автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Разработка и создание проблемно-ориентированных измерительно-вычислительных систем и комплексов для обработки экспериментальной информации

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ИНСТИТУТ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ И ПРИКЛАДНОЙ МАТЕМАТИКИ

РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ ПРОБЛЕМНО-ОРИЕЗТИРОВАЯНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ И КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ.

мавикы, системы и сети (матекатичасхоа, программное и техническое обеспеченна)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации иа соискание ученой степени доктора технических каук

на правах рукопиаи УДК 681.327

ТАПИМОЗ НАЛАЙ АЛЬКИНИЧ

Специальность 05.13.13 - Вычиапител ыше

Алматы, 1996 р

Работ« выполнена в Институте физики высоких энергий НАН

РК.

Ведущая организация: Лаборатория вычислительной техники И автоматизации ОИЯИ, г.Дубна.

Официальные оппоненту:

доктор физико-ыатемьтических наук, профессор Дунайиев Л.«. (Институт физики высоких энергий г.Протвино, Моск.обл.)

доктор технических наук, профессор Магрупов Т.Н. ¡Ташкентски!1 технический университет, г.Таокент)

доктор технических наух Бияшев Р.Г. (Институт проблей информатики и управления НАН РК, г.Алматы)

у /I/

Заснуа состоится "-¿-^ " /Л)¿/'.'у?^ 1996г. в "_"часов

на заседании специализированного совета Д5 3.04.02 при Институте юорчтичес.кой У прикладной математики НАН РК (480021, г.Алматы, ул.Пушкина, 125).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НАН РК .Ц'.Алматы, 21,ул.Еввченкэ,28).

Автореферат разослан "/[) л 6г.

/

Ученый секретарь ^¡Со^^Г

специализированного совета /

докт.р технических наук Казангапов А.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы. Современное научное исследовании характеризуется усложнение« проводимых экспериментов и увеличением объема анализируемой и обрабатываемой информации. Известно, что для проведения уникальных экспериментов в области ядерной физики, физики высоких и сверхвысоких энергий многие страны объединили свои финансовые и людские ресурсы ввиду сложности создания самих физических установок (ускорители, детекторы и др.) и большого объема анализируемой и обрабатываемой информации. Анализ и обработка экспериментальной информации, получаемой на этих уникальных установках, требуют использования прецизионных измерительных систем, средств автоматизации и широкого применения вычислительной техники. Проблемы проведения исследования именно таких экспериментов дали толчок развитию самой вычислительной техники: усовершенствование архитектуры для повышения производительности и быстродействия каналов обмана электронно - вычислительных машин (ЭВМ), применение сложных программ в модульном исполнении, реализация'распределенной системы обработки на ЭВМ, а также режимов обработки в реальном масштабе времени и т.п. Автоматизация■и компьютеризация научных исследований и экспериментов продолжает оставаться актуальной проблемой и на сегодняшний день, являясь движущей силой научно-технического прогресса. Дальнейшее развитие науки в большой степени связано с компьютеризацией и внедрением новых информационных технологий на всех стадиях проведения эксперимента и деятельности самого исследователя. Поэтому разработка и создание измерительно-вычислительных систем и комплексов является актуальной проблемой при проведении исследований в физике высоких и сверхвысоких энергий, ядерной физике и в прикладных областях физики. Решению этой проблемы в Институте физики высоких энергий HAH PK посвящена представляемая диссертационная работа.

Цель диссертационной работы - разработка и создание автоматизированных проблемно-ориентированных измерительно-вычислительных систем и комплексов для получения важных фундаментальных научных результатов с большой статистической обеспеченностью и достоверностью в ходе проведения экспериментов по физике высоких и сверхвысоких энергий и физике по-

луг.роводникоэ в Институте Физики Высоких Энергий Национальной Академии Наук Республики Казахстан (ИФВЭ HAH PK).

На защиту взносятся:

1. Концепция построения и методология системно-структурного проектирования измерительно-вычислительных систем и комплексов для обработки экспериментальной информации.

-2. Разработка и создание проблемно-ориентированных изме-рительнп-вычислитзльньгх систем для автоматизации процессов просмотра, измерения и первичной обработки данных с трековых установ-.к и рентгеноэмульсионных камер (РЭК) .

3. Разработка и создание проблемно-ориентированного измерительно-вычислительного комплекса для комплексной. автоматизации экспериментов по исследованию полупроводниковых материалов и структур (Пг-iC) .

4. Разработка и создание многомашинного вычислительного комплекса л локальных вычислительных сетей ЭВМ с целью завершения технологического цикла анализ», внедрения новых информационных технологий и повышения эффективности обработки ?кс-периыснтальной информации.

5. Концепция и структура организации функционально- ориентированного программного обеспечения автоматизированных измерительно-вычислительных систем и комплексов.

6. Организация обработки экспериментальной информации ■ многомашинном вычислительном комплексе с иерархической структурой построения и в локальнзй вычислительной сети ЭВМ.

Ч. Исследование и анализ качественных параметров и метрологических характеристик измерительно-вычислиаельных систем и комплексов с целью оптимизации и* структуры и оценки достоверности получаемых реэультатов в процессе измерения и первичной обработки экспериментальной информации.

Научная новизна и значимость работы заключается ъ юч, что впервые в Республике Казахстан разработаны и созданы автоматизированные проблемно-ориентированные измерительно- вычислительные системы и комплексы для измерения и обработю ядерлс-физической информации, решившие проблему проводени! экспериментов в области физики высоких энергий, ядерной физики, космических лучей и физики полупроводников на новом высоком качественном уровне и обеспечившие большую статистику ! достоверность научных результатов. При этом;

X) предложена методика системного анализа процесса экспериментальных исследований и на ее основе разработана концепция и методология проектирования измерительно- вычислительных систем и комплексов для обработки экспериментальной информации»

2) впервые с использованием предложенной методики на основе имитационных моделей проведено исследование измерительно-вычислительных систем для измерения и первичной обработки фотоснимков ядерных взаимодействий;

3) разработана оригинальная архитектура и осуществлена реализация измерительно-вычислительных систем и многомашинного вычислительного комплекса для измерения и обработки трековой информации, отличающиеся составом разнородных ЭВМ, про-смотрово-измерительной аппаратуры и интерфейсами;

4) разработаны и созданы оригинальные по своей архитектуре и практической реализации аппаратно-программные средства измерительно-вычислительных систем и комплексов для измерения, сбрра и первичной обработки данных с трековых и рентге-ноэмульсионных камер;

5) разработана архитектура и создан оригинальный ыетодо-и объекто-ориентированный измерительно-вычислительный комплекс, обеспечивший комплексную автоматизацию проведения экспериментов по исследованию полупроводниковых материалов и структур;

6) разработаны и созданы новые уникальные унифицированные интерфейсы параллельно-последовательного обмена, обработки импульсных сигналов и модули в стандарте КАМАК;

7) предложена модель обобщенной физической характеристики и определена рациональная структура размещения экспериментальных данных на накопителях ЭВМ;

8) разработана архитектура локальных вычислительных сетей на основе ЕС-ЭВМ, микро-мини-ЭВМ, персональных компьютеров и рабочих .станций с выходом в международную сеть с использованием существующей телекоммуникации и спутниковой связи»

9) разработана структура функционально-распределенной системы обработки ядерно-физической информации на основе многомашинного вычислительного комплекса и локальной вычисли-^ тйльной сети.

Полученные в диссертационной работе результаты развивают

б

теоретические и практические аспекты методологии создания вычислительных систем и комплексов для сбора и обработки экспериментальной информации, которые имеет прикладное значение для рациональной организации и проектирования автоматизированных систем научных исследований различного назначения. Практическая ценность. В результате разработок й исследований по создании гроблемно-ориентированньа измерительно- вычислительных систем и комплексов был* решена проблема обработки экспериментальной информации в ИФВЭ НАН РК для проведения исследований в области физики высоких энергий, космических лучей и физики полупроводников. Применение этих систем и комплексов для проведения исследований в институте позволило получ-ить ряч нозых научных физических результатов, нивюяия фундаментальное и прикладное значение, в частности:

1. Созданные измерительно-вычислительные системы и комплексы использовались и иродолжгют использоваться для проведения исследований по анализу и обработке ядерных взаимодействий с различных трековых установок при импульсе от 10 д< 200 Гэв/с.

2. Созданный проблемно-ориентированный измерительно-вычислительный хомплекс на основе микро-мини-ЭВЧ использовался для исследования фотоэлектрических и оптических характеристик нестационарной емкостной спектроскопии глубоких уровней, шумов и переходных процессов полупроводниковых материалов и структур.

3. Автоматизированная система сбора данных {АС-РЭК] используется для проведения исследований в области космических лучей, в частности для анализа и обработки данных с рент-ген-экулосиснных камер.

4. Концепция и методология создания многомашинных вычислительных сис1ем и комплексов для автоматизации научных исследований представляет определенный интерес и имеет практическое значение для набольших центров ядерно-физического направления.

5. По разработанной концепции и методологии был созда! ряд ¿втомзтиэировамных систем в прикладных областях исследо ваний. В частности, были созданы и внедрены автоматизирован лая система для исследования мелкошпурового бурения в Иксти туте горного дела НАН РК и система для отработки технологи:

получения скелетного катализатора в Институте оргкатализа и электрохимии НАН РК.

7. С помощью созданных измерительно-вычислительных систем и комплексов Сыли проанализированы и обработаны сотни тысяч ядерных взаимодействий с пузырьковых камер "Мирабель", "Людмила", двухметровой пузырьковой камеры Европейского центра исследований (ЦЕРН,Женева) , двухметровой пропановой камеры Объединенного института ядерных исследований (ОИЯК,г.Дубна), а также с искровых спектрометров СКМ-200. РИСК, ГИБС и др. и около миллионов событий с установки БИС-2, экспонированных на крупнейших ускорителях в России и за рубежом. Это позволило Институту физики высоких -энергий НАН РК участвовать во всесоюзных и международных сотрудничества* и внести свой вклад в изучение физики элементарных частиц и получить важные научные фундаментальные результаты.

В целом, разработанные и созданные проблемно-ориентированные измерительно-вычислительные системы и комплексы позволили обеспечить качественно высокий' методический уровень проведения физических экспериментов и интенсифицировать сами научные исследования.

Основные научные результаты были внедрены в Институтах физики высоких энергий, ядерной физики, физико-техническом институте НАН РК, Казахском национальном государственном университете им. Аль-Фараби (г. Алматы) , в НИИ прикладной физики НПО "ОРИОН" (г. Москва) и других организациях.

Апробация работы. Основные результаты разработок и исследований, отраженные а диссертационной работе, обсуждались и докладывались на Всесоюзных, Международных и Республиканских конференциях, совещаниях, симпозиумах, сколах и семинарах:

- на совещаниях по автоматизации в ядерной физике и смежных областях (Киев-1976, Алма-Ата-1978, Душанбе-1980, Новосм-бирск-1981, 1982 гг., Тбилиси-1984, Протвино (Моск. обл.) -1986, Ташкент-1988, Ужгород-1990 гг.)|

- на всесоюзных школах по автоматизации научных исследований (Тбилиси-1978, Горький-1982, Алма-Ата-1984 гг.)?

- на всесоюзных и международных симпозиумах по модульным измерительно-вычислительным системам и сетям {Вильнюс-1987, Новосибирск-1989, Дубна (Моск. обл.)-1991 гг.);

— на междунлродной ^коле-семинаре по автоматизации научных исследований в ядерной физике и астрофизике (г.Сочи^1992г.), на международном семинаре НАТО по компьютерным сетям (г.Алыа-ты-1995г.), а также семинарах Лаборатории вычислительной техники и автоматизации OW.ll, Института теоретической и экспериментальной физики (г.Москва), Института прикладной физики РАН (г.Нижний Новгород), И4ВЭ и ФТИ HAH PK (г.Алматы).

Результаты исследований по физике, полученные с использованием разработанных и созданных автоматизированных систем и вычислительных комплексов, докладывались на международных конференциях i: симпозиумах по физике элементарных частиц и космически;: лучей (.Чомдон-1974, Мюнхеь-1975, Пловдив-1977, Ванкувер-19^9 и др.).

Публикации■ По материалам диссертации опубликовано 53 работы, в той числе да г монографии. ООаге количество составляет 101 статьи и докладов, в том числе по физическим результатам - 26 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введв-нич, вести глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем диссертации содержит 372 страницы, в том числе 70 рисунков и 14 таблиц, и список литературы иэ 229 наименований.

Содержание раСоты.

Во введении обоснована актуальность проблемы автоматизации обработки экспериментальной информации при проведении экспериментов в области физики высоких и сверхвысоких энергий и физики голупроводни::ов, сформулированы цели и задачи исследования и разработок, показаны научная новизна, практическая ценность и значимость полученных результатов. Приведены ос-н^аные положения, взносимые на защиту, и кратко излагается содержание работы.

5 персой главе рассматриваются проблемы анализа и обра-Сотки экспериментальных данных с использованием методики пузырьковых камер яри проведении исследований в области физики высоких энергий, а также автоматизации лабораторных экспериментов в области физики космических лучей и физики полупроводников. При этом приводится обобщенная схема методики проведения исследоааний и рассматриваются два класса экспериментов: сложные (уникальные) и лабораторные, К сложному классу

относятся эксперименты с использованием методики пузырьковых камер, с помощью которой изучается строение элементарных частиц. Эти эксперименты характеризуются использованием высокоточных (единицы микрон) специально разработанных просмотро-во-иэмерительных проекторов для съема информации, зарегистрированной на фотопленках, большим массивом анализируемой информации (сотни тысяч ядерных взаимодействий - событий), использованием сложных программ обработки и, как следствие, применением больших высокопроизводительных ЭВМ, вычислительных систем и комплексов.

Лабораторные физические эксперименты характеризуются небольшим объемом анализируемой информации, относительной простотой измеряющего и регистрирующего оборудования и обяза-тельньа! участием в процессе исследования человека. -Поэтому для проведения и автоматизации таких экспериментов вироко используются микро-миии-ЭВМ с развитой системой диалогового режима и магистральио-модульная аппаратура. В обоих классах экспериментов обязательным звеном систем автоматизации анализа и обработки является ЭВМ.

■ В главе приводится обзор развития и применения средств автоматизации, вычислительных комплексов и сетей ЭВМ в ядерно-физических экспериментах для анализа и обработки информации.

Обобщены системы автоматизации экспериментов в области физики полупроводников с точки зрения решаемых задач, функциональных признаков и архитектуры.

Одними из первых вычислительных систем, многомашинных

I

комплексов и сетей выли разработаны и созданы системы для проведения уникальных сложных ядерно-физических экспериментов. Известно, что отечественные и.зарубежные ядерные физические центры оснащались самыми современными ьысокопроизводи-тельными вычислительными машинами и средствами автоматизации (магистрально-модульной аппаратурой, микропроцессорами и микропроцессорными комплектами) как для целей создания самих экспериментальных установок, так и для анализа и обработки научной информации.

В этой главе рассматривается развитие просыотрово-изме-эительно-вычислительного комплекса Института физики высоких энергий HAH PK за последние десятилетия для проведения ис-

следований по физике элементарных частиц, космических лучей и физики полупроводников.

Во второй главе диссертации рассматривается методология построения и исследования систем автоматизации.

Современные автоматизированные комплексы для обработки экспериментальных данных - сложные системы, имеоцие многоуровневую структуру и состоящие из взаимосвязанных динамически функционирующих элементов, воздействие которых друг на друга носит случайный характер. Хотя в настоящее время методология построения таких систем разработана недостаточно, наметились доа основных направления анализа и Исследования сложных систем: аналитический и методы моделирования.

Аналитический метод строится на математическом аппарате теории массового обслуживания и применяется для рассмотрения упрощенных ¡идеализированных) систем. При этом предполагается, что входной поток в системе является простейшим (стационарный, оди.чарный, без последействия), вероятность поступления я нем задается формулой Пуассона, с время обслуживания предполагается подчиненным показательному закону.

В реальны;! системах характер входного потока и времени обслуживания ье всегда подчиняется этим законам, что затрудняет применение аналитического метода анализа систем массового оСсл/шйания обработки экспериментальных данных с произвольными законами распределения входных потоков и времени обслуживания, а в некоторых случаях делает его невозможным.

Поэтому для анализа и исследования сложных -систем вироко« распространение получили исходы моделирования (среди них -мгтод статистического (имитационного) моделирования), реализу« ыые на ЭВМ.

Сущность этого способа сводится к синтезу для исследуемого процесса моделирующего алгоритма, кмитируеаего поведение ] взликодейстаие элементов сложной системы с учетом случайны: возмулаюцих факторов. Иетод статистического моделирования пр1 исследовании автоматизированных систем и комплексов обработк эхепърдоентальных данных позволяет определить и оптимиэироват осночныв параметры эффективности различных вариантов построе ння этих систем, а также работоспособность систем при опреде ленных значениях параметров и начальных условиях, не требу >:р>| этом создания специальной аппаратуры для каждой новой эа

дачи по автоматизации экспериментов.

В основе методологии проектирования ИБС и комплексов использована имитационная модель, построенная на системном уровне в сочетании с идеей структурного подхода. Суть ее состоит з том, что система задается некоторой совокупностью моделей, каждая из которых описывает ее функционирование с точки зрения различных уровней абстрагирования. Для каждого уровня существует ряд характерных особенностей и переменных, законов и признаков, с помо'дыо которых описывается поведение системы. Выявление уровней детализации (декомпозиции), выявление особенностей и свойств системы на этом уровне, их описание являются основными проблемами методологии проектирования.

В этой же главе рассматривается формализация процесса обработки экспериментальных данных, где в модельном представлении снимок с пузырьковой камеры рассматривается как абстрактный носитель, в котором хранятся данные, состояние иэ блоков описания объектов типа "событие", "вершина", "трек", "репер", "титул"- и блоков значений указанных объектов, а извлечение информации со снимка как отображение з:Х->У множества идентификаторов объектов X во множество описаний и значений объектов где X и У1" е У представляют соответственно множество входов X и множество выходов V.

При такой формализации мы отвлекаемся от физической реализации системы и рассматриваем лишь еа структурные свойства. При этом процесс извлечения данных описывается однозначной функцией, <г.е, З-функцией.

Представление процесса первичной обработки снимков в вида конечного множества действий со всеми свойствами и отношениями между ними, отображенное на конечное множество распределенных в пространства элементов статики со всеми свойствами и отношениями между ними, позволяет использован, его ь качество концеп-гуальной основы для моделирования на всех уровнях. Это дает возможность проводить проектирование измерительно- вычислительных систем на единой основе, исследовать функционирование тес в целом и их отдельных фрагментов для выявления общих закономерностей их структурной организации и схем функциоиирова-1ИЯ.

На рис.1 изображена двухфазная модель системы массового >бслуживания, представляющая два варианта одноканалькой систв-

I- Вариант Pu с i

ir. g

AAfM %J YT

мы обработки снимков с трековых камер. Эта модель содержит две фазы обслуживания. Обслуживающими приборами первой фазы.(ОПц) являются ЭВМ первого уровня, которые обеспечивают взаимодействие с источниками заявок (измерительными проекторами), осуществляя прием, накопление и первичный контроль информации. Информация поступает с интенсивностью Х\ , где индекс указывает номер источника заявок. В результате обработки информации на первой фазе 0Пи формируется групповая заявка (ГЗ), характеризующаяся четырьмя параметрами t„ i, k, J, где t* - характеризует момент формирования заявки, i -номер прибора, к - тип заявки, j - количество заявок в группе. Сформированная групповая заявка ставится в очередь на обслуживание на второй фазе. Одновременно в очереди на обслуживание; может находиться не более одной групповой заявки каждого типа. Обслуживание заявок на второй фазе ОГЪ» производится в порядке их формирования на первой фазе, причем время обработки принимается распределенным по экспоненциальному закону. Групповая заявка считается полностью Обслуженной,.когда сна пройдет все этапы обработки, условием окончания которой является формирование события ядерного взаимодействия.

Второй вариант двухфазной модели . одноканаяьной системы обработки снимков ядерных взаимодействий С трековых камер отличается наличием выходного буфера для формирования и накопления групповых заявок, относящихся к одному события, По заполнении буфера формируется заявка "Буфер ОГЗ", которая характеризуется тремя параметрами: t, - временем формирования заявки,-' 1- номером обслуживающего прибора первой фазы и п - числом ОГЗ в буфере. В функции второй фазы обслуживания, в качестве которой на втором уровне также используется ЭВМ, входит прием и размещение во внешней памяти результатов первичной обработки снимков, проводимой на первой фазе, с последующим анализом экспериментальной информации.

В главе приводятся операторские схемы алгоритмов, на основании которых разработаны имитационные программные модули "MODEL" и "СОPOL I и II", с помоаью которых исследованы одно-канальные и многоканальные автоматизированные системы измерения и обработки снимков ядерных взаимодействий с пузырьковых камер.

диализу и исследованию измерительно-вычислительных си-

стен и комплексов посвяаена третья глава диссертации.

С помощь» имитационных моделей было проведено исследование многоканальной и однокан&льной измерительно-вычислительной систец обработки снимков ядерных взаимодействий с трековых камер.

На рис.2 приведены результаты исследования одноканальных систем. На рис.2а показана зависимость времени ожидания групповых заявок в очереди на второй фазе от числа обслуживавших приборов на первой фазе. Как видно из графика, при достаточно большом числе N качество обслуживания заявок остается в пределах допустимого. Коэффициент загрузки обслуживающего прибора Рз» (рис.20) при выбранных значениях т1 оказался сравнительно невысоким. Так, например, при N»16 и т'- -0.5 сек , рг» - 0.1 , т.е. загрузка равна ■ 10». На рис.2в-д приведены зависимости параметров показателей

качества функционирования ^«в'||ег* , и ра» от числа

обслуживающих приборов Н на первой фазе для второго варианта организации системы. Как видно из рисунка 2в, время ожидания заявок БОГЗ в очереди на второй фазе существенно меньше допустимого времени ожидания при достаточно больших значениях К. На рис.2г показана зависимость времени ожидания входной заявки на первой фазе г!™'" от числа N в момент формирования на обслуживающем приборе ОП( заявки БОГЗ,

На рис.2д поклзана загрузка обслуживавшего приОора на второй фазе в зависимости от числа обслуживавших приборов на первой фаза.Незначительная загрузка ОП;, при одновременном обслуживании около двадцати приборов на первой фазе оставляет возможность использования сзоОодкшг ресурсов ОП2, (ЭВМ) для решения других «ада«, связанных с анализом и обработкой экспериментально й информации.

В Даккой главе диссертации приводятся оптимизационны* показатели экономической эффективности измерительно- вычислительных систем первичной обработки снимков ядерных взаимодействий.

Кроме того, была определена эффективность каналов связи с точки зрения скорости передачи данных, пропускной способности и способов передачи данных По линии связи в системах Без буферизации, а также, были проанализированы основные параметры

Z*'0,5 се к rt 0,3 сек

ХЦ/еех

*е*с&огл *9

i0

ís*\%r\ tit'Шин

ffs*

гес

iíp •> Г гЗсек

tJHícsk

Ц $ té (6 16 ZI

_< I I »

M

Ч 3 të

го

tf . s Sees

t: В Icen

'i H S 8 iQ 12 (1 /« (в

Pu с. г

коммутирующей аппаратуры многомашинного вычислительного комплекса, к который относятся: время задержки, пропускная способность и коэффициент эффективности.

Проаеденные исследования явились основой при разработке концепции и методологии построения измерительно-вычислительных систем и комплексов £пя анализа и обработки экспериментальной мнформации. |

В четвертой главе рассматривается архитектура аппаратно-программных средств разработанных и созданных просмотропо-измерительно- вычислительных систем для проведения исследований с применением методики пузырьковых камер ив области, космических лучей.

' С развитием в стране микроэлектроники и появлением относительно недорогих микро-мини-ЭВМ возникла необходимость разработки и создания ногых автоматизированных просмотрово-намерительмо- вычислительных систем. Это обуславливалось еще и тем, что с переходом к изучению взаимодействий элементарных частиц при Солыъих энергиях возрастают требования/ предъявляемые * статистическим погрешностям экспериментальных даннчх, усложняется топология событий, регистрируемых • больших пузырьковых камерчх и гибридных грековых установках« что требует разработки и создания качественно новых систем анализа м обработки данных. Этим требованиям отвечают разработанные и созданный системы СОСИТ (система обработки фотоизображений трекоа) ч система просмотра и измерения "майки событие" с большой пузырьковой камеры "МИРАБЕЛЬ".

Преимуществом и новизной системы СОФИТ является архитектура и автономность ее исполнения! а, следовательно, возможность функционирования независимо от ЭВМ верхнего уровня. .При этом били разработаны и реализованы две новые уникальные компоненты системы - это устройство обработки импульсных сигналов (УОИС) и интерфейс параллельно-последовательного обмена -(ИЛПО), на чыеюате аналогов и отличающееся схемными решениями, элементной базой и конструкцией исполнения (рис.З).

Программное обеспечение автономной автоматизированной систем CO^tlT представляет собой специализированную функционально- ориентированную операционную систему реального времени, предназначенную для выполнения функций управления процессом измерения координат точек грека, сбора, накопления и пер-

[азу Л~1

цэвм

Т

И

V г

мультиплексор

УОЙС,

ИП4

7 ........

с * • Э-60

5

УОНСя

..! мп

МЪп

Рис.3 Система СОФИТ

Рис.Ч Система просмотровой информации

вичной обработки Данных. Структурная схема представляет трехуровневый набор операционных, управляющих и функциональных модулей. Это программное обеспечение было впервые реализовано «а микро-ЭВМ "Электроникл-60", не имевшей практически на то* период своей втагной операционной системы.

Выг.и разраСстгны и реализованы два варианта информационного обмена СОФИТ с ЭВМ верхнего уровня, в частности, с ЭВМ общего назначения и мики-ЭВМ, используемыми в качестве центрального вычислительного комплекса.

Для автоматизации режима просмотра данных с большой пузырьковой камеры "МИРАБЕЛЬ" была разработана и создана автоматизированная система, отличающаяся от подобных систем структурой построения аппаратно-программных средств, составом и конструкцией просмотрового стола и используемой мини-ЭВМ. Снимки с камеры "МИРАБЕЛЬ" состоят из восьми стереопроекций, имепт сложный характер ядерных взаимодействий и содержат большой объем информации для анализа. Поэтому возникает необходимость автоматизировать не только процесс измерения, но и процесс просмотра таких снимков с использованием вычислительной техники (рис.4).

При.разработке »этой системе предусматривалась возможность иэмеремия "маски события" (грубые измерения координат следов ядерных взаимодействий), что необхэддоо Для обеспечения измерения камернмх фотоснимков на Солее высокопроизводительных свтоматизирспанных установках. Для этого разработана аппаратура а стандарт« КЗДАК (САМАС-Computeг Application to Kea«ure-»ent and Control} с регистрирующими и управляющими иодуляии, а также устройства сопряжения с мини-ЭВМ и передачи информации на центральный вычислительный комплекс.

Программное обеспечение*системы производит сбор, накопление и контроль вводимой информации, обеспечивает диалог с оператором с помощью АЦД и осуществляет необходимые преобразования форматов данных.

В настоящее время исследования космических лучей продолжат* играть существенную роль в развитии физики частиц сверхвысоких энергий*. В целом, исследования особенностей взаимодействия частиц сверхвысоких энергий в космических луча» даыт существенный материал для решения основной фундаментальней проблемы физики - строения элементарных частиц, исследова-

ния а космических лучах проводятся как при регистрации широких атмосферных ливней (ПАЛ), так и при изучении семейства гамма-квантов с помощью рентгеноэмульсионных камер, которые представляют собой чередующиеся слои свинца и пакетов с фото-чувстэительными материалами! двухсторонней рентгеновской пленкой или ядерной фотоэмульсией. Для измерения и обработки данных с рентген- и ядерно-эмульсионных камер разработана автоматизированная измерительно-вычислительная система АС-РЭК, состоящая из двух подсистем (рис.5):

- подсистема измерения и первичной обработки данных с рентгеновской пленки по отдельным гамма-квантам (подсистема "ПАМИР") »

- подсистема измерения и обработки данных с РЭК (подсистема "АДРОНи-44). .

Измерительно-вычислительная система не имеет аналога, была разработана и создана впервые и позволила существенно поднять эффективность проводимых исследований. ,

Были исследованы точностные и эксплуатационные характеристики измерительно-вычислительных систем ССФИТ и АРМ-АДРОН на рбальных экспериментах. При этом были проведены измерения одних и тех же фотоснимков, полученных с двухметровой пропановой пузырьковой камеры и пятиметровой стримерной камеры магнитного спектрометра РИСК. Камеры экспонировались соответственно на пучках легких ядер углерода с энергией 4.2 ГэВ на нуклон на синхрофазотроне Лаборатории высоких энергий ОИЯИ и антипротонов с импульсом 40 ГэВ/с на Серпуховском ускорителе. Пространственное восстановление измеренных событий производилось с помощью соответствующих программ геометрической реконструкции на ЭВМ общего назначения в ИФ8Э НАН РК и а лаборатории вычислительной техники и автоматизации (ЛВТА) ОИЯИ.

- Оценка точности измерения координат точек треков для событий •ядерных взаимодействий, зарегистрированных на пропановой камере, проводилась путем сравнения вычислений значений х2 и V2 - характеристик разброса точек относительно трека для горизонтальной и вертикальной плоскостей (рис.ба-б). Как видно из рисунков, значения хг и мг , полученные по данным измерений треков на системах, находятся в допустимых пределах, и наблюдается их практическое совпадение.

Для событий ядерных взаимодействий с камеры РИСК сравни-

V ПО

SO

to -30

<0

fi 120

so

60

30

i., i_r-T-T г- ч

.■ST.

on- Lint

---- СОФИТ

S)

;

J—1___ . , !---.

i.O

ZJO.

3.0

4.0

го

3J0

Pue. 6 РаслреЗелонив числа mptxoS по motu. utmptHUf: a) S юp <jtau/гам каО плоскости S) i StpmuKaAbucú плоскости

<£*> i7>e

< £> 7 TiS

o t.o г.о >.o Pu с. 7 Корреляция iíM> вя <tfy

J , -a

0.03

о.ог

¿

(Г* t3~' £л,вги.ед. Рис. 3 Фднхциц Илиям* »S(6„; (а) и » EIS« :

Л«**)

--1-»_

Я»®((Г3 (Г* «Г, eoni-ty

в

валчсь значения импульсов Р, углов погружения X, азимутальных углов <р и резидиусов Rea для вторичных частиц.

Опыт использования системы СОФИТ-для серийного измерения следов ядерных взаимодействий на фотоснимках показал ее достаточную надежность и работоспособность.

На аьгоиатиэированной подсистеме APM-ADRON, входящей в состав АС-РЭК, с точки зрения оценки ее работоспособности были проведены расчеты электронно-фотонных каскадов {ЭФК). Для проверки работы подсистемы использовались S0 экспериментальных одиночных ЭФК, полученных"1 с РЭК N21/ которая экспонировалась на высоте 3340 метров.над уровнем моря.

На рис.7 показано сравнение значений энергий ЭФК, определенных ручным способом <Е»>. со значениями энергий, подсчитанными с помощью программы ADR0MI, <ЕМ>. на системе APM-ADR0Í!. Среднее значение <Е,> составляет 1.333 ТэВ, а <Еи>" - 1.362 ТэВ. Разница в их величинах появляется при счете треков, расположенных на границах окружностей. Точность определения энергии ЭФК <Е> с помощью программы ADRONI для данных диапазонов глубин и энергий ке хуже 4 % .Результаты исследований показали, что автоматизированную : измерительно-вычислительную подсистему APM-ADROM можно>ч использовать для определения энергий ЭФК при исследовании широких атмосферных Ливией космических лучей, сократив при этом время обработки в ■ 4-6 paa.'V

Пятая глава диссертации посвящена проблеме комплексной автоматизации процессов проведения экспериментов по физике полупроводников, в частности, для исследования полупроводниковых материалов и структур . Необходимость решения этой', проблемы определялась тем, что применение многообразие совАемен-ных методик исследования требовало усложнения экспериментов и испольауеыых установок, возрастания количества регулируемых и регистрируемых параметров и повышения точности И статистической достоверности результатов. Разработанный и созданный проблемно-ориентированный измерительно- вычислительный ^комплекс для исследования ПМС обеспечивает решение этих проблем.

Разработаны и созданы следующие измерительные подсистемы (рис.8):

1. АРМ нестационарной емкостной спектроскопии (АРМ-НЕС).

2. АРМ электрических, фотоэлектрических и оптических из-

мерений (АРМ-ЭФО).

3. АРМ для исследования шумов и переходных процессов (АРМ -ШПП) .

АРМ-НЕС является методо-ориентированной измерительной подсистемой, которая предназначена для измерения и обработки спектров динамической спектроскопии глубоких уровней (ДСГУ), изотермической временной зависимости нестационарной емкости (83НЕ) и определения параметров глубоких центроэ (энергии и сечения захвата носителей).

АРМ-ЭФО является объектно-ориентированной измерительной подсистемой, которая предназначена для измерения и обработки Статических вольт-амперных характеристик ВАХ I(V), температурной зависимости проводимости и фотопроводимости ТЗП» (Т), спектральных характеристик СХ S(M и спектрального распределения коэффициента логлооения СРКЛ (X) высокооыных ПИС с удельным сопротивлением р-Ю'-Ю" Ом-см.

АРМ-ШПП является методо-ориентированной измерительной подсистемой, которая предназначена для измерения и обработки автокорреляционной функции АХФ R(t), частотного спектра ЧС S(ju), спектральной плотности СП G(w) флуктуации тока и нааря жения ПМС, ВАХ I(V) с использованием характериографа ТР-4803 и передаточной функции ПФ р-п-переходов H{jw), переходных процессов при импульсном ППИВ и гармоническом зоэдействии I(t).

Било разработано и создано новое программное обеспечение проблемно-ориентированного измерительно-вычислительного комплекса для исследования полупроводниковых материалов и структур, состоявее иа системного и прикладного программного обеспечения.

Прикладное программное обеспечение реализовано с использованием языка высокого уровня Фортрян-IV и Макроассемблера.

Для распределения различных функций (измерение, обработка и т.п.) между ЭВМ проблемно-ориентированного ИВК ПМС разработана структура и организация данных, которая обеспечивает взаимодействие прикладных процессов (программ), расположенных как на одном, так и на разных уровнях комплекса, возможность автономной работы измерительных подсистем и сиятельного хранения больших объемов данных эксперимента в условиях ограниченного объема оперативкой и внешней памяти центральной и перифе-

рийной ЭВМ.

Этот комплекс разработан на основе иикро-иини-ЭВМ и аппаратуры в стандарте КДМАК. При этой были разработаны и реализованы новые функциональные модули КАМАК для АРМ-ов проблемно-ориентированного ИВК ПМС.

В этой главе диссертации приведены результаты исследования метрологических характеристик экспериментов по исследованию ПМС.

При исследовании метрологических характеристик рассматривался р-п-переход в кремний типа р-31, содержащий два глубоких центра с параметрами: ч

Е» -(0.25- ДЕ/2) ЭВ , Ег~(0.25+ ДЕ/2) эВ , °р1 " ° гг " Ю-'4 см"2 , - Ып - О.ОХЫн (Ыг «. Нк ) , где ДЕ - расстояние между глубокими центрами.

Соответствующая плотность электронных состояний в запрещенной зоне "

Ы(Е)"Кп 5(Е-Е1 ) + Ыи 6(Е-Е]) , где 8(.) - дельта-функция.

Моделирование проводилось для N„»100 и С0"1. Спектры ДСГУ и ВЗНЕ вычислялись с учетом динамических характеристик реальных измерительных каналов емкостного спектрометра (время дано в сек):

(О.г-Ю"'» 0.65'КГ1 ],

- С0.65'10-'| 2.0'Ю"1 ], 1*1,^г]"' » {2.0*10-'* 6.5*10*' ],

- С6.5-10"У г.0-Ю'1 I,

при различном уровне шума. Для реальных измерительных каналов уровень шума составляет 5»"10*' - 10"'

Схемы квазиреальных вычислительных экспериментов соответствуют типичным схемам измерения и обработки данных.

Результаты моделирования - функции влияния ДЕ(5„) и ДЕ(бк) - приведены на рис.9.

Самой низкой разрешающей способностью по энергии обладает традиционный метод ДСГУ: ДЕ(8„ -10"1) « 0.035ч эВ (кривая 1 на рис.За). Более высокое разрешение по энергии получено с использованием прямой аппроксимации спектра ДСГУ (кривая 2) и

при обработке ВЗКЕ (кривая 3) ДЕ(5П-1Э"3) * 0.020 эВ. Наилучшим энергетическим разрешением ДЕ(5„-10'5) * 0.013 эВ обладает МРТ (кривые 4 и 5). Область между кривыми 4 и 5 на рис.9а соответствует динамическому диапазону спектрометра ЕС-2, определенному временными окнами I и IV. Вертикальная линия 5, • 3.0 на рис.9а является границей устойчивости алгоритма МРТ.

Таким образом, с помощью функции влияния ДЕ(5„) для заданного уровня аума 5„ можно оценить предельное разрешение по энергии ДЕ близко расположенных глубоких уровней и , наоборот, зная ДЕ, можно определить максимально допустимый уровень шума 5,. Зависимость ДЕ (im) (рис.96) позволяет оценить диапазон значений 8К, где ошибка 6« не оказивазт заметного влияния на точность. Типичная зависимость а(5„), полученная в ходе вычислительного эксперимента, представлена на рис.9а (кривая 6). Результаты исследования метрологических характеристик созданного ИйК ПМС показали, что погрешности измерения находятся в допустимых пределах и при этом существенно повысилась статистическая достоверность полученных результатов.

Шестая глава диссертации посвящена разработке и созданию многомашинного вычислительного комплекса и локальных сетей ЭВМ в I1SB3 HAH PK.

Разработка и создание многомашинного вычислительного комплекса (МВК) и локальной сети ЭВМ с выходом в международную сеть обуалавливались необходимостью решения проблемы эавервекия технологического цикла анализа и обработки экспериментальных данных и доступа к мировым л национальным инфор-маиионно-ьичислительием ресурсам ведущих эарубегльсх ядерно-ф-дзичесхих центров.

По архитектуре КВК предстаоляет двухуровневую иерархическую структуру. На нижнем уровне " исг.ользовгиы микро-мини-ЭВМ, связанные непосредственно с измерительными установками, где производится накопление и предварительная обработка данных. Эти данные передаются по линиям связи через мультиплексор {коммутатор каналов связи ККС и коммутирующую аппаратуру КА) на верхний уровень, где осуществляется их окончательная обработка на центральной универсальной ЭВМ.

В этой главе диссертации приводятся описание и особенности схемных решений интерфейсов каналов обмена, а также структура и алгоритмы работы программного обеспечения, включая диагностические программы. Этот уникальный МБК отличается от вычислительных комплексов других ведущих физических центров составом ЭВМ, просмотрово-изыерительных проекторов и аппаратурой сопряжения.

разработанная и созданная коммутирующая аппаратура (рис.10| позволяет подключать разнотипные ЭВМ, для которых предусмотрен побайтный обмен и реализован интерфейс по принятому протоколу обмена.

Основными преимуществами и отличиями КА от подобных устройств являются:

- использование в составе коммутирующей аппаратуры УЭВМ;

- более полное использование' возможностей стандарта КАМАК, при более простой аппаратной реализации (все абонентские контроллеры идентичны) и упрощенном протоколе обмена информацией;

- возможность обмена информацией между абонентами как по дополнительным ("быстрым") магистралям обмена со скоростями, достижимыми каналами обмена самих ЭВМ, так и по _ магистрали КАМАК. Причем формат передаваемых данных может меняться (3-24 бита)|

- наличие схемы переменного приоритета в составе КА;

- возможность использования КА как в качестве коммутатора ЭВМ, так и мультиплексора передачи данных для любых других внешних устройств, работающих как источник или как преемник дискретной информации.

Программы анализа и обработки ядерных взаимодействий на фотоснимках с Пузырьковых камер являются сложным комплексом программ, требующих для своей работы быстродействующих ЭВМ с большим объемом оперативной памяти и развитыми внешними накопителями на магнитных дисках и лентах и использующих все ресурсы вычислительной машины.

Для решения этой проблемы была создана специальная библиотека программ обработки снимков, разработанная в ЦЕРИе и использовавшаяся с различной адаптацией во многих ядерных центрах, в том числе в ИФВЭ НАЛ РК.

Дальнейшим развитием многомашинного вычислительного ком-

V

-TFT-----

i

I

. 5?.

» 54*;-j; i < ¿=0 Ы Hi'

4>

0J.H3HOÇP dfiUPtV

V V

(USO лианoyy

V

a.

плекса для обработки экспериментальной информации является создание локальной вычислительной сети (ЛВС) с выходом а международные (глобальные) компьютерные сети. Создание ЛВС предусматривает не только преемственность анализа и обработки экспериментальных данных, но также и реализацию . возможности обмена информацией, доступа к системам республиканской и зарубежных телекоммуникаций, базам данных и вычислительным ресурсам. ■■

Локальная вычислительная сеть (рис.11) на основе высокопроизводительной ЭВМ и микро-мини- персональных ЭВМ пред-;ставляет собой звездообразную топологию, в центральном узле которой используется ЭВМ ЕС-1066.

Архитектура и технические параметры основной ЭВМ ЕС-1066 с ее операционной системой виртуальных машин (\М/БР, версия 5) позволяют построить звездообразную ЛВС с обеспечением доступа множества абонентов к ресурсам вычислительной машины.

Подключение микро-мини-ПЭВМ, к ЕС-1066 осуществляется через свободные каналы терминального комплекса ЕС-7920 с использованием специально разработанной плиты адаптера связи (А). . - ' '

Программное обеспечение позволяет использовать ПЭВМ в качестве интеллектуального терминала ЕС-1066, пересылать файлы между ПЭВМ и ЕС-ЭВМ в "прозрачной" и текстовых режимах со скоростью передачи данных до 10 Кслов/сек..

При реализации предлагаемой архитектуры локальной вычислительной сети рассматривались два варианта вы::ода в республиканскую и международные сети. В первом случае можно использо -вать коммуникационную подсистему, реализуемую на принципах пакетной коммутации. Подключение ЕС-1066 выполняется с помощью Модема- 2, который рбеспечивает передачу данных в соответствии с протоколами и рекомендациями МОС и МККТТ с процедурами X.25.X.28.Х.29 . Во втором случае связь осуществляется через персональную ЭВМ типа 1ВМ-РС/АТ и Модема-1, которые через телефонный канал могут подключиться в республиканскую > международные сети.

Для комплексной автоматизации экспериментальных исследований полупроводниковых материалов и структур была разработан; и реализована локальная вычислительная сеть на базе микромини-ЭВМ по радиальной структуре (связь типа "точка-гочка":

ВС ЕС- fOSó

В ЗУ

ЦП £C~¿36 6

СП ÉC-ISS&

пзв

¡¿С- ZÚ&Ü

\

\

£С-1310.04

ЕС- 7920. oí

пэш • о • пззм СИ-ПН * *

ЛВС,

3

ЗС

АППАРАТУРА

с CP3£í»¿

Спутниковый

модем

not>r¿

маршрутизатор

ЛВС л

СЕР&ВРп

ПОРТп

Межсетевой шлюз

1&М чн/н

сэ

а а □ а

ЛВС,

Яарифгрийны& ЭВМ

J

СЕРВЕР/

сэ

N»

ч>

Z

г

>

СЭ

ЛК/

ПКг

Pije. // ЛВС на Oir.ofc ЕС- WS6

Рис. л? ABC на сснобе ПК

е быхоЗом 5 мйжЗунароЗную сеть

(рис.8). На верхнем уровне в качестве основной анализирующей и обрабатывающей ЭВМ использована MSPA-125 (аналог CM—i), а на нижнем уровне - микро-ЭВМ, на основе которых созданы автоматизированные рабочие места физика-экспериментатора (АРМ). Связь между микро- и мини-ЭВМ осуществлена с помощью модулей скоростной передачи данных (МСПД), выполненных в стандарте КАМАК. Скорость передача данных составляет 19200 Сод/с. К МЕРА-125 подключены дополнительные алфавитно-цифровые дисплеи (АЦД) с помощью интерфейса последовательного обмена (ИРПС), что позволяет использовать из; в качестве удаленных терминалов центральной ЭВМ (на расстоянии до 500 м) в составе АРМ физиков-экспериментаторов для обработки данных параллельно с проведением эксперимента. Разработано специальное программное обеспечение сети в рамках международного стандарта ISO, где рассматриваются четыре уровня сети: физический, информационный, сеансовый и прикладной.

В последние годы для обработки экспериментальной информации явно наметился переход от Оольших ЭВМ, характеризующихся недостаточной гибкостью и высокой стоимостью, к более гибким и менее дорогим вычислительным системам в виде локальной сети на Сазе персональных компьютеров и рабочих станций.

Для обеспечения преемственности анализа и обработки информации в институте на основе ПЭВМ реализована ЛВС "клиент-сервер" с шинной топологией, на базе стандартного интерфейса Ethernet и операционной системы NetWare 3.11 с последующим переходом на ОС Unix Hare* ,

ОС Unix Ware позволяет организовать многопользовательский и многозадачный режим для файлового сервера и использовать его s качестве вычислительной ЭВМ. ОС Onix Kare сохраняет ¡среду DOS и WINDOWS к позволяет использовать достоинства как ОС -UNIX, так и сетевой ОС NetWare модификации 3.11 и выше. Это важно еще потому, что необходимо, обеспечить выход а международную сеть, в частности, INTERNET, где на верхнем уровне межсетевого обеспечения используется протокол TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol), работающий в среде ОС UNIX. Кроме того, на рабочей станции SunSPARC station ист пользуется эта операционная система, .

Выход ЛВС на международную сеть может быть осуществлен (рис.12) через распределительное устройство (межсетевой узел),

маршрутизатор, модем и аппаратуру наземной спутниковой связи. Предлагаемый проект дает возможность подключения ЛВС лругих организаций (отдельных сегментов общей ЛВС) через специальные интерфейсы (порты), обдай маршрутизатор и спутниковую аппаратуру. По такой схеме реализуется проект INTAS, объединяющий многие ядерно-физические центры в глобальную сеть INTERNET. В этом проекте в качестве маршрутизатора используется CISCO-2511 с двумя высокоскоростными последовательными интерфейсами, одним ээернетовским интерфейсом для локальной сети организации и шестнадцатью асинхронными портами - интерфейсами со скоростью до 115 кбит/сек, спутникового модема SDM-100 и наземной станции "КЕДР-М" с каналом 64 кбит/сек. Для управления сетью и использования в качестве сервера локальной сети в рамках проекта поставляются две рабочие станции SunSPARC station (модели 5 и 20). Эеыная станция имеет диаметр системы 4,8 и И можег обеспечить скорость передачи 64-40S6 кбит/сек. Проект INTA3 использует в качестве спутников - ретрансляторов С FT?) Два российских спутника "Радуга" - 35 и 45 градусов восточной долготы.

Реализация этого проекта планируется ц 1996 году в ИФВЭ HAH PK, при этом должны быть обеспечены связь института с научно-исследовательским физическим центром Германии (DE3V, Гамбург) и подключение в INTERNET через немецкую сеть DFN.

Реализация проекта выхода в международную сеть INTERNET через станцию спутниковой связи дает эозможность институту подняться на современный высокий уровень анализа и обработки экспериментальной информации и участвовать в международных : проектах в области физики высоких энергий и прикладных областях исследований, Я также самым тесным образом сотрудничать с ведущими зарубежными ядерно-физическими центрами.

Z заключении приведены основные результаты и выводы диссертационной работы, которые сводятся к следующему:

1. Впервыз s Казахстане разработан и создан центр обработки информации с трековых камер.

2. Предложена концепция и методология проектирования и исследования измерительно-вычислительных систем и комплексов с использованием метода имитационного моделирования. Произведена формализация процесса обработки данных на снимках с трековых камер и разработаны моделирующие алгоритмы . функционирования

■n

процесса анализа и обработки экспериментальных данных в одно-канальных и многоканальных системах и соответствующие программные модули.

3. Проведено исследование измерительно-вычислительных комплексов с г.омоцью имитационного моделирования, проанализированы и определены качественные и оптимизационные параметры многоканальных и одноканальных систем. Результаты исследований послужили основой проектирования автоматизированных систем для измерения и обработки трековой информации.

На основе микро-мини-ЭВМ разработаны и созданы проблемно-ориентированные просмотрово-измерительно-вычислительныа системы, работающие в "on-line" режиме, позволившие автоматизировать трудоемкие процессы, существенно поднять производительность и эффективность проводимых исследований при высоких и сверхвысоких энергиях. При этом:

а) впервые на основе микро-ЭВМ и полуавтоматических измерительных проекторов для измерения и первичной обработки камерных снимков создана автономная система СОФИТ с децентрализованной независимой структурой, разработаны и созданы уникальные модули аппаратуры сопряжения, отличающиеся универсальностью, схемным решением и конструкцией исполнения»

б) одной из первых на основе просмотровых столов и мини-ЭВМ разработана и создана система, где автоматизирован режим просмотра экспериментальной информации, получаемой с больших пузырьковых камер;

в) разработана и создана автоматизированная просмотрово-измерительно-вычислительаая система АС-РЭК для обработки данных с рентген-эмульсионных камер для проведения исследований в области космических лучей;

г) разработан и реализован комплекс программ просмотроео-измерительно-вычислительных систем, обеспечивающих сбор, накопление и первичную обработку информации, получаемой с трековых установок;

р) исследованы и произведены оценки точностных и эксплуатационных характеристик измерительно-вычислительных систем СОФИТ и APM-ADRON для проведения экспериментов в области физики высоких энергий и космических лучей; полученные результаты показали согласие с экспериментом в пределах допустимой погрешности .

5. Разработан и создан проблемно-ориентированный измерительно-вычислительный комплекс для проведения исследований полупроводниковых материалов и структур. При этом:

з) разработаны и созданы автоматизированные рабочие места (АРМы) физиков-экспериментаторов, ориентированные на проведение широкого класса экспериментов в области физики полупроводников;

б) разработаны и реализованы новые функциональные модули для АРМ-ов проблемно- ориентированного ИВК ПМС;

в) исследованы метрологические характеристики измерительно-вычислительных систем, в частности, А^И-ов по исследовании полупроводниковых материалов и структур.

6. Ра?работаны и созданы прикладное программное обеспечение и инструментальные программные средства измерительно-вычислительного комплекса на основе микро-мини-ЭВМ , обеспечившие проведение экспериментов по исследованию полупроводниковых материалов и структур.

7. Разработан и создан уникальный многомашинный вычислительный комплекс, обеспечивающий завершение технологического цикла анализа и обработки экспериментальной информации. Выбрана и обоснована структура функционально распределенной системы обработки ядерно-физической информации на основе МВК с децентрализованным управлением. При этом;

а) разработан и создан комплекс аппаратуры многомашинного вычислительного комглекса, включаккчий устройства сопряжения (интерфейсов) каналов обыенд, две разновидности коммутирующей аппаратуры (мультиплексора) и систему автономной памяти;

б) проведен анализ основных характеристик технических средств измерительно-вычислительного комплекса, исследованы методы и средства сопряжения измерительных устройсть с ЭВМ, произведена оценка эффективности работы каналов обмена и ком-иутируюаей аппаратуры;

в) разработаны протоколы обмена информацией в многомашинном вычислительном комплексе, алгоритмы их взаимодействия, единые для эсех типов ЭВМ, позволиввие осуществить простую аппаратно-програ1:мную реализацию МВК.

8. Разработаны и реализованы локальные вычислительные

сети:

- ЛВС на основе иикро-мини-ЭВМ и аппаратуры ь стандарте

КАМА!: для исследования полупроводниковых материалов и структур;

- разработан проект ЛВС на основе микро-мини- персональных ЭВМ и ЭВМ общего назначения с выходом в международную сеть;

-реализована ЛВС на базе персональных компьютеров, обес-печивг.лч преемственность анализа и обработки экспериментальной информации;

- разработан и реализуется проект локальной вычислительной сети на основе персональных компьютеров и рабочих станций с выходом в международную сеть ' "ИНТЕРНЕТ" с использованием спутниковой связи (проект "ИНТАС").

9. Концепция и методология построения аппаратно-програм-тных средств измерительно-вычислительных систем были использованы при создании автоматизированных установок в прикладных областях исследований, а программы анализа и обработки, написанные на языке высокого уровня, адаптированы и использованы при переходе на современные ЭВМ.

С использованием созданных автоматизированных систем и комплексов в ИФВЭ НАН РК проводились обработка и анализ физической информации, полученной при облучении различных трековых детекторов пучками частиц и ядер на "крупнейших ускорителях. Разработки нашли также применение при проведении исследований в области космических лучей, при определении свойств полупроводниковых материалов и структур.

Результаты разработок по созданию многомашинного вычислительного комплекса были удостоены бронзовой медали ВДНХ СССР, а физические результаты, полученные при исследовании аморфного кремния с помощью автоматизированного комплекса, удос.тоены Республиканской премии комсомола.

В результате проведенных разработок и исследований диссертанта была решена проблема измерения, анализа и обработки экспериментальной информации, получаемой при проведении экспериментов в области физики высоких и сверхвысоких энергий и физики полупроводников в ИФВЭ НАН РК.

Основные научные физические результаты, полученные в ИФВЭ НАН РК с использованием созданных измерительно-вычислительных систем и комплексов и акты внедрения приведены в приложении.

Содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. М.А.Ташимов. Состояние и развитие систем автоматизации обработки данных с трековых камер в ИФВЗ АН КазССР. В кн.! Неупругие взаимодействия адронов и ядер при высоких энергиях. Алма-Ата, 1981, вып. 2, с.109-137.

2. Ю.А.Емельянов, В.М.Иваненко, М.А.Ташимов и др. Автоматизированная система обработки данных с рентген-эмульсионных камер (АС-РЭК). Препринт ИФВЭ 88-03, Алма-Ата, 1988, 23 с.

3. Ю.А.Еременко, Т.Х.Садыков, М.А.Ташимов и др. Автомати-. зированная подсистема обработки данных с фотоядерной эмульсии.

В кн.! Научные приборы и автоматизация научных исследований. ИЗД; Гьшым, Алма-Ата, 1992, с.3-11.

4. М.А.Ташимов. Создание центра обработки информации с трековых камер ь ИФВЭ АН КазССР. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Сообщение ОИЯИ 10-9480, Дубна, 1976, 16с.

5. К.М.Доешанова, К.Елубаев, М.А.Тапимов и др. Автоматизированные просмотрово-изиерительные системы для анализа и обработки трековой информации. Известия АН КазССР, серия физмат., Науке, 1987, N6, с.62-66.

6. Е.В.Лобанов, Б.Н.Лян, М.А.Ташимов. Некоторые вопроса построения автоматизированных систем физичесхих экспериментов. Материалы XVIII Всесоюзной школы по АНИ. Алма-Ата, 1985, вып.И, с.72-75.

7. М.А.Ташимов.Автоматизированные системы и комплексы, для обработки экспериментальных данных. Алма-Ата, Наука КазССР, 1990, 227с.

8. М.А.Ташимов, К.М.Досоанова, А.П.Кока и др. Автоматизированные "роблемно-ориентированнЫе системы и комплексы для сбора и обработки данных экспериментов. В кн.! Научные приборы и автоматизация научных исследований. Алма-Ата, Гьшым, 1992, с.61-71.

9. К.М.Досоанова, А.П.Кок», М.А.Ташимов и др. Архитектура проблемно-ориентированного комплекса для исследования полупроводниковых приборов м структур. Ж. Изв. АН КазССР серия физ-мат., 1987, N6, с.66-71. *

10. М.А.Ташимов, К.М.Досшанова, А.П.Кока и др. Автокати- ' зировалные проблемно-ориентированные системы и комплексы для сбора и обработки данных физических экспериментов. Тезисы докладов IV Всесоюзной школы по автоматизации исследований в

ядерной физике и астрофизике. Ужгород, 1990, с.30-31.

11. К.М.Досшанова, Л.П.Кока, М.А.Таиимов. Организация распределенной обработки данных в экспериментальных исследованиях полупроводников. Материалы VI Всесоюзного симпозиума по модульным ИВС. Вильнюс, 1987, с,102-104.

12. К.М.Досшанова, Х.А.Абдулин, М.А.Ташимов и др. Автоматизированный емкостной спектрометр. Препринт ИФВЭ АН КазССР N87-07, Алма-Ата, 1987, 34с.

13. А.П.Кока, Б.В.Лобанов, Ы.А.Ташимов и др. Архитектура автоматизированной системы для измерения и анализа вольтампер-иых характеристик фотодиодов. Материалы XVIII Всесоюзной школы по-АНИ..Алма-Ата, Наука КазССР, 1984, с.131-135.

14. С.Б.АЭдулгафаров, А.П.Кока, М.А.Ташимов и др. Автоматизированный комплекс для исследования высокоомных полупроводников. птэ,Ж.Приборы и техника экспериментов,1989, N4, с.215-217,Москва

15. А.П.Кока, И.К.Сыргабеков, Ы.А.Ташимов и др. Автоматизированная установка для исследования шумовых характеристик полупроводниковых приборов. В кн.: Научные приборы и автоматизация научных исследований. Изд. Тылым", Алма-Ата, 1992, с.51-56. / • ' \

16. С.Е.Абдулгафаров, А.П.Кока, М.А.Ташимов и др. Автоматизированный комплекс для исследования высокоомных полупроводников АКИВП-1. Препринт ИФВЭ АН КазССР N87-06, Алма-Ата/ 1987, 9с. '

17. М.А.Ташимов, С.Н.Токарев, - Ю.В.Горелкипский и др. Автоматизация процесса измерения ЭПР-спектров в магнисорезо-нансной томографии. В кн.! САМАС-91. Тезисы докл. VIII Между. народного симпозиума по проблемам модульных информационно-

вычислительных систем и сетей. Дубна, 1991, с.71.

18. Е.В.Лобанов, П.С.Саыарцев, М.А.Ташимов и др. Многомашинный комплекс для обработки информации в ИФрЭ АН КазССР. Материалы X Всесоюзного совещания по автоматизации научных исследований в ядерной физике, Киев, 1976, с.81-82.

19. Б.В.Лобанов, К.Г.Сатиев, М.А.Ташимов и др. Структура многомашинного вычислительного комплекса ИФВЭ АН КазССР. Известия АН КазССР, серия физ-мат., Алма-Ата, 1980, N2, с.52-53.

20. Б.В.Лобанов, П.С.Самарцеа, М.А.Ташимов и др. Аппаратура многомашинного вычислительного комплекса ИФВЭ АН КазССР,

Препринт ИФВЭ 82-05, Алма-Ата, 1982, 25 с.

21. Е.В.Лобаноз, П.С.Саяарцев, М.Л.Ташикоа и яр. Организация взаимодействия ЭВМ в многомашинном вычислительном комплексе ИФВЭ АН КазССР. Материалы IX Всесоюзного совеиания по автоматизации научных исследований в ядерной физике. Алма-Ата, 1978, с.241-242.

22. Е.В.Лобанов, Б.Н.Лян, М.А.Ташимов и др. Развитие мно-гомаиинного вычислительного комплекса ИФВЭ НАН РК. Материалы XVI всесоюзной школы по АНИ. Горький, 1982, с.бб-бЭ.

23. М.А.Тагаимов, И.Я.Часников. Автоматизированные системы измерения, анализа и обработки экспериментальных данных в ИФВЭ АН КазССР. Ж.Управляющие системы и машины, 1985, с. 90-94 , k'unS,

24. Е.З.Лобанов, Б.Н.Лян, М.А.Ташиыоч. Некоторые вопросы комплектирован«* ЭВМ. В кн.: Автоматизация физического эксперимента и приборы для научных исследований. Изд. Наука КазССР, Алма-Ата, 1984, с.11-29.

25. M.A.Tashimov, Ï.N.Tokarev, К.M.Doashanova, S.T.Daul-bayeva. Architecture oi local information computer network on base of US-1066. В кн.: V Международная окола-семинар Автоматизация исследований в ядерной физике и астрофизике, РАН МТУ (тезисы лекций и докладов), М., 1992, 32с.

26. M.A.Tashimov, Ï.N.Tokarev, К.M.Dosshanova, S.T.Daul-baeva. Architecture of local information corcp-Jter network on base of VS-106S. В ки.: Interactions of Particles and Nuclea at High and Superhich Energies. Procecdings of HEPI NAS RK. Almaty, 1993, p.291-296. -

27. К.Елубаеа, Б.Н.Лян, M.А.Ташимов и др. Архитектура автономной системы обработки фотоизображений с трековых камер СОФИТ. В кн.: Автоматизация физического эксперимента и приборы для научных исследований. Изд. Наука КазССР, Алма-Ата, 1984, с.29-40.

28. М.Д.Джанбусинова, П.С.Самарцев, М.А.Таиимов и др. Программное обеспечение каналов ЭВМ в многомашинном комплексе ИФВЭ АН КазССР. Препринт ИФВЭ 82-07, Алил-Ата, 1982, 23с.

,29. К.М.Досканова, А.П.Кока, М.А.Ташимов и др. Программное обеспечение двухуровневого комплекса для исследования полупроводников. В кн.: Модульные информационно-вычислительные системы. Тезисы докл. VII Всесоюзного симпозиума, Новосибирск, ИЯФ СО АН СССР, 1989, с.110-111.

30. ¡О.В.Горелкинский, А.П.Кока, М.А.Ташимов и др. ЭПР-томография: расчет магнитных систем. В кн.: Научные приборы и автоматизация научных исследований. Алма-Ата, Гьшым, 1992, с.44-51.

31. ХЗ.В.Горелкинский, А.П.Кока, М.А.Ташимов. Восстановление пространственных распределений параметроь центров со сложной структурой спектра ЭПР. Изв. АН КазССР, серия физ.-мат., 1989, N4 (147), с.22-27.

32. Е.В.Лобанов, Б.Н.Лян, М.А.Ташимов. Анализ структур некоторых систем автоматизации физических экспериментов. В кн.: Материалы III Всесоюзного семинара по АНИ. Тбилиси, 1984, с. 192-193.

33. Е.В.Лобанов, Б.Н.Лян, М.А.Ташимов. Алгоритм одной модели системы сбора и накопления данных. Материалы XII Всесоюзной конференции по АНИ. Тбилиси, 1978, с.10-11.-

34. А.В.Егороь, Е.В.Лобанов, М.А.Ташимов и др. Моделирование многомашинного комплекса fIi>B3 АН КазССР. Материалы II Всесоюзного совещания по АНИ в ядерной физике. Алма-Ата, 1978, с.241-242. '

35. E.G.Boos, V.V.Saraojlov, M.A.Tashlmov, T.Temiraliev. Multiplicities and forward correlations in pp-interactions at 22.4 Gev/c. ( Alma-Ata-Dub na-hel aiiiki-MosSov-Pruque-Çollabo-ration). Preprint Б 1-10423, Dubna, 1977.

36. A.M.Dunaevskii, Yn.A.Emelyanov, M.A.Tashlmov et al. The Nuclear-'ellectromagnetic atmospherics coscades and scaling freaking at E >10 tev. 15th International Cosmic Ray conference, -.Plovdiv, Bulgaria, 1977, t.7, p.337-343.

37. Zh.Zh.Musulmoribekov, N.N.Nurgozin, M.A.Tashiinov et ai (SCM-200 Collaboration). Determination of cross sections for C-nuclens interactions at 4.5 Gev/c per insident nubleon momentum; Preprint Dubna,. E 1-12713 VIII International conference on High Energy Physics and .Nuclear Structure, Vancouver (Canada), August 1979.

38. Zh.Zh.Musulmonbekov, H.H.Hurgozin, M.A.Tashlmov et al (SCM-200 Collaboration). Streamer chamber study of the cross sections and multiplicités in. nucleus-nucleus interactions at the incident momentum of 4.5 Gev/c per nuclean. Kuclears Physics A 348, 1980, p.518-534.

39. М.А.Ташимов. Разработка и создание локальных

вычислительных сетей ЭВМ для обработки экспериментальной информации в ИФВЭ HAH PK. Препринт ИФВЭ HAH PK 95-Э, Алиаты, 1995,40с.

Тэш1мсв Малай Элкеулы "Тэжрибел1к мэл1иеттерд! талдау yniH мэселчл!к-багдарламалык олшеп-есептеу жуйес1н жане комплекстер1н зерттеп дайындау хлне жасау". Такырыбынан 05.13.13 " Есептеу маоикалары, жуйелер! жэне торабгары (математикалы^, багдарламалык жэне техникалык, камтасыз ету)" мамандыгы бойынша техника гылымдары докторы дэрежес!н коррау диссертациясы.

Диссертацияльп^ жумыста KP УГА ЯЭФИ-да жогэры энергиялык, физика, гарыштык сэулелер жэне жар тыл а С. етк1зг1штер физикасы салаларындагы ядролык, физика тэжрибелер1ндег! мэл!меттерд1 талдауды автоыаттандыру уи!н твжрибел!к аппаратуралары мен кэз1рг1 электрондых есептеу мапинасынын нег!з1нде И»селел1к-0агдарламалы1^ влшеп-есептеу жуйес!ч, комплскстерхн жэне жел!яер1н курыл ж.вгау аркылы зерттеп дайындлуды^ жэне аерттеуперд1ц Heriari нэтижелер1 жина^тап »^орытылады.

влшеп-есептеу жуйес1мен ксмплекстерд! жасаудыц каридаларь. мен метояологичсы, ел1ктвп-ыоделдеу твс!л1н пяйдаланып оларцы зерттеуд1ц »¡ортындысы, сонымен 1^атар сапалылъщ параметрлерх мен ывтрологиялыц сипаттамаларын багалау ^лрастырилады.

Жасалынган влшеп-еселтеу жуйес! мен комплекстерд1ц архитектурасы мем курылымы, олардыи annapaTTbivnP3rPaittlaTOJN цуралдары ;мул»типлексорлар, интерфейстер жэне баскалары), сонымен катяр твжрибел1к мэл1иеттерд1 талдау жэне эерттеп-дайындаудап прогрьммалык, жабдыгы келт!р1лея1.

Dissertatior on ths theme "Elaboration and creation of problem - oriented measuring-calculating systems and complexes for prossecing oi an experimental information" for presenting

Tashimov Malai Alkinich

ад

the thesis ¿or a degree of doctor of Technical sciensis on the speciality 05.13.13 - "Computer engineering, computer system and networks (mathematical, soft- and hardware)".

In the dessertation the main results of elaboration and researches on creation of problem-oriented measuring and calculating systems, complexes and networks are generalized on the basi- of experimental apparatus and modern computers for automated processing of information in nuclear-physics experiments in the field of high-energy physics, cosmic rays and 3emi-conductors physics in HEPI NAS RK.

The conception and methodology of the construction of measuring-calculating systems and complexes and results of the investigation with using of the method of imitational simulation, and, also, an estimation of qualitative parameters and metrological characteristics are considered. There are presented an architecture and a structure of the created measuring-calculating systems and complexes, their apparatus-programme means (multiplexors, interfaces and others) and, also, a software for an analysis and processing of an experimental information.

Ш1 "Принт" И0ВЗ HAH PK,480082, Алиагы Подписана & дечаг* 13.02.19% г. Заказ Is 6. Буивга тип. 60x8^/16 1-ирек 100. Усл.п.л. 2,5