Министерство общего и профессионального образования
Московский Энергетический Институт
филиал в городе Смоленске
Кафедра вычислительной техники
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по курсу
"Сети ЭВМ и средства коммуникации"
на тему
«Сеть на основе нейрочипа»
| гр. ВМ1-97студент: Вальков К.Г.преподаватель: Аверченков О.Е. |
г. Смоленск 2000г.
Автор: Вальков Константин Георгиевич, Группа ВМ1-97, Смоленский филиал Московского Энергетического Института, кафедра Вычислительной техники.
Данная работа включает в себя : 20 страниц теоретического введения, 4 страницы описания разработки системы и 6 страницы анализа разработки. В пункт приложения входят три модуля : документированный текст программы, схема принципиальная - электрическая , техническое задание.
Название работы : «Обработка информации поступающей с аэродинамических датчиков (датчики анализа скорости ветра) и передача поступающей информации по сети в ЭВМ, сеть реализовать на основе нейрочипа».
Количество страниц: 47
рисунков: 7
приложений: 3
Содержание: Данная расчетно-пояснительная записка является результатом проведенного анализа работы нейрочипа с последующей реализацией сети на его основе и выводами результативности его применения в данном случае. Результатом является схема и программная реализация работы сети на основе нейрочипа для подсчета скорости ветра и в случае превышения некоторого порога (скорость ветра 50м/с ) передача сигнала на центральную ЭВМ.
1.1. Причины и последствия объединения компьютеров в сеть
Для того, чтобы максимально эффективно использовать вычислительные ресурсы компьютеров, их необходимо объединить в сеть. Задолго до того, как появился микропроцессор, большие вычислительные системы объединяли с помощью телеграфных линий связи. Однако бурное развитие компьютерных сетей началось только с появлением LAN (LocalAreaNetwork), когда использование компьютера небольшими фирмами стало экономически обоснованным. С появлением возможности объединять LAN в WAN (WideAreaNetwork) специалисты начали думать об осуществлении идеи полной автоматизации производства - CIM (ComputerIntegratedManufacturing). Однако несмотря на падение цен на микропроцессоры и оперативную память, идея полностью автоматизированного предприятия в то время так и не осуществилась.
LON (LocalOperatingNetwork) предназначена именно для автоматизации производства.
До XVIII века создавали только механические станки и применяли осязаемые виды энергии. Одной из важнейших предпосылок промышленной революции явились открытия в области физики, например преобразование энергии из одного вида в другой, которое позволило привести в действие ткацкий станок с помощью пара и заставило двигаться автомобиль. Таким образом, появилась возможность ограничить использование людей в качестве рабочей силы и все больше заменять их труд машинами. Следствием этого стало развитие крупных предприятий.
Наше время - время информационных технологий. Мы все больше и больше учимся обрабатывать информацию с помощью машин, хранить, передавать и распределять ее. Телефонная сеть, персональный компьютер, радио, Интернет - примеры того, как изменился мир благодаря информационным технологиям.
Компьютер и компьютерные сети все чаще применяются для автоматизации производственных процессов. Fieldbus-системы, которые представляет и LON, могут стать существенной составной частью будущих сетей, базисом для разработок, которые в ближайшем будущем приобретут большую значимость. Идея СIМ стала особенно привлекательной сейчас, когда стало известно, каким образом можно объединить датчики и исполнительные механизмы «в поле» (от англ. «inthefield», имеется в виду термин Fieldbus - полевая шина), не прибегая к большим затратам. Еще несколько лет назад автомобили имели от 20 до 50 датчиков и исполнительных механизмов; через несколько лет, по нашим оценкам, их число должно значительно возрасти -до 500 и более. То же самое будет происходить в области автоматизации систем зданий, домашнего хозяйства, промышленности и т. д.
Итак, объединение компьютерных систем управления в сеть может быть экономически эффективно на основе Fieldbus-технологии.
До сих пор взгляд человека на организацию окружающего его мира носит ярко выраженный центристский характер. Для многих фирм, партий и т.д. характерна жесткая иерархическая структура. Этот подход привносится и в область управления техникой. О том, что иерархическая структура не оптимальна, известно давно. Это должно натолкнуть нас на мысль, что нужно стремиться к децентрализации технологических процессов.
LON создается без использования традиционных PLC (ProgrammableLogicController) -контроллеров с программируемой логикой. Основная идея LON заключается в наиболее децентрализованном распределении интеллекта на основе новых концепций.
1.2. Управление техническими процессами
1.2.1. Классический подход
Для управляющих систем традиционна централизованная структура . Исходя из централизованноcти системы, управляющее вычислительное устройство запрашивает данные датчиков или приборов и после обработки возвращает их обратно. Датчики, как и исполнительные механизмы, не обладают интеллектом. Более современная структура включает в себя концентраторы , которые заменили длинные параллельные линии передачи данных. Преимущества такого подхода известны: улучшенная электрическая совместимость, более простое формирование соединений, низкая стоимость линий передачи данных, экономия на клеммах и т. д. Однако возникают трудности, связанные с переходом от одних принципов передачи данных к другим, так как во многих случаях отсутствует совместимость ряда параметров. Результатом этого становится усложнение управляющей станции. С появлением интегральных микроэлементов широкое распространение получили контроллеры с программируемой памятью, прошедшие стандартизацию в условиях эксплуатации. Причем с развитием микропроцессорной техники цены на аппаратное обеспечение резко снизились.
Тем временем обозначилась новая тенденция - замена контроллеров с программируемой памятью промышленными персональными компьютерами, которые обладают рядом преимуществ. Во-первых, они позволяют применять более доступное по цене аппаратное обеспечение; во-вторых, можно разработать простое в применении и недорогое программное обеспечение, которое поставляют различные фирмы, постоянно совершенствуя его. Значительно реже возникает необходимость самостоятельной разработки и обслуживания. Единственной проблемой может быть выбор подходящих программ реального времени, предлагаемых рынком в достаточном количестве.
1.2.2. Децентрализованный подход
С некоторого времени получили широкое распространение шинные системы, в частности Fieldbus-системы, которые по сравнению с концентраторами данных экономически более выгодны. Fieldbus-системы представляют собой новую технологию, которая предлагает новый образ мышления при системном проектировании. Узлы Fieldbus-системы могут децентрализованно использовать интеллект для управления, регулирования и контроля. В предельном случае это может быть система с полным отсутствием центрального управления (функции контроллеров с программируемой памятью, очевидно, распределяются между различными узлами сети, такими как датчики, исполнительные механизмы и устройства индикации). То, что данный подход позволяет мыслить совершенно иначе, понятно на таком примере.
Представим себе стаю уток, летящих в форме треугольника . Если они управляются централизованно, то «центральный компьютер» постоянно должен рассчитывать траекторию полета для каждой утки. Если хотя бы одна из них будет застрелена охотником, то компьютер с помощью соответствующего алгоритма, должен будет снова заполнить образовавшееся пустое пространство, изменив траекторию полета остальных уток. Естественно, для такой сложной системы, как центральный компьютер. подобный алгоритм реализовать непросто.
Предположим теперь, что утки объединены в сеть посредством некой Fieldbus-системы. Теперь требуется лишь задать каждой утке угол, под которым она должна лететь по отношению к впереди летящей, и расстояние до нее. Если какая-либо из уток будет застрелена, то система относительно быстро восстановится сама и для заполнения пустого пространства не потребуется каких-либо дополнительных затрат. Интеллект каждой утки в этом случае может быть относительно невысоким.
Само собой разумеется, что и в центрально-ориентированную систему могут быть встроены простые параллельные процессы, как это сделано в Fieldbus-системах. Однако такое решение 'при разработке центрально-ориентированной системы не напрашивается. Центрально-ориентированная система «принуждает» разработчика думать централизованно, строя сложные алгоритмы. К тому же в центрально-ориентированной системе всегда используются дорогостоящие многозадачные пользовательские системы, требующие больших затрат на разработку и обслуживание. Устройства Fieldbus-систем, наоборот, применяют в больших количествах, поэтому себестоимость их производства весьма мала.
1.3. Информационный обмен как основа распределенных систем
1.3.1. Иерархия системы
Объединение систем компьютеров в сеть приобретает настолько сложный характер, что плоская архитектура сети теряет всякий смысл. Во всех областях автоматизации предпочтение отдается сетям с вертикальной иерархией систем, в которых на каждом уровне можно реализовать логически обособленный набор функций. Рассмотрим пятиуровневую модель некоего автоматизированного производства [рис.1-4]. Слева от нее находится сеть, с помощью которой можно упорядочить уровни. Понятно, что количество уровней и их вид зависят от набора параметров, определяющих конкретную систему. При автоматизации систем зданий эта схема выглядит совсем не так, как в случае системы управления технологическими процессами. Разумеется, от начальных условий (набора функций для конкретного уровня) зависит, какая сеть и на каком уровне будет использована, - практика заставляет думать более гибко.