集中式、分布式计算机控制系统真题精选.docx
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集中式、分布式计算机控制系统真题精选
[填空题]1什么是分散式控制系统?
参考答案:
分散式控制系统(DecentralisedControlSystem),指的是多机系统,即多台计算机分别控制不同的对象或设备,各自构成子系统,各子系统间有通信或网络互连关系。
从整个系统来说,在功能上、逻辑上、物理上以及地理位置上都是分散的。
以计算机网络为核心组成的控制系统都是分散式系统。
[填空题]2分布式控制系统有什么优点?
参考答案:
分布式控制系统的优点如下:
(1)性能价格比高。
采用低价的微机构成高性能的系统,与同样功能的大、中型计算机相比,分布式多微机系统的价格仅为1/3~1/40,
(2)资源共享。
系统中的数据、程序、外设等资源都可由各子系统共享,这也是提高性能价格比的重要方面,同时也增加了系统的适应性与灵活性。
(3)采用模块化结构,使系统容易实现通用化与系列化,系统的扩充也很方便,还可以对系统进行重构,实时地动态分配与管理系统,以适应不同环境和用户的要求。
(4)可靠性高。
子系统故障一般不会影响全局,可由其它子系统以“容错”方式带故障运行。
各子系统间还可互相诊断、检测和保护,从而提高了整个系统的可靠性。
(5)响应速度快。
可通过并行处理或各子系统分别处理来实现快速响应。
集中式控制则采用分时处理方式对多个对象的申请按优先级排队响应,往往滞后与等待时间较长。
[填空题]3什么是树形系统(分级分布式系统)结构?
其有什么特点?
参考答案:
分级分布式系统的拓扑结构呈树状结构。
如图6—1所示。
在这种结构中,各计算机之间存在着较明显的层次关系,通常最下级的计算机执行数据的采集功能;中间级计算机执行数据的加工和控制功能;而高层计算机则根据下级计算机所提供的信息,执行综合处理功能.进行管理决策。
分级分布式计算机控制与管理系统具有结构简单的优点,并且常常与实际控制与管理系统中的层次关系相对应。
其缺点是计算机之间的信息传送必须经过高层计算机进行转发;通信线路的数目较多,影响到系统的经济性和响应时间;最高层计算机的故障会对系统产生严重的影响。
通常在计算机数目较少以及层次不多时(如2至3级),可考虑采用这种结构。
若和其它结构结合起来,则可适用于更复杂的多种控制与管理系统。
[填空题]4环形结构与总线式结构的主要区别有哪些;
参考答案:
环形结构与总线式结构的主要区别有:
(1)在拓扑结构上,“环”是封闭的,总线一般是非封闭的。
(2)总线上信息的传送是“广播式”的,环上信息的传送是“驿站式(接力棒式)”的。
(3)在同一时刻,总线上只允许传送一个信息,而在同一时刻,环形通路上有可能传送多个信息。
[填空题]5分布式计算机与管理系统有哪些层次?
参考答案:
分布式计算机控制与管理系统的功能具有明显的层次性,如图6—7所示,此类系统一般具有4个层次,由下而上依次为直接控制、局部分系统控制、厂区控制、信息管理。
⑴处于最低层的直接控制级用于传感器数据的采集,执行机构和简单设备的控制等,计算机直接处理以二进制形式表示的原始数据;⑵局部分系统控制层用来控制比较复杂的设备或对若干个设备进行综合监控。
所交换的信息通常是某些命令或报警显示信息等;⑶厂区控制级用于整个工厂的控制,如能源的最佳利用、生产计划的编制和调度以及与中央控制室之间的通信联系等。
所传送的信息除了命令、报警、显示之外,还包括一些统计信息。
⑷最高层是信息管理级,其功能包括生产指标的分析、市场预测、经济活动分析、经营决策等等。
信息的交换通常以文件的形式进行。
[填空题]6分布式系统的结构类型应怎样来选定?
参考答案:
几种互连结构在性能上各有千秋。
在一个具体的应用环境下,究竟选用何种分布式系统结构,是一个比较复杂的问题,涉及因素较多。
一般说来,主要取决于具体应用环境的特点和在该环境下哪些性能是应该侧重考虑的。
通信对于一个具体的应用环境来说,可能同时有几个可供选择的互连结构方案,这时往往要综合权衡各方面的因素,从中再进行取舍。
如从可靠性角度考虑,全互连结构或部分互连的报文交换网络结构占有一定优势;但在许多生产控制与管理的功能有比较明显的层次性的用户,树形的分级分布式计算机控制与管理系统便是一种很自然的选择方式;而在一些数据采集与控制系统中,各传感器与输入设备互相之间通常没有数据通信要求,在这种情况下,采用分级分布式结构是比较合适的,在有些要求可靠性、可用性比较严格的应用场合,可以采用冗余技术来提高分级分布式系统的性能;近来,随着微型计算机的局部网络的迅速发展,使得总线式和环形结构逐渐成为分布式计算机控制与管理系统中占主导地位的互连结构;最后,互连结构的选择与硬件的工艺水平也是有密切关系的,随着半导体集成电路工艺技术的进展,计算机的可靠性已大大提高。
因此,即使从互连结构角度考虑可靠性较差的星形结构,在硬件可靠性提高后,往往也能满足许多应用环境的要求。
总之,适用于控制与管理的分布式计算机系统结构是多样化的。
对于一个具体的应用系统来说,有多个可供选择的系统结构方案,它们各具特色,又很难进行定量比较,必须综合权衡各方面的因素,才能进行选取。
在有的应用系统中,还把几种不同的互连结构综合在一起,形成一种新型的或组合式的系统结构,使它兼顾几种结构的优点。
例如有的分级分市式系统中采用了多层次的总线式结构,各层次的上位机与多台下位机之间的通信由共享总线来完成,从而使系统兼有树形结构与总线式结构的长处。
[填空题]7局部网络的信息送取控制方式可以分为哪两种?
参考答案:
局部网络的信息送取控制方式可以分为集中式和分散式。
集中控制方式是指网络中有单独的集中控制器,由它控制各节点间的通信。
星形和树形结构便采用集中控制方式,控制权集中于星形结构的中央节点或树形结构的根节点(上位机)。
分散控制方式是指网络中没有集中的控制器,各节点之间的通信由分散于各节点中的软件和硬件电路来控制。
总线式和环形结构中很多都采用分散控制方式。
[填空题]8环路令牌控制的信息帧格式是怎样的?
信息是怎样存取的?
参考答案:
环路令牌控制的信息帧格式如下:
当源节点发出一帧信息后,同时将令牌字段中最后一位(“令牌位”)置1,表明其占有令牌,此信息帧即可绕环传送。
到达目的节点后,将有效信息复制下来(接收信息),并将ACK(肯定回答)置1。
此帧信息传回源节点后,即可确认其有效信息字段已被接收(复制),随即将其余信息移走,并将令牌位清0,使之成为空令牌,再绕环运行,其余节点在持有此令牌后、即可按上述方式发送信息。
[填空题]9在总线式网络中,控制信息送取的方法有哪些?
参考答案:
(1)载波监听多路送取/冲突检测方法(CSMA/CD,CarrierSenseMultipleAcceess/ConllisionDetect)。
(2)多级多路排序送取方法(
MLMA.。
(3)同步控制方式。
第一种方法是总线令牌方式,令牌按某种预定方式逐站通过,持有令牌的站有权发送信息至总线上。
令牌控制方式实时性较好,对于所传送的信息可以根据具体情况引入优先权级别,但通信管理比较复杂。
这也是一种常用的分散控制方法。
第二种方法类似于环形结构中的信息槽控制方法,称为时间片法或时间分割多路送取/请求分配(TDMA/
DA.方法。
每个站有规定数量的时间槽位,在总线上按“时间”平均分配。
[填空题]10开放数据网络中标准通信协议由哪几层组成?
参考答案:
国际标准化协会(ISO,InternationalStandardOrganization)制定的开外放性数据互连(OSI,OpenSystemInterconnection)标准通信协议由7层组成,自下而上依次为;物理层、链路层、网络层、传输层、会议层、表示层和应用层〔如图6—12所示〕。
[填空题]11请画出以太网组成的简图。
参考答案:
[填空题]12分布式计算机控制系统的设计大体上分成哪几个阶段?
各个阶段主要解决哪些问题?
参考答案:
分布式计算机控制系统的设计大体上可分为三个阶段。
第—阶段是系统分析与方案论证阶段。
这一阶段的主要工作是调查研究和分析用户对系统的需求,即系统应具有的功能与主要性能指标,针对被控对象的数学模型,提出分解、简化与协调的方案,同时对系统结构、计算机选型、网络通信、所选用的程序设计语言等方面,也应提出明确的意见。
第二阶段是系统设计阶段。
针对所论证的方案,进行系统设计,包括各子系统的软件与硬件设计、网络通信系统设计和总体结构设计等。
第三阶段是系统总体评价、分析与协调阶段。
将各分系统的设计汇总后,进行总体的性能评价和综合分析,再进一步协调或重新设计,甚至重新选定方案,直到达到指标要求为止。
经过这三个阶段的工作,就可进入系统的调试与试运行阶段。
[填空题]13双机热备用系统与双机冷备用系统相比,各有什么优缺点?
常用哪种双机系统?
参考答案:
双机热后备是两台计算机同时工作,可以执行不同的任务,其中一台是执行主要任务的工作机,另一台是执行辅助任务或处于待命状态的热备用机。
工作机出现故障,热备用机很快即可接替其工作。
双机冷后备系统是一台计算机工作,另一台并不接电,待工作机出现故障后再行投入,这种系统需要失效检测和开关装置。
从平均故障间隔时间来看,双机冷后备比双机热后备要长,而后者不需预热,工作机与备用机的转换容易实现且时间较短,资源利用率也较高,因此,通常都采用双机热后备系统。
[填空题]14可采取哪些措施来提高软件可靠性?
参考答案:
解决软件可靠性问题的主要途径是采用规范化、标准化、模块化的软件设计方法,解决好众多人员协作设计软件或多模块软件间的接口问题,严格进行对软件的调试、考核、维护、管理等工作。
此外,采用冗余软件或后备软件,运行时动态切换投运的方法也是提高软件可靠性的重要措施。
[填空题]15为什么说软件可靠性问题同样是非常严重?
参考答案:
由于软件规模大(一般软件指令数是硬件门电路数的3~10倍),又是手工方式开发出来的,往往是多人协作设计调试的产品,因此,出现错误或不完善之处是不可避免的。
特别对现代大型软件来说,在调试运行过程中不可能检查到所有的分支和运行条件,在投运后突然出错,掉入“软件陷阱”。
另外计算机病毒通常也以软件形式进入系统,它以多种方式严重破坏或干扰系统的正常工作。
因此软件可靠性问题同样是非常严重。
[填空题]16影响硬件与软件可靠性的因素有哪些?
参考答案:
影响硬件可靠性的因素主要有设计不合理,材料有缺陷,工艺不完善,以及使用中出现耗损等。
影响软件可靠性的因素主要是模型的建立,算法的设计,程序的开发与调试等。
[填空题]17分布式计算机控制系统中的信息有哪些类型?
它们各自有什么要求?
参考答案:
分布式工业控制系统来说,信息主要有以下几种类型:
报警信号、命令与反应、同步信号、服务申请、巡检消息、文件、程序等。
对各类信息的反应时间、信息长度、频度和可靠性的要求如下表:
表:
信息类型及其要求[填空题]18为了保证系统具有降级使用的能力,在设计分级系统时,应注意到哪几个问题
参考答案:
为了保证系统具有降级使用的能力,在设计分级系统时,应注意下面几个问题:
(1)当最低级计算机出现故障时,它的所有过程输出应该停止,而且自动转换至备用控制状态(如常规仪表控制或手动控制)。
(2)每一计算机能够替其它计算机保留一段时间的信息,当出问题的计算机重新回到工作状态时,再把这些信息传送给它。
(3)各计算机应具有相对的独立性,也就是说,一个计算机的运行不应当依赖于来自其它计算机的信息(例如,一些重要的程序应存于各自的计算机中)。
(4)能够把故障及时让现场操作或管理人员了解,以便采取必要的措施。
[填空题]19分布式计算机控制系统的设计的主要步骤有哪些?
参考答案:
第一是系统总体的结构设计,确定系统各层次的体系结构,计算机的选型,网络通信的协议,各操作台、操作站、机柜、机箱的结构、位置与尺寸等。
第二是各子系统的设计,各层次的控制或管理系统的硬件与软件设计,以及相应的安装、调试等工作。
第三是通信系统的设计,根据系统规模与复杂程度的不同,系统通信可采用单一网络和分层网络两种形式。
现代大型集散控制系统大多采用分层网络通信的技术。
最后在完成系统设计之后,即可转入总体分析、评价与协调阶段,针对所设计的各子系统进行综合分析,并给出是否满足设计要求的结论。
若不符合要求,则需修改设计,甚至要重新对模型进行简化与分解,重新进行各子系统的设计。
一个大型复杂的分布式计算机控制系统往往经过多次局部返工,甚至带有全局性的返工之后才能达到设计要求。
如整个系统的稳定性、可靠性、可控性、可观性、经济性、抗干扰性、精度、速度等,并给出相应的评价。
此时整个系统尚未经过全面调试和全部投入运行,所作的分析和评价主要依靠理论分析和计算,系统仿真与模拟,以及对部分子系统的试验测试来完成。
在此基础上,可进行整个系统的协调和提出改进意见。
[填空题]20以太网中的内部收发器主要功能是什么?
采用内收发器后,线路连接应有哪些改变?
参考答案:
收发器是网卡与作为传输介质的同轴电缆之间的接口,它通过隔离变压器和脉冲变压器实现二者的电磁隔离,并在收发器电缆与同轴电缆之间提供信号电平转换,对同轴电缆则提供高阻抗连接。
网卡中配有内部收发器后,⑴可直接通过BNC“T”型连接器与内部收发器相连。
这样就简化了网络结构,⑵同轴电缆可由10mm的粗缆(特性阻抗50Ω)改为5mm的细缆(特性阻抗50Ω),降低了成本。
[填空题]21NETWARE主要包括哪三部分软件?
各有什么功能?
参考答案:
NETWARE主要包括网络操作系统、工作站shell和网桥(或路由器)软件三部分。
三者构成了网络系统的软件环境、作为整个网络应用与服务的基础。
其中最主要的是网络操作系统。
(1)网络操作系统。
将它装入网络服务器后.可对整个网络资源进行调度和管理,如目录与文件服务、信息传递、软件保护与保密以及数据访问的同步等。
通过工作站shell软件。
各工作站操作系统可调用网络操作系统中150个以上的服务功能,这些功能都在文件服务核心协议NCP中。
这样,各工作站可以分享网络资源和接受各种网络服务;
(2)工作站shell,即工作站外层软件,它是工作站操作系统与网络操作系统之间的接口软件,通过此软件,用户工作站不同类型的操作系统都可映象或转换到网络上,用户即可通过NCP调用共享网络资源和接受网络服务;
(3)网桥(或路由器)软件;它与网桥硬件配合,实现多个网络的互连,又可分为本地网桥软件与远程网桥软件。
本地网桥软件可包括在网络操作系统中,用来实现4个不同网络的互连。
远程网桥软件可放置在非专用工作站内,用来连接远程局域网,更多内容请访问《睦霖题库》微信公众号
[填空题]22在开放数据网络中,信息在各层中是怎样进行传送的?
参考答案:
信息传送的单位有“位”、“帧”、“信息包”、“报文”以及“用户数据”等;采用何种单位取决于具体的层次。
信息在各层中的传送如图6—13所示:
[填空题]23开放数据网络中标准通信协议各层有什么主要功能?
参考答案:
物理层:
提供通信介质和连接的机械、电气功能的有关规程,诸如信号的表示方法通信介质、传送速率、接插头的规格及使用规则等,该层并作为链路目的基础,以便在数据链路实体之间建立、维护和拆除物理连接。
链路层:
指出信息在通信线路中传送的规则,如信息的成帧与拆封、帧的格式、差错校验与纠错以及物理层的管理等。
网络层:
控制各站之间的信息传送,如逻辑线路(也称虚拟线路)的建立,报文的传送等,在某些系统中还包括路径选择问题。
传输层:
传输层与较低的各层共同提供通用传送协议,规定作为子系统的终端至终端的传送规范,它将会议报文分为若干个信息包。
为会议层提供主机至主机的通信。
会议层:
在协同操作的情况下,建立管理和拆除用户进程间的连接,处理某些同步与恢复问题。
表示层:
提供应用层可以选择的服务集合,以便应用层能理解所交换数据的意义。
其职能包括执行不同类型的计算机、终端和数据库之间的数据转换,数据的编辑、扩充、压缩、加密、解密等处理,进行协议转换以及数据库管理服务等。
应用层:
这一层是面向用户的,它提供适合于应用、应用管理以及系统管理的分布式信息系统服务,包括通信服务、网络文件传送、网络设备控制以及虚拟终端服务等,它使信息传送以用户进程的方式来进行。
[填空题]24在总线式网络中,多级多路排序送取方法的基本信息送取机理是什么?
参考答案:
多级多路排序送取方法(
MLMA.的基本信息送取机理如下:
信息的传输以“帧”的形式进行,“帧”的长度是可变的,它的常用结构如图6—11所示。
这是一种集中式的控制方式,其控制器以适当的时间间隔设置起始标志,它代表一个帧的开始。
帧的内容由两部分组成,一部分是请求槽位,另一部分是信息包。
挂接在总线上的各站在请求槽内都有一位和它对应。
当一个站将它的专用槽位置为“请求”状态时,表示它申请在该帧中发送一个信息包。
在请求周期的末尾,控制器查询各槽位,即可知道其中哪一些站要求使用此帧,信息的传输次序由各站都知道的优先权分配次序确定,各站均通过一个唯一的标识符来表示它们传输的结束,因此任何一个站都能较容易地确定其发送时间。
[填空题]25在总线式网络中,载波监听多路送取/冲突检测方法如何?
参考答案:
在总线结构中,所有的站都把它们的接收器连到总线上,在正常条件下,连到总线上的发送器只有一个、即只允许一个站向总线上发送信息。
各站可采用“竞用”方式发送信息到总线上,也就是说,任何一个站,只要它准备发送信息并确认总线处于空闲状态,就可以将信息通过总线播送出去,当某一个站识别到报文上的接收地址与本站相符时,便将报文收录下来。
如果没有专门的控制方法,两个或更多的站有可能同时发送信息,就会产生冲突(即碰撞现象),造成报文作废,因此必须采取控制措施以解决碰撞问题。
[填空题]26在环形网络中,寄存器插入控制方式的接口装置是怎样组成和工作的?
参考答案:
如图所示,每一节点均附加一个网络接口装置,它包括接收缓冲器
RSR、发送缓冲器(TSR)和控制开关SW等部分。
当该节点既不发送也不接收信息时,开关置于位置l,环上的信息直接传送到下—节点。
当此节点要发送信息时,其信息先进入发送缓冲器TSR内,开关由位置l切换到位置2,所发送的信息便可送到环上。
随后,开关再换到位置3,使接收缓冲器中的信息得以送到环上,该信息是在节点发送TSR中的信息时由环上获得的,这样便可保证环上的信息不会丢失。
当此节点接收信息时,直接将开关由位置1换到位置3,即可将环上的信息送入接收缓冲器RSR,并转送到节点计算机中。
若要由环上摘除信息时,则将开关由位置3换至位置1,由环上进入RSR的信息即由环上移走。
[填空题]27在环形网络中,寄存器插入控制方式是怎样工作的?
参考答案:
在环形网络中,传送的信息首先放入节点的缓冲寄存器内,当网络空闲或发现一个报文的结尾标志时,环路断开并将缓冲寄存器插入环路中。
缓冲寄存器在环路中按先进先出方式工作:
一面从有关节点输入信息,一面输出信息至环路上,当缓冲寄存器不再存有有用信息时,便把它从环路中摘除。
[填空题]28在环形网络中,信息槽控制方式是怎样工作的?
参考答案:
在环形网络中,固定长度、恒定数量的信息槽始终绕环传送,在信息槽头的标志内有满/空指示符,用来表示该信息槽的状态。
如果某站欲发送信息,则通过将满/空指示符置成“满”状态来占用它所遇到的第一个信息槽,并将数据置入槽内。
当发送站收到返回的被其占用的信息槽时,即将满/空指示符改变成“空”状态,并向下传送此“空”槽,供其余节点使用。
[填空题]29在环形网络中,令牌控制方式是怎样工作的?
参考答案:
在环形网络中,通过环绕环路传送的令牌来控制信道上的信息送取。
系统开始运行时,指定某站产生一个空闲令牌,该空闲令牌绕环路各站依次传送,直到某一做好发送准备的站将它改变为占线,并将该站的信息置入环路为止。
此时其它各站只能接收信息,发送站则将信息包送到环路上,信息包的长度原则上不受限制。
当信息包被接收后,发送站产生一个新的空闲令牌并将它传送至下一站,从而转交信息的发送权。
[填空题]30在环形网络中,信息送取的控制方式有哪几种?
参考答案:
(1)令牌(Token)控制方式。
通过环绕环路传送的令牌来控制信道上的信息送取。
(2)信息槽(Messageslots)控制方式。
固定长度、恒定数量的信息槽始终绕环传送,通过改变信息槽头的标志内的满/空指示符,来决定是否占用该信息槽传输数据。
(3)寄存器插入控制方式。
通过插入或摘除缓冲寄存器控制信息存取。
[填空题]31局部计算机网络和分布式计算机控制与管理系统有什么关系?
参考答案:
局部计算机网络技术对分布式计算机控制与管理系统的发展有很大影响,它不仅以微型机多机系统的形式,通过连网通信,构成多种结构形式的分布式系统,广泛应用于办公自动化、工业企业控制与管理,实验室测试与控制等方面,遍及教育、科研与开发、工业、农业、商业、军事等部门,而且随着通信技术的发展与不断完善,对大型计算机信息系统的结构与发展也产生了重大影响。
图6—9就是目前正在形成的大型计算机信息系统的一种典型结构,其中各部门的网络系统都是局部计算机网络。
它们通过网间接口(
G:
//Gateway)连到公共数据网络上,形成某个地区的信息系统,这些信息系统又可以进一步连接起来形成全国性的、甚至全世界性的信息系统。
目前迅速发展的信息高速公路技术就是针对这种需要而开发的。
[填空题]32局部计算机网络的特点有哪些?
参考答案:
局部计算机网络的特点如下:
(1)局部网络所涉及的地理范围有限,通常是在几公里左右;
(2)网络通常属于一个部门所有,而不属于公用服务事业;
(3)通信介质通常采用双绞线,同轴电缆或光缆,信道具有较宽的通频带,数据的传输速率较高且具有较低的误码率。
[填空题]33几种典型结构与系统性能之间有哪些关系?
参考答案:
分布式计算机控制与管理系统的各种互连结构,这些结构从性能上看各有特色。
从可靠性角度来看,点至点的全互连结构可靠性最高,点至点大部分互连结构次之,树形结构、总线式结构与环形结构再次之,而星形结构的可靠性在同等条件下则最差,对于树形结构来说,某个节点计算机或通信线路发生故障,仅会引起系统性能有所降低,整个系统仍可照常工作,当然出现故障的层次愈高,对系统造成的影响也愈大,当最高层节点计算机发生故障时,对整个系统造成的影响将是较为严重的。
对于环形结构来说,通信线路的故障会使单向环路系统无法正常工作,但对双向环路结构则不会造成严重影响;环路中的某个节点计算机的故障会给整个系统带来较大影响,为了弥补这一弱点,可采用旁路的办法进行补救。
对于总线式结构来说,某个节点故障不会对整个系统造成严重影响,但是。
如果总线本身出现故障,则会使系统瘫痪。
对于这三种结构,都可以采取一定的冗余措施来提高系统的可靠性。
从成本的角度看,系统的成本与所采用的计算机数目,通信线路的种类、长度,以及通信网络和控制系统的硬件、软件的复杂程度有关,一般说来,全互连结构的成本最高,在计算机的位置比较分散且相距较远时,树形与星形结构的成本要比总线式与环形结构高。
从灵活性与可扩充性来看,总线式与环
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