лекции по информатике 1 к. Методическое пособие конспект лекций по информатике и икт
 Скачать 434 Kb.
|
|
Тема 2.3. «Управление процессами. Представление об автоматических и автоматизированных системах» Лекция №7. Управление процессами. АСУ План Управление. Автоматизированная система управления Функции АСУ Контрольные вопросы Управление. Управление – важнейшая функция, без которой немыслима целенаправленная деятельность любой социально-экономической, организационно-производственной системы (предприятия, организации, территории). Систему, реализующую функции управления, называют системой управления. Важнейшими функциями, реализуемыми этой системой, являются прогнозирование, планирование, учет, анализ, +контроль и регулирование. Информационный процесс — процесс получения, создания, сбора, обработки, накопления, хранения, поиска, распространения и использования информации. Информационные системы - системы, в которых происходят информационные процессы. Если поставляемая информация извлекается из какого-либо процесса (объекта), а выходная применяется для целенаправленного изменения того же самого объекта, то такую информационную систему называют системой управления. Виды систем управления: ручные, автоматизированные (человеко-машинные), автоматические (технические) . Автоматизированные системы управления. Автоматизированная система управления или АСУ — комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для управления различными процессами в рамках технологического процесса, производства, предприятия. АСУ применяются в различных отраслях промышленности, энергетике, транспорте и т. п. Термин автоматизированная, в отличие от термина автоматическая подчёркивает сохранение за человеком-оператором некоторых функций, либо наиболее общего, целеполагающего характера, либо не поддающихся автоматизации. Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) — это комплекс программных и технических средств, предназначенный для автоматизации управления технологическим оборудованием на предприятиях. Под АСУ ТП обычно понимается комплексное решение, обеспечивающее автоматизацию основных технологических операций на производстве в целом или каком-то его участке, выпускающем относительно завершенный продукт. Здесь важно сделать акцент на слове «автоматизированная». Под этим подразумевается, что система управления отнюдь не полностью автономна (самостоятельна), и требуется участие человека (оператора) для реализации определенных задач. Напротив, системы автоматического управления (САУ) предназначены для работы без какого-либо контроля со стороны человека и полностью автономны. Очень важно понимать эту принципиальную разницу между АСУ и САУ. Составными частями АСУТП могут быть отдельные системы автоматического управления (САУ) и автоматизированные устройства, связанные в единый комплекс. Как правило АСУТП имеет единую систему операторского управления технологическим процессом в виде одного или нескольких пультов управления, средства обработки и архивирования информации о ходе процесса, типовые элементы автоматики: датчики, контроллеры, исполнительные устройства. Для информационной связи всех подсистем используются промышленные сети. Функции АСУ. Функции, выполняемые АСУ ТП. АСУ ТП предназначается для: повышение оперативности управления, эффективности и надежности работы автоматизированной системы; снижение косвенных затрат на эксплуатацию удаленных объектов; своевременное координирование действий подразделений предприятия; обеспечение руководителей и ИТР персонала информацией, необходимой для принятия эффективных решений управления и планирования; обеспечение оптимальных решений работы технологического оборудования; полное протоколирование всех штатных и нештатных ситуаций, а также действий операторов АРМ. АСУ ТП обеспечивает выполнение всех функций современных автоматизированных систем: информационно-измерительные функции; информационно-расчетные функции; функции технологических защит и блокировок; функции автоматического регулирования; функции дистанционного управления; функции программно-логического управления; функции проверок и диагностики оборудования АСУ ТП. Классификация систем управления по информационным функциям 1. Автоматические системы децентрализованного контроля и управления, в которых наблюдение за ходом технологического процесса и выполнение отдельных операций управления осуществляется с местного щита управления. Технологический процесс производства какого-либо продукта, рассматриваемый в качестве объекта управления, в соответствии с направлением материальных и энергетических потоков разбит на отдельные участки, сформированные в цеха или отделения. При разработке систем децентрализованного контроля и управления процессом для каждого такого участка предусмотрена обособленная система управления, не связанная функционально с системами управления другими цехами и отделениями. 2. Системы централизованного контроля с передачей информации о процессе в центральный пункт управления (ЦПУ). При разработке этого типа систем управления вся информация о технологическом процессе от начала производства до получения конечной продукции направляется в единую систему централизованного контроля и управления, где она обрабатывается, после чего формируются управляющие воздействия. 3. Автоматизированные системы управления технологическим процессом (АСУ ТП), которые в зависимости от выполняемых ими информационных функций могут решать задачи вычисления технико-экономических показателей производства, задачи сбора, первичной обработки и передачи информации, задачи анализа, обобщения информации о процессе и прогнозирования протекания технологического процесса. АСУ – человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления в различных сферах человеческой деятельности. АСУ ТП – АСУ для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления в соответствии с выбранным критерием управления. К внешним функциям АСУ ТП относятся функции контроля за текущим состоянием объекта и функции управления, которые включают в себя определение управляющих воздействий и их реализацию. Внутренние функции АСУ ТП охватывают: - организацию связи с другими системами управления, в частности с АСУ предприятия и с другими АСУ ТП; - контроль за правильностью функционирования системы; - организацию обслуживания очередей заявок на решение задач управления на ЦВМ; - распределение загрузки отдельных узлов и блоков системы управления; - слежение за временем и отсчет временных интервалов. Каждая АСУ ТП реализует только те функции, которые актуальны для конкретного объекта управления. Контрольные вопросы Что такое управление? что такое система управления? какие виды систем управления существуют? что такое АСУ Какие функции выполняет АСУ? Раздел III «Основные характеристики компьютеров. Архитектура ПК. Виды программного обеспечения компьютеров». Тема 3.1. «Основные характеристики компьютеров. Архитектура ПК. Виды программного обеспечения компьютеров». Лекция №8. Основные характеристики компьютеров. Архитектура ПК. Виды программного обеспечения компьютеров. План Аппаратные средства Схема фон Неймана Внешняя память Контрольные вопросы Аппаратные средства Аппаратными средствами (Hard ware) называют совокупность всех устройств, которые составляют компьютер или могут к нему добавляться по мере необходимости. К важнейшим аппаратным средствам относятся системный блок и периферийные устройства. По способу расположения устройств относительно центрального процессорного устройства (ЦПУ – Central Processing Unit, CPU) различают внутренние и внешние устройства. Внешними, как правило, являются большинство устройств ввода-вывода данных (их также называют периферийными устройствами) и некоторые устройства, предназначенные для длительного хранения данных. 2. Схема фон Неймана Выдающийся математик Джон фон Нейман в середине 20 века, анализируя работу первых ЭВМ, пришел к выводу о необходимости хранения выполняющейся программы и обрабатываемых по этой программе данных внутри машины, в ее электронных схемах, а не вне ее – на перфокартах, перфолентах или разъемах со штекерами. Джон фон Нейман предложил новые принципы создания компьютеров, состоящие в следующем: Принцип двоичного кодирования: вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов. Принцип программного управления: программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Принцип однородности памяти: программы и данные хранятся в одной и той же памяти, поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти – число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Принцип адресности: структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Согласно фон Нейману, ЭВМ состоит из следующих основных блоков: - устройство ввода/вывода информации; - память компьютера; - процессор, состоящий из устройства управления (УУ), через которое идет поток команд и данных, и арифметико-логического устройства (АЛУ), производящего арифметические и логические операции. В общих чертах идеи фон Неймана и созданная им архитектура ЭВМ актуальны до сегодняшнего времени Архитектура ЭВМ. Под архитектурой ЭВМ понимается совокупность сведений об основных устройствах компьютера и их назначении, о способах представления программ и данных в машине, об особенностях ее организации и функционирования. Электронно-вычислительная машина (ЭВМ), или компьютер, – это электронное устройство, используемое для автоматизации процессов приема, хранения, обработки и передачи информации, которые осуществляются по заранее разработанным человеком программам. В состав любого современного компьютера входят: – память – группа устройств, которые обеспечивают хранение данных и программ; – процессор – одно или несколько устройств, которые обеспечивают задаваемую программой обработку данных; – устройства ввода-вывода – группа устройств, которые обеспечивают обмен, то есть прием и передачу данных между пользователем и машиной или между двумя или более машинами. Различные устройства компьютера подсоединяются друг к другу с помощью стандартизированных и унифицированных (то есть единообразных) аппаратных средств – кабелей, разъемов и т. д. При этом устройства обмениваются друг с другом информацией и управляющими сигналами, которые также приводятся к некоторым стандартным формам. Совокупность этих стандартных средств и форм образует конкретный интерфейс (interface – взаимный вид) того или иного устройства или компьютера в целом. Интерфейс – совокупность унифицированных стандартных соглашений, аппаратных и программных средств, методов и правил взаимодействия устройств или программ. Основные устройства ЭВМ. Персональный компьютер – универсальная техническая система. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. В таком комплекте компьютер обычно поставляется. Понятие базовой конфигурации может меняться. В настоящее время в базовой конфигурации рассматривают четыре устройства: · системный блок; · монитор; · клавиатура; · мышь. Системный блок Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными. Системный блок содержит все основные элементы ЭВМ – материнская плата, центральный процессор, оперативная память, системная шина, различные дисковые устройства, блок питания и многие другие. На лицевой панели системного блока размещаются: кнопка включения электропитания (Power - мощность), кнопка перезапуска (Reset - переустановка), ряд сигнальных лампочек и панели управления различных дисковых устройств. На задней панели находятся стандартные разъемы для крепления всевозможных дополнительных устройств и устройств ввода-вывода. Основные компоненты системного блока Блок питания. Материнскую плату. ВЗУ. Блок питания Преобразовывает переменный ток сетевого напряжения в постоянный ток низкого напряжения. В корпусе блока питания имеется встроенный вентилятор для охлаждения внутренних электрических схем. Часто в блоки питания входит розетка для питания монитора. Материнская плата (motherboard) Плата – это обычно прямоугольная пластина, используемая для выполнения монтажа необходимых электрических цепей, а также имеющая специальные разъемы для крепления шины и микросхем памяти, процессора и т. д. Основная, самая большая по габаритам плата, располагающаяся внутри корпуса, называется материнской. На этой плате монтируется большинство остальных компонент ЭВМ. 1. Центральный процессор (CPU – Central Processor Unit) с охлаждающим вентилятором (cooler). Процессор или микропроцессор – основное устройство компьютера, которое обеспечивает задаваемую программой обработку данных. В общем случае процессор состоит из следующих компонентов: – Арифметико-логическое устройство; – Математический сопроцессор для обработки чисел с «плавающей» точкой; – Шины данных и адреса; – Счетчики команд; – Сверхбыстрая кэш-память малого объема. Основные функции: действия по обработке данных и управление последовательностью выполнения таких действий. Для ускорения выполнения машинных команд в процессоре предусмотрена регистровая память. Регистр – это устройство для кратковременного хранения информации в процессе ее обработки. Характеристики процессора: – Тактовая частота – количество тактовых импульсов, вырабатываемых тактовым генератором в секунду. Тактовые импульсы поступаю на все остальные устройства компьютера и т. о. синхронизируют работу. – Длина машинного слова – количество байтов в машинном слове. Машинное слово – наибольшая группа байтов, которая может быть обработана процессором за один машинный такт. 2. Оперативная память (RAM – Random Access Memory – память с произвольным доступом или прямоадресуемая память) или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Оперативная память – устройство компьютера, предназначенное для хранения выполняющихся в текущий момент времени программ, а также данных, необходимых для их выполнения. Отличительные особенности – энергозависимость (при отключении электропитания вся информация, которая хранилась в оперативной памяти, безвозвратно теряется) и относительно высокая стоимость. Для современных персональных компьютеров считается нормальным объем памяти порядка 128-256 Мб. Если же работа связана с обработкой графики или звука, то лучше иметь объем памяти 512-1024 Мб. 3. Набор микросхем (chipset) отвечает за работу материнской платы. Обычно чипсет содержит в себе контроллеры прямого доступа к памяти, прерываний, таймеры, систему управления памятью и шиной. Чипсет – главная деталь материнской платы. От него зависят такие характеристики платы, как типы поддерживаемых процессоров, внешних устройств, модулей памяти (и возможности их сочетания) и системной шины. Иногда чипсет включает в себя интегрированные аудио - и видеокарты. 4. Системная шина, просто шина или магистраль – комплекс, состоящий из пучка проводов и электронных схем, обеспечивающих правильную передачу информации внутри компьютера. Главными характеристиками шины являются ее разрядность – число проводов в шине и частота работы. 5. Часто на материнской плате монтируется кэш-память (cache – запас, тайный склад) – высокоскоростная память, в которую копируются данные из оперативной памяти с целью оптимизации работы процессора с большими объемами данных. Обеспечивает повышение скорости вычислений. 6. Постоянная память, ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), или ROM (Read Only Memory – память только для чтения). Запись информации в ПЗУ осуществляется только один раз на заводе-изготовителе. И в дальнейшем из этой памяти возможно только чтение. При отключении электропитания данные, записанные в ПЗУ, сохраняются. Постоянная память используется для хранения наиболее важных и часто используемых служебных программ, которые осуществляют проверку работы отдельных устройств компьютера (тестирование), а также выполняют постоянно используемые операции по обмену данными между клавиатурой, монитором и памятью компьютера. Этот комплекс программ образует BIOS (Basic Input-Output System) – базовая система ввода-вывода, содержащая основное программное обеспечение платы и программу самотестирования платы. BIOS получает управление при включении системной платы, выполняет самотестирование ее основных устройств, затем загружает операционную систему. 7. Энергонезависимая память на основе CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor – структура типа комплементарный металл-оксид-полупроводник), а также аккумулятор для ее питания. Эта память содержит основные параметры настройки материнской платы, в частности тип и число накопителей на жестких дисках (винчестерах), наличие-отсутствие дисководов, пароль на загрузку компьютера. 8. Платы расширения, например звуковые или видеокарты. 9. Разъемы для подключения винчестеров, а также дисководов для флоппи-дисков. 10. Внешние порты, к которым подключаются устройства ввода-вывода (клавиатура, мышь и т. п.). |