logo MicroMax logo MaxNews logo MaxNews

Промышленные системы. РС/104.

Технологию Personal Computer, PC или, в переводе на родной, ПК сопровождает масса символики, содержащей эти два символа. Давно уже отвалились за ненадобностью и неактуальностью рудиментарные префиксы типа IBM PC или PC AT, и теперь термин ПК означает только массовый вычислительный аппарат, так или иначе совместимый с процессорной архитектурой Intel x86. В ряду прочих термов мелькает и «РС/104», по сути один из нескольких конструктивных стандартов исполнения ПК, известный широкой публике существенно меньше других буквенных сочетаний на данную тему.

Выражаясь фигурально, ПК на сегодня - основной элемент информационной оболочки планеты, инфосферы или киберпространства, уже далеко не простая вычислительная машина, а некий универсальный интерфейс, «врата больших возможностей», ограниченных только бледной немочью модема на аналоговой телефонной линии, подарка Грэхэма Белла информационному веку. В глобальной кибер-сфере обитают миллионы специалистов и пользователей, сосредоточен огромный промышленный потенциал. Стремление использовать технологию ПК в нетипичных задачах не должно удивлять, это скорее естественный выбор. Технология «РС/104» на сегодня - один из наиболее популярных из общепринятых подходов нетипичного применения ПК.

Представим, например, применение ПК не на столе, а в движении: поезде, трамвае, автобусе, в качестве некой информационной системы или автомата торгующего билетами, или, наконец, развлекателя пассажиров в пути. Если дома этот, задвинутый под стол ящик, никому особенно не мешает, представить его же гармонично вписавшимся в интерьер кабины машиниста или водителя трудно, а в кабине легковой машины или самолета - просто невозможно. Даже классический ноутбук не улучшает ситуацию, на коленях пассажира вполне логичен, притороченный где-либо около водителя - весьма нелеп, да и неоправданно дорог. Мы не упоминаем пока устройств диалога, понятно, что стандартный набор из монитора, клавиатуры и мыши малопригоден, а иногда просто не нужен, когда для удовлетворения диалоговых потребностей системы достаточно маленького индикаторного табло и нескольких функциональных клавиш управления. Умозрительно скользя по-над поверхностью проблемы в первом приближении, мы можем игнорировать подводные камни, которые непременно больно набьют днище идеи в первом погружении. А выдержит ли этот ящик дорожную тряску, не отлетят ли разъемы из гнезд, не отвалится ли радиатор с процессора? А где взять 220 вольт в автомобиле? Опять ноутбук? А не «задохнется» ли компьютер в тесном интерьере кабины, если, скажем, система кондиционирования отказала или нет ее вовсе? И в каждом следующем приближении количество проблем и вопросов возрастает, как и количество негативных ответов на них.

Метаморфоза РС в РС/104 в мультипликационной ирреальности выглядела бы следующим образом: берем компьютер РС, выбрасываем все, кроме системного блока, затем вынимаем из него системную и периферийные платы, а сам ящик выбрасываем вместе с блоком питания, не понадобится! Безжалостно распиливаем большую плату, скажем АТХ, на квадратики размером в дециметр, таким же образом поступаем с периферией. Сверлим в каждом квадратике по четыре отверстия по углам и затем собираем компьютер этажеркой, скрепляя все полученные квадратики металлическими 15-милиметровыми стойками с винтами и гайками. В результате объем системного блока сворачивается из четверти кубометра в классический кубический дециметр, проще говоря литр. Смею надеяться, похожим образом рассуждал Рик Лербаум - изобретатель технологии проходного мезонинного монтажа функциональных плат для встраиваемых приложений РС и основатель компании Ampro Computers. Трудно родить идею, оценить ее изящество гораздо проще. Несложно понять, что жестко скрепленная этажерка не нуждается в корпусе в качестве несущего элемента; примерное равенство всех трех геометрических измерений системы 100х100х100 мм подразумевает равную, выражаясь научно, анизотропную прочность во всех направлениях. Электрическим и логическим объединителем всех плат является соответствующим образом развернутая и видоизмененная интерфейсная магистраль, выполненная двусторонними проходными игольчатыми разъемами; таким образом, каждая функциональная плата соединяется с интерфейсом в процессе монтажа и обеспечивает подключение следующей «полки», оставаясь при этом с электронно-логической точки зрения стандартным интерфейсом ISA. Стандарт РС/104 подразумевает базовый размер платы 96х98 мм и двухсекционный разъем интерфейса ISA (8/16 бит, 8.3 МГц). Цифра «104» отражает количество контактов базового интерфейса, никакой магии или игры слов. Современное развитие этого стандарта РС/104-Plus предусматривает появление стандартного интерфейса PCI (32 бита, 33 МГц на стороне противоположной магистрали ISA). В обеспечение совместимости с классическим РС, архитектура РС/104 не добавит никаких неожиданностей, в системе присутствует одна и только одна плата с процессором, внешне неотличимая от любой периферийной, все устройства с интерфейсом PCI (от одного до четырех) находятся рядом с процессором, а стандартные разъемы пассивно пропускают через себя сигналы интерфейса ISA. Затем добавляются медленные устройства ISA, в количестве до 5-6 штук. Все платы скрепляются вместе и, заметим, между прочим, что крепления обеспечивают кроме общей прочности системы еще и надежный «с натягом» контакт интерфейсных разъемов. Если вначале РС/104 базировались на простых разъемах с шагом 0,1 дюйма, то сегодня они оборудуются специально спроектированными соединителями Elevated Socket Strip с упрочненной поверхностью и конусностью, обеспечивающей требуемый натяг даже после многократной стыковки. Далее компьютерная сборка нижними стойками крепится к любой поверхности и остается только подать питание и обеспечить все электрические меж-соединения требуемых интерфейсов.

Согласно экспериментальным данным, полученным на «убойных» тестах HALT (Highly Accelerated Life Test - Ускоренный Тест на Разрушение) этажерки РС/104 выдерживают 50-кратные перегрузки без нарушения работоспособности. Поэтому эта сугубо мирная, промышленная продукция во всем мире активно используется в специфических приложениях: космос, оборона, бортовые и мобильные системы.

Продолжая рассуждения предположим вместо системного блока собранную этажерку РС/104, которая в силу своей компактности может даже не претендовать на собственный корпус, используя свободное место в любом существующем аппаратном блоке, ящике, шкафе и т.д., и мы приходим к понятию «встраиваемой системы» в её каноническом виде. Как минимум простая экономия «железа».

Электропитание системы согласно конструктивным рекомендациям стандарта должно осуществляться единым для всей системы номиналом напряжения +5 Вольт, хотя шинные разъемы имеют соответствующие всем используемым в РС номиналам линии, включая 12 и даже 3.3 Вольт. Это правило нарушается в крайних случаях, в основном все процессорные и периферийные платы требуют только одного напряжения для всех подсистем, что существенно упрощает питание всей системы.

С проблемами электропитания тесно соприкасаются тепловые проблемы. Чтобы тесно-собранная этажерка не напоминала радиатор отопления, в компьютерах РС/104 интерфейсные токи шины ISA снижены с номинальных 20-24 мА до 4-6 мА, активно используются модификации центральных процессоров и наборов микросхем с пониженным напряжением питания, так называемые «мобильные» исполнения, массово используемые при производстве мобильных коммерческих компьютеров, ноутбуков, органайзеров, коммуникаторов и пр. В результате, собранные на такой вот массовой и, добавим, весьма дешевой элементной базе компьютеры РС/104 работоспособны при температурах от -40 до +85 градусов Цельсия, без применения каких либо специальных подсистем термостабилизации. Все вместе сказанное означает, что встроенный в объект контроля или управления компьютер РС/104 должен по условию быть исключительно надежен, и это подтверждается и расчетными, и экспериментальными данными, если не портить систему всякого рода крутящимися механизмами, дисковыми накопителями или вентиляторами охлаждения. Замена крутящимся накопителям давно известна даже на бытовом уровне; распространенные в цифровой кино-фототехнике носители информации на базе Флэш-ППЗУ активно исполняют роль «дисководов» во встраиваемых компьютерах. Эксплуатационные параметры этих устройств нисколько не снижают надежности компьютера, в отличие от его стоимости. Вторая проблема - охлаждение процессора решается тяжелее и тормозит внедрение мощных процессоров новых генераций. Устойчивую работоспособность в режиме пассивного охлаждения демонстрируют мобильные вариации Pentium MMX, известные на «кухне» Intel как Tillamook. В основном, ограниченная функциональность встраиваемых компьютеров вполне удовлетворяется производительностью 266 Мегагерцового Pentium MMX, тем более, что самым популярным вычислителем в области компьютеров РС/104 последние три года является 486 DX4 и DX5 (100 или 130 МГц). Прогресс не остановить, и встраиваемые системы активно подключаются к исполнению задач, связанных с обработкой огромных массивов информации, например, видео потока или задач типа встраиваемых серверов безопасности информационных сетей firewall. Совсем недавно на процессорных платах РС/104 появились мобильные версии Celeron и Pentium III.

Рассмотрев, что есть компьютер РС/104, рассмотрим базу поддержки этой технологии. Число активных производителей изделий стандарта РС/104 уже трудно сосчитать. Какое-то время, на этапе формирования стандарта, практически все производители входили в консорциум РС/104, на сегодня это уже не считается обязательным. Определенно, их более сотни, в основном североамериканских, европейских и фирм из Юго-Восточной Азии. Разумеется, практически вся продукция так или иначе ориентирована на промышленные приложения и сложную обработку данных. Кроме стандартной периферии, значительную часть составляют модули УСО, специальные коммуникации и средства обработки на базе цифровых сигнальных процессоров DSP. Периферия последнего типа существенно компенсирует отсутствие мощных центральных процессоров. Распределение математической обработки по специализированным процессорам, выступающим в ранге периферийных устройств, повышает мощность обработки всей системы в целом до величин не доступных самым мощным Coppermine.

Компьютер РС/104 - это классический встраиваемый вычислитель, центр управления, измерения и обработки данных, высоконадежный, необслуживаемый контроллер в ответственных системах АСУТП, бортовой компьютер или регистратор, ядро специализированной мобильной системы, которому судьбой назначена трудная работа на десятилетия активного ресурса.



Евгений Деревяго
Начальник отдела критических систем MicroMax Computer Intelligence, Inc.