Устройство состоит из 8 независимо работающих элементов: Тервер (задача на биномиальный закон распределения) : Вероятность, статистика

Тервер (задача на биномиальный закон распределения) : Вероятность, статистика

Сообщения без ответов | Активные темы | Избранное

Правила форума

В этом разделе нельзя создавать новые темы.

Если Вы хотите задать новый вопрос, то не дописывайте его в существующую тему, а создайте новую в корневом разделе «Помогите решить/разобраться (М)».

Если Вы зададите новый вопрос в существующей теме, то в случае нарушения оформления или других правил форума Ваше сообщение и все ответы на него могут быть удалены без предупреждения.

Не ищите на этом форуме халяву, правила запрещают участникам публиковать готовые решения стандартных учебных задач. Автор вопроса обязан привести свои попытки решения и указать конкретные затруднения.

Обязательно просмотрите тему Правила данного раздела, иначе Ваша тема может быть удалена или перемещена в Карантин, а Вы так и не узнаете, почему.

netang	Тервер (задача на биномиальный закон распределения) 12. 12.2014, 09:28
14/09/12 181 Уфа	Цитата: Устройство состоит из 8 независимо работающих элементов. Вероятности отказа каждого из элементов за время Т одинаковы и равны p=0,2. Найти вероятность отказа устройства, если для этого достаточно, чтобы отказали не менее 3 элементов. Если прекратили свою работу 3, 4, 5, 6, 7 или 8 элементов в устройстве, то всё устройство прекращает работу. Значит надо найти вероятности того, что 3, 4, 5, 6, 7 или 8 элементов прекратили работу, и сложить эти вероятности. Воспользуемся биномиальным законом распределения чтобы найти эти вероятности. . Верно ли?

Evgenjy	Re: Тервер (задача на биномиальный закон распределения) 12.12.2014, 09:59
13/08/14 349	Вы, очевидно ошиблись при записи формул в TeX’е.

provincialka	Re: Тервер (задача на биномиальный закон распределения) 12. 12.2014, 10:10
Заслуженный участник 18/01/13 12040 Казань	К тому же проще перейти к противоположному событию. Меньше вариантов рассматривать.

netang	Re: Тервер (задача на биномиальный закон распределения) 12. 12.2014, 10:59
14/09/12 181 Уфа	Evgenjy в сообщении #944798 писал(а): Вы, очевидно ошиблись при записи формул в TeX’е. Неправильно набрал, действительно, спасибо! Вот исправленный вариант: — 12.12.2014, 13:02 — provincialka в сообщении #944802 писал(а): К тому же проще перейти к противоположному событию. Меньше вариантов рассматривать. Это к какому? Я что-то не могу понять Когда 0, 1 или 2 элемента вышли из строя?

provincialka	Re: Тервер (задача на биномиальный закон распределения) 12. 12.2014, 11:09
Заслуженный участник 18/01/13 12040 Казань	netang в сообщении #944823 писал(а): Когда 0, 1 или 2 элемента вышли из строя? Да, конечно. Ведь 3 числа проще посчитать, чем шесть

Показать сообщения за: Все сообщения1 день7 дней2 недели1 месяц3 месяца6 месяцев1 год Поле сортировки АвторВремя размещенияЗаголовокпо возрастаниюпо убыванию

Страница 1 из 1

[ Сообщений: 5 ]

Модераторы: Модераторы Математики, Супермодераторы

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей

Вы не можете начинать темы Вы не можете отвечать на сообщения Вы не можете редактировать свои сообщения Вы не можете удалять свои сообщения Вы не можете добавлять вложения

Найти:

Практическое занятие по математике по теме «Практическое применение задач по теории вероятности в электрических схемах»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ АМУРСКОЙ ОБЛАСТИ

государственное профессиональное образовательное автономное учреждение

«Райчихинский индустриальный техникум»

 

 

 

Тема: Практическое применение задач по теории вероятности в электрических схемах

 

 

 

 

 

для специальности

Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем

 

 

 

 

 

Преподаватель: Ершова Е. В.

 

 

 

 

 

 

г. Райчихинск

2014г

 

 

Цели:

Учебные: ·        научить решать задачи на нахождение безотказной работы цепи через определение вероятности ее надежности; ·        расширить и обобщить представление студентов о надежности электрических цепей; ·        освоить новые приемы решения задач. Воспитательные: ·        развивать коммуникативные навыки (работа в паре). ·        воспитывать точность и аккуратность в расчетах Развивающие: ·        использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности.

Формируемые компетенции

ПК 1.3. Проводить испытания элементов и устройств релейной защиты, автоматики и средств измерений. ПК 4.1. Планировать работу производственного подразделения.

Ход урока:

1.     Составление опорного конспекта.

2.     Решение задач на определение вероятности безотказной работы функциональной цепи.

3.     Решение задач на определение вероятности безотказной работы элементов устройства.

4.     Решение задач на определение вероятности безотказной работы сигнализаторов.

5.     Практическая работа в парах.

 

 

 

 

 

 

 

Краткие теоретические сведения

На прошлых уроках вы изучили  уроках теоремы сложения и умножения вероятностей, формулу полной вероятности, научились решать простейшие задачи с применением теорем.

Сегодня на уроке мы рассмотрим практическое применение задач по теории вероятностей в электрических схемах.

Надежность каждого элемента системы электроснабжения можно характеризовать вероятностью рабочего состояния p и вероятностью отказа q. Если не учитывать плановые простои (ремонты),  то можно считать, что элементы в любой момент времени находятся в одном из этих состояний. Тогда сумма вероятностей этих состояний равна 1: .

Для группы из двух элементов возможны следующие сочетания:

1)    оба элемента в рабочем состоянии;

2)    первый элемент в вынужденном простое, второй в рабочем состоянии;

3)    первый элемент в рабочем состоянии, второй в вынужденном простое;

4)    оба элемента в вынужденном простое.

Вероятности этих состояний можно найти, воспользовавшись теоремой умножения вероятностей.

Надежность сложной электрической схемы определяется надежностью каждого эле­мента схемы и типом их соединения между собой.

(Перед вами на столах лежат бланки для опорных схем, по мере объяснения материала вам необходимо заполнить их: зарисовать схему, записать формулы и их словесное описание (Приложение 1)).

Вид заполненной схемы (Приложение 2).

 

 

 

Так при последовательном соединении двух эле­ментов с надежностью каждого p₁ и p₂ надежность всей схемы определяется как

 

Рис. 1

Другими словами  схема работает, ес­ли работают оба элемента. При отка­зе одного (любого) из них схема рабо­тать не будет (ток через цепь не пой­дет).

Рис. 2

.

 

Вероятность отказа для последовательного соединения

  (для двух элементов).

,   здесь   (для  n –элементов).

 

При параллельном соединении двух элементов с надежностью каждого р₁и р₂на­дежность всей схемы определяется как

Пользуясь формулой для вероятности появления хотя бы одного события, надежность схемы парал­лельного соединения записывают в виде

.

рис. 3

Другими словами  схема работает, если работают оба элемента, но также она работает, если выйдет из строя и ка­кой либо один из элементов.

 

Очевидно, что схема с п параллельно соединенны­ми элементами будет иметь надежность       ,   здесь .

 

Вероятность отказа для параллельного соединения 

    (для двух элементов).

,   здесь   (для n –элементов).

Решение задач совместно  преподавателем

Решение задач на определение вероятности безотказной работы функциональной цепи

Задача 1:  Цепь состоит из независимых блоков, соединенных в систему с одним входом и одним выходом.

рис. 4

Выход из строя за время Т различных элементов цепи — неза­висимые события, имеющие следующие вероятности: Отказ любого из элементов приводит к прерыванию сигнала в той ветви цепи, где находится данный элемент. Найти надежность системы.

Решение: Событие А –  система надежна.

Событие A_i  – i-й блок работает безотказно.

Элементы 1 и 2 соединены параллельно,  и элементы 3 и 4 соединены параллельно, а между собой они  соединены последовательно, тогда используя формулы, получим  .

Задача 2:

                                                                    

                 

рис.5

Элементы А₁ и А₂ электрической цепи соединены параллельно, а А₃ присоединен к ним последовательно. Вероятность выхода из строя за данный период времени элементов  А₁, А₂  и А₃ равна соответственно , , .

, , .

Предполагается, что элементы выходят или не выходят из строя независимо друг от друга. Найти вероятность того, что за рассматриваемый период по цепи будет проходить ток.

Решение: Параллельное соединение элементов А₁ и А₂  , работает, если рабо­тает хотя бы один из них. Событие  А произойдет, если одновременно с этим ра­ботает элемент А_3.

Используя формулы, получим  .

 

Задача 3. Найти вероятность безотказной работы функциональной цепи, состоящей из независимо работающих элементов, если вероятность работы каждого элемента цепи равна p₁=0,8, p₂= p₃=0,7, p₄= p₅= p₆=0,9, p₇= p₈= p₉=0,8

Решение.  — надежность работы прибора, т. е. вероятность того, что ток пройдет через весь прибор.

  Событие  —  сигнал пройдет через участок  1 -2 , если будет работать хотя бы один из элементов этого участка, т.е. надежность этого участка

Событие  —  сигнал пройдет через участок  4 -5- 6 , если будет работать хотя бы один из элементов этого участка, т.е. надежность этого участка

Событие  —  сигнал пройдет через участок  7 — 8 , если будет работать хотя бы один из элементов этого участка, т.е. надежность этого участка

Событие А состоит в совмещении событий , ,  и безотказной работы 3-го и 9-го элементов, т.е. надежность всей системы:

.

Вывод по задаче: Обратите внимание, если элементы цепи соединены параллельно, то их надежность выше.

 

Решение задач на определение вероятности безотказной работы элементов устройства

Задача 4:

Прибор состоит из 3-х узлов, которые за время работы могут выходить из строя независимо друг от друга. Надежность (вероят­ность безотказной работы) i-го узла равна p_i, вероятность отказа q_i = 1 – p_i(i = 1, 2, 3).

p₁=0,95; p₂=0,98; p₃=0,9

Найти вероятности следующих событий: А — все узлы работают без­отказно;    В — первый узел отказал, остальные нет;    С — один из узлов отказал, остальные нет;  D — отказали два узла из 3-х; E — отказал хотя бы один узел.

Решение. Пусть  А_i -работа i-го узла (i= 1,2,3),  — отказ i-го узла.

1) Событие А произойдет, если одновременно произойдут события  . Следовательно, оно является их произведением:

Применяя к этому равенству событий теорему умножения веро­ятностей для независимых событий, получим

.

2) Событие В произойдет, если одновременно произойдут события. Следовательно 

Вероятность этого события будет равна

.

3) Событие С может осуществиться, если откажет первый узел, а ос­тальные два работают или, если откажет второй узел, а работают первый и третий или, если откажет третий узел, а работают первый и второй.  Следовательно, С — сложное событие, пред­ставляющее собой сумму произведений простых событий:

Применяя к этому равенству сначала теорему сложения вероят­ностей для несовместных событий, а затем к каждому слагаемому теорему умножения вероятностей для независимых событий, получим

4) D — событие, которое может осуществиться тремя различными способами:
.

Поэтому

5) Для вычисления вероятности события  E  применим теорему о вероятности появления хотя бы одного события. Тогда получим

.

 

Решение задач на определение вероятности безотказной работы сигнализаторов

Задача 5: Для сигнализации об аварии установлены два независимо работающих сигнализатора. Вероятность того, что при аварии сигнализатор сработает,  равна 0,95 для первого сигнализатора и 0,9 для второго. Найти вероятность того, что при аварии сработает только один сигнализатор.

Решение: A – при аварии сработает только один сигнализатор.

.

.

.

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Работа в парах

Карточка 1

Задача 1. Найти вероятность безотказной работы функциональной цепи, состоящей из независимо работающих элементов, если вероятность работы каждого элемента цепи равна p=0,8.

Задача 2. Устройство состоит из 3 элементов, работающих независимо. Веро­ятность безотказной работы 1. 2 и 3-го элемента соответственно равны: 0,6;  0,7; 0,8. Найти вероятность того, что безотказно будут работать: а) только один элемент; б) два элемента; в) все три элемента.

Задача 3. Для сигнализации об аварии установлены два не­зависимо работающих сигнализатора. Вероятность того, что при аварии сигнализатор сработает, равна 0,95 для первого сигнализатора и 0,9 для второго. Найти вероят­ность того, что при аварии сработает хотя бы один сиг­нализатор.

___________________________________________________________________

Карточка 2

Задача 1. Найти вероятность безотказной работы функциональной цепи, состоящей из независимо работающих элементов, если вероятность работы каждого элемента цепи равна p=0,9.

 

Задача 2. Устройство состоит из 3 элементов, работающих независимо. Веро­ятность безотказной работы 1. 2 и 3-го элемента соответственно равны: 0,9; 0,7; 0,8. Найти вероятность того, что безотказно будут работать: а) только один элемент; б) два элемента; в) все три элемента.

Задача 3. Вероятность того что при аварии сигнализатор сработает, равна 0,8 для первого сигнализатора и 0,9 для второго. Найти вероятность того, что при аварии сработает хотя бы один сигнализатор.

Карточка 3

Задача 1. Найти вероятность безотказной работы функциональной цепи, состоящей из независимо работающих элементов, если вероятность работы каждого элемента цепи равна p=0,8.

Задача 2: В электрическую цепь последовательно включены 5 элементов, работающих независимо друг от друга. Вероятность отказов первого, второго, третьего, четвертого, пятого элементов соответственно равны 0,1; 0,2; 0,3; 0,2; 0,1. Найти вероятность того, что тока в цепи не будет.

Задача 3: Для сигнализации об аварии установлены два независимо работающих сигнализатора.  Вероятность того, что при аварии сработает первый сигнализатор равна 0,7, что сработает второй — равна 0,8. Найти вероятность того,  что сработает только один сигнализатор.

___________________________________________________________________

Карточка 4

Задача 1. Найти вероятность безотказной работы функциональной цепи, состоящей из независимо работающих элементов, если вероятность работы каждого элемента цепи равна p=0,8.

 

 

 

 

 

Задача 2. Устройство состоит из 3 элементов, работающих независимо. Веро­ятность безотказной работы 1. 2 и 3-го элемента соответственно равны: 0,8;  0,75; 0,8. Найти вероятность того, что безотказно будут работать: а) только один элемент; б) два элемента; в) все три элемента.

Задача 3: Для сигнализации об аварии установлены два независимо работающих сигнализатора.  Вероятность того, что при аварии сработает первый сигнализатор равна 0,7, что сработает второй — равна 0,8. Найти вероятность того,  что не сработает ни один сигнализатор.

Карточка 5

Задача 1. Найти вероятность безотказной работы функциональной цепи, состоящей из независимо работающих элементов, если вероятность работы каждого элемента цепи равна p=0,9.

 

Задача 2. Устройство состоит из 3 элементов, работающих независимо. Веро­ятность безотказной работы 1. 2 и 3-го элемента соответственно равны: 0,9;  0,8; 0,85. Найти вероятность того, что безотказно будут работать: а) только один элемент; б) два элемента; в) все три элемента.

Задача 3: Для сигнализации об аварии установлены два независимо работающих сигнализатора.  Вероятность того, что при аварии сработает первый сигнализатор равна 0,85, что сработает второй — равна 0,8. Найти вероятность того,  что сработает первый, но не сработает второй.

_________________________________________________________________

Карточка 6

Задача 1. Найти вероятность безотказной работы функциональной цепи, состоящей из независимо работающих элементов, если вероятность работы каждого элемента цепи равна p=0,9.

 

Задача 2. Устройство состоит из 3 элементов, работающих независимо. Веро­ятность безотказной работы 1. 2 и 3-го элемента соответственно равны: 0,95;  0,8; 0,8. Найти вероятность того, что безотказно будут работать: а) только один элемент; б) два элемента; в) все три элемента.

Задача 3: Для сигнализации об аварии установлены два независимо работающих сигнализатора.  Вероятность того, что при аварии сработает первый сигнализатор равна 0,85, что сработает второй — равна 0,9. Найти вероятность того,  что сработает хотя бы одни сигнализатор.

Карточка 7

Задача 1. Найти вероятность безотказной работы функциональной цепи, состоящей из независимо работающих элементов, если вероятность работы каждого элемента цепи равна p=0,8.

Задача 2. Устройство состоит из 3 элементов, работающих независимо. Веро­ятность безотказной работы 1. 2 и 3-го элемента соответственно равны: 0,85;  0,75; 0,8. Найти вероятность того, что безотказно будут работать: а) только один элемент; б) два элемента; в) все три элемента.

Задача 3: Для сигнализации об аварии установлены два независимо работающих сигнализатора.  Вероятность того, что при аварии сработает первый сигнализатор равна 0,95, что сработает второй — равна 0,9. Найти вероятность того,  что сработают оба сигнализатора.

______________________________________________________________________

Карточка 8

Задача 1. Найти вероятность безотказной работы функциональной цепи, состоящей из независимо работающих элементов, если вероятность работы каждого элемента цепи равна p=0,8.

 

Задача 2. Устройство состоит из 3 элементов, работающих независимо. Веро­ятность безотказной работы 1. 2 и 3-го элемента соответственно равны: 0,92;  0,6; 0,8. Найти вероятность того, что безотказно будут работать: а) только один элемент; б) два элемента; в) все три элемента.

Задача 3: Для информирования про аварию установлены три независимых между собой сигнализатора. Вероятность того, что во время аварии сработает первый сигнализатор р₁=0,95, второй – р₂=0,9, третий – р₃=0,86. Найдите вероятность того, что во время аварии сработают все три сигнализатора.

 

Карточка 9

Задача 1. Найти вероятность безотказной работы функциональной цепи, состоящей из независимо работающих элементов, если вероятность работы каждого элемента цепи равна p₁=0,8, p₂= p₃=0,7, p₄= p₅= p₆=0,9, p₇= p₈=0,7

Задача 2. Устройство состоит из 3 элементов, работающих независимо. Веро­ятность безотказной работы 1. 2 и 3-го элемента соответственно равны: 0,95;  0,75; 0,8. Найти вероятность того, что безотказно будут работать: а) только один элемент; б) два элемента; в) все три элемента.

Задача 3: Для сигнализации об аварии установлены два независимо работающих сигнализатора.  Вероятность того, что при аварии сработает первый сигнализатор равна 0,85, что сработает второй — равна 0,95. Найти вероятность того,  что сработают оба сигнализатора.

_____________________________________________________________

Карточка 10

Задача 1. Найти вероятность безотказной работы функциональной цепи, состоящей из независимо работающих элементов, если вероятность работы каждого элемента цепи равна p₁=0,9, p₂=p₃=0,6, p₄=0,8, p₅=p₆=0,7,

Задача 2. Устройство состоит из 3 элементов, работающих независимо. Веро­ятность безотказной работы 1. 2 и 3-го элемента соответственно равны: 0,8;  0,9; 0,95. Найти вероятность того, что безотказно будут работать: а) только один элемент; б) два элемента; в) все три элемента.

Задача 3: Для информирования про аварию установлены три независимых между собой сигнализатора. Вероятность того, что во время аварии сработает первый сигнализатор р₁=0,95, второй – р₂=0,9, третий – р₃=0,86. Найдите вероятность того, что во время аварии сработает только один сигнализатор.

 

Дополнительные карточки:

1.   Питание потребителя осуществляется по одной цепи, состоящей из КЛ, трансформатора и выключателя. Вероятность безотказной работы за время t для этих элементов: . Отказ любого элемента приводит к перерыву питания, причем отказы взаимно независимы. Найти вероятность безотказной работы передачи.

 

2.      Определить вероятность перерыва электроснабжения в схеме.

 

Известны вероятности отказов элементов схемы:

 

3.  Пусть вероятность КЗ одной фазы ЛЭП; вероятность КЗ второй фазы при условии, что одна фаза повреждена, ; вероятность КЗ третьей фазы при повреждениях первых двух . Требуется определить вероятность полного выхода ЛЭП из строя.

Домашнее задание: Выучить формулы.

Выводы урока: Сегодня на уроке вы научились решать задачи  на нахождение безотказной работы цепи через определение вероятности ее надежности, расширили и обобщили  представление о надежности электрических цепей. Оценки за работу в парах на следующий урок.

 

 

Что такое встроенная система?

Повестка дня Интернета вещей

От

• Бен Луткевич, Технические характеристики Писатель

Встроенная система представляет собой комбинацию аппаратного и программного обеспечения компьютера, предназначенного для выполнения определенной функции. Встроенные системы также могут функционировать в рамках более крупной системы. Системы могут быть программируемыми или иметь фиксированную функциональность. Промышленные машины, бытовая электроника, устройства для сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности, автомобили, медицинское оборудование, фотоаппараты, цифровые часы, бытовая техника, самолеты, торговые автоматы и игрушки, а также мобильные устройства являются возможными местами для встроенной системы.

Хотя встраиваемые системы являются вычислительными системами, они могут варьироваться от отсутствия пользовательского интерфейса (UI) — например, на устройствах, предназначенных для выполнения одной задачи — до сложных графических пользовательских интерфейсов (GUI), таких как мобильные устройства. Пользовательские интерфейсы могут включать кнопки, светодиоды (светоизлучающие диоды) и датчики сенсорного экрана. Некоторые системы также используют удаленные пользовательские интерфейсы.

MarketsandMarkets, исследовательская компания B2B, прогнозирует, что к 2025 году рынок встраиваемых систем будет стоить 116,2 миллиарда долларов. В число производителей микросхем для встраиваемых систем входят многие известные технологические компании, такие как Apple, IBM, Intel и Texas. Инструменты. Ожидаемый рост частично обусловлен продолжающимися инвестициями в искусственный интеллект (ИИ), мобильные вычисления и потребностью в микросхемах, предназначенных для высокоуровневой обработки.

Примеры встроенных систем

Встроенные системы используются в самых разных технологиях в самых разных отраслях. Некоторые примеры включают:

• Автомобили. Современные автомобили обычно состоят из множества компьютеров (иногда до 100) или встроенных систем, предназначенных для выполнения различных задач внутри автомобиля. Некоторые из этих систем выполняют основные служебные функции, а другие предоставляют развлекательные или ориентированные на пользователя функции. Некоторые встроенные системы в потребительских автомобилях включают круиз-контроль, датчики резервного копирования, управление подвеской, навигационные системы и системы подушек безопасности.
• Мобильные телефоны. Они состоят из множества встроенных систем, включая программное и аппаратное обеспечение с графическим интерфейсом пользователя, операционные системы (ОС), камеры, микрофоны и модули ввода-вывода USB (универсальная последовательная шина).
• Промышленные машины. Они могут содержать встроенные системы, такие как датчики, и сами могут быть встроенными системами. Промышленные машины часто имеют встроенные системы автоматизации, которые выполняют определенные функции контроля и управления.
• Медицинское оборудование. Они могут содержать встроенные системы, такие как датчики и механизмы управления. Медицинское оборудование, такое как промышленные машины, также должно быть очень удобным в использовании, чтобы здоровье человека не подвергалось опасности из-за предотвратимых ошибок машин. Это означает, что они часто включают более сложную ОС и графический интерфейс, предназначенный для соответствующего пользовательского интерфейса.

Как работает встроенная система?

Встроенные системы всегда функционируют как часть законченного устройства — это то, что подразумевается под термином встроенный . Это недорогие, маломощные небольшие компьютеры, встроенные в другие механические или электрические системы. Как правило, они состоят из процессора, блока питания, памяти и коммуникационных портов. Встроенные системы используют коммуникационные порты для передачи данных между процессором и периферийными устройствами — часто другими встроенными системами — с использованием коммуникационного протокола. Процессор интерпретирует эти данные с помощью минимального программного обеспечения, хранящегося в памяти. Программное обеспечение обычно очень специфично для функции, которую выполняет встроенная система.

Фотография материнской платы встроенной системы с подключенными кабелями.

Процессор может быть микропроцессором или микроконтроллером. Микроконтроллеры — это просто микропроцессоры с периферийными интерфейсами и встроенной памятью. Микропроцессоры используют отдельные интегральные схемы для памяти и периферийных устройств, а не включают их в микросхему. Оба могут использоваться, но микропроцессоры обычно требуют большего количества вспомогательных схем, чем микроконтроллеры, потому что они менее интегрированы в микропроцессор. Срок 9Система 0052 на чипе ( SoC ) часто используется . SoC включают в себя несколько процессоров и интерфейсов на одном кристалле. Они часто используются для встраиваемых систем большого объема. Некоторыми примерами типов SoC являются специализированная интегральная схема (ASIC) и программируемая пользователем вентильная матрица (FPGA).

Часто встроенные системы используются в операционных средах реального времени и используют операционную систему реального времени (RTOS) для связи с оборудованием. Подходы, работающие в режиме, близком к реальному времени, подходят для более высоких уровней возможностей микросхемы, определяемых разработчиками, которые все чаще считают, что системы в целом достаточно быстры, а задачи терпимы к небольшим изменениям реакции. В этих случаях обычно развертываются урезанные версии операционной системы Linux, хотя другие ОС были урезаны для работы на встроенных системах, включая Embedded Java и Windows IoT (ранее Windows Embedded).

Характеристики встроенных систем

Основная характеристика встроенных систем заключается в том, что они ориентированы на конкретные задачи.

Кроме того, встроенные системы могут иметь следующие характеристики:

• обычно состоят из аппаратного, программного и микропрограммного обеспечения;
• могут быть встроены в более крупную систему для выполнения определенной функции, поскольку они созданы для специализированных задач внутри системы, а не для различных задач;
• может быть как микропроцессорным, так и микроконтроллерным — оба являются интегральными схемами, которые обеспечивают вычислительную мощность системы;
• часто используются для обнаружения и вычислений в реальном времени в устройствах Интернета вещей (IoT), которые представляют собой устройства, подключенные к Интернету и не требующие пользователя для работы;
• могут различаться по сложности и функциям, что влияет на тип используемого программного обеспечения, прошивки и оборудования; и
• часто требуется выполнять свои функции в условиях ограниченного времени, чтобы поддерживать нормальное функционирование более крупной системы.

Структура встроенных систем

Встроенные системы различаются по сложности, но обычно состоят из трех основных элементов:

• Оборудование. Аппаратное обеспечение встроенных систем основано на микропроцессорах и микроконтроллерах. Микропроцессоры очень похожи на микроконтроллеры и, как правило, относятся к ЦП (центральному процессору), который интегрирован с другими основными вычислительными компонентами, такими как микросхемы памяти и процессоры цифровых сигналов (DSP). В микроконтроллерах эти компоненты встроены в один чип.
• Программное и микропрограммное обеспечение. Программное обеспечение для встраиваемых систем может различаться по сложности. Однако микроконтроллеры промышленного класса и встроенные системы IoT обычно работают с очень простым программным обеспечением, требующим небольшого объема памяти.
• Операционная система реального времени. Они не всегда включены во встроенные системы, особенно в системы меньшего масштаба. ОСРВ определяют, как работает система, контролируя программное обеспечение и устанавливая правила во время выполнения программы.

С точки зрения аппаратного обеспечения базовая встроенная система будет состоять из следующих элементов:

• Датчики преобразуют данные физического восприятия в электрический сигнал.
• Аналого-цифровые (АЦ) преобразователи преобразуют аналоговый электрический сигнал в цифровой.
• Процессоры обрабатывают цифровые сигналы и сохраняют их в памяти.
• Цифро-аналоговые (ЦАП) преобразователи преобразуют цифровые данные из процессора в аналоговые данные.
• Приводы сравнивают фактический выход с выходом, хранящимся в памяти, и выбирают правильный.

Датчик считывает внешние входные данные, преобразователи делают эти входные данные доступными для чтения процессору, а процессор превращает эту информацию в полезные выходные данные для встроенной системы.

Схема базовой структуры и потока информации во встроенных системах.

Типы встроенных систем

Существует несколько основных типов встраиваемых систем, которые отличаются своими функциональными требованиями. Их:

• Мобильные встраиваемые системы — это малогабаритные системы, предназначенные для переноски. Цифровые камеры тому пример.
• Сетевые встроенные системы подключены к сети для предоставления выходных данных другим системам. Примеры включают системы домашней безопасности и системы торговых точек (POS).
• Автономные встроенные системы не зависят от хост-системы. Как и любая встроенная система, они выполняют специализированную задачу. Однако они не обязательно принадлежат хост-системе, в отличие от других встроенных систем. Например, калькулятор или MP3-плеер.
• Встроенные системы реального времени дают требуемый результат через определенный интервал времени. Они часто используются в медицинской, промышленной и военной сферах, потому что они отвечают за срочные задачи. Например, система управления дорожным движением.

Встроенные системы также можно классифицировать по требованиям к производительности:

• Небольшие встроенные системы часто используют не более 8-битного микроконтроллера.
• Встроенные системы среднего масштаба используют более крупный микроконтроллер (16-32 бит) и часто связывают микроконтроллеры вместе.
• Сложные встроенные системы часто используют несколько алгоритмов, что приводит к сложности программного и аппаратного обеспечения и может потребовать более сложного программного обеспечения, конфигурируемого процессора и/или программируемой логической матрицы.

Существует несколько распространенных архитектур программного обеспечения для встраиваемых систем, которые становятся необходимыми по мере роста и усложнения встраиваемых систем. К ним относятся:

• Простые контуры управления вызывают подпрограммы, которые управляют определенной частью аппаратного обеспечения или встроенного программирования.
• Системы, управляемые прерываниями , имеют два контура: основной и дополнительный. Прерывания в циклах запускают задачи.
• Совместная многозадачность по существу представляет собой простой контур управления, расположенный в интерфейсе прикладного программирования (API).
• Упреждающая многозадачность или многопоточность часто используется с RTOS и включает стратегии синхронизации и переключения задач.

Очень крупномасштабная интеграция или СБИС — термин, описывающий сложность интегральной схемы (ИС). СБИС — это процесс встраивания сотен тысяч транзисторов в микросхему, тогда как микросхемы БИС (крупномасштабная интеграция) содержат тысячи транзисторов, MSI (средняя интеграция) содержит сотни транзисторов, а SSI (мелкая интеграция) содержит десятков транзисторов. ULSI, или сверхкрупномасштабная интеграция, относится к размещению миллионов транзисторов на кристалле.

Схемы СБИС

являются общими чертами встроенных систем. Многие ИС во встроенных системах представляют собой СБИС, и использование аббревиатуры СБИС в значительной степени утратило популярность.

Отладка встроенных систем

Одной из областей, в которой встроенные системы расходятся с операционными системами и средами разработки других крупных компьютеров, является отладка. Обычно разработчики, работающие со средами настольных компьютеров, имеют системы, которые могут запускать как разрабатываемый код, так и отдельные приложения-отладчики, которые могут отслеживать встроенные системные программисты, однако, как правило, не могут.

Макрофотография небольшой встроенной системной платы с подключенными кабелями.

Некоторые языки программирования работают на микроконтроллерах с достаточной эффективностью, чтобы элементарная интерактивная отладка была доступна непосредственно на микросхеме. Кроме того, процессоры часто имеют отладчики ЦП, которыми можно управлять — и, таким образом, контролировать выполнение программы — через JTAG или аналогичный порт отладки.

Однако во многих случаях программистам нужны инструменты, которые подключают отдельную систему отладки к целевой системе через последовательный или другой порт. В этом сценарии программист может видеть исходный код на экране компьютера общего назначения точно так же, как в случае отладки программного обеспечения на настольном компьютере. Отдельный, часто используемый подход заключается в запуске программного обеспечения на ПК, которое программно эмулирует физический чип. По сути, это позволяет отлаживать производительность программного обеспечения, как если бы оно работало на реальном физическом чипе.

Вообще говоря, тестированию и отладке встроенных систем уделяется больше внимания, поскольку большое количество устройств, использующих встроенные элементы управления, предназначены для использования, особенно в ситуациях, когда безопасность и надежность являются главными приоритетами.

История встроенных систем

Встраиваемые системы появились в 1960-х годах. Чарльз Старк Дрейпер разработал интегральную схему в 1961 году, чтобы уменьшить размер и вес компьютера управления Apollo, цифровой системы, установленной на командном модуле Apollo и лунном модуле. Это был первый компьютер, в котором использовались интегральные схемы. Он помог астронавтам собирать данные о полетах в реальном времени.

В 1965 году Autonetics, ныне часть Boeing, разработала D-17B, компьютер, используемый в системе наведения ракет Minuteman I. Она широко известна как первая встраиваемая система массового производства. Когда Minuteman II был запущен в производство в 1966 году, D-17B был заменен системой наведения ракет NS-17, известной своим большим использованием интегральных схем. В 1968 году была выпущена первая встроенная система для автомобиля; Volkswagen 1600 использовал микропроцессор для управления электронной системой впрыска топлива.

К концу 1960-х и началу 1970-х годов цены на интегральные схемы упали, а их использование резко возросло. Первый микроконтроллер был разработан компанией Texas Instruments в 1971 году. Серия TMS1000, поступившая в продажу в 1974 году, содержала 4-битный процессор, постоянную память (ПЗУ) и оперативную память (ОЗУ) и стоила около 2 долларов. за штуку при оптовом заказе.

Кроме того, в 1971 году Intel выпустила то, что широко известно как первый коммерчески доступный процессор, 4004. 4-битный микропроцессор был разработан для использования в калькуляторах и небольшой электронике, хотя для него требовалась вечная память и вспомогательные микросхемы. 8-битный Intel 8008, выпущенный в 1972, имел 16 КБ памяти; в 1974 году последовал Intel 8080 с 64 КБ памяти. Преемник 8080, серия x86, была выпущена в 1978 году и широко используется до сих пор.

В 1987 году компания Wind River выпустила первую встраиваемую операционную систему реального времени VxWorks, а в 1996 году — Windows Embedded CE компании Microsoft. К концу 1990-х годов начали появляться первые встроенные продукты Linux. Сегодня Linux используется практически во всех встраиваемых устройствах.

Тренды встроенной системы

Хотя некоторые встроенные системы могут быть относительно простыми, они становятся все более сложными, и все больше и больше из них в настоящее время способны либо вытеснить принятие решений человеком, либо предложить возможности, выходящие за рамки того, что человек может предоставить. Например, некоторые авиационные системы, в том числе используемые в беспилотных летательных аппаратах, способны интегрировать данные датчиков и действовать на основе этой информации быстрее, чем человек, что позволяет использовать новые виды операционных функций.

Ожидается, что встраиваемые системы будут продолжать быстро расти, в значительной степени благодаря Интернету вещей. Ожидается, что расширение приложений IoT, таких как носимые устройства, дроны, умные дома, умные здания, видеонаблюдение, 3D-принтеры и умный транспорт, будет способствовать росту встроенных систем.

Последнее обновление: декабрь 2020 г.

Продолжить чтение О встроенной системе

• Мобильные встроенные приложения: семь задач тестирования

• Варианты использования и преимущества встроенного гипервизора

• Какие стратегии лучше всего подходят для обеспечения безопасности встроенной системы?

• Встроенные системные приложения ставят новые задачи

• Безопасность встроенных систем вызывает все большую озабоченность в связи с развитием Интернета вещей

Копайте глубже в отрасли Интернета вещей и на вертикальных рынках

• встроенное устройство

  Автор: Рахул Авати

• Взгляд на то, как IoT и встроенные системы работают вместе

  Автор: Дэн Джонс

• AMD (продвинутые микроустройства)

  Автор: Энди Патрицио

• 5 терминов встроенных систем, которые должны знать администраторы IoT

  Автор: Джессика Лулка

ИТ-директор

• Бывший генеральный директор Google рассказал об опасностях генеративного ИИ

  Снижение рисков, связанных с генеративными инструментами искусственного интеллекта, такими как ChatGPT, означает привлечение людей к принятию окончательных решений и созданию . ..

• Экономический спад не может остановить продвижение ESG ИТ-отдела

  Замедление экономического роста может быть неизбежным, но ИТ-руководители должны сосредоточиться на инициативах ESG. Узнайте, почему ИТ-операции должны…

• Почему управление ИТ-активами должно включать устойчивость

  ИТ-директора должны делать больше с меньшими затратами по мере роста экономических проблем и продолжать усилия по охране окружающей среды, социальной сфере и управлению. …

Безопасность

• Школы не платят, но атаки программ-вымогателей продолжают расти

  Банды программ-вымогателей все чаще сосредотачивают свои атаки на секторе образования K-12, хотя большинство школьных округов не …

• 5 этических хакерских сертификатов, на которые стоит обратить внимание

  От сертифицированного специалиста по наступательной безопасности до тестировщика проникновения веб-приложений GIAC, узнайте о сертификатах стоимостью . ..

• ФБР взломало банду вымогателей Hive и нарушило операции

  ФБР проникло в сеть Hive в июле 2022 года и получило ключи дешифрования, которые оно раздало жертвам, чтобы предотвратить 130 долларов …

Нетворкинг

• Особенности мультиоблачной сетевой архитектуры

  Предприятиям нужны функции мультиоблачной сети, которые включают программируемость, интеграцию безопасности и сквозную …

• Отраслевой взгляд на новые стандарты нулевого доверия MEF SASE

  MEF недавно выпустил новые стандарты нулевого доверия и SASE. Стандартизация может помочь в интероперабельности, но так ли она необходима…

• Сравните 6 основных сетевых сертификатов на 2023 год

  Сетевые сертификаты могут охватывать основы работы в сети и знания по конкретному продукту. Оцените шесть сертификатов и взвесьте…

Центр обработки данных

• Доход Intel снова падает; компания ускорит чипы следующего поколения

  Из-за остановившихся продаж ПК и сокращения расходов на ИТ Intel снова сообщила о снижении доходов. Генеральный директор Пэт Гелсингер подчеркнул …

• Используйте ISO 50001:2018 в качестве руководства для экологически чистых центров обработки данных.

  Центры обработки данных потребляют много энергии, и бывает сложно определить, как сократить энергопотребление. ISO 50001:2018 содержит руководство …

• Все, что вам нужно знать о справочных страницах Linux

  Администраторы, не знакомые с командой, могут использовать справочные страницы Linux для лучшего понимания. В этом руководстве показано, как получить доступ к …

Управление данными

• ESG прогнозирует 2023 смены для DataOps, управления данными

  Организации используют облачные технологии и DataOps для доступа к анализу данных в реальном времени и принятию решений в 2023 году, согласно …

• Озеро данных и хранилище данных: объяснение основных различий

  Озера данных и хранилища данных широко используются на предприятиях. Вот основные различия между ними, чтобы помочь вам …

• Тенденции в области управления данными: конвергенция и больше денег

  В прошлом году основное внимание уделялось анализу данных, разработке «лазерных домиков» и наблюдаемости, поскольку поставщики внедряли инновации, чтобы помочь …

Аналитическая машина | Описание и факты

Analytical Engine

См. все СМИ

Ключевые сотрудники:

Ада Лавлейс

Похожие темы:

компьютер машина Разностная машина № 2 расчет

Просмотреть весь связанный контент →

Analytical Engine , обычно считающийся первым компьютером, спроектированным и частично построенным английским изобретателем Чарльзом Бэббиджем в 19 веке (он работал над ним до своей смерти в 1871 году). Работая над разностной машиной, более простой вычислительной машиной, заказанной британским правительством, Бэббидж начал придумывать способы ее улучшения. В основном он думал об обобщении его работы, чтобы он мог выполнять другие виды вычислений. К тому времени, когда в 1833 году закончилось финансирование его разностной машины, он задумал нечто гораздо более революционное: вычислительную машину общего назначения, названную аналитической машиной.

Аналитическая машина должна была быть универсальным, полностью программно-управляемым, автоматическим механическим цифровым компьютером. Он сможет выполнять любые вычисления, установленные перед ним. Нет никаких доказательств того, что кто-либо до Бэббиджа когда-либо задумывал такое устройство, не говоря уже о попытках построить его. Машина была спроектирована так, чтобы состоять из четырех компонентов: мельницы, магазина, считывателя и принтера. Эти компоненты сегодня являются основными компонентами каждого компьютера. Мельница была вычислительной единицей, аналогичной центральному процессору (ЦП) в современном компьютере; хранилище было местом, где данные хранились перед обработкой, в точности аналогично памяти и памяти в современных компьютерах; а читатель и принтер были устройствами ввода и вывода.

Как и в случае с Разностной машиной, этот проект был намного сложнее, чем все, что было создано ранее. Магазин должен был быть достаточно большим, чтобы вместить 1000 50-значных номеров; это было больше, чем емкость любого компьютера, построенного до 1960 года. Машина должна была приводиться в движение паром и управляться одним помощником. Возможности печати также были амбициозными, как и для разностной машины: Бэббидж хотел максимально автоматизировать процесс, вплоть до печати таблиц чисел.

Читатель был еще одной новой функцией аналитической машины. Данные (числа) должны были быть введены на перфокартах с использованием технологии чтения карт жаккардового ткацкого станка. Инструкции также нужно было вводить на карточках — еще одна идея, взятая непосредственно у Жозефа-Мари Жаккара. Использование карточек с инструкциями сделало бы его программируемым устройством и гораздо более гибким, чем любая машина, существовавшая в то время. (В 1843 году математик Ада Лавлейс написала в своих заметках для перевода французской статьи об аналитической машине, как можно использовать машину, чтобы следовать программе для вычисления чисел Бернулли. За это ее назвали первым программистом.) Другой элементом программируемости должна была быть его способность выполнять инструкции не в последовательном порядке. Он должен был иметь своего рода способность принимать решения при условной передаче управления, также известной как условное ветвление, благодаря чему он мог бы перейти к другой инструкции в зависимости от значения некоторых данных. Эта чрезвычайно мощная функция отсутствовала во многих первых компьютерах 20-го века.

Согласно большинству определений, аналитическая машина была настоящим компьютером в том виде, в каком она понимается сегодня, или могла бы быть, если бы Бэббидж снова не столкнулся с проблемами реализации. На самом деле создание его амбициозного проекта было сочтено неосуществимым, учитывая современные технологии, и неспособность Бэббиджа сгенерировать обещанные математические таблицы с помощью своей разностной машины ослабила энтузиазм по поводу дальнейшего государственного финансирования. Действительно, британскому правительству было очевидно, что Бэббидж больше интересовался инновациями, чем составлением таблиц.

No related posts.