Что значит работа в режиме реального времени

режим реального времени

Полезное

ОПРЕДЕЛЕНИЯ.
ОБЗОР. ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

1. Что такое функционирование в «Реальном масштабе времени»

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.

Толковый
словарь по вычислительным системам
[7], дает такое определение (стр. 399):

R.052
real-time system
система реального времени (СРВ)

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.

В
толковом словаре по информатике [8]
дается такое определение (стр. 335): 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.

Каноническое
определение системы реального времени
дано Дональдом Гиллиесом и выглядит
так:

«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.

Отметим
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 максимально
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.

Из
приведенного выше можно сделать выводы:

– термин
«система реального времени» в настоящее
время может быть записан так: “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”.

Для
того чтобы система могла удовлетворить
требованиям, предъявляемым к системам
реального времени, аппаратные, программные
средства и алгоритмы работы системы
должны гарантировать заданные временные
параметры реакции системы. Время реакции
не обязательно должно быть очень
маленьким, но оно должно быть гарантированным
(и отвечающим поставленным требованиям);

– использование
термина «система реального времени»,
определенного выше, для обозначения
интерактивных и высокопроизводительных
систем неверно;

– термин
«квазиреальное время» (soft
real-time) хотя
и используется, но четко не определен.
До его четкого определения вряд ли
возможно его применение в документах
(кроме рекламных). С уверен­ностью
можно сказать, что смысл термина «реальное
время» трактуется специалистами
по-разному в зависимости от области их
профессиональных интересов, от того,
являются они теоретиками или практиками,
и даже просто отличного опыта и круга
общения.

– практически все
системы промышленной автоматизации
явля­ются системами реального времени.

– принадлежность
системы к классу систем реального
времени ни­как не связана с ее
быстродействием. Например, если ваша
система предна­значена для контроля
уровня грунто­вых вод, то даже выполняя
измерения с периодичностью один раз за
полчаса, она будет работать в реальном
времени.

Исходные требования
к времени ре­акции системы и другим
временным параметрам определяются или
техни­ческим заданием на систему, или
про­сто логикой ее функционирования.
На­пример, шахматная программа,
думаю­щая над каждым ходом более года,
ра­ботает явно не в реальном времени,
так как шахматист скорее всего не доживет
до конца партии. Однако точное опре­деление
«приемлемого времени реак­ции» не
всегда является простой зада­чей, а
в системах, где одним из звеньев служит
человек, подвержено влиянию субъективных
факторов. Впрочем, че­ловек – это
своеобразная вычислитель­ная машина.

Интуитивно понятно,
что быстро­действие системы реального
времени должно быть тем больше, чем
больше скорость протекания процессов
на объекте контроля и управления. Чтобы
оценить необходимое быстродейст­вие
для систем, имеющих дело со ста­ционарными
процессами, часто ис­пользуют теорему
Котельникова [6], из которой следует, что
частота дискретизации сигналов должна
быть как минимум в 2 раза выше граничной
частоты их спектра.

При работе с
широкополосными по своей природе
переходными процес­сами (транзиент-анализ)
часто приме­няют быстродействующие
АЦП с бу­ферной памятью, куда с
необходимой скоростью записывается
реализация сигнала, которая затем
анализируется и/или регистрируется
вычислитель­ной системой. При этом
требуется закончить всю необходимую
обработку до следующего переходного
процесса, иначе информация будет
потеряна. Подобные системы иногда
называют системами квази-реального
времени.

Принято различать
системы «жест­кого» и «мягкого»
реального времени. Эти различия не
связаны с органолептическими свойствами
систем. Тогда что же это такое?

1. Системой «жесткого»
реального времени называется система,
где не­способность обеспечить реакцию
на какие-либо события в заданное время
является отказом и ведет к невозмож­ности
решения поставленной задачи.

Последствия таких
отказов могут быть разные, от пролива
драгоценной влаги на линии по розливу
алкогольных напитков до более крупных
не­приятностей, если, например, вовремя
не сработала система аварийных бло­кировок
атомного реактора.

Многие теоретики
ставят здесь точку, из чего следует, что
время реакции в «жестких» системах
может составлять и секунды, и часы, и
недели. Однако большинство практиков
считают, что время реакции в системах
«жесткого» реального времени должно
быть все-таки минимальным. Идя на поводу
у практиков, так и будем считать.
Разуме­ется,
однозначного мнения о том, ка­кое
время реакции свойственно «жест­ким»
системам, нет. Более того, с увели­чением
быстродействия микропроцес­соров
это время имеет тенденцию к уменьшению,
и если раньше
в качестве
границы называлось значение 1 мс, то
сейчас, как правило, называется время
порядка 100 мкс.

2. Точного определения
для «мягкого»
реального времени не существует, поэтому
будем считать, что сюда отно­сятся
все системы реального времени, не
попадающие в категорию «жестких».

Так как система
«мягкого» реального времени может не
успевать все делать ВСЕГДА в заданное
время, возникает проблема определения
критериев ус­пешности (нормальности)
ее функционирования. Вопрос этот совсем
не простой, так как в зависимости от
функций системы это может быть
мак­симальная задержка в выполнении
каких-либо операций, средняя своевре­менность
отработки событий и т. п. Бо­лее того,
эти критерии влияют на то, какой алгоритм
планирования задач является оптимальным.
Вообще говоря, системы «мягкого»
реального времени проработаны теоретически
далеко не до конца.

Соседние файлы в предмете Системы реального времени

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Режим — реальное время

Cтраница 1

Режим реального времени используется При обработке данных в информационных технологиях, предназначенных для управления физическими процессами. В таких системах информационная технология должна обладать высокой скоростью реакции, чтобы успеть за короткий промежуток времени ( лучше бы мгновенно. Поскольку в технологической системе управления потоки данных имеют случайный характер, вычислительная система ( ВС) всегда должна быть готова получать входные сигналы и обрабатывать их. Повторить поступившие Данные невозможно, поэтому потеря их недопустима.
 [1]

Режим реального времени здесь следует понимать как режим, обеспечивающий регистрацию явлений и выработку заданных решений ( измерений) без вторжения в динамику явлений, протекающих в поле изображения.
 [2]

Режим реального времени — режим обработки данных, при котором обеспечивается взаимодействие цифровой вычислительной системы с внешними по отношению к ней процессами в темпе, соизмеримом со скоростью протекания этих процессов.
 [3]

Режим реального времени предназначен для работы с технологическими процессами; предусматривает поступление данных в ЭВМ в произвольное время, немедленную и непосредственную их обработку вне зависимости от занятости ЭВМ, а также расчет характеристик процесса без запаздывания относительно их фактического изменения. Хотя газопровод является инерционным объектом с медленным изменением параметров, ввиду возможности аварийных ситуаций режим реального времени необходим при реализации комплекса задач диспетчерского контроля и анализа режимов газопередачи.
 [4]

Режим реального времени — это режим обработки данных, при котором обеспечивается взаимодействие вычислительной системы с внешними по отношению к ней процессами в темпе, соизмеримом со скоростью протекания этих процессов.
 [5]

Режим реального времени — — способ обработки данных, при котором исходные данные поступают в вычислительную машину непосредственно при их возникновении.
 [6]

Режим реального времени используется, когда ЭВМ должна управлять работой какого-либо объекта или технологического процесса.
 [7]

Сущность режима реального времени легко раскрыть на примере ежедневных ситуаций, возникающих, например, в домашнем хозяйстве. Пусть параллельно и независимо друг от друга запущены четыре программы: включена неавтоматическая стиральная машина, включена кофемолка, поставлено на огонь молоко и началось мытье посуды. Система реального времени Домашнее хозяйство отрабатывает сообщения об окончании работы приборов, обслуживание которых должно выполняться с учетом различных приоритетов. Стиральная машина может подождать своего отключения, поэтому она имеет низший приоритет. Время ответа системы на сигнал необходимости отключения кофемолки должно быть меньше, а кипящее молоко имеет в этом случае наивысший приоритет.
 [8]

Для режима реального времени стараются применять ( если они справляются с задачей) мини — ЭВМ, поскольку этот режим, как правило, оказывается одновременно монопольным, а заставлять работать в монопольном режиме большую ЭВМ невыгодно. Кроме того, этот режим обычно ограничивает комплектацию системы только быстрыми устройствами памяти — ОЗУ, быстрые диски или барабаны. Операционная система для этого режима создается специальная, с более узкими функциями, но зато с меньшим временем реакции на обработку прерывания.
 [9]

В режиме реального времени данные обрабатываются по мере их поступления, в то время как при постобработке данные хранятся в памяти и обрабатываются после завершения их сбора. Составление программ для обработки данных в режиме реального времени [20, 21] — часто процесс намного более сложный. Объясняется это, в частности, тем, что очень часто рассматриваемые программы могут включать инициирование и управление многими конкурирующими процессами — называемыми параллельной или многопроцессорной обработкой. Эти процессы требуют специальных методов синхронизации. Обычное программирование довольно просто и непосредственно преобразует шаги, специфицированные в алгоритме, в примитивные операторы выбранного языка программирования.
 [10]

В режиме реального времени пользователю БД необходимо получить ответ не позже, чем за заданный интервал времени.
 [11]

В режиме реального времени в систему поступают первичные исходные данные. Программа их обработки запускается в момент времени, определяемый самим процессом или внешней средой, а не процессом подготовки заданий к решению на ЭВМ. Поэтому программы, выполняемые в режиме реального времени, должны находиться в состоянии постоянной готовности. Целевой установкой реализации режима реального времени, особенно при автоматизации технических процессов на основе управляющих ЭВМ, является своевременное и одновременное выполнение нескольких отдельных заданий. Для успешной работы при одновременном поступлении нескольких заявок управляющая ЭВМ должна обладать соответствующим запасом производительности. Большую часть времени она занята не полностью; ее работу можно сравнить с электростанцией, работающей в пиковом режиме в системе энергоснабжения. В этом случае организацию выполнения отдельных процессов в управляющей ЭВМ принимает на себя операционная система реального времени.
 [12]

В режиме реального времени ЭВМ управляет объектом, реагируя на изменения контролируемых параметров или вмешательство оператора. Диалоговый режим обеспечивает обычно специальная программа — монитор, разрабатываемая самим пользователем. Комбинированный режим работы может быть организован, например, сочетанием режима разделения времени с режимом пакетной обработки или однопрограммным режимом.
 [13]

Для реализации режима реального времени создается специальная операционная система, в которой подсистема супервизора играет особенно важную роль. План работы ЭВМ супервизор вырабатывает автоматически и при поступлении некоторых сочетаний сигналов пересматривает с таким расчетом, чтобы более важные срочные задачи решались немедленно. Задачами особой важности являются задачи предотвращения, а тем более устранения аварийных ситуаций.
 [14]

Интересной особенностью режима реального времени является отсутствие программ пользователя. Все выполняемые с помощью ОС в этом режиме программы являются системными. Это связано с теми жесткими требованиями, которые при управлении объектами предъявляются к ЭВМ и ее программам. В некоторых системах задачи управления решаются на фоне пользовательских задач.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4