基本介紹
- 中文名：分散式功能微處理機
- 外文名：distributed microprocessor
- 學科：計算機科學與技術
- 類別：計算機系統
- 特點：分散式處理
- 優勢：提高處理速度
基本概念,分散式結構的出現,構成方式,分布控制系統,前端單元,通信網路,通信協定,中央單元,分散式微處理器在工業自動化的套用,
基本概念
分散式處理（distributed processing）和並行處理（Parallel processing）是為了提高並行處理速度採用的兩種不同的體系架構。
分散式微處理器則是將不同地點的，或具有不同功能的，或擁有不同數據的多台計算機通過通信網路連線起來，在控制系統的統一管理控制下，協調地完成大規模信息處理任務的計算機系統。分散式微處理器系統中各微處理器並行工作，因而可大大提高整個系統的性能，完成單個微處理器無法完成的任務。在實際套用中必須對各處理器進行合理的功能分工並協調好各處理器的工作進程。
分散式結構的出現
大量事實和有關技術資料證明，分散式多處理機系統已成為當今微型計算機套用系統的重要方面。多處理機系統的套用和推廣將為我國傳統工業的改造和更新，為新興工業領域比如民用航空領域的安全生產和運輸將起到愈來愈注目的作用。
對於複雜的高性能的自動化系統，比如自動煉鋼系統、自動軋鋼系統、高速高精度的數控裝置系統等，對於要求高速實時回響的信息處理及控制系統，比如航天航空通信系統、現代民用航空飛機機載的自動信息處理及控制系統，工業機器人系統等，往往由單個微處理器為主所組成的計算機系統不能滿足整個信息及控制系統的要求。而採用功能相對分散的多微處理器組成的計算機系統則能夠很好地滿足上述系統的整體要求。
系統設計者通常把整個系統功能分成若干個相對獨立的分系統(或分模組)，使多處理機系統中的每個處理機分別對應其分系統並承擔其該分系統所預定的功能單元的信息處理任務，同時還能適當分擔某些系統控制功能單元分配的任務。整個系統運行時，各處理機分系統能夠相對獨立地並行地協調地進行信息的傳輸控制與處理。這樣就使總系統的綜合實時回響能力得到改善，數據處理的吞吐量和速度得到提高，其可靠性和整體功能也得到加強。
系統中的硬體部件和軟體模組緊密結合，互相支持。雖然系統中的具體硬體部件和軟體的具體模組是分散處理，分級分任務管理的，但在整體上和內在聯繫上硬體部件和軟體模組組成整個系統的整體。這樣既增強了系統的軟硬體的可擴展性、靈活性，又增強了系統的通用性和整體性。
構成方式
簡單來說，分散式處理就是多台相連的計算機各自承擔同一工作任務的不同部分，在人的控制下，同時運行，共同完成同一件工作任務。
一般信息處理系統的硬體、控制點和資料庫有多種構成方式。
從硬體組成來看屬於分散式系統的有兩種：
①系統由多個處理機組成，但是有統一的輸入輸出系統；
②多計算機系統，有多個輸入輸出系統。
從控制點的設定方式來看屬於分散式處理的有3種：
①多個系統在子任務一級上協同操作執行某一任務；
②多個相同的控制系統協同執行同一任務；
③多個不同的控制系統協同執行同一任務。
從資料庫來看屬於分散式的有3種：
①只有部分資料庫在主結點中有複製本；
②只有部分資料庫在主結點中有目錄；
③資料庫全部分散存放，沒有主結點。
分散式處理系統必須有能力在短時間內動態地組合成面向不同服務對象的系統。對用戶來說系統是透明的，用戶只需指定系統乾什麼而不必指出哪個部件可以提供這一服務。系統各組成部分是自主的，但不是無政府狀態，而是遵循某個主計畫由高級作業系統進行協調工作。在一個計算機網中有多台主機不一定都是分散式處理。如果這樣的系統不具備動態組合及任務再指派的能力，那么它們仍然是集中式處理。高級作業系統是分散式處理的關鍵。在分散式系統中不再使用完整的信息，各個組成部分提供自己的狀態信息，高級作業系統根據這些狀態信息進行任務協調和資源再分配，各組成部分之間沒 有層次關係而是自主的。
分布控制系統
分布控制系統可以連線成許多布局結構，通過分別對處理單元和通信網路的考慮來研究單元的功能以及它們在系統結構中的作用。通常採用模組化設計技術以產生靈活的系統。
前端單元
前端單元形成自身獨立的控制器。它們與就地的生產過程設備密切地結合起來，並作為一個數字量和模擬量的輸入/輸出接口。控制器既提供順序的控制也提供連續的控制。前端單元往往安裝在每一個機器上，以適應就地設備的需要。分散式獨立單元完成設計所規定的過程控制程式及其有關的資料庫，這便可防止當系統局部失靈時把誤差傳播到整個系統中去。
通信網路
前端單元可以由一個通信網路連線在一起以形成分布控制系統。傳送到網路中去的信息用來控制和協調這些單元。對於設備操作至關重要的信息必須通過安全協定進行傳送以及使用的安全碼。網路還提供一種用於基礎操作的器件。使不重要的數據傳輸採用較簡單的辦法．
對過程控制套用的網路可採用異步串列通信鏈路建立起來。這些鏈路能夠經濟地安裝起來，一般只要使用普通的雙鉸線連線用於遠距的接口；對於更高速可採用同軸電纜；對於超高速傳輸則採用光導纖維技術。
通信協定
整個系統具有三種可能的操作方式，它包含了中央處理機和前端處理機之間的相互通信。在各處理機之間的主要通信方法是通過報文。報文通信優先於其他通信。每一個報文系統按照一種嚴格的協定來構成的，協定提供了報文的傳送和接收。用誤差校驗碼來檢測錯誤數據；語法誤差的檢測留給報文翻譯程式去進行。在基本的操作方式中，各前端單元通過異步和基本上獨立的操作來維持設備的控制。中央處理機通過產生詢問報文對這些操作進行監控；如果需要校正或協調動作時，中央處理機傳送命令報文到前端單元，前端單元作出正確執行的應答。
中央單元
中央處理機具有兩個任務，它們對於分布系統的操作來說都是很基本的。作為報文的協調者和通信的監控者，中央處理機管理著整個通信網路，中央處理機也是理想的過程控制管理者。它對前端單元進行排序和協調，並記錄狀態數據和監控警報。它要花更多時間於數據記錄、顯示驅動和提供管理信息。中央處理機往往具有一個大的通信接口配套定額，並支持就地控制台或後備存儲器。
大規模積體電路和微處理器使分散式計算機控制系統從根本上改變了它們的能力和套用性。分散式計算機控制系統正在不斷地迅速擴大其套用領域。分散式控制系統的模組化和靈活性使它們比集中系統更為可靠和易於實現。
分散式微處理器在工業自動化的套用
自動控制系統在工業生產，特別是在流程工業(化工、石油精練等工業)的套用中，如果發生控制系統失靈，可能會導致嚴重的後果。因此系統可靠性這個因素在控制系統設計考慮中占有決定性的地位。據此，近年來，工業的生產過程自動化中已經趨向於採用分布控制的方式，這是由於它的可靠性比集中控制要高得多。在一個分散式系統中，某一部分失靈並不需要停止整個的生產過程，這是因為分布系統中每一部分都是獨立地操作的。分布系統中的過程控制單元和通信網路的開發可以利用模組化技術。這種技術既可適用於硬體也可適用於軟體的開發，並且是研製高可靠性的和易控制系統的關鍵。由模組化所形成的控制系統的靈活性，實際上增加了整個系統的完善性。此外，它還使系統容易實現，便於擴展或對其中一部分或全系統進行更換。
