Методы построения многоканальных многопроцессорных систем сбора данных для экспериментальных установок ЛВЭ ОИЯИ

• Автор: Смирнов, Виталий Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 173 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ.
Введение
1. Характеристика экспериментов, проводимых в физике высоких энергий и релятивистской ядерной физике
1.1. Характеристика систем сбора данных (ССД)
1.2. Этапы развития архитектуры систем сбора данных
1.2.1. Однопроцессорные системы
1.2.2. Многопроцессорные системы централизованного типа
1.2.3. Многопроцессорные системы с распределенными вычислительными ресурсами
1.3. Средства построения систем сбора данных
1.3.1. Магистрально-модульные системы
1.3.2. Процессорные элементы в системах сбора данных
1.3.2.1. Микропроцессоры
1.3.2.2. Одноплатные процессоры
1.3.2.3. Процессорные фермы
1.4. Архитектура современных систем сбора данных
1.4.1. Большой электрон-позитронный коллайдер LEP
1.4.2. Ускоритель Тэватрон
1.4.3. Ускоритель HERA
1.4.4. Большой адронный коллайдер LHC
1.4.5. Релятивистский ядерный коллайдер RHIC
1.5. Выводы
2. Организация многоканальных систем сбора данных в Лаборатории высоких энергий ОИЯИ
2.1. Постановка задачи
2.2. Системы сбора данных с централизованным управлением
2.2.1. Организация системы сбора данных на основе мини-ЭВМ
2.2.1.1. Описание архитектурных особенностей системы сбора данных
2.2.1.2. Минимизация времени считывания
2.2.1.3. Средства синхронизации
2.2.1.4. Средства контроля и управления
2.2.1.5. Экспериментальный результат, полученный с помощью ССД установки ФОТОН
2.2.2. Основные методические результаты
2.2.3. Использование ССД на основе мини-ЭВМ с системой радиального подключения периферийных устройств для других исследований
2.2.4. Организация многоканальных систем сбора данных на базе микроЭВМ
2.2.4.1. Описание драйвера ветви
2.2.4.2. Архитектура автоматизированной системы контроля триггера установки ГИБС
2.2.4.3. ССД для переднего детектора установки СФЕРА
2.2.4.4. Организация стендов
2.3. Выводы
3. Организация многопроцессорных систем сбора данных
3.1. Системный крейт САМАС как средство организации ССД
3.1.1. Назначение
3.1.2. Магистраль системного крейта САМАС (СКК)
3.1.3. Арбитраж ресурсов магистрали СКК
3.1.4. Передача данных
3.1.5. Организация прерываний
3.2. Использование многопроцессорного режима работы в ССД
3.3. Организация двухуровневой многопроцессорной системы для построения системы контроля и управления параметрами медленного вывода пучка из синхрофазотрона ОИЯИ
3.4. Использование СКК для построения ССД и сжатия экспериментальной информации на установках БИС-2 и АЛЬФА
3.5. Использование СКК для проведения экспериментов СЯО, ДИСК и Кристалл на линии с ЕС ЭВМ
3.6. Выводы
4. Организация ССД на основе магистрально-модульной шины УМЕ
4.1. Описание системного контроллера шины УМЕ
4.2. Устройство сопряжения магистрали ОЬив с шиной УМЕ
4.3. Использование УМЕ в подсистеме управления циклом сверхпроводящего синхротрона
4.4. Структура микропрограммного драйвера ветви САМАС
4.5. Использование аппаратуры в стандарте УМЕ для установки СФЕРА
5. Характеристика многопроцессорных систем для параллельных вычислений
5.1. Оценка эффективности многопроцессорной обработки задач
5.2. Многопроцессорная параллельная обработка событий
5.3. Расчет эффективности использования микроЭВМ 168/Е для обработки экспериментальной информации
5.4. Создание системы параллельной обработки экспериментальных данных на основе аппаратуры в стандарте УМЕ
5.5. Исследование прототипа многопроцессорной системы обработки данных
5.6. Выводы
Заключение
ЛИТЕРАТУРА
Создание четырех экспериментальных установок 1.ЕР явилось началом нового этапа в развитии ССД. Каждая из них обладает многоуровневой системой отбора событий и содержит большое количество процессоров на всех ее уровнях. Многоуровневые системы запуска по событию уменьшают скорость набора событий до 1 - 2 в секунду при появлении сигналов запуска 1-го уровня с частотой -45 кГц. Основная часть аппаратуры ССД была выполнена в стандартах САМАС, РАЗТВиЭ и /МЕ, что обеспечило решение проблемы вместимости, организации необходимых коммуникаций и распределение процессоров по уровням. Данные об использовании аппаратуры [98] в этих стандартах по всем четырем установкам приведены в таблице 2.
Таблица 2.
Магистраль Количество интегральных схем в модуле Количество модулей в крейте Полное количество используемых модулей
САМАС 80 25 12000
УМЕ 100 21 12600
РАЭТВиЭ 300 26 23400
ОЕБРЖ. Функции сбора данных и управления экспериментом распределены по 19 автономным подсистемам [99]. Это обеспечивает высокую степень независимости подсистем сбора данных по каждому из 16 детекторов установки. В качестве отдельных подсистем рассматриваются устройства запуска и глобального сбора данных. Функции управления и контроля в ССД выполняют 20 ЭВМ типа /АХ. При разработке ССД были предприняты специальные усилия, направленные на ограничение разнообразия типов используемых электронных устройств. Регистрирующая электроника была выполнена в стандарте РАЗТВиЗ. Были выделены подсистемы организации медленного контроля за технологическими параметрами детектора (газ, напряжение, давление, температура и т.п.).
На рис. 12 показан комплекс оборудования, входящий в состав ССД 0Е1_РН1, которая имеет древовидную многоуровневую структуру. Каждая подсистема в автономном режиме осуществляет полный и независимый сбор данных, калиб-