На главную Написать сообщение Поиск по сайту Новости публикаций Плакаты и знаки по охране труда и БЖД Видео по охране труда и технике безопасности Зарубежные средства индивидуальной защиты Юридическая консультация онлайн
В начало разделаМикробиология и биотехнологии → Автоматизация биотехнологических исследований

Учебно-научная автоматизированная система для биотехнологических исследований


Создание автоматизированой системы научных исследований в области биотехнологии позволяет интенсифицировать процесс конструирования новых биотехнологических процессов, повысить эффективность разрабатываемой биотехнологической аппаратуры, уменьшить время и трудозатраты на внедрение научных достижений в промышленность.


Основана АСНИ на локальной сети ЭВМ с соответствующими АРМами (рис. 41). Большие возможности, заложенные в структуру мини- и микро-ЭВМ, более эффективно реализуются при объединении их в многомашинные комплексы, на основе которых создаются АСНИ биотехнологических институтов. В отличие от многопроцессорных систем многомашинные не имеют общего поля оперативной памяти, и каждая ЭВМ, входящая в комплекс, управляется собственной операционной системой.


Структура АСНИ биотехнологических исследований Научно-исследовательского центра по автоматизации исследований в области физико-химической биологии

Рис. 41. Структура АСНИ биотехнологических исследований Научно-исследовательского центра по автоматизации исследований в области физико-химической биологии


Предусмотрена возможность объединения вычислительных машин на нескольких уровнях:

  1. на уровне каналов с помощью адаптера канал — канал. Адаптер может соединять селекторные каналы двух ЭВМ, а также селекторный канал одной машины с мультиплексным другой. Он выполняет роль устройства управления и обеспечивает различные режимы работы комплекса. Комплекс, состоящий из двух ЭВМ, способен работать в нескольких режимах, из которых можно выделить режимы зависимой и независимой работы. При зависимой работе одна из машин основная, вторая — находится в резерве. Отличие данного режима работы комплекса от индивидуальной работы машины заключается в организации общего поля памяти двух ЭВМ, подключении внешних устройств одной машины к ОЗУ и процессору другой (рис. 41);
  2. на уровне внешней памяти или устройств ввода — вывода. Здесь связь выполняется с помощью двустороннего переключателя. Этот способ характеризуется значительным увеличением объемов программной и числовой информации, одновременно доступных всем процессорам комплекса;
  3. на уровне внешней оперативной памяти при помощи пульта, переключающего блоки памяти. Такая связь позволяет распределять блоки памяти ЭВМ по процессорам комплекса в соответствии с решаемыми задачами, при большом объеме задачи расчленить ее на несколько независимых частей и решать их параллельно.


Средства связи между процессорами подразделяются на внутрисистемные и дистанционные. Внутрисистемные связи используются для соединения интерфейсов процессоров, находящихся на удалении не более 15 м друг от друга. Дистанционные — для соединения двух или более ЭВМ, находящихся на расстоянии от сотен метров до нескольких километров.


Для внутрисистемной связи ЭВМ употребляется адаптер межпроцессорной связи (АМС) серии СМ ЭВМ. Этот адаптер предназначен для связи двух вычислительных машин, использующих в качестве интерфейса ОШ («общая шина») СМ ЭВМ. Он позволяет каждому из процессоров сети обращаться к памяти или периферийным устройствам другой ЭВМ с помощью обычных процессорных команд и специально отведенной для этого зоны адресов (окна). Обращение через окно может исходить от любого устройства, с помощью любой адресной команды и выполнять выборку команды, чтение и запись данных.


Если многомашинная сеть создается на базе трех и более ЭВМ, то соответственно нужно использовать три и более адаптеров. При этом интерфейс одной вычислительной машины будет связан с интерфейсами других, и связь каждой пары будет независима. Каждый процессор многомашинной сети управляет доступом к устройствам своей ЭВМ, он может запретить доступ к этим устройствам от других ЭВМ полностью или частично, он же определяет массив адресов своих данных, к которым через окно может обратиться другая ЭВМ.


Если вычислительные машины разнесены на значительное расстояние, то для создания многомашинной сети используются адаптеры дистанционной связи (АДС) СМ, которые применяются как для соединения удаленных ЭВМ, так и для присоединения удаленных терминалов (групп устройств ввода — вывода). Сообщения, идущие от терминала, содержат указания для операционной системы, поэтому последняя воспринимает терминал как пульт управления вычислительной машиной.


Применение адаптеров связи СМ ЭВМ и интерфейсов микро-ЭВМ типа («общая шина») либо его расширений («Электроника НЦ», «Электроника—60») позволяет создавать многомашинные комплексы, в которых микро-ЭВМ используются в качестве:

  1. удаленного интеллектуального терминала, предназначенного не только для приема и передачи информации, но и для ее первичной обработки;
  2. концентратора — устройства, которое принимает информацию от нескольких терминалов, упаковывает ее и через аппаратуру связи передает в линию, а также осуществляет обратную операцию;
  3. процессора ввода — вывода, обеспечивающего связь с объектами в реальном масштабе времени с помощью устройства связи и предназначенного для сбора или передачи информации;
  4. аналоговые или цифровые регуляторы и датчики.


Микро-ЭВМ получают в реальном масштабе времени данные с датчиков первичной обработки и направляют их на дальнейшую обработку и хранение в мини-ЭВМ; аналогично реализуется и обратная операция управления приборами, процессами. Программному обеспечению АСНИ отводится важная роль, так как именно она, в конечном итоге, настраивает на конкретную задачу универсальную систему и определяет набор действий оборудования, их последовательность и распределение во времени. Программное обеспечение — самая гибкая часть АСНИ, это позволяет менять алгоритмы обработки и тактику управления в ходе эксперимента.


Главное отличие программного обеспечения АСНИ от традиционных программ научных расчетов состоит в том, что оборудование системы функционирует в реальном времени и связано с объектами исследования. Поэтому в составе программного обеспечения АСНИ можно выделить две основные части: вычислительную (алгоритмическую) и управляющую.


Вычислительная часть реализует алгоритмы обработки экспериментальных данных и может изменяться в зависимости от результатов хода эксперимента. В функции управляющей части входит: организация совместной работы узлов ЭВМ АСНИ; управление передачами данных, управление сменой программ (в том числе модулей операционной системы) в процессоре; обеспечение диалога с экспериментатором; контроль за работой системы.


Обе части математического обеспечения представляют собой наборы отдельных программ (модулей), которые вводятся в ОЗУ ЭВМ для реализации процесса вычислений и управления экспериментом по мере необходимости.


Вычислительные модули разрабатываются для каждой конкретной задачи пользователями АСНИ. Управляющие модули являются наиболее универсальными (и наиболее трудными в разработке математического обеспечения).


Использование АСНИ биотехнологических процессов позволяет интенсифицировать исследования за счет следующих направлений:

  1. четкая организация и математическое планирование эксперимента;
  2. создание иерархических систем для наиболее рационального применения различных устройств, включаемых в АСНИ;
  3. использование систем коллективного пользования;
  4. широкое внедрение стандартов;
  5. привлечение систем САПР, АСУ и АРМ при создании АСНИ;
  6. создание гибкой системы с возможностью использования АСНИ для наиболее широкого круга решаемых задач;
  7. применение методов моделирования и имитационных установок;
  8. создание модульности при построении систем с возможностью их реализации в новых системах;
  9. накопление алгоритмов и программ и их эффективное использование при разработке математического обеспечения АСНИ;
  10. разработка удобных средств для общения исследователя с АСНИ, позволяющая вмешиваться в ход эксперимента;
  11. обеспечение тиражирования элементов системы.