Проектування комп'ютерної системи

Вступ
Сучасний розвиток інформаційних технологій приводить до необхідності використання великими та малими підприємствами технологічних систем. Ці системи призначені для автоматизації, спостереження, контролю, керування певними об'єктами управління. Такі системи мають бути швидкими, надійними, незалежними, паралельними, зручними та недорогими. Вони в тому числі сприяють збільшенню економічної ефективності функціонування виробництва.
Завданням курсової роботи буде спроектувати комп'ютерну систему, котра б вирішувала поставлені перед нами керівником задачі, тобто справлялась з обробкою і опрацюванням заданих наборів масивів даних, забезпечувала надійний зв'язок між вузлами мережі.


1. Формулювання задачі проектування комп'ютерної системи
І. Системні властивості об'єктів комп'ютерної мережі
Топологія комп'ютерної системи задається так:
Рис. 1.1 структура комп'ютерної системи
КС - Комп'ютерна система контролю управління
L m - територіальна віддаль - 65м
Lo - довжина каналу 3000 м
Кожен об'єкт контролю і управління описується набором формалізованих
параметрів:
Oi(Si,Pl,P2,..,Pn,AT,Yi)
Si-стан об'єкту і = 1,2,3,. ...,8;
Р 1...Рп - технологічні параметри, що контролюються на об'єкті n=3;
Ti - крок дискретизації для кожного параметру;
Yi - сигнал управління;
Параметри об'єкту Рi
Стан об'єкту Sij - профілактика 1.2 Дані
№ | D1 | D2 | D3 | D4 | D5 | D6
Тип даних
X | Yi | Zij | 640x480 | Відео 640x480 1біт 26 кадрів/с | Звук 44кГц 8біт
0.008 Гц | --- | 400 Гц | --- | 400 Гц | ---
Типи даних
D1 -1 біт;
D2 - одномірний масив Yi, і = 1 ..32, 8 біт;
D3 - двомірний масив Zij, і = 1 ..32, j = 1 ..64, 8 біт;
D4 - малюнок 640x480, 8 біт;
D5 - відео 640x480 1 біт 26 кадрів;
D6 - звук 44 кГц, 8 біт.
1.3 Функції оператора
Клав. | Миш. | Мов. | Скан. | Y1 | Y2 | Y3 | Y4 | Y5 | Y6 Y7 | Y8
1 | 1 | --- | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 1 | 1
Y1...Y8 - Керуючі сигнали
№ | Y
1 | Y1 | Пуск
2 | Y2 | Стоп
3 | Y3 | Профілактика
4 | Y4 | Тестування системи
5 | Y5 | Зміна алгоритму роботи системи
6 | Y6 | Робота в захищеному режимі
7 | Y7 | Аварійна зупинка системи
8 | Y8 | Перезавантаження системи
1.4 Архітектура системи передачі даних
Систолічна;
Високошвидкісна дуплексна з відкритим оптичним каналом.


1.5 ЕОМ
1) ATmega32 2-і/о port (8 pin) rs-232, rs-485;


2. Топографічна архітектура комп'ютерної системи
На даному етапі проектування мережі слід визначити довжину і спосіб
прокладання мережі. Згрупувавши об'єкти і розставивши контролери, які за
допомогою мережевих адаптерів ми з'єднали через 16-ти портовий Hub в мережу
систолічної архітектури. КС1 (Сервер 1) з'єднуємо за допомогою
високошвидкісного дуплексного відкритого оптичного каналу зв'язку з КС2 (Сервером 2), що зображено на рис 2.
Рис. 2 Топологія комп'ютерної системи
Перед тим. як остаточно визначитись з тим, яке фізичне середовище передавання використати, слід оцінити об'єми і швидкість даних, що будуть передаватись нашою мережею.
Щоб забезпечити повно зв'язне з'єднання (кожен з кожним) ми використали 16 портовий Hub CANYON CN-3116P, який забезпечує з'єднання між контролерами по окремих лініях із швидкістю 10/100Мбіт/с. Станції з'єднані між собою за допомогою витої пари UTP 4x2 Е5 кат.


Для нашого варіанту відстань між об'єктами та комп'ютерною системою керування складає 3000 м.
Для реалізації цього з'єднання згідно завдання курсового проекту нам запропоновано використати відкритий оптичний канал зв'язку. Зв'язок будемо реалізовувати за допомогою АОЛТ139 (Апаратура оптичного цифрового лінійного тракту). Характеристики вибраного обладнання:
Швидкість передачі інформаційного сигналу— 139264 (1 ±15x10"6) кбіт/с
Тип з'єднання — Коаксіальний кабель 50 Ом
Номінальна напруга при наявності імпульсу — 1,0 В
Номінальна напруга при відсутності імпульсу — (0±0,1) В
Номінальне значення тривалості імпульсу — мін. 3,59 макс. 7,1 нс
Захист від перенапруг — відповідає вимогам G.703 МСЭ-Т
Тип роз'ємну — СРГ-50-751-ФВ
До складу системи входять приймальний і передаючий блоки, розміщені в герметичних кожухах з підігрівом і з вікном для вхідних і вихідних випромінювань. До складу приймального блоку входить цифровий фото приймальний модуль високої чутливості з вхідним об'єктивом, підігрівач з схемою управління для забезпечення безвідмовної роботи при від'ємних температурах навколишнього середовища, цифровий світлодіодний або лазерний модуль при необхідності передачі цифрового оптичного сигналу по волоконно-оптичному кабелю в будь-яку точку об'єкту, електричний перетворювач для забезпечення працездатності системи від різних напруг живлення, що є на об'єкті (наприклад, змінне 220 В, постійне 12 В, 24 В і т.п.).
До складу передаючого блоку входить цифровий лазерний модуль з вихідним об'єктивом і схемами стабілізації і модуляції потужності випромінювання, контролем деградації лазера, підігрівач з схемою управління. Можлива установка дублюючого випромінювача для виключення перерви в роботі лінії на випадок виходу з ладу випромінювача.


Основні переваги:
швидка прокладка нових каналів зв'язку;
скритність зв'язку і підвищена захищеність від несанкціонованого доступу;
висока надійність зв'язку в зоні з підвищеним рівнем електромагнітних полів;
відсутність вимог по ліцензуванню каналу зв'язку;
широкий робочий температурний діапазон;
вбудована діагностика випромінювача;
можливість передачі оптичного сигналу в будь-яку точку об'єкту з допомогою
волоконно-оптичного кабелю;
можливість роботи практично від будь-якого джерела напруги живлення,
що є на об'єкті.
Використання такого способу з'єднання запроваджується не так для задоволення поточних вимог системи, як для майбутнього, безпроблемного розвитку такої мережі. Систолічна архітектура має високу надійність, відмовостійкість і високий системний інтелект.


3. Вибір перетворювачів
Для того, щоб об'єкти контролю і управління могли посилати в мережу і приймати з неї сигнали і повідомлення слід визначитись з вибором датчиків, АЦП, ЦПУ та їх розрядністю.
Напівпровідниковий давач тиску фірми Motorola MPX5999D - призначений для вимірювання абсолютного тиску в діапазоні від 1кПа до 38 МПа та має похибку нелінійності 1%. Давач має хороші показники співвідношення сигнал/шум. Давачі фірми Motorola випускаються відкаліброваними та містять схему термокомпенсації, що покращує їх характеристики та не вимагає ручної підгонки в кожному окремому випадку. Наявність в давачі підсилювача дозволяє напряму підключати його до АЦП мікронтролера. Давач живиться від джерела з вихідною напругою 5В та потужністю від 0.5 до 2 Вт. В якості мікроконтролера нам запропоновано використати ATmega32 2-і/о port(8 pin), з вбудованим 8-канальним 10-розрядним АЦП. Отже, по визначеним характеристикам цей давач повністю задовольняє наші вимоги для вимірювання тиску та легко з'єднується з запропонованою в завданні обчислювальною технікою (ATmega32).
В якості вимірювача витрати електроенергії використовуємо лічильник вітчизняного виробництва типу NP-46 ТВ. По заявленим виробником характеристикам прилад придатний для застосування при обліку витрати електроенергії.
ADS7805U -аналогово-цифровий перетворювач вхідної напруги в вихідний 16-розрядний паралельний код. Частота дискретизації 100кГц, діапазон вимірюваних напруг від ~0 до 20В з похибкою дискретизації 1%. Напруга живлення АЦП - ±12 В, струм споживання в піковому режимі - 0.5мкА.
В якості реєстратора так/ні використовуємо магніто резистивний давач наближення HONEYWELL SS495A2, який генерує на виході напругу +5В при наближення металу, і ~1,2В в іншому випадку. Напруга живлення давача +5В, струм споживання 1,5мА. Діапазон робочих температур -4О...+15О°С. По наведеним вище характеристикам робимо висновок, що даний давач придатний для використання в нашій системі.


4. Оцінка об'ємів цифрових даних і швидкості передавання
Для обчислення обєму інформації використаємо формулу інформаційної


міри Халі:
Оскільки давачі тиску підключаються до входів восьми-канального, десяти-розрядного АЦП мікроконтролера ATmega32, то оцінювати об'єм даних від цих давачів будемо на основі розрядності цього АЦП.
Міра Хартлі для тиску буде рівною - 10 біт, для вимірювання напруги - 16 біт, для вимірювання витрати електроенергії — 20 біт, реєстратор наближення металу - 1 біт. В загальному - 47 біт. Швидкість передавання даних розраховується за формулою :


Т - задано в завданні до курсового проектування.
Де


Оскільки найбільший об'єм інформації і найбільшу швидкість потрібно надати передачі зображень, то мінімальні вимоги до системи повинні задовольняти роботу із зображенням та відео 640*480 (чорно-біле). А оскільки вони передаються з частотою 10 Гц, то враховуючи можливість подальшого нарощування системи пропоную передавати дані по каналу зв'язку із швидкістю 100Мбіт/с. Саме таку швидкість забезпечує стандарт Ethernet 100BaseT.
Тобто систолічну архітектуру будемо забезпечувати за рахунок витої пари 5-ї категорії. Зв'язок з сервером забезпечимо з допомогою відкритого оптичного каналу зв'язку з високошвидкісною дуплексною архітектурою.


5. Вибір ПК, шлюза та сервера
Для даного варіанту вважається не потрібним використання окремого шлюзу. Його роль виконує сервер. Оскільки нам не було запропоновано конкретної конфігурації для ЕОМ то ми висунемо власні вимоги до апаратного забезпечення:
Для ЕОМ пропонуємо використати:
i486 RAM32Mb; HDD 1,2 Gb Ethernet lOMbit, rs-232, LPT, ISA; Вона задовольняє вимоги до нашої системи. На таку основу можна без проблем ставити вибране нами нижче програмне забезпечення контролювати роботою усієї мережі. Мережевий адаптер теж задовольняє наші вимоги, щодо швидкості передачі даних. Комп'ютер більшої потужності на даний момент ставити не є доцільним з економічної точки зору. На роль першого сервера я пропоную використати такий комп'ютер: AMD Duron 700, RAM128Mb; HDD 40Gb Ethernet 10/100Mb rs-232, LPT, ISA, PC PS/2.
Достатня кількість оперативної пам'яті і вінчестер необхідні для повноцінного оперування з поточними даними і нагромадженням деякої статистичної інформації в певний час, у тому числі і зображення.
Запропонована нами конфігурація для першого сервера підходить і для другого сервера. Отже для другого сервера обираємо:
AMD Duron 700, RAM128Mb; HDD 40Gb Ethernet 10/100Mb rs-232, LPT, ISA, PC PS/2. На цьому сервері буде зберігатись підсумкова інформація, яка формується на першому сервері, тут також будуть міститися дані і програми, що забезпечують безперебійну роботу усієї системи в цілому. Серед адаптерів Ethernet можна використати будь-який мережевий адаптер що підтримує стандарт передачі даних Ethernet 100BaseT, та Ethernet 100Base-4, наприклад - АТ-2500-Т/ V3 виробництва фірми ATI.


6. Програмне забезпечення
В якості системного програмного забезпечення на простих ЕОМ доцільно встановити Windows NT, а для серверів Linux Mandake 8.1. Windows NT -операційна система, яка суміщає доступність інтерфейсу Win9x і надійність. Linux Mandake 8.1 є надійною операційною системою для серверів, яка забезпечує стійкість до збоїв і атак.
В основі прикладного програмного забезпечення, на нашу думку, слід покласти першу, другу логіко-статистичну інформаційну модель (ЛСІМ). Перша ЛСІМ призначена для реагування на вихід контрольованого параметру за допустимі межі, а друга призначена для реагування на зміну динаміки станів ОУ. Оскільки для контролю тиску, витрати електроенергії, напруги і реєстратора реєстрація виходу контрольованого параметру за допустимі межі та реєстрація зміни його динаміки дозволяє отримати нам повну картину про роботу даного об'єкту, то використання інших ЛС1М є неактуальним.
0000000000000000011111000000000000001111110 Рисунок 6.1 - Перша логіко-статистична модель
У оператора зміна стану об'єкту може відображатись на моніторі допомогою графіку. Зміни стану об'єкту можуть зберігатися і через деякий оператор може проглянути статистику роботи об'єкту за певний період, організації статистики. Інтерфейс з програмою повинен бути максимально
зрозумілий і вся програма має постійно супроводжуватись коментарями. Програма повинна жорстко реагувати на неправильні дії оператора і не допускати поширення помилок.
0000000000000000000000000000000111111111111 Рисунок 6.2 -друга логіко-статистична модель
Завантаження даних зміни режиму може відбуватись, наприклад, при існуванні двох режимів роботи: робочому та пасивному. Робочий режим відображає всі дані, які поступають, а пасивний режим тільки реагує на критичні дані (в нашому випадку - це зміна динаміки станів ОУ).


Висновок
Як для починаючих інженерів ця робота є дуже важливою для формування у нас професійних навиків, як у майбутніх спеціалістів. Вона повинна допомогти вдосконалити загальнотеоретичну і спеціальну підготовку студентів і підготувати їх до розв'язання більш складних задач в області проектування комп'ютерних систем та мереж.
Спроектована нами система покликана оптимізувати витрати на прокладання кабельної системи та пришвидшити роботу самої системи. Дана система повинна досить добре бути оцінена з точки зору співвідношення ціна-якість. Вона сприяє збільшенню ефективності та зменшенню часу керування об'єктом.
У спроектованій системі реалізовано дворівневу архітектуру. Між цими рівнями можливо здійснити розподіл повноважень, тобто верхній може виконувати в більшості адміністративні функції. Недоліком буде відсутність прямих зв'язків між об'єктами контролю і управління та серверами.


Перелік використаних джерел
Є.Буров Комп'ютерні мережі. Львів: БаК, 1999
В.Г. Олифер, Н.А. Олифер Компьютерные сети. Принципы, технологии,
протоколи. Учебник - СПб: Питер, 2000.
Николайчук Я. М., Терентьєва Н. Г. Методичні вказівки до виконання
лабораторних робіт з дисципліни «Проблемно орієнтовані комп'ютерні
мережі». Івано-Франківськ, ІМЕ, 2004. 26с.

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать