Файл: Понятие и типы программного обеспечения.pdf

2.3 Особенности программного обеспечения промышленных компьютеров

Специфика промышленных применений наложила свой отпечаток и на используемое программное обеспечение промышленных компьютеров.

Первым требованием является надежность программного обеспечения. Действительно, одно дело, когда «зависает» редактор текста в офисе, а другое дело, когда неправильно работает программа, управляющая ядерным реактором или космическим кораблем. В конечном счете, многие новации последнего времени, типа структурного программирования, объектно- ориентированных языков появились в результате стремления писать все более сложные программы с меньшим количеством ошибок.

Вторым требованием является быстрое реагирование на какие-либо внешние события или изменения в параметрах управляемых процессов. Системы, работающие в соответствии со вторым требованием, называются системами реального времени. Разумеется, понятие «быстрый» является относительным. Типовое время реагирования на внешние воздействия, необходимое современным индустриальным системам, составляет десятки микросекунд. В то же время существует много задач, где инерционность протекающих процессов позволяет реагировать с задержкой в сотни миллисекунд. Строго говоря, отождествление понятий «реальное время» и «быстрый» не является верным. Например, если ваша система регистрирует уровень грунтовых вод, то и одно измерение в час соответствует требованиям реального времени для этого процесса.

Классическое и строгое определение понятия работы системы в реальном масштабе времени вытекает из требований теоремы Котельникова, которая определяет максимально допустимый период считывания информации о процессе и реагирования на изменения в этом процессе, исходя из наивысшей скорости изменения процесса (частотных свойств измеряемого сигнала - ширины его спектра).

И третьим требованием, часто предъявляемым к программному обеспечению систем управления, является многозадачность. Это требование проистекает из подчас чрезвычайно сложной и многоуровневой природы управляемых процессов, когда необходимо одновременно реализовать сложные алгоритмы управления различными аспектами или частями реального объекта. Каждая задача выполняет свою долю работы по управлению объектом, и все они делят между собой ресурсы вычислительной системы в зависимости от своего приоритета, от внешних и внутренних событий, связанных с конкретной задачей. Другим тесно связанным с многозадачностью понятием является многопоточность. Хотя терминология здесь не совсем устоялась, под многопоточностью, как правило, понимают возможность выполнения в рамках одной задачи нескольких независимых процессов (потоков команд), которые, в отличие от задач, пользуются общими участками кода и данных^[7].

Названным требованиям должны удовлетворять все уровни программного обеспечения системы:

1. Базовая система ввода/вывода (BIOS);
2. Операционная система и драйверы (ОС);
3. Собственно прикладные программы.

BIOS осуществляет непосредственный интерфейс между аппаратурой и программным обеспечением верхних уровней. Основная опасность при обращении к BIOS - это возможность запрета прерываний на достаточно долгое время, в результате чего может быть пропущена важная информация от быстродействующих датчиков или телекоммуникационных устройств. Вот почему, с одной стороны, есть фирмы, предлагающие BIOS, ориентированные на приложения «жесткого» реального времени, а с другой стороны, многие операционные системы минимизируют взаимодействие с BIOS или не обращаются к ней вообще.

Операционная система выполняет базовые функции по интерфейсу с оператором, запуску программ, распределению памяти, поддержке файловой системы и т. п. Сегодня существует широкий выбор операционных систем, разработанных специально для применения в системах "жесткого" реального времени. Эти ОС часто так и называют операционными системами реального времени. Среди них наиболее известны такие ОС, как QNX, OS 9000, OnTime, VxWorks, iRMX, VRTX, Nucleus и другие.

Важной проблемой использования программного обеспечения является его переносимость. Существует два подхода к переносимости программного обеспечения: первый - это поддержка одной ОС одновременно нескольких аппаратных платформ, второй - это обеспечение стандартного интерфейса между прикладными программами и ОС.

При проектировании ОС реального времени все чаще используется идеология микроядра, которая увеличивает надежность программного обеспечения и позволяет использовать только те компоненты операционной системы, которые необходимы в каждом конкретном случае. Например, микроядро одной из самых распространенных операционных систем QNX имеет размер менее 10 Кбайт. Модуль, ответственный за файловую систему, запускается как одна из задач и может быть легко удален. Все драйверы также функционируют как независимые задачи. То есть, если в вашей встроенной системе не используются файловые операции или отсутствуют интерфейсы с какими-либо внешними устройствами, вы можете просто не включать в состав операционной системы, функционирующей в вашем изделии, соответствующие модули, высвобождая тем самым память для более эффективного выполнения приложений^[8].

Разработчики программного системного обеспечения поставляют не просто ядро операционной системы, а функционально законченный комплекс средств разработки и выполнения приложений реального времени.

В качестве примера приведем состав комплекса OnTimeRTOS-32 для х86 совместимых систем. Он состоит из пяти компонентов:

• RTTarget-32 - компактная операционная система, включающая все средства для запуска и выполнения приложений Win32, созданных стандартными системами разработки для Windows;
• RTKernel-32 - быстрый и компактный планировщик задач реального времени;
• RTFiles-32 - файловая система для 32-разрядных х86 совместимых систем обеспечивает файловый ввод/вывод в реальном масштабе времени;
• RTIP-32 - определяет сетевые возможности RTOS. Компонент содержит TCP/IP протоколы, необходимые для Ethernet и последовательных коммуникаций;
• RTPEG-32 - графическая объектно-ориентированные библиотека С++ содержит полный набор элементов для создания интерфейсов в стиле Windows-приложений.

Применение OnTimeRTOS-32 обеспечивает время переключения между задачами в 1 мкс.

Немного особняком стоит программное обеспечение, предназначенное для эксплуатации на верхнем уровне систем автоматизации, например, в диспетчерских пультах управления сложными агрегатами. Главными функциями таких программ (они получили общее наименование SCADA- систем - Supervisor Control And Data Acquisition) являются отображение технологического процесса в виде мнемосхем, сигнализация об аварийных ситуациях, ведение системного журнала, обеспечение общего управления процессом со стороны оператора и т. п. Многие подразделения АСУ крупных предприятий, как правило, имеют свои наработки в этой области. В то же время есть фирмы, специализирующиеся на разработке универсальных

SCADA программ, таких как Genesis (Iconics), FixDmacs (Intellution), In Touch (Wonderware), TraceMode (Adastra Research Group)^[9].

В последнее время получает распространение программное обеспечение класса MES (Manufacturing Execution Systems), основной задачей которого является оптимизация управления производством в целом, включая планирование запасов комплектующих, расписание технологических процессов и т.д. Системы MES, с одной стороны, взаимодействуют с системами SCADA, образуя единую систему управления производством, с другой стороны, они часто интегрируются в систему планирования и управления предприятием в целом.

Заключение

Программное обеспечение – это программа, которая управляет работой компьютера или выполняет какие либо расчеты или действия. Это могут быть внутренние команды, управляющие оборудованием или программа, выполняющая какие либо действия в ответ на вводимые с клавиатуры команды. Программное обеспечение ПК может быть с открытым исходным кодом или являться собственностью компании разработчика.

Между программным и аппаратным обеспечением есть существенна разница. Аппаратные средства материальны, т.е. являются частью компьютера, и в большинстве случаев выполняют физическую работу, в то время, как программное обеспечение управляет работой аппаратных средств. Компьютер можно адаптировать к выполнению новых задач установкой нового оборудования. Аппаратное обеспечение включает в себя монитор, центральный процессор, клавиатуру, мышь. Программное обеспечение включает в себя различные программы для обработки текста, операционные системы, игры и другое.

Есть два основных типа программного обеспечения: системные программы и приложения. Первый тип используется для управления аппаратными средствами, в то время как второй тип используется для всех остальных задач. К системному программному обеспечению относятся операционные системы, такие как Windows или Linux, драйвера, которые позволяют компьютеру взаимодействовать с другими устройствами, как принтеры или управлять внутренними аппаратными средствами. Есть множество различных видов приложений, такие как игры, медиаплееры, текстовые редакторы, антивирусные программы и приложения для создания новых программ.

Аппаратные средства понимают только машинный код, который представлен в двоичной системе исчисления. Программное обеспечение в некотором смысле выступает переводчиком между человеком и аппаратными средствами, преобразуя все команды человека в бинарный код. Для создания программы программисты пишут исходный код программы, состоящий из читабельный команд, которые затем другой программой, компилятором, преобразуются в двоичный машинный код. В результате этих действий получается компьютерная программа.

Созданные программистами программы могут распространяться как с открытым исходным кодом, т.е. с исходным текстом программы, который можно отредактировать, так и без него, скрывая исходный текст программы. Программы с открытым исходным кодом в основном распространяются бесплатно и могут быть доработаны и исправлены любым человеком, в то время, как программы защищенные авторским правом, и распространяемые без исходного текста, могут исправить или переделать только авторы программы или компании разработчики этой программы.

Список литературы

1. Гашков С.Б., Применко Э.А., Черепнев М.А. Криптографические методы защиты информации. – М.: Академия, 2015. – 304 с.
2. Грибунин В.Г., Чудовский В.В. Комплексная система защиты информации на предприятии. – М.: Академия, 2012. – 416 с.
3. Гришина Н.В. Комплексная система защиты информации на предприятии. – М.: Форум, 2015. – 240 с.
4. Емельянова Н.З., Партыка Т.Л., Попов И.И. Защита информации в персональном компьютере. – М.: Форум, 2012. – 368 с.
5. Защита информации в системах мобильной связи. Учебное пособие. – М.: Горячая Линия - Телеком, 2015. – 176 с.
6. Комплексная система защиты информации на предприятии. Часть 1. – М.: Московская Финансово-Юридическая Академия, 2012. – 124 с.
7. Корнеев И.К, Степанов Е.А. Защита информации в офисе. – М.: ТК Велби, Проспект, 2014. – 336 с.
8. Максименко В.Н., Афанасьев, В.В. Волков Н.В. Защита информации в сетях сотовой подвижной связи. – М.: Горячая Линия - Телеком, 2014. – 360 с.
9. Малюк А.А, Пазизин С.В, Погожин Н.С. Введение в защиту информации в автоматизированных системах. – М.: Горячая Линия - Телеком, 2011. – 146 с.
10. Малюк А.А. Информационная безопасность. Концептуальные и методологические основы защиты информации. Учебное пособие. – М.: Горячая Линия - Телеком, 2014. – 280 с.
11. Маньков В.Д, Заграничный С.Ф. Методические рекомендации по изучению "Инструкции по применению и испытанию средств защиты, используемых в электроустановках". – М.: НОУ ДПО "УМИТЦ "Электро Сервис", 2011. – 132 с.
12. Петраков А.В. Основы практической защиты информации. Учебное пособие. – М.: Солон-Пресс, 2015. – 384 с.
13. Северин В.А. Комплексная защита информации на предприятии. – М.: Городец, 2012. – 368 с.
14. Сурис М.А., Липовских В.М. Защита трубопроводов тепловых сетей от наружной коррозии. – М.: Энергоатомиздат, 2013. – 216 с.
15. Хорев П.Б. Методы и средства защиты информации в компьютерных системах. – М.: Академия, 2012. – 256 с.
16. Хорев П.Б. Программно-аппаратная защита информации. – М.: Форум, 2012. – 352 с.
17. Шаньгин В.Ф. Комплексная защита информации в корпоративных системах. – М.: Форум, Инфра-М, 2015. – 592 с.
18. Петров, И.В. Стандартные языки и приемы прикладного программирования [Текст] / И.В. Петров. - М.: СОЛОН-Пресс, 2014. - 230 с.
19. Целищев, Е. AutomatiCS 2011: разрабатывать КИПиА просто и эффективно. Часть V. Подключение к многоканальным приборам [Текст] / Е. Целищев, А. Глязнецова // САПР и Графика. - 2012. - № 2. - С. 76-78.
20. Шалыто, А.А. SWITCH-технология автоматный подход к созданию программного обеспечения «реактивных» систем [Текст] / А.А. Шалыто, Н.И. Туккель // Программирование. - 2013. - № 2. - С. 88-99.