Режим реального времени

Казахский Университет Технологии и Бизнеса

 

 

 

 

 

Курсовая Работа

по предмету: Основы систем реального времени

       на тему :   Режим реального Времени

 

 

 

 

 

Выполнила:__________________

__________________

  Проверил:___________________

__________________

 

 

 

г. Астана    2014 год

Содержание

1. Введение
2. Перевод режима реального времени                                                               2.1 Понятие и определение режима реального времени
3. Сбор, обработка и анализ данных в режиме реального времени
4. Что значит работать в режиме реального времени? 
5. Работа в режиме реального времени
6. 77.ОС Windows. Режим реального времени
7. Linux реального времени
8. Заключение
9. Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В настоящее время в документах и публикациях с различной тематикой встречаются слова о требовании, поддержке и т.д. «работы в режиме реального времени», «режима реального времени» или просто «реального времени». Что же такое «режим реального времени» применительно к компьютерным системам? Постараемся представить различные современные точки зрения на это понятие.

Цель: Раскрыть различные значения и понятия «режима реального времени»

Задачи:

1. Найти и понять определение режима реального времени
2. Узнать, что значит работать в режиме реального времени.
3. Проанализировать сбор и обработку данных в режиме реального времени
4. Определить ключевые преимущества и возможности режима реального времени

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Режим реального времени

          Система реального времени (СРВ) — это система, которая должна реагировать на события во внешней по отношению к системе среде или воздействовать на среду в рамках требуемых временных ограничений. Оксфордский словарь английского языка говорит о СРВ как о системе, для которой важно время получения результата. Другими словами, обработка информации системой должна производиться за определённый конечный период времени, чтобы поддерживать постоянное и своевременное взаимодействие со средой. Естественно, что масштаб времени контролирующей системы и контролируемой ей среды должен совпадать.

 

          Любая система, в которой существенную роль играет время генерации выходного сигнала. Это обычно связано с тем, что входной сигнал соответствует каким-то изменениям в физическом процессе, и выходной сигнал должен быть связан с этими же изменениями. Временная задержка от получения входного сигнала до выдачи выходного сигнала должна быть небольшой, чтобы обеспечить приемлемое время реакции. Время реакции является системной характеристикой: при управлении ракетой требуется реакция в течении нескольких миллисекунд, тогда как для диспетчерского управления движением пароходов требуется время реакции, измеряемое днями. Системы обычно считаются системами реального времени, если время их реакции имеет порядок миллисекунд; диалоговыми считаются системы с временем реакции порядка нескольких секунд, а в системах пакетной обработки время реакции измеряется часами или днями. Примерами систем реального времени являются системы управления физическими процессами с применением вычислительных машин, системы торговых автоматов, автоматизированные системы контроля и автоматизированные испытательные комплексы.

            Режим реального времени [real time processing]. Режим обработки данных, при котором обеспечивается взаимодействие вычислительной системы с внешними по отношению к ней процессами в темпе, соизмеримом со скоростью протекания этих процессов.

      Ниже я попробую привести полный перевод соответствующего ответа (что означает real-time) из FAQ comp.realtime: Существует несколько определений термина реальное время, многие из них противоречивые. К сожалению, это спорная тема, и здесь не существует стопроцентной договоренности о терминах.

    Системой реального времени является такая система, корректность функционирования которой определяется не только корректностью выполнения вычислений, но и временем, в которое получен требуемый результат. Если требования по времени не выполняются, то считается, что произошел отказ системы.

Другие добавляют: Поэтому необходимо, чтобы было гарантировано [аппаратными и программными средствами и алгоритмами обработки] выполнение требований по времени. Гарантия выполнения требований по времени необходима, чтобы поведение системы было предсказуемо. Также желательно, чтобы система обеспечивала высокую степень использования ресурсов, чтобы удовлетворять требованиям по времени [с минимальными затратами].

     Хорошим примером является робот, который должен брать что-либо с ленты конвейера. Объекты на конвейере движутся, и робот имеет некоторый небольшой интервал времени для того, чтобы схватить объект. Если робот опоздает, то объекта уже не будет на месте, и поэтому работа будет неверной, даже если робот [переместил захват] в правильное положение. Если робот поспешит, то объекта там еще не будет, более того, робот может заблокировать движение объектов.

 

Другой пример - цикл управления самолетом, летящим на автопилоте. Датчики самолета должны постоянно передавать измеренные данные в управляющий компьютер. Если данные измерений теряются, то качество управления самолетом падает, возможно вместе с самолетом.

 

Давид Сонниер (David Sonnier (mailto:dps@devnull.mpd.tandem.com) отметил следующую особенность:

 

В примере с роботом и имеем настоящий, жесткий режим реального времени (hard real time), и если робот опоздает, то это приведет к полностью ошибочной операции. Однако это мог бы быть режим квазиреального времени (soft real time), если бы опоздание робота приводило бы только к потере производительности. Многое из того, что сделано в области программирования в реальном времени, в действительности работает в режиме квазиреального времени. Грамотно разработанные системы, как правило, имеют уровень безопасности/коррекции поведения даже для случая, когда вычисления не закончились в необходимый момент, так что если компьютер чуть-чуть не успевает, то это может быть скомпенсировано.

Бывает, что термин система реального времени применяют в значении интерактивная система (on-line). Часто это просто рекламный ход. Например, системы заказа билетов или системы складского учета не являются системами реального времени, так как человек-оператор без проблем перенесет задержку ответа на несколько сотен миллисекунд.

Также можно встретить случаи, когда термин система реального времени применяют просто в значении быстродействующая система. Необходимо отметить, что определение реального времени не является синонимом для определения быстродействующая. Еще раз: термин система реального времени не означает, что система дает ответ на воздействие мгновенно - задержка может достигать секунд и более - но означает тот факт, что гарантируется некоторая максимальная возможная величина задержки ответа, что позволяет системе решать поставленную задачу. Необходимо также отметить, что алгоритмы, обеспечивающие гарантированное время ответа, часто имеют меньшую среднюю производительность, чем алгоритмы, которые не гарантируют время ответа.

Иногда можно увидеть обсуждения, в которых сравниваются системы квазиреального и реального времени (soft vs. hard real-time systems). В большинстве этих дискуссий термин реальное время используется в смысле, который был приведен выше, а термин квазиреальное время (soft real-time) используется для обозначения систем, которые имеют пониженные требования к [конкретной] величине задержки [ответа] (lateness), но которые должны работать очень быстро и регулярно, повторяемо (repeatably). Однако такое определение спорно, так как определения реальное и квазиреальное (hard and soft real time) могут быть восприняты как показатели степени временных ограничений.

 

 

 

 

    Операционная система, реагирующая в предсказуемое время на непредсказуемое появление внешних событий.

      Режим реального времени - режим обработки данных, при котором обеспечивается взаимодействие вычислительной системы с внешними по отношению к ней процессами в темпе, соизмеримом со скоростью протекания этих процессов.

     Этот режим обработки данных широко используется в системах управления и информационно-поисковых системах.

 Понятие режим реального времени находится в тесной взаимосвязи  с такими категориями как вычислительная система и операционная система. К этим двум категориям можно добавить еще одну – управление, поскольку термин режим происходит от латинского regimen – управление.

         Режимом реального времени называется такой режим функционирования вычислительной системы, правильность работы в котором определяется не только логической корректностью вычислений, но и временем, требующимся для получения результата вычислений. То есть время получения результата вычислений является критичным параметром, и превышение этого времени эквивалентно логически некорректному функционированию системы.

         В физическом и химическом эксперименте виртуальные приборы обычно работают в режиме реального времени. Под реальным временем подразумевается режим, позволяющий виртуальному инструменту выполнять измерения и управлять процессами с такой скоростью, при которой задержки получения компьютером данных и управления исполнительными механизмами не нарушают ход эксперимента и не искажают измерений. В цепи операций "сбор данных - обработка - управление" сигнал проходит по разным шинам компьютера, работающим на разных частотах. Не всегда заранее известно время, которое потребуется на обработку данных и подачу очередного управляющего сигнала. Особенно значительным источником неопределенности в обеспечении режима реального времени является работа операционной системы. Операционные системы персонального компьютера оптимизированы не для управления приборами реального времени, а для обеспечения многозадачности - способности операционной системы выполнять несколько задач на одном процессоре так, чтобы пользователю казалось, что все задачи выполняются одновременно. Временные интервалы, выделяемые операционной системой разным "одновременно" выполняемым задачам, согласуются с субъективным восприятием одновременности событий человеком. В физическом и химическом эксперименте интервалы, в течение которых операционная система занята обслуживанием другой задачи или обеспечением своей работоспособности, часто оказываются чрезмерно большими. Разработчикам виртуальных приборов приходится преодолевать ограничения многозадачных операционных систем и минимизировать роль неопределенности продолжительности обработки данных, осуществляемой в реальном времени. Об ограничениях операционной системы в работе виртуальных приборов см. т.ж. здесь.

 

 Наиболее легкий для  разработчика виртуального прибора  способ обеспечения режима реального  времени заключается в передаче  функции предварительной обработки  специальному процессору, обслуживающему  ввод и вывод данных. Однако  в эксперименте, допускающем неточности  синхронизации в пределах одной  микросекунды, выведение предварительной  обработки измерений из подчинения  центральному процессору не всегда  оправдано. Во-первых, стоимость системы  ввода и вывода данных, работающей  автономно от центрального процессора, на порядок увеличивает стоимость  аппаратной части прибора. Во-вторых, центральный процессор в этом  варианте режима реального времени  используется неэффективно.

 

       Современные процессоры персональных компьютеров имеют ряд встроенных ресурсов для обеспечения режима реального времени в виртуальных приборах. Один из них -  таймер высокого разрешения, измеряющий временные интервалы в тактах процессора (имеется в процессорах, начиная с Pentium). Разумеется, точность измерения времени в ходе эксперимента не так высока, из-за неизбежных задержек в более медленных, по сравнению с процессором, каналах передачи данных. Однако синхронизация ввода, вывода и предварительной обработки данных процессором с точностью до 1 мкс легко достижима, даже при использовании недорогих плат АЦП-ЦАП и не очень быстрых процессоров

Различают вычислительные системы реального времени двух типов - системы жесткого реального времени и системы мягкого реального времени.

Системы жесткого реального времени не допускают никаких задержек реакции системы ни при каких условиях, так как:

• результаты могут оказаться бесполезны в случае опоздания,
• может произойти катастрофа в случае задержки реакции,
• стоимость опоздания может оказаться бесконечно велика. Примерами систем жесткого реального времени являются системы оцифровки звука/изображения, встраиваемые контроллеры, бортовые системы управления, системы аварийной защиты, регистраторы аварийных событий.

         Системы мягкого реального времени характеризуются тем, что задержка реакции не критична, хотя и может привести к увеличению стоимости результатов и снижению производительности системы в целом. При этом допускается некоторый процент полученных с опозданием результатов, но обязательно ограничивается какой-либо другой параметр, например, максимально допустимая частота, минимальное время между двумя такими случаями опоздания или некоторая среднестатистическая величина, образованная от указанных (к примеру, средняя производительность системы). В связи с этим часто используют такое понятие, как качество обслуживания (Quality of Service, QoS). Это величина, верхнее значение которой соответствует работе системы без опозданий, а нижнее – минимально допустимому качеству результата. Примером подобной задачи является воспроизведение цифрового видеопотока: превышение времени обработки в данном случае не фатально и приводит лишь к отдельным нарушениям последовательности воспроизведения в виде выпадения строк или кадров, уменьшая величину QoS. При определенном количестве или частоте выпадений картинка уже не может отображаться правильно, и хотя система не успевает вычислять результат, к примеру, всего лишь в 30% случаев, величина QoS уже равна нулю, так как окончательный результат неудовлетворителен. Другой пример – работа любой компьютерной сети. Если устройства сети не успевают обрабатывать пакеты данных, то это приводит к их повторной передаче. Данные при этом не теряются, но производительность сети снижается. К этой же категории можно отнести всевозможные интерактивные системы, где время реакции на действия пользователя должно быть если не нормированным, то хотя бы предсказуемым и стабильным: сюда относится, в частности, большинство бытовых устройств и компьютерных систем общего назначения.