Владимир Липаев - Очерки истории отечественной программной инженерии в 1940-е – 80-е годы

Значительные трудности реализации операционных систем реального времени в начале 1960-х годов состояли в неопределенности параметров временных динамических процессов поступления, длительности обработки и выдачи информации потребителям, а также в ограниченности производительности и ресурсов ЭВМ для размещения операционных программ. Все эти процессы решения функциональных и операционных задач управления должны были укладываться в те ограничения производительности ЭВМ, которые были доступны разработчикам в эти годы. К сожалению, в это время в отечественной и зарубежной литературе практически отсутствовали публикации по методам и организации операционных систем ЭВМ реального времени, все инженерные разработки и исследования в этой области проводились для конкретных проектов как секретные на соответствующих оборонных предприятиях.

Для эффективной реализации требований к функционированию системы вскоре были созданы и исследованы математические и статистические модели процессов конкретных операционных систем реального времени. Эти исследования базировались на достаточно развитой теории массового обслуживания и теории расписаний, применявшихся в различных инженерных областях, что позволило несколько улучшить качество функционирования операционных систем реального времени. В первых версиях операционных систем реального времени реализовывались бесприоритетные дисциплины, а затем они усовершенствовались и стали применяться дисциплины упорядочивания решения функциональных задач с учетом их относительных и абсолютных приоритетов. Такое построение операционных систем реального времени повышало эффективность использования ресурсов производительности и памяти ЭВМ на 10–15 %. Однако эти дисциплины не могли кардинально повысить производительность ЭВМ, часть низкоприоритетных задач могла пропускаться, сообщения терялись не использованными. Накопление и обобщение опыта и знаний о процессах и системах решения задач позволили сформулировать следующие требования к сложным операционным системам ЭВМ реального времени для автоматизации обработки информации о динамических объектах в системах:

• в процессах управления решением задач должно использоваться единое глобальное реальное время систем управления и обработки информации о динамических объектах, а также об изменениях внешней среды;

• потоки сообщений для обработки данных из внешней среды могут быть независимыми, несинхронными, различными по интенсивности, содержанию, реальному времени формирования и поступления для обработки;

• информация в сообщениях от источников и объектов внешней среды должна содержать реальное время, к которому относятся характеристики сообщений, их координаты и текущие состояния;

• реальное время решения различных функциональных задач должно эффективно упорядочиваться в соответствии с их приоритетами, установленной дисциплиной диспетчеризации, определенной при производстве системы, и реальным временем приема информации из внешней среды;

• алгоритмы и программы функциональных задач системы могут различаться по длительности решения и важности для пользователей, должны включать и использовать текущее и расчетное реальное время результатов решения и исходной информации;

• информация и сообщения для потребителей и внешней среды могут выдаваться асинхронно, в соответствии с установленной дисциплиной и содержать значения реального время, которому соответствуют обработанные данные в сообщениях.

Полное отсутствие информации о подобных разработках систем в эти годы на Западе и на соседних оборонных предприятиях обеспечивало оригинальность технических решений, которые, в ряде случаев, впоследствии оказались новыми, принципиальными и достаточно универсальными для территориальных вычислительных систем реального времени различного назначения.

В начале 1960-х годов был промоделирован, исследован, решен и практически апробирован ряд научно-технических задач создания программных средств реального времени для обработки радиолокационной информации на специализированных ЭВМ (В.В. Липаев, Л.А. Фидловский). Каждая радиолокационная станция имеет ограниченную зону наблюдения о воздушных объектах. Воздушный объект мог наблюдаться одновременно несколькими РЛС или ни одной. Для успешного управления активными средствами ПВО необходимо было обеспечивать возможности непрерывного использования информации о таких объектах и формирования их траекторий движения в широком пространстве. Для этого данные о трассах воздушных объектов по телекодовым каналам связи обменивались между соседними РЛУ, и при последовательном их наблюдении координаты каждого объекта обобщались в единую трассу.