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1992 | Book | 2. edition

Prozeßrechentechnik

Grundlagen, Hardware, Echtzeitverhalten

Author: Dr.-Ing. Georg Färber

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

Book Series : Springer-Lehrbuch

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About this book

Die Prozeßrechentechnik gewinnt besonders durch die rasche Entwicklung der Mikroelektronik zunehmend an Bedeutung. In Form von Mikroprozessorsystemen finden Prozeßrechner breiten Eingang in Fachgebiete, welche über das Gebiet der Elektrotechnik weit hinausgehen: Industrielle Anlagen, Laborgeräte, Hausheizungen, Autos und sogar Fernsehgeräte sind Beispiele für technische Prozesse, welche heute durch Prozeßrechner automatisiert werden. Das vorliegende Buch baut auf einer über mehrere Jahre abgehaltenen Vorlesung auf. Schwerpunktmäßig werden prozeßrechnerspezifische Systemeigenschaften behandelt, etwa die Aufgabe der schritthaltenden Verarbeitung, die Prozeßperipherie oder die Basisstruktur von Echtzeit-Betriebssystemen. Die Einführung in die Hardware (Prozessoren, Ein-/Ausgabe-Systeme, Prozeßperipherie) erfolgt an konkreten Beispielen (einschließlich Mikroprozessoren), die Struktur der Basissoftware wird aus den Anforderungen abgeleitet. Zahlreiche Einsatzbeispiele u.a. aus den Gebieten Industrie, Labor, Medizin, Verkehr machen die Einsatzbreite dieser Schlüsseltechnologie deutlich.

Table of Contents

Frontmatter
1. Prozeßautomatisierung mit Rechnern
Zusammenfassung
Bereits in den frühen 60er Jahren wurden elektronische Rechenanlagen zur Steuerung von technischen Prozessen eingesetzt: Prozeßsignale konnten direkt aufgenommen, verarbeitet und wieder an den Prozeß ausgegeben werden. Die hohen Kosten dieser Rechner führten jedoch — zusammen mit einigen technischen Mängeln dieser frühen Modelle — dazu, daß vielen Installationen der durchschlagende Erfolg versagt blieb. Um die Wirtschaftlichkeit der Rechner nachweisen zu können, mußten viele, auch voneinander unabhängige Anwendungen auf ein und demselben Rechner realisiert werden. Die Realisierungszeiten wurden dadurch oft sehr lang, und manche Systeme, deren Verwirklichung mit viel Begeisterung begonnen wurde, kamen gar nicht oder nur mit sehr eingeschränkten Funktionen zum Einsatz.
Georg Färber
2. Prozeßrechner-Hardware
Zusammenfassung
Ziel dieses Kapitels ist es, einen Überblick zu geben über die Hardware-Architektur und Gerätetechnik von Prozeßrechnersystemen. Abb. 2.1 zeigt die schematische Darstellung eines klassischen, zentral organisierten Prozeßrechners:
  • Der Rechnerkern (Abschnitt 2.2) umfaßt den Prozessor mit dem Arbeitsspeicher.
  • Das Ein/Ausgabesystem liegt als Schale um den Rechnerkern herum (Abschnitt 2.3) und dient zum Anschluß sowohl der Prozeßperipherie als auch der klassischen Datenverarbeitungs-Peripherie (Massenspeicher, Terminal- und Druckeranschlüsse, Datenkommunikation).
  • Prozeßperipherie (Abschnitt 2.4), welche die Online-Fähigkeit der Prozeßrechner herstellt. Hierzu gehören auch Anschlüsse an sehr spezielle Geräte und für spezielle Aufgabenstellungen.
Georg Färber
3. Echtzeitverhalten
Zusammenfassung
Unter schritthaltender Verarbeitung (Realtime-Betrieb, Echtzeit-Betrieb) versteht man die Betriebsweise einer Rechenanlage, welche die durch den Prozeß gestellten Aufgaben zeitlich schritthaltend verarbeiten kann (vgl. Abschnitt 1.3): Ein bestimmter Rechenprozeß muß also typisch innerhalb einer maximal zulässigen Zeit ausgeführt werden können. Abb. 3.1 zeigt die prinzipiellen zeitlichen Verhältnisse für die Wechselwirkung zwischen Prozeß und Prozeßrechner, wobei hier nur von einem einzigen Prozeß ausgegangen wird. Durch Vorgänge auf der Prozeßseite (etwa eine ENDE-Anzeige bei der Bewegung eines Motors) wird eine Reaktion des Prozeßrechners erforderlich. Der Prozeß löst eine Programmunterbrechung (Alarm) aus, so daß dort entsprechende Rechenprozesse gestartet werden können.
Georg Färber
4. Technische Ausprägung von Prozeßrechensystemen
Zusammenfassung
Embedded Systems sind meist sehr kleine Ausprägungen von Prozeßrechnersystemen mit folgenden Eigenschaften:
  • Sie sind Bestandteil eines Gerätes, dessen Funktion wesentlich durch sie definiert ist. Beispiele hierfür sind Waschmaschinen oder Fernsehgeräte, aber auch Industriewaagen oder Meßgeräte. Das Beispiel aus Abschnitt 3.3.3 beschreibt eine typische Aufgabenstellung: Heute sind solche MeßwertvorverarbeitungsSysteme in die Geräte integriert.
  • Gegenüber größeren Prozeßrechnersystemen sind Einrichtungen zur Mensch-Maschine-Kommunikation nicht oder nur schwach ausgeprägt. Häufig gibt es eine Tastatur und eine Anzeige, über welche nicht das “Embedded System”, sondern das Gerät bedient wird.
  • Bisher war die Daten-Kommunikationsfähigkeit dieser Systeme nicht gegeben. Zunehmend erhalten jedoch alle diese Systeme einen Anschluß an übergeordnete informationsverarbeitende Systeme; dies gilt sogar für Haushaltsgeräte, die in Zukunft über Bus-Systeme miteinander gekoppelt werden können (z.B. Digital-Domestic-Bus D2B von Philips).
Georg Färber
Backmatter
Metadata
Title
Prozeßrechentechnik
Author
Dr.-Ing. Georg Färber
Copyright Year
1992
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-09539-3
Print ISBN
978-3-540-55198-0
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-09539-3