі, неруйнівного арбітражу й адаптивного опитування станцій сервером. Досліджено вплив цих способів на підвищення пропускної здатності та завадостійкості мережі, що дозволило реалізувати мережу “спільна шина” на базі низьковартісних інтерфейсу RS-232C і двопровідного кабеля та збільшити у 3-4 рази кількість обслуговуваних робочих станцій.

7. З використанням розробленої методики проектування та інтелектуалізованої системи оптимізації виявлена потреба в нових універсальних апаратних вузлах (контролер на базі 8x51 з дистанційним перепрограмуванням, єдина множина плат розширення для нього і ПК IBM: АЦП двотактного інтегрування, двоступеневий АЦП порозрядного зрівноваження, ЦАП з керуючими функціями у флеш-пам’яті, плата введення-виведення частотно-часових сигналів, електронний накопичувач, мережа топології “спільна шина” на модифікованому RS-232С) і програмних засобах інтелектуалізації (бібліотеки роботи з базами даних, адаптивний архіватор сигналів, компактний графічний інтерфейс, драйвери розробленої мережі), які були спроектовані та реалізовані, а їх практична апробація підтвердила достовірність наукових результатів та функціонально-вартісну ефективність цих вузлів.

8. Розроблено і реалізовано дворівневу СКС санаторію, комплекс циклічного триканального відтворення оцифрованого звуку, СКС програмно-керованої міри опору, комп’ютерні банківські робочі місця з підвищеною надійністю, які характеризуються в порівнянні з конкурентними СКС зниженими затратами на їх створення у 8, 4, 2, 3 рази відповідно, при покращенні функціональних характеристик. Впровадження цих СКС підтвердило достовірність та ефективність отриманих нових наукових результатів.

СПИСОК  ОСНОВНИХ  ПРАЦЬ  ЗА  ТЕМОЮ  ДИСЕРТАЦІЇ

1. Тимчишин В.О., Шкодзінський О.К. Посiбник по програмуванню ПЕОМ IBM PC i периферiї. -  Тернопiль: Тернопільський приладобудівний інститут, 1995. - 104 с.
2. Тимчишин В.О. Оптимiзацiя шляхiв побудови мережi iнтелектуальних вимiрювально-керуючих  модулiв // Вiсн. Тернопільського приладобудівного ін-ту. -1996. - ? 2 - C.121-132.
3. Тимчишин В.О. Технiко-економiчний аналiз шляхiв створення мережi інтелектуальних вимiрювально-керуючих модулiв // Управляющие систем? и машин?. -1997.-? 6.-С.43-51.
4. Дубина А.Б., Кочан В.В., Мартинюк В.I., Тимчишин В.О., Шкодзiнський О.К. АСУ лiкувального закладу на основi багаторiвневої обчислювальної мережi // Вiсник Тернопільського державного технічного університету. - 1997. - Т. 2, Ч. 2. - С. 77-83.
5. Кочан В.В., Тимчишин В.О. Контролер з дистанційною реконфігурацією // Вiсник Тернопільського державного технічного університету. - 1998. - Т. 3, Ч. 3. - С. 81-87.
6. Кочан В.В., Тимчишин В.О. Iнтегруючий аналого-цифровий перетворювач для IBM PC // Вимiрювальна технiка та метрологiя. - Львів. - 1998. - ? 53. - C. 131-134.
7. Васильків Н.М., Кочан В.В., Саченко А.О., Тимчишин В.О. Контролер з дистанційною реконфігурацією для адаптивної вимірювально-керуючої мережі // Обчислювальна техніка. Вісник ДУ "Львівська політехніка".  - 1998. - ? 350. - С. 13-19.
8. Кочан В.В., Тимчишин В.О. Синтез оптимальних структур низьковартісних комп’ютерних систем // Автоматика, вимірювання та керування. Вісник ДУ "Львівська політехніка".  - 1998. - ? 356. - С. 134-144.
9. Тымчишин В.А. Повышение качества двухпроводной локальной сети на базе модифи-цированного интерфейса RS-232C // Электронное моделирование.-1999. - Т.21, ? 2.-С.20-30.
10. Кочан В.В., Тимчишин В.О. Обчислювальна мережа лiкувального закладу з використанням спецiалiзованих термiналiв // Вiсник Тернопільської академії народного господарства. - 1998. - ? 3. - С. 103-109.
11. Тымчишин В.А. Оптимизация двухпроводной локальной сети мини-терминалов на базе модифицированного интерфейса RS-232C // Математич. модели и современные информац. технологии: Сб. науч. тр. / НАН Украины. Ин-т математики. - Киев, 1998. - C. 225-228.
12. Кочан В.В., Тымчишин В.А. Система автоматизированного проектирования измерительно-управляющих и информационных сетей // Математические модели и современные информа-ционные технологии: Сб. науч. тр. / НАН Украины. Ин-т математики. - Киев, 1998. - C. 78-81.
13. Кочан В.В., Тимчишин В.О. Особливості застосування методів двокритеріальної оптимізації в пакеті програм дослідження якості комп’ютерних систем // Прикладна математика. Вісник ДУ "Львівська політехніка".  - 1998. - ? 337. - С. 175-178.
14. Пат. 25498А України, МКІ G06F 11/00. Спосіб підвищення пропускної здатності каналу зв’язку на базі послідовного інтерфейсу та пристрій для його реалізації / В.В.Кочан, В.О.Тимчишин (Україна); Заявл. 27.01.98 ? 98010432; Видано 30.10.98.
15. Пат. 25609A України, МКІ G06F 15/00. Двопровідна локальна обчислювальна мережа, повторювач сигналу та інвертор для використання в ній / В.В.Кочан, В.О.Тимчишин (Україна); Заявл. 30.10.97 ? 97105295; Видано 30.10.98.
16. Тимчишин В.О. Ефективнi методи архiвування оцифрованих сигналiв // Тези доп. Всеукраїнської н.-т. конф. "Розробка та застосування математ. методiв в науково-технiчних дослiдженнях". - Ч. 2. - Львiв. - 1995. - C. 128.
17. A.Sachenko, V.Tymchyshyn. Knowledge Base for Intelligent Measuring and Control System // Proc. of the 6th National Scient. Symp. “Metrology-95”. - Bulgaria (Sozopol). - 1995. - P.62-65.
18. A.Sachenko, V.Tymchyshyn. Low Cost Intelligent Module for Distributed Sensor Network // Prepr. of 4th Symp. on Low Cost Automation. - Buenos Aires (Argentina). - 1995. - P. 197-202.
19. V.Kochan, V.Tymchyshyn. Precision ADC Module for ІBM PC // 41th Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. - Technische Universitat Ilmenau (Germany).-1996. -P.668-672.
20. V.Kochan, V.Tymchyshyn. Automated System for Optimization of Measurement-Control Networks // Proc. of the Internat. Conf. On Actual Problems of Measuring Technique “Measurement-98”. - Kyiv: NTUU “KPI”, AUS DAAD. - 1998. - P. 92-93.
21. A.Sachenko, V.Tymchyshyn, D.Zhang. Low Cost Hardware and Software Components for Intelligent Information Control Systems // Preprints of 5th IFAC Symp. on Low Cost Automation (LCA'98). - Shenyang (P.R.China). - 1998. - P. TS9-21 - TS9-26.
22. V.Kochan, V.Tymchyshyn. Construction of Distributed Information Measurement Systems on the Basis of Modified RS-232C Interface // Proc.of the 10th IMEKO TC-4 Symp. on Development in Digital Measuring Instrumentation. - 1998. - Naples (Italy). - P. 723-726.
23. V. Kochan, A. Sachenko, V. Turchenko, V.Tymchyshyn, N.Vasylkiv. Intelligent Nodes for Distributed Sensor Network // Processings of the 16th IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference IMTC/99. - Venice (Italy). - 1999. - P. 1479-1484.

АНОТАЦІЯ

Тимчишин В.О. Підвищення ефективності проектування спеціалізованих комп’ютерних систем на базі типових мікропроцесорних платформ. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.13 - обчислювальні машини, системи та мережі. - Державний університет “Львівська політехніка”, Львів, 1999.

       Дисертація присвячена проектуванню на базі універсальних процесорів спеціалізованих вимірювально-керуючих і термінальних систем з узагальненою відкритою структурою й оптимізацією їх функціонально-вартісних характеристик. Розроблені математичні моделі, методика проектування і система оптимізації, структури і алгоритми дистрибутивної комп’ютерної системи дозволили створити нові оптимізовані базові апаратно-програмні вузли для побудови спеціалізованих систем. Результати роботи впроваджені в 4 спеціалізованих комп’ютерних системах.

Ключові слова: спеціалізована комп’ютерна система, типова мікропроцесорна платформа, методика функціонально-вартісної оптимізації, математичне моделювання, відкрита архітектура, інтелектуалізовані засоби проектування, локальна мережа, алгоритм.

АННОТАЦИЯ

Тымчишин В.А. Повышение эффективности проектирования специализиро-ванных компьютерных систем на базе типовых микропроцессорных платформ. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.13 - вычислительные машины, системы и сети. - Государственный университет “Львівська політехніка”, Львов, 1999.

Диссертация посвящена проектированию на базе универсальных процессоров специализированных измерительно-управляющих и терминальных систем с обобщённой открытой структурой и оптимизацией их функционально-стоимостных характеристик. Разработанные математические модели, методика проектирования и система оптимизации, структуры и алгоритмы дистрибутивной компьютерной системы позволили создать новые оптимизированные базовые аппаратно-программные узлы для построения специализированных систем. Результаты работы внедрены в 4 специализированных компьютерных системах.

Ключевые слова: специализированная компьютерная система, типовая микропроцессорная платформа, методика функционально-стоимостной оптимизации, математическое моделирование, открытая архитектура, интеллектуализированные средства проектирования, локальная сеть, алгоритм.

ABSTRACT

Tymchyshyn V.O. Efficiency improvement of design of specialised computer systems based on typical microprocessor platforms. - Manuscript.

Thesis for the Degree of Candidate of Technical Science in speciality 05.13.13 - Computers, systems and networks. - State University “Lviv Polytechnic”, Lviv, 1999.

The dissertation deals with design of specialised measuring-control and terminal systems with generalised open structure and optimised on functional and cost characteristics correlation based on typical processors.

Development of models, methodologies and algorithms for functional and cost characteristics totality improvement of measuring-control and terminal systems based on typical microprocessor platforms and reduction of expenses for their design is a goal of the dissertation. The following tasks have been solved for reaching the goal: 1) functional and cost analysis of computer systems; 2) analysis and optimisation of intelligent specialised computer systems (SCS) informational structure; 3) economically efficient usage of typical microprocessor platforms zones research; 4) detection of the ways of SCS’s optimisation, development of computer optimisation system and its usage methodology for concrete SCSs design as well as for various SCSs universal optimised structural nodes; 5) investigation of SCSs building tendencies and forming minimal set of optimised SCS nodes; 6) intellectualisation of universal SCS nodes and their interaction in SCS; 7) verification of dissertation’s scientific results by different SCSs inculcation.

Absence in SCSs of open architecture and of composing by structural nodes set increases time and cost for their design. Analysis of SCS state has defined the ways of functional and cost optimisation: detection of the universal nodes and development of their cheapened variants through intellectualisation, open structure and application software interaction with measuring-control and terminal resources on hardware-independent level.

Zones of economically efficient application of typical microprocessor platforms have been investigated using developed analytical model of hardware-software design cost (reduced to the circulation) which considers functional complexity and SCS technical limitations at development, adaptation and composing. This allowed to select minimum platforms (CPU 80x86 and MCU 8x51) for measuring-control and terminal SCSs.

SCS general informational structure has been developed realising application software interfaces with measuring-control and terminal resources on SCS’s object knowledge level which is transformed by the base software into interaction codes for the SCS’s resources through the physical values and functions level. Distributed hardware-independent multitasking real-time interface of application programs with measuring-control resources on knowledge level has been developed allowing to integrate into SCS any sensor, effector and extension board by writing their drivers and setting up technical parameters in the resources table. This reduces the SCS design expenses thanks to typical hardware composing and requires only the application software development. Structures and algorithms allowed to develop optimised typical hardware and software nodes for measuring-control and terminal SCSs on 80x86 and 8x51 platforms.

Developed optimised computer-aided design methodology for open structure SCS includes: forming the components of cost, functional efficiency, nodes limitations and satisfied nodes variants morphological matrix, optimisation on functional and cost characteristics, SCS variants classification, repeated SCS decisions detection at design conditions and SCS’s type change, development of optimised nodes variants and their functional and cost characteristics evaluation for next various SCS composing that reduces design cost and time. Computer optimisation system has been developed on the basis of created procedures of SCS discrete optimisation, reduced prime cost and functional efficiency models, adaptive synthesis algorithm and non-traditional SCS decomposition. The system provides quick one-step synthesis of Pareto’s set of distributed SCS divisions’ compatible variants optimised on functional and cost characteristics totality.

Application of developed methodology and optimisation system allowed to detect the absent universal hardware nodes (MCU 8x51-based controller with remote reprogramming, common extension boards set for the controller and IBM PC: dual-slope integration ADC, two-stage ADC of bit-by-bit balance, DAC with control functions in flash memory, input-output board for time-frequency signals, storage device with 1M flash, “bus” topology local are network on modified RS-232C) and software intellectualisation tools (database libraries, archiver for measured signals, compact graphical interface, driver for developed network). These new nodes have been designed and realised. Their practical verification has proved the reliability of scientific results, functional and cost efficiency of the nodes.

Transferred information amount in “bus” topology network has been found as dependence of workstations quantity, interrogation period, message size and probability of workstation’s stay in one of working modes. The dependence-based ways of baud-rate and noise stability increasing (adaptive interrogation by server, forced collisions creation, bit control and priority non-destructive arbitrary) have been developed and their influence on the network characteristics improvement has been investigated. This allowed to realise the network by low cost RS-232C interface modification using two-wired cable and to increase served workstations quantity up to 3-4 times.

Two-level sanatorium SCS (on IBM PCs and developed mini-terminals), SCS of 3-channel digitised sound reproduction for Telecom, multi-value resistance measure SCS, bank computers with increased reliability have been designed and developed featuring by reduced cost (in 8, 4, 2, 5 times respectively) on their creation at improved functional characteristics. The inculcation has proved the reliability and efficiency of new scientific results.

Key words: specialised computer system, typical microprocessor platform, functional and cost optimisation methodology, mathematical modelling, open architecture, intelligent tools for design, local area network, algorithm.