计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统第八章第八章 计算机控制系统软件技术基础计算机控制系统软件技术基础Software Technology of Computer Control System Department of Control Science Department of Control Science &Engineering, Zhejiang University&Engineering, Zhejiang University9/17/20241第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章本章主要内容本章主要内容概述概述面向计算机控制的操作系统面向计算机控制的操作系统计算机控制系统中的数据库计算机控制系统中的数据库数据库的接口设计数据库的接口设计计算机控制系统的应用软件计算机控制系统的应用软件9/17/20242第七章 计算机控制系统软件基础计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统第一节第一节 Unit 1 概述概述Introduction9/17/20243第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章本节主要内容本节主要内容计算机控制系统软件技术基础计算机控制系统软件技术基础计算机控制系统软件构成计算机控制系统软件构成计算机控制系统软件特点计算机控制系统软件特点9/17/20244第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-1-1 计算机控制系统软件技术基础（计算机控制系统软件技术基础（1）计算机应用系统中的软件计算机应用系统中的软件系统软件系统软件系统软件系统软件工具软件工具软件工具软件工具软件应用软件应用软件应用软件应用软件 数据收集部分数据收集部分数据收集部分数据收集部分 数据分析部分数据分析部分数据分析部分数据分析部分 输出控制部分输出控制部分输出控制部分输出控制部分 监督部分监督部分监督部分监督部分9/17/20245第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-1-1 计算机控制系统软件技术基础（计算机控制系统软件技术基础（2）计算机控制系统中软件的发展计算机控制系统中软件的发展小规模的、解决单一问题的应用程序小规模的、解决单一问题的应用程序小规模的、解决单一问题的应用程序小规模的、解决单一问题的应用程序用于满足工业过程计算机控制不同规模控制用于满足工业过程计算机控制不同规模控制用于满足工业过程计算机控制不同规模控制用于满足工业过程计算机控制不同规模控制系统的商品化软件系统的商品化软件系统的商品化软件系统的商品化软件规范化、系统化的软件工程程序设计规范化、系统化的软件工程程序设计规范化、系统化的软件工程程序设计规范化、系统化的软件工程程序设计9/17/20246第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-1-2 计算机控制系统软件构成（计算机控制系统软件构成（1）系统软件系统软件计算机控制系统应用软件开发平台和操作平台计算机控制系统应用软件开发平台和操作平台计算机控制系统应用软件开发平台和操作平台计算机控制系统应用软件开发平台和操作平台应用软件应用软件监控平台软件、基本控制软件、先进控制软件、监控平台软件、基本控制软件、先进控制软件、监控平台软件、基本控制软件、先进控制软件、监控平台软件、基本控制软件、先进控制软件、约束控制软件、操作优化软件、最优调度软件约束控制软件、操作优化软件、最优调度软件约束控制软件、操作优化软件、最优调度软件约束控制软件、操作优化软件、最优调度软件和企业计划决策软件等和企业计划决策软件等和企业计划决策软件等和企业计划决策软件等 ( (按软件用途按软件用途按软件用途按软件用途 ) )控制与优化为第一级，最优调度和计划决策为控制与优化为第一级，最优调度和计划决策为控制与优化为第一级，最优调度和计划决策为控制与优化为第一级，最优调度和计划决策为第二级第二级第二级第二级 ( (按照分级控制系统或按照分级控制系统或按照分级控制系统或按照分级控制系统或CIMSCIMS的观点的观点的观点的观点 ) )9/17/20247第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-1-2 计算机控制系统软件构成（计算机控制系统软件构成（2）最基本的计算机控制系统应用软件最基本的计算机控制系统应用软件直接（控制）程序直接（控制）程序直接（控制）程序直接（控制）程序 参与系统的实际控制过程，完成与各类信号的采集、参与系统的实际控制过程，完成与各类信号的采集、参与系统的实际控制过程，完成与各类信号的采集、参与系统的实际控制过程，完成与各类信号的采集、处理和各类控制信号的输出任务处理和各类控制信号的输出任务处理和各类控制信号的输出任务处理和各类控制信号的输出任务规范服务性程序规范服务性程序规范服务性程序规范服务性程序 完成系统运行中的一些规范性服务功能的程序完成系统运行中的一些规范性服务功能的程序完成系统运行中的一些规范性服务功能的程序完成系统运行中的一些规范性服务功能的程序, ,如报如报如报如报表打印输出、报警输出、算法运行、各种画面显示等表打印输出、报警输出、算法运行、各种画面显示等表打印输出、报警输出、算法运行、各种画面显示等表打印输出、报警输出、算法运行、各种画面显示等辅助程序辅助程序辅助程序辅助程序 接口驱动程序、检验程序、设备自诊断程序等接口驱动程序、检验程序、设备自诊断程序等接口驱动程序、检验程序、设备自诊断程序等接口驱动程序、检验程序、设备自诊断程序等9/17/20248第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-1-3 计算机控制系统软件特点（计算机控制系统软件特点（1）计算机控制系统的整个组成计算机控制系统的整个组成计算机控制系统的整个组成计算机控制系统的整个组成 硬件是基础，而过程控制系统软件是整个系统的关键硬件是基础，而过程控制系统软件是整个系统的关键硬件是基础，而过程控制系统软件是整个系统的关键硬件是基础，而过程控制系统软件是整个系统的关键过程控制系统软件组成过程控制系统软件组成过程控制系统软件组成过程控制系统软件组成 系统组态程序、前台控制程序、后台显示、打印、管系统组态程序、前台控制程序、后台显示、打印、管系统组态程序、前台控制程序、后台显示、打印、管系统组态程序、前台控制程序、后台显示、打印、管理程序以及过程数据库等理程序以及过程数据库等理程序以及过程数据库等理程序以及过程数据库等控制系统软件实现的功能控制系统软件实现的功能控制系统软件实现的功能控制系统软件实现的功能 实时数据采集、闭环控制输出、逻辑控制、报警监视、实时数据采集、闭环控制输出、逻辑控制、报警监视、实时数据采集、闭环控制输出、逻辑控制、报警监视、实时数据采集、闭环控制输出、逻辑控制、报警监视、画面显示和报表输出、可靠性措施、管道功能、数据画面显示和报表输出、可靠性措施、管道功能、数据画面显示和报表输出、可靠性措施、管道功能、数据画面显示和报表输出、可靠性措施、管道功能、数据通信、应用功能等通信、应用功能等通信、应用功能等通信、应用功能等9/17/20249第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-1-3 计算机控制系统软件特点（计算机控制系统软件特点（2）衡量一个过程控制系统软件性能优劣的主要指标衡量一个过程控制系统软件性能优劣的主要指标衡量一个过程控制系统软件性能优劣的主要指标衡量一个过程控制系统软件性能优劣的主要指标 系统功能是否完善，能否提供足够多的控制算法系统功能是否完善，能否提供足够多的控制算法系统功能是否完善，能否提供足够多的控制算法系统功能是否完善，能否提供足够多的控制算法 系统内各种功能能否完善地协调运行系统内各种功能能否完善地协调运行系统内各种功能能否完善地协调运行系统内各种功能能否完善地协调运行 人机接口是否良好人机接口是否良好人机接口是否良好人机接口是否良好 系统的可扩展性能如何系统的可扩展性能如何系统的可扩展性能如何系统的可扩展性能如何对过程控制系统软件设计者的要求对过程控制系统软件设计者的要求对过程控制系统软件设计者的要求对过程控制系统软件设计者的要求 具备丰富的自动控制理论知识和实际经验具备丰富的自动控制理论知识和实际经验具备丰富的自动控制理论知识和实际经验具备丰富的自动控制理论知识和实际经验 深入了解计算机系统软件，包括操作系统、数据库等深入了解计算机系统软件，包括操作系统、数据库等深入了解计算机系统软件，包括操作系统、数据库等深入了解计算机系统软件，包括操作系统、数据库等 既熟悉控制现场要求，又熟练掌握编程技术既熟悉控制现场要求，又熟练掌握编程技术既熟悉控制现场要求，又熟练掌握编程技术既熟悉控制现场要求，又熟练掌握编程技术9/17/202410第七章 计算机控制系统软件基础计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统第二节第二节 Unit 2 面向计算机控制的操作系统面向计算机控制的操作系统Computer Control Oriented Operation System 9/17/202411第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章本节主要内容本节主要内容操作系统的功能和任务操作系统的功能和任务操作系统的分类操作系统的分类实时多任务操作系统实时多任务操作系统嵌入式嵌入式操作系统操作系统9/17/202412第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-1 操作系统的功能与任务操作系统的功能与任务（1）操作系统操作系统 主要目的是控制与主要目的是控制与主要目的是控制与主要目的是控制与 管理计算机的硬件管理计算机的硬件管理计算机的硬件管理计算机的硬件 和软件资源。合理和软件资源。合理和软件资源。合理和软件资源。合理 地组织计算机工作地组织计算机工作地组织计算机工作地组织计算机工作 流程，方便各种用流程，方便各种用流程，方便各种用流程，方便各种用 户使用计算机户使用计算机户使用计算机户使用计算机计算机软件的构成示意图计算机软件的构成示意图9/17/202413第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-1 操作系统的功能与任务操作系统的功能与任务（2）不同观点看操作系统不同观点看操作系统从用户的观点从用户的观点从用户的观点从用户的观点从资源管理的观点从资源管理的观点从资源管理的观点从资源管理的观点从进程的观点从进程的观点从进程的观点从进程的观点从软件层次的观点从软件层次的观点从软件层次的观点从软件层次的观点操作系统的工作方式分成三大类操作系统的工作方式分成三大类批处理系统、分时系统和实时系统批处理系统、分时系统和实时系统批处理系统、分时系统和实时系统批处理系统、分时系统和实时系统9/17/202414第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-1 操作系统的功能与任务操作系统的功能与任务（3）操作系统的功能操作系统的功能作业作业作业作业(job)(job)管理：管理：管理：管理：“ “脱机脱机脱机脱机” ”和和和和“ “联机联机联机联机” ”两种方式两种方式两种方式两种方式处理机（处理机（处理机（处理机（CPUCPU）管理：）管理：）管理：）管理：作业调度、进程调度作业调度、进程调度作业调度、进程调度作业调度、进程调度存储管理：存储管理：存储管理：存储管理：内存分配、内存保护、内存扩充内存分配、内存保护、内存扩充内存分配、内存保护、内存扩充内存分配、内存保护、内存扩充设备管理：设备管理：设备管理：设备管理：设备分配、设备驱动、虚拟设备设备分配、设备驱动、虚拟设备设备分配、设备驱动、虚拟设备设备分配、设备驱动、虚拟设备文件管理：文件管理：文件管理：文件管理：文件存储与检索、文件操作、文件保护与文件存储与检索、文件操作、文件保护与文件存储与检索、文件操作、文件保护与文件存储与检索、文件操作、文件保护与控制控制控制控制9/17/202415第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-2 操作系统的分类操作系统的分类操作系统按功能分类操作系统按功能分类批处理操作系统批处理操作系统批处理操作系统批处理操作系统分时操作系统分时操作系统分时操作系统分时操作系统实时操作系统实时操作系统实时操作系统实时操作系统按计算机配置分类按计算机配置分类按用户按用户/任务分类任务分类单一单一单一单一/ /多个用户，多个用户，多个用户，多个用户， 单单单单/ /多任务多任务多任务多任务9/17/202416第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-3 实时多任务操作系统实时多任务操作系统（1）实时多任务操作系统实时多任务操作系统实时多任务操作系统实时多任务操作系统 就是能够执行多任务的实时操作系统就是能够执行多任务的实时操作系统就是能够执行多任务的实时操作系统就是能够执行多任务的实时操作系统应具备的特征应具备的特征应具备的特征应具备的特征 异步事件响应：要有异步异步事件响应：要有异步异步事件响应：要有异步异步事件响应：要有异步I/OI/O和中断处理能力和中断处理能力和中断处理能力和中断处理能力 切换时间短切换时间短切换时间短切换时间短 中断等待时间短中断等待时间短中断等待时间短中断等待时间短 优先级中断和调度优先级中断和调度优先级中断和调度优先级中断和调度 抢占式调度抢占式调度抢占式调度抢占式调度 同步同步同步同步9/17/202417第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-3 实时多任务操作系统实时多任务操作系统（2）实时多任务操作系统与批处理操作系统的区别实时多任务操作系统与批处理操作系统的区别实时多任务操作系统与批处理操作系统的区别实时多任务操作系统与批处理操作系统的区别 大多数实时多任务操作系统大多数实时多任务操作系统大多数实时多任务操作系统大多数实时多任务操作系统CPUCPU的负荷率应保证在的负荷率应保证在的负荷率应保证在的负荷率应保证在30%30%之内，这样之内，这样之内，这样之内，这样CPUCPU有足够的能力进行有足够的能力进行有足够的能力进行有足够的能力进行“ “即时即时即时即时” ” 响响响响应应应应实时多任务操作系统与分时操作系统的区别实时多任务操作系统与分时操作系统的区别实时多任务操作系统与分时操作系统的区别实时多任务操作系统与分时操作系统的区别 要求的实时响应时间随系统的要求而变化要求的实时响应时间随系统的要求而变化要求的实时响应时间随系统的要求而变化要求的实时响应时间随系统的要求而变化9/17/202418第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统(1)(1)嵌入式系统嵌入式系统同时将操作系统和功能软件集成于计算机硬同时将操作系统和功能软件集成于计算机硬同时将操作系统和功能软件集成于计算机硬同时将操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中的一种系统件系统之中的一种系统件系统之中的一种系统件系统之中的一种系统应用软件、操作系统与硬件系统一体化应用软件、操作系统与硬件系统一体化应用软件、操作系统与硬件系统一体化应用软件、操作系统与硬件系统一体化具有软件代码小、高度自动化、响应速度快具有软件代码小、高度自动化、响应速度快具有软件代码小、高度自动化、响应速度快具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点等特点等特点等特点特别适合于要求实时的和多任务的体系特别适合于要求实时的和多任务的体系特别适合于要求实时的和多任务的体系特别适合于要求实时的和多任务的体系 是面向应用的是面向应用的是面向应用的是面向应用的 9/17/202419第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统(2)(2)嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌入式操作系统 在在在在2020世纪世纪世纪世纪7070年代后期出现年代后期出现年代后期出现年代后期出现 许多是用汇编语言写成的，并且仅能用于为其编写许多是用汇编语言写成的，并且仅能用于为其编写许多是用汇编语言写成的，并且仅能用于为其编写许多是用汇编语言写成的，并且仅能用于为其编写的微处理器上的微处理器上的微处理器上的微处理器上 C C语言出现后，操作系统采用一种高效的、稳定的语言出现后，操作系统采用一种高效的、稳定的语言出现后，操作系统采用一种高效的、稳定的语言出现后，操作系统采用一种高效的、稳定的和可移植的方式来编写和可移植的方式来编写和可移植的方式来编写和可移植的方式来编写 目前，用目前，用目前，用目前，用C C来编写操作系统己基本成为了一种标准来编写操作系统己基本成为了一种标准来编写操作系统己基本成为了一种标准来编写操作系统己基本成为了一种标准 商业性操作系统，如商业性操作系统，如商业性操作系统，如商业性操作系统，如VxWorksVxWorks、pSOSpSOS、NeculeusNeculeus和和和和WindowsCEWindowsCE等等等等 9/17/202420第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统(3)(3)RTOS RTOS 系统结构先后从实模式进化到保护模式，从微内核系统结构先后从实模式进化到保护模式，从微内核系统结构先后从实模式进化到保护模式，从微内核系统结构先后从实模式进化到保护模式，从微内核技术进化到超微内核技术技术进化到超微内核技术技术进化到超微内核技术技术进化到超微内核技术 在系统规模上从单处理器的在系统规模上从单处理器的在系统规模上从单处理器的在系统规模上从单处理器的RTOSRTOS发展到支持多处理发展到支持多处理发展到支持多处理发展到支持多处理器的器的器的器的RTOSRTOS和网络和网络和网络和网络RTOS RTOS 常见的常见的常见的常见的RTOSRTOS及其开发工具及其开发工具及其开发工具及其开发工具 VxWorks/Tornado VxWorks/Tornado 、Nucleus PLUS Nucleus PLUS 、PSOS PSOS 、QNX QNX 、WindowsCE WindowsCE 、Pencil Pencil 、嵌入式、嵌入式、嵌入式、嵌入式Linux Linux 、CMX CMX 、TRON TRON 、OSE OSE 、RTXC RTXC 、VRTX VRTX 、DeltaOSDeltaOS 9/17/202421第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统VxWorks（1） VxWorks美国美国美国美国Wind River SystemWind River System公司推出的一个实公司推出的一个实公司推出的一个实公司推出的一个实时操作系统时操作系统时操作系统时操作系统 一个运行在目标机上的高性能、可裁减的嵌一个运行在目标机上的高性能、可裁减的嵌一个运行在目标机上的高性能、可裁减的嵌一个运行在目标机上的高性能、可裁减的嵌入式实时操作系统入式实时操作系统入式实时操作系统入式实时操作系统 主要包括进程管理、存储管理、设备管理、主要包括进程管理、存储管理、设备管理、主要包括进程管理、存储管理、设备管理、主要包括进程管理、存储管理、设备管理、文件系统管理、网络协议和系统应用等几个文件系统管理、网络协议和系统应用等几个文件系统管理、网络协议和系统应用等几个文件系统管理、网络协议和系统应用等几个部分部分部分部分 9/17/202422第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统VxWorks（2）高性能的实时操作系统核心高性能的实时操作系统核心高性能的实时操作系统核心高性能的实时操作系统核心wind wind 包括多任务调度（采用优先级抢占方式），任务间包括多任务调度（采用优先级抢占方式），任务间包括多任务调度（采用优先级抢占方式），任务间包括多任务调度（采用优先级抢占方式），任务间的同步和进程间通信机制以及中断处理，看门狗和的同步和进程间通信机制以及中断处理，看门狗和的同步和进程间通信机制以及中断处理，看门狗和的同步和进程间通信机制以及中断处理，看门狗和内存管理机制内存管理机制内存管理机制内存管理机制 I/OI/O系统系统系统系统 提供一个快速灵活的与提供一个快速灵活的与提供一个快速灵活的与提供一个快速灵活的与ANSI CANSI C兼容的兼容的兼容的兼容的I/OI/O系统，包系统，包系统，包系统，包括括括括UnixUnix标准的缓冲标准的缓冲标准的缓冲标准的缓冲I/OI/O和和和和POSIXPOSIX标准的异步标准的异步标准的异步标准的异步I/O I/O 文件系统文件系统文件系统文件系统 快速文件系统适合于实时系统应用快速文件系统适合于实时系统应用快速文件系统适合于实时系统应用快速文件系统适合于实时系统应用 包括几种支持使用块设备（如磁盘）的本地文件系包括几种支持使用块设备（如磁盘）的本地文件系包括几种支持使用块设备（如磁盘）的本地文件系包括几种支持使用块设备（如磁盘）的本地文件系统统统统 ，及支持，及支持，及支持，及支持SCSISCSI磁带设备的本地文件系统磁带设备的本地文件系统磁带设备的本地文件系统磁带设备的本地文件系统 9/17/202423第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统VxWorks（3）板级支持包板级支持包板级支持包板级支持包BSPBSP（Board Support PackageBoard Support Package） 对各种板子的硬件功能提供统一的软件接口，包括对各种板子的硬件功能提供统一的软件接口，包括对各种板子的硬件功能提供统一的软件接口，包括对各种板子的硬件功能提供统一的软件接口，包括硬件初始化、中断的产生和处理、硬件时钟和计时硬件初始化、中断的产生和处理、硬件时钟和计时硬件初始化、中断的产生和处理、硬件时钟和计时硬件初始化、中断的产生和处理、硬件时钟和计时器管理、局域和总线内存地址映射、内存分配等器管理、局域和总线内存地址映射、内存分配等器管理、局域和总线内存地址映射、内存分配等器管理、局域和总线内存地址映射、内存分配等网络设施网络设施网络设施网络设施 提供了对其它网络和提供了对其它网络和提供了对其它网络和提供了对其它网络和TCP/IPTCP/IP网络系统的网络系统的网络系统的网络系统的“ “透明透明透明透明” ”访访访访问，包括与问，包括与问，包括与问，包括与BSDBSD套接字兼容的编程接口，远程过程调套接字兼容的编程接口，远程过程调套接字兼容的编程接口，远程过程调套接字兼容的编程接口，远程过程调用（用（用（用（RPCRPC），），），），SNMPSNMP（可选项），远程文件访问以及（可选项），远程文件访问以及（可选项），远程文件访问以及（可选项），远程文件访问以及BOOTPBOOTP和和和和ARPARP代理代理代理代理 网络结构如图网络结构如图网络结构如图网络结构如图7-27-2所示所示所示所示 9/17/202424第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统VxWorks（4）Remote LoginrlogintelnetSourceRemote File AccessNFSRSHFTPTFTPnetDrvXWindowsProtocolRPCSocketsS bufInter- faceSNMPV1/V2IP+ICMPTCPUDPEthernetPPPBackplaneSLIP CSLIPCustom Interface 图图7-2 VxWorks的网络结构的网络结构9/17/202425第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统VxWorks（5）先进的系列网络产品先进的系列网络产品先进的系列网络产品先进的系列网络产品 WindNet SNMPWindNet SNMP、WindNet STREAMSWindNet STREAMS和和和和WindNetWindNet第第第第三方产品，包括三方产品，包括三方产品，包括三方产品，包括OSIOSI、SS7SS7、ATMATM、Frame RelayFrame Relay、CORBACORBA、ISDNISDN、X.25X.25、CMIP/GDMOCMIP/GDMO、分布式网、分布式网、分布式网、分布式网络管理等络管理等络管理等络管理等 扩展了扩展了扩展了扩展了VxWorksVxWorks的网络特性并增强了嵌入式处理器的网络特性并增强了嵌入式处理器的网络特性并增强了嵌入式处理器的网络特性并增强了嵌入式处理器的网络特性的网络特性的网络特性的网络特性 虚拟内存（即虚拟内存（即虚拟内存（即虚拟内存（即VxVMIVxVMI选项）与共享内存（即选项）与共享内存（即选项）与共享内存（即选项）与共享内存（即VxMPVxMP选项）选项）选项）选项） VxVMIVxVMI为带有为带有为带有为带有MMUMMU的目标板提供虚拟内存机制的目标板提供虚拟内存机制的目标板提供虚拟内存机制的目标板提供虚拟内存机制 VxMPVxMP提供了共享信号量，消息队列和在不同处理器提供了共享信号量，消息队列和在不同处理器提供了共享信号量，消息队列和在不同处理器提供了共享信号量，消息队列和在不同处理器之间的共享内存区域之间的共享内存区域之间的共享内存区域之间的共享内存区域 9/17/202426第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统VxWorks（6）目标代理（目标代理（目标代理（目标代理（Target AgentTarget Agent） 遵循遵循遵循遵循WBDWBD（Wind DebugWind Debug）协议，允许目标机与主机）协议，允许目标机与主机）协议，允许目标机与主机）协议，允许目标机与主机上的上的上的上的TornadoTornado开发工具相连开发工具相连开发工具相连开发工具相连 以以以以VxWorksVxWorks的一个任务的一个任务的一个任务的一个任务tWdbTasktWdbTask的形式运行的的形式运行的的形式运行的的形式运行的 HostTarget ServerCommunicationsDriverTWdb Task(Target Agent)tUser1tUser2TargetVxWorks OSNetwork(Ethernet, SLIP, etc) 目标代理的缺省设置目标代理的缺省设置9/17/202427第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统VxWorks（7）实用库实用库实用库实用库 VxWorksVxWorks提供了一个实用例程的扩展集，包括中断提供了一个实用例程的扩展集，包括中断提供了一个实用例程的扩展集，包括中断提供了一个实用例程的扩展集，包括中断处理、看门狗计时器、消息登录、内存分配、字符处理、看门狗计时器、消息登录、内存分配、字符处理、看门狗计时器、消息登录、内存分配、字符处理、看门狗计时器、消息登录、内存分配、字符扫描、线缓冲和环缓冲管理、链表管理和扫描、线缓冲和环缓冲管理、链表管理和扫描、线缓冲和环缓冲管理、链表管理和扫描、线缓冲和环缓冲管理、链表管理和ANSI CANSI C标标标标准准准准 基于目标机的工具基于目标机的工具基于目标机的工具基于目标机的工具 在在在在TornadoTornado开发系统中，开发工具是驻留在主机上开发系统中，开发工具是驻留在主机上开发系统中，开发工具是驻留在主机上开发系统中，开发工具是驻留在主机上的，也可以根据需要将基于目标机的的，也可以根据需要将基于目标机的的，也可以根据需要将基于目标机的的，也可以根据需要将基于目标机的ShellShell和装载卸和装载卸和装载卸和装载卸载模块加入载模块加入载模块加入载模块加入VxWorks VxWorks 9/17/202428第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统VxWorks（8）VxWorksVxWorks的特点的特点的特点的特点 可裁剪微内核结构，最小体积小于可裁剪微内核结构，最小体积小于可裁剪微内核结构，最小体积小于可裁剪微内核结构，最小体积小于8KB8KB 高效的任务管理：多任务，具有高效的任务管理：多任务，具有高效的任务管理：多任务，具有高效的任务管理：多任务，具有256256个优先级个优先级个优先级个优先级 具有优先级抢占和循环调度具有优先级抢占和循环调度具有优先级抢占和循环调度具有优先级抢占和循环调度 快速的、确定性的上下文切换快速的、确定性的上下文切换快速的、确定性的上下文切换快速的、确定性的上下文切换 灵活的任务间通信：三种信号灯（二进制、计数和灵活的任务间通信：三种信号灯（二进制、计数和灵活的任务间通信：三种信号灯（二进制、计数和灵活的任务间通信：三种信号灯（二进制、计数和有优先级继承特性的互斥信号灯）有优先级继承特性的互斥信号灯）有优先级继承特性的互斥信号灯）有优先级继承特性的互斥信号灯） 消息队列消息队列消息队列消息队列 套接字（套接字（套接字（套接字（SocketSocket） 共享内存共享内存共享内存共享内存 信号（信号（信号（信号（SignalsSignals）机制）机制）机制）机制 微秒级的中断处理微秒级的中断处理微秒级的中断处理微秒级的中断处理9/17/202429第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统VxWorks（9）VxWorksVxWorks的特点（续）的特点（续）的特点（续）的特点（续） 支持支持支持支持POSIX 1003.lbPOSIX 1003.lb的实时扩展标准的实时扩展标准的实时扩展标准的实时扩展标准 支持多种物理介质及标准的、完整的支持多种物理介质及标准的、完整的支持多种物理介质及标准的、完整的支持多种物理介质及标准的、完整的TCP/IPTCP/IP网络协网络协网络协网络协议议议议 灵活的引导方式。支持从灵活的引导方式。支持从灵活的引导方式。支持从灵活的引导方式。支持从ROMROM、FlashFlash、本地盘、本地盘、本地盘、本地盘（软盘或硬盘）或网络引导（软盘或硬盘）或网络引导（软盘或硬盘）或网络引导（软盘或硬盘）或网络引导 支持多处理器并行处理支持多处理器并行处理支持多处理器并行处理支持多处理器并行处理 快速灵活的快速灵活的快速灵活的快速灵活的I/OI/O系统系统系统系统 支持支持支持支持MS-DOSMS-DOS和和和和RT-l1RT-l1文件系统文件系统文件系统文件系统 支持本地盘、支持本地盘、支持本地盘、支持本地盘、FlashFlash和和和和CD-ROMCD-ROM的使用的使用的使用的使用 完全符合完全符合完全符合完全符合ANSI CANSI C标准标准标准标准 多个系统调用多个系统调用多个系统调用多个系统调用9/17/202430第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统VxWorks（10）VxWorks的特点（续）的特点（续） VxWorksVxWorks板支持包（板支持包（板支持包（板支持包（BSPBSP），支持特定目标机的软件），支持特定目标机的软件），支持特定目标机的软件），支持特定目标机的软件（如驱动程序等）和从主机通过网络引导（如驱动程序等）和从主机通过网络引导（如驱动程序等）和从主机通过网络引导（如驱动程序等）和从主机通过网络引导VxWorksVxWorks的的的的Boot ROM Boot ROM 丰富的操作系统选件，以满足特定应用的需求丰富的操作系统选件，以满足特定应用的需求丰富的操作系统选件，以满足特定应用的需求丰富的操作系统选件，以满足特定应用的需求 BSPBSP开发包（开发包（开发包（开发包（BSP Developers KitBSP Developers Kit），帮助开发人员），帮助开发人员），帮助开发人员），帮助开发人员把把把把VxWorksVxWorks移植到客户化硬件平台上移植到客户化硬件平台上移植到客户化硬件平台上移植到客户化硬件平台上 VxVMI VxVMI ，即，即，即，即VxWorksVxWorks的虚拟内存接口的虚拟内存接口的虚拟内存接口的虚拟内存接口 VxMPVxMP，即，即，即，即VxWorksVxWorks多处理器支持扩展包，它允许将多处理器支持扩展包，它允许将多处理器支持扩展包，它允许将多处理器支持扩展包，它允许将任务分布在多个任务分布在多个任务分布在多个任务分布在多个CPUCPU上执行以提高效率上执行以提高效率上执行以提高效率上执行以提高效率 TornadoTornado移植包移植包移植包移植包 ，允许把基于，允许把基于，允许把基于，允许把基于VMEexecVMEexec、pSOSpSOS及其及其及其及其他嵌入式操作系统的应用程序移植到他嵌入式操作系统的应用程序移植到他嵌入式操作系统的应用程序移植到他嵌入式操作系统的应用程序移植到VxWorksVxWorks上上上上 9/17/202431第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统DeltaOS（1） DeltaOS目前中国依靠自己的技术和力量自主开发的目前中国依靠自己的技术和力量自主开发的目前中国依靠自己的技术和力量自主开发的目前中国依靠自己的技术和力量自主开发的最成熟的嵌入式实时操作系统最成熟的嵌入式实时操作系统最成熟的嵌入式实时操作系统最成熟的嵌入式实时操作系统包括：具有高可靠性和实时性的内核包括：具有高可靠性和实时性的内核包括：具有高可靠性和实时性的内核包括：具有高可靠性和实时性的内核DeltaCOREDeltaCORE，嵌入式，嵌入式，嵌入式，嵌入式TCP/IP DeltaNETTCP/IP DeltaNET，嵌，嵌，嵌，嵌入式文件系统入式文件系统入式文件系统入式文件系统DeltaFILEDeltaFILE以及嵌入式图形接以及嵌入式图形接以及嵌入式图形接以及嵌入式图形接口口口口DeltaGUIDeltaGUIDeltaOSDeltaOS的结构如图的结构如图的结构如图的结构如图7-57-5示示示示9/17/202432第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统DeltaOS（2）图图7-5 DeltaOS结构结构9/17/202433第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统DeltaOS（3）嵌入式实时内核嵌入式实时内核嵌入式实时内核嵌入式实时内核DeltaCORE DeltaCORE 具有良好的时间确定性和实时性、满足多种应用需具有良好的时间确定性和实时性、满足多种应用需具有良好的时间确定性和实时性、满足多种应用需具有良好的时间确定性和实时性、满足多种应用需要的可伸缩性、可移植性强（要的可伸缩性、可移植性强（要的可伸缩性、可移植性强（要的可伸缩性、可移植性强（90%90%以上代码采用以上代码采用以上代码采用以上代码采用C C编写）、可靠性、支持多处理器结构的硬件环境、编写）、可靠性、支持多处理器结构的硬件环境、编写）、可靠性、支持多处理器结构的硬件环境、编写）、可靠性、支持多处理器结构的硬件环境、接口标准的开放性等特点接口标准的开放性等特点接口标准的开放性等特点接口标准的开放性等特点 主要管理模块包括：系统初始化管理、任务管理、主要管理模块包括：系统初始化管理、任务管理、主要管理模块包括：系统初始化管理、任务管理、主要管理模块包括：系统初始化管理、任务管理、用户扩展管理、中断管理、时钟用户扩展管理、中断管理、时钟用户扩展管理、中断管理、时钟用户扩展管理、中断管理、时钟定时器管理、任定时器管理、任定时器管理、任定时器管理、任务间的同步与通信管理、分区管理、堆管理、务间的同步与通信管理、分区管理、堆管理、务间的同步与通信管理、分区管理、堆管理、务间的同步与通信管理、分区管理、堆管理、I/OI/O管管管管理等理等理等理等 提供灵活方便的配置接口提供灵活方便的配置接口提供灵活方便的配置接口提供灵活方便的配置接口 9/17/202434第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统DeltaOS（4）嵌入式嵌入式嵌入式嵌入式TCP/IPTCP/IP网络组件网络组件网络组件网络组件DeltaNET DeltaNET 支持多任务，适用于内存要求较小、可靠性要求较支持多任务，适用于内存要求较小、可靠性要求较支持多任务，适用于内存要求较小、可靠性要求较支持多任务，适用于内存要求较小、可靠性要求较高的网络应用高的网络应用高的网络应用高的网络应用 绝大部分源代码用绝大部分源代码用绝大部分源代码用绝大部分源代码用ANSI CANSI C编写，具有良好的可移植编写，具有良好的可移植编写，具有良好的可移植编写，具有良好的可移植性性性性 功能模块以组件的方式提供，并提供系统配置表，功能模块以组件的方式提供，并提供系统配置表，功能模块以组件的方式提供，并提供系统配置表，功能模块以组件的方式提供，并提供系统配置表，可以根据需要灵活配置可以根据需要灵活配置可以根据需要灵活配置可以根据需要灵活配置 提供提供提供提供SocketSocket接口，方便用户在此基础上开发自己的接口，方便用户在此基础上开发自己的接口，方便用户在此基础上开发自己的接口，方便用户在此基础上开发自己的网络多任务应用程序网络多任务应用程序网络多任务应用程序网络多任务应用程序 9/17/202435第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统DeltaOS（5） DeltaFILE DeltaFILE 管理输入管理输入管理输入管理输入/ /输出和文件操输出和文件操输出和文件操输出和文件操作的功能模块作的功能模块作的功能模块作的功能模块 具有结构紧凑、代码量具有结构紧凑、代码量具有结构紧凑、代码量具有结构紧凑、代码量小、支持多种存储设备、小、支持多种存储设备、小、支持多种存储设备、小、支持多种存储设备、可伸缩、可剪裁、可移可伸缩、可剪裁、可移可伸缩、可剪裁、可移可伸缩、可剪裁、可移植、开放体系结构、使植、开放体系结构、使植、开放体系结构、使植、开放体系结构、使用简单方便、安全可靠、用简单方便、安全可靠、用简单方便、安全可靠、用简单方便、安全可靠、支持多任务、接口标准支持多任务、接口标准支持多任务、接口标准支持多任务、接口标准开放等特点开放等特点开放等特点开放等特点 其结构如右图所示其结构如右图所示其结构如右图所示其结构如右图所示 9/17/202436第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统DeltaOS（6）DeltaGUIDeltaGUI（Delta Graphical User InterfaceDelta Graphical User Interface） 嵌入式系统中的图形用户界面，应用于各种需要图嵌入式系统中的图形用户界面，应用于各种需要图嵌入式系统中的图形用户界面，应用于各种需要图嵌入式系统中的图形用户界面，应用于各种需要图形界面的嵌入式设备形界面的嵌入式设备形界面的嵌入式设备形界面的嵌入式设备 可以与不同的实时操作系统集成，并支持多种输入可以与不同的实时操作系统集成，并支持多种输入可以与不同的实时操作系统集成，并支持多种输入可以与不同的实时操作系统集成，并支持多种输入输出设备输出设备输出设备输出设备 提供一系列提供一系列提供一系列提供一系列WindowsWindows风格的控件风格的控件风格的控件风格的控件 提供的提供的提供的提供的APIAPI与与与与Win32Win32编程接口兼容编程接口兼容编程接口兼容编程接口兼容 支持中文显示和输入，各种点阵字库和矢量字库支持中文显示和输入，各种点阵字库和矢量字库支持中文显示和输入，各种点阵字库和矢量字库支持中文显示和输入，各种点阵字库和矢量字库 提供作图原语支持最基本的画线、矩形、椭圆等图提供作图原语支持最基本的画线、矩形、椭圆等图提供作图原语支持最基本的画线、矩形、椭圆等图提供作图原语支持最基本的画线、矩形、椭圆等图形操作，还支持形操作，还支持形操作，还支持形操作，还支持bmpbmp、gifgif、jpegjpeg格式的图片显示格式的图片显示格式的图片显示格式的图片显示 9/17/202437第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统DeltaOS（7）DeltaGUI（续）（续）两种执行模式：图形服务器模式和多线程模两种执行模式：图形服务器模式和多线程模两种执行模式：图形服务器模式和多线程模两种执行模式：图形服务器模式和多线程模式式式式 两个版本的库：一个两个版本的库：一个两个版本的库：一个两个版本的库：一个WindowsWindows下的库，一个下的库，一个下的库，一个下的库，一个目标操作系统下的库目标操作系统下的库目标操作系统下的库目标操作系统下的库 采用消息和信号进行控件间、控件与操作者采用消息和信号进行控件间、控件与操作者采用消息和信号进行控件间、控件与操作者采用消息和信号进行控件间、控件与操作者之间的通信之间的通信之间的通信之间的通信9/17/202438第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统RT Linux（1） LinuxLinux 继承了继承了继承了继承了 Unix Unix系统的特点和设计思想，系统的内核结系统的特点和设计思想，系统的内核结系统的特点和设计思想，系统的内核结系统的特点和设计思想，系统的内核结构基本上和一般构基本上和一般构基本上和一般构基本上和一般UnixUnix操作系统一样，由内存管理、操作系统一样，由内存管理、操作系统一样，由内存管理、操作系统一样，由内存管理、进程管理、设备驱动程序、文件系统和网络管理等进程管理、设备驱动程序、文件系统和网络管理等进程管理、设备驱动程序、文件系统和网络管理等进程管理、设备驱动程序、文件系统和网络管理等部分构成部分构成部分构成部分构成 保持了与可移植操作系统接口（保持了与可移植操作系统接口（保持了与可移植操作系统接口（保持了与可移植操作系统接口（Portable Operating Portable Operating System InterfacesSystem Interfaces，POSIXPOSIX）的兼容）的兼容）的兼容）的兼容 具备现代一切功能完整的具备现代一切功能完整的具备现代一切功能完整的具备现代一切功能完整的UnixUnix系统所具备的全部特系统所具备的全部特系统所具备的全部特系统所具备的全部特征，包括真正的多任务、虚拟内存、共享库、需求征，包括真正的多任务、虚拟内存、共享库、需求征，包括真正的多任务、虚拟内存、共享库、需求征，包括真正的多任务、虚拟内存、共享库、需求装载、共享的写时复制程序执行、优秀的内存管理、装载、共享的写时复制程序执行、优秀的内存管理、装载、共享的写时复制程序执行、优秀的内存管理、装载、共享的写时复制程序执行、优秀的内存管理、TCP/IPTCP/IP网络支持等网络支持等网络支持等网络支持等 9/17/202439第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统RT Linux（2）RT Linux是能够提供实时功能的是能够提供实时功能的是能够提供实时功能的是能够提供实时功能的LinuxLinux操作系统，非常操作系统，非常操作系统，非常操作系统，非常适合于工业计算机控制领域适合于工业计算机控制领域适合于工业计算机控制领域适合于工业计算机控制领域 提供运行特殊实时任务和终端句柄的能力提供运行特殊实时任务和终端句柄的能力提供运行特殊实时任务和终端句柄的能力提供运行特殊实时任务和终端句柄的能力 采用了拟机技术采用了拟机技术采用了拟机技术采用了拟机技术, , 即不直接与中断控制硬件进即不直接与中断控制硬件进即不直接与中断控制硬件进即不直接与中断控制硬件进行联系，而是通过设备仿真层进行中断控制行联系，而是通过设备仿真层进行中断控制行联系，而是通过设备仿真层进行中断控制行联系，而是通过设备仿真层进行中断控制在在在在RT LinuxRT Linux中，虚拟机只负责仿真中断控制中，虚拟机只负责仿真中断控制中，虚拟机只负责仿真中断控制中，虚拟机只负责仿真中断控制 9/17/202440第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统WinCE （1）Windows CEWindows CE（简称（简称（简称（简称WinCEWinCE） MicrosoftMicrosoft公司开发的嵌入式实时操作系统公司开发的嵌入式实时操作系统公司开发的嵌入式实时操作系统公司开发的嵌入式实时操作系统 其核心由其核心由其核心由其核心由C C语言开发语言开发语言开发语言开发 内核提供内存管理、抢先多任务和中断处理功能内核提供内存管理、抢先多任务和中断处理功能内核提供内存管理、抢先多任务和中断处理功能内核提供内存管理、抢先多任务和中断处理功能 内核的上面是图形用户界面内核的上面是图形用户界面内核的上面是图形用户界面内核的上面是图形用户界面GUIGUI和桌面应用程序和桌面应用程序和桌面应用程序和桌面应用程序 主要应用于掌上型主要应用于掌上型主要应用于掌上型主要应用于掌上型PCPC、手持式、手持式、手持式、手持式PCPC、商业设备（如、商业设备（如、商业设备（如、商业设备（如ATMATM机）以及工业控制器等机）以及工业控制器等机）以及工业控制器等机）以及工业控制器等9/17/202441第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统WinCE （2）WinCE与与Windows98的区别的区别 WinCEWinCE不运行现有的应用程序不运行现有的应用程序不运行现有的应用程序不运行现有的应用程序 WinCEWinCE有严格的内存限制有严格的内存限制有严格的内存限制有严格的内存限制 WinCEWinCE有精简的运行库和有精简的运行库和有精简的运行库和有精简的运行库和APl APl WinCEWinCE设备通常没有鼠标设备通常没有鼠标设备通常没有鼠标设备通常没有鼠标 WinCEWinCE硬件并不十分标准化硬件并不十分标准化硬件并不十分标准化硬件并不十分标准化 9/17/202442第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-2-4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统WinCE （3）WinCEWinCE的特征的特征的特征的特征 核心操作系统特性核心操作系统特性核心操作系统特性核心操作系统特性 网络特性网络特性网络特性网络特性 通信特性通信特性通信特性通信特性 数据库数据库数据库数据库 WinCEWinCE的编程原则的编程原则的编程原则的编程原则 应用程序必须便用应用程序必须便用应用程序必须便用应用程序必须便用unicodeunicode字符集字符集字符集字符集 应用程序内存开销要小应用程序内存开销要小应用程序内存开销要小应用程序内存开销要小 理解形状系数理解形状系数理解形状系数理解形状系数 9/17/202443第七章 计算机控制系统软件基础计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统第三节第三节 Unit 3 计算机控制系统中的数据库计算机控制系统中的数据库Data Base of Computer Control System9/17/202444第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章本节主要内容本节主要内容数据库系统概述数据库系统概述实时数据库实时数据库分布式实时数据库分布式实时数据库9/17/202445第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-1 数据库系统概述（数据库系统概述（1）数据库系统的产生与发展数据库系统的产生与发展数据库系统的产生与发展数据库系统的产生与发展 第一代第一代第一代第一代 网络型、层次型数据库系统网络型、层次型数据库系统网络型、层次型数据库系统网络型、层次型数据库系统 第二代第二代第二代第二代 关系型数据库系统关系型数据库系统关系型数据库系统关系型数据库系统 第三代第三代第三代第三代 面向对象的数据阵系统面向对象的数据阵系统面向对象的数据阵系统面向对象的数据阵系统 新型的数据库系统新型的数据库系统新型的数据库系统新型的数据库系统 分布式数据库系统分布式数据库系统分布式数据库系统分布式数据库系统 并行数据库系统并行数据库系统并行数据库系统并行数据库系统 知识库系统和主动数据库系统知识库系统和主动数据库系统知识库系统和主动数据库系统知识库系统和主动数据库系统 多媒体数据库系统多媒体数据库系统多媒体数据库系统多媒体数据库系统 模糊数据库系统模糊数据库系统模糊数据库系统模糊数据库系统 实时数据库系统实时数据库系统实时数据库系统实时数据库系统 数据仓库、空间数据库等多种特种数据库系统数据仓库、空间数据库等多种特种数据库系统数据仓库、空间数据库等多种特种数据库系统数据仓库、空间数据库等多种特种数据库系统 9/17/202446第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-1 数据库系统概述（数据库系统概述（2）数据库系统数据库系统数据库系统数据库系统 实现有组织地、动态地存储大量关联数据，方便多实现有组织地、动态地存储大量关联数据，方便多实现有组织地、动态地存储大量关联数据，方便多实现有组织地、动态地存储大量关联数据，方便多用户访问的计算机软、硬件资源组成的系统等功能用户访问的计算机软、硬件资源组成的系统等功能用户访问的计算机软、硬件资源组成的系统等功能用户访问的计算机软、硬件资源组成的系统等功能 实现数据的充分共享、交叉访问、与应用程序的高实现数据的充分共享、交叉访问、与应用程序的高实现数据的充分共享、交叉访问、与应用程序的高实现数据的充分共享、交叉访问、与应用程序的高度独立性度独立性度独立性度独立性 数据库系统的组成数据库系统的组成数据库系统的组成数据库系统的组成 数据库（数据库（数据库（数据库（DBDB） 硬件支持系统硬件支持系统硬件支持系统硬件支持系统 软件支持系统软件支持系统软件支持系统软件支持系统 数据库管理员（数据库管理员（数据库管理员（数据库管理员（Database AdministratorDatabase Administrator，DBADBA） 9/17/202447第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-1 数据库系统概述（数据库系统概述（3）数据库数据库数据库数据库 与一个特定组织的各项应用相关的全部数据的汇集与一个特定组织的各项应用相关的全部数据的汇集与一个特定组织的各项应用相关的全部数据的汇集与一个特定组织的各项应用相关的全部数据的汇集 由物理数据库和描述数据库组成由物理数据库和描述数据库组成由物理数据库和描述数据库组成由物理数据库和描述数据库组成硬件支持系统硬件支持系统硬件支持系统硬件支持系统 一个完整的计算机系统，包括数据库服务器、大规一个完整的计算机系统，包括数据库服务器、大规一个完整的计算机系统，包括数据库服务器、大规一个完整的计算机系统，包括数据库服务器、大规模存储设备、网络通信设备、用户终端等模存储设备、网络通信设备、用户终端等模存储设备、网络通信设备、用户终端等模存储设备、网络通信设备、用户终端等9/17/202448第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-1 数据库系统概述（数据库系统概述（4）软件支持系统软件支持系统软件支持系统软件支持系统 主要包括操作系统、各种宿主语言、实用程序和数据主要包括操作系统、各种宿主语言、实用程序和数据主要包括操作系统、各种宿主语言、实用程序和数据主要包括操作系统、各种宿主语言、实用程序和数据库管理系统等库管理系统等库管理系统等库管理系统等 数据库管理员（数据库管理员（数据库管理员（数据库管理员（Database AdministratorDatabase Administrator，DBADBA） 管理、开发和使用数据库系统的人员，主要有数据库管理、开发和使用数据库系统的人员，主要有数据库管理、开发和使用数据库系统的人员，主要有数据库管理、开发和使用数据库系统的人员，主要有数据库管理员（管理员（管理员（管理员（DBADBA）、系统分析员、应用程序员和用户）、系统分析员、应用程序员和用户）、系统分析员、应用程序员和用户）、系统分析员、应用程序员和用户 控制数据库整体结构，负责保护和控制数据，及负责控制数据库整体结构，负责保护和控制数据，及负责控制数据库整体结构，负责保护和控制数据，及负责控制数据库整体结构，负责保护和控制数据，及负责维护数据库维护数据库维护数据库维护数据库 9/17/202449第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-1 数据库系统概述（数据库系统概述（5）数据库系统应用的效益体现数据库系统应用的效益体现 灵活性灵活性灵活性灵活性 简易性简易性简易性简易性 面向用户面向用户面向用户面向用户 数据控制数据控制数据控制数据控制 快速增加新的应用快速增加新的应用快速增加新的应用快速增加新的应用 程序设计方便程序设计方便程序设计方便程序设计方便 修改方便修改方便修改方便修改方便 标准化标准化标准化标准化 9/17/202450第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-1 数据库系统结构（数据库系统结构（1）数据库系统结构数据库系统结构数据库系统结构数据库系统结构 内层内层内层内层 概念层概念层概念层概念层 外层外层外层外层 应应 用用 A 应应 用用 BA应应 用用 CA应应 用用 D应应 用用 EA外外模模式式1外外模模式式2外外模模式式3外外层层概概念念模模式式概概念念层层（全局视图）（全局视图）外模式外模式/模式变换模式变换内内 模模 式式数据库数据库内内层层（存储视图）（存储视图）模式模式/内模式变换内模式变换数据库系统的体系结构数据库系统的体系结构9/17/202451第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-1 数据库系统结构（数据库系统结构（2）外层外层外层外层 最接近于用户，是单个用户所能看到的数据最接近于用户，是单个用户所能看到的数据最接近于用户，是单个用户所能看到的数据最接近于用户，是单个用户所能看到的数据 单个用户使用的数据视图，称为外模型，数据定义语单个用户使用的数据视图，称为外模型，数据定义语单个用户使用的数据视图，称为外模型，数据定义语单个用户使用的数据视图，称为外模型，数据定义语言（言（言（言（DDLDDL）描述得到外模式（或子模式）描述得到外模式（或子模式）描述得到外模式（或子模式）描述得到外模式（或子模式） 外模式是外部视图中每个外部记录类型的定义，是面外模式是外部视图中每个外部记录类型的定义，是面外模式是外部视图中每个外部记录类型的定义，是面外模式是外部视图中每个外部记录类型的定义，是面向一个或多个用户需求的那部分数据的描述向一个或多个用户需求的那部分数据的描述向一个或多个用户需求的那部分数据的描述向一个或多个用户需求的那部分数据的描述 概念层概念层概念层概念层 涉及到所有用户的数据定义涉及到所有用户的数据定义涉及到所有用户的数据定义涉及到所有用户的数据定义 全局的数据视图，称为概念模型，全局的数据视图，称为概念模型，全局的数据视图，称为概念模型，全局的数据视图，称为概念模型，DDLDDL描述得到概念描述得到概念描述得到概念描述得到概念模式（或模式）模式（或模式）模式（或模式）模式（或模式） 模式是所有概念记录类型的定义，是数据库中全部数模式是所有概念记录类型的定义，是数据库中全部数模式是所有概念记录类型的定义，是数据库中全部数模式是所有概念记录类型的定义，是数据库中全部数据的逻辑结构的描述据的逻辑结构的描述据的逻辑结构的描述据的逻辑结构的描述 9/17/202452第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-1 数据库系统结构（数据库系统结构（3）内层内层内层内层 最接近于物理存储设备，涉及到实际数据存储的方式最接近于物理存储设备，涉及到实际数据存储的方式最接近于物理存储设备，涉及到实际数据存储的方式最接近于物理存储设备，涉及到实际数据存储的方式 物理存储的数据视图，称为内模型，物理存储的数据视图，称为内模型，物理存储的数据视图，称为内模型，物理存储的数据视图，称为内模型，DDLDDL描述得到内描述得到内描述得到内描述得到内模式（或存储模式）模式（或存储模式）模式（或存储模式）模式（或存储模式） 内模式是数据在物理存储方面的描述内模式是数据在物理存储方面的描述内模式是数据在物理存储方面的描述内模式是数据在物理存储方面的描述 数据库管理系统在这三级结构间提供了两层变换数据库管理系统在这三级结构间提供了两层变换数据库管理系统在这三级结构间提供了两层变换数据库管理系统在这三级结构间提供了两层变换 外模式外模式外模式外模式/ /模式变换：这个变换存在于外层和概念层之间，模式变换：这个变换存在于外层和概念层之间，模式变换：这个变换存在于外层和概念层之间，模式变换：这个变换存在于外层和概念层之间，定义外模式和模式之间的对应性定义外模式和模式之间的对应性定义外模式和模式之间的对应性定义外模式和模式之间的对应性 模式模式模式模式/ /内模式变换：这个变换存在于概念层和内层之间，内模式变换：这个变换存在于概念层和内层之间，内模式变换：这个变换存在于概念层和内层之间，内模式变换：这个变换存在于概念层和内层之间，定义模式和内模式之间的对应性定义模式和内模式之间的对应性定义模式和内模式之间的对应性定义模式和内模式之间的对应性 9/17/202453第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-1 数据库系统结构（数据库系统结构（4）数据模型数据模型数据模型数据模型 表示现实世界中客观存在的实体与实体之间的联系表示现实世界中客观存在的实体与实体之间的联系表示现实世界中客观存在的实体与实体之间的联系表示现实世界中客观存在的实体与实体之间的联系通常把现实世界抽象成三种数据模型通常把现实世界抽象成三种数据模型通常把现实世界抽象成三种数据模型通常把现实世界抽象成三种数据模型 层次模型：用树形数据结构来表示实体之间联系的层次模型：用树形数据结构来表示实体之间联系的层次模型：用树形数据结构来表示实体之间联系的层次模型：用树形数据结构来表示实体之间联系的模型模型模型模型 网络模型：用网络数据结构表示的实体与实体之间网络模型：用网络数据结构表示的实体与实体之间网络模型：用网络数据结构表示的实体与实体之间网络模型：用网络数据结构表示的实体与实体之间联系的模型联系的模型联系的模型联系的模型 关系模型关系模型关系模型关系模型 ：用表格数据来表示实体与实体之间联系：用表格数据来表示实体与实体之间联系：用表格数据来表示实体与实体之间联系：用表格数据来表示实体与实体之间联系的模型的模型的模型的模型 9/17/202454第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-1 数据库系统结构（数据库系统结构（5）ABCGDFE层次模型示意图层次模型示意图网络模型示意图网络模型示意图BCDGEFA9/17/202455第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-1 数据库管理系统（数据库管理系统（1）数据库管理系统（数据库管理系统（数据库管理系统（数据库管理系统（DBMSDBMS） 是某种数据模型在计算机系统上的具体实现是某种数据模型在计算机系统上的具体实现是某种数据模型在计算机系统上的具体实现是某种数据模型在计算机系统上的具体实现 对数据的管理通过操作系统（对数据的管理通过操作系统（对数据的管理通过操作系统（对数据的管理通过操作系统（OSOS）实现）实现）实现）实现 与与与与OSOS之间的接口称之为存储记录接口，与用户之间之间的接口称之为存储记录接口，与用户之间之间的接口称之为存储记录接口，与用户之间之间的接口称之为存储记录接口，与用户之间的接口称之为用户接口的接口称之为用户接口的接口称之为用户接口的接口称之为用户接口 提供给用户可使用的数据语言：数据定义语言提供给用户可使用的数据语言：数据定义语言提供给用户可使用的数据语言：数据定义语言提供给用户可使用的数据语言：数据定义语言（DDLDDL）和数据操纵（）和数据操纵（）和数据操纵（）和数据操纵（DMLDML）语言）语言）语言）语言 使数据易于为各种不同的用户所共享，增进数据的使数据易于为各种不同的用户所共享，增进数据的使数据易于为各种不同的用户所共享，增进数据的使数据易于为各种不同的用户所共享，增进数据的安全性、完整性和可用性，并提供高度的数据独立安全性、完整性和可用性，并提供高度的数据独立安全性、完整性和可用性，并提供高度的数据独立安全性、完整性和可用性，并提供高度的数据独立性性性性 9/17/202456第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-1 数据库管理系统（数据库管理系统（2）DBMS具有的主要功能和组成具有的主要功能和组成数据库的定义功能数据库的定义功能数据库的定义功能数据库的定义功能 数据库操纵功能数据库操纵功能数据库操纵功能数据库操纵功能 数据库的运行控制功能数据库的运行控制功能数据库的运行控制功能数据库的运行控制功能 数据库建立和维护功能数据库建立和维护功能数据库建立和维护功能数据库建立和维护功能 数据字典数据字典数据字典数据字典 9/17/202457第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-1 数据库管理系统（数据库管理系统（3）用户存取数据的过程用户存取数据的过程用户存取数据的过程用户存取数据的过程 9/17/202458第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-1 数据库管理系统（数据库管理系统（4）关系数据库查询语言关系数据库查询语言SQL SQLSQL按功能分为按功能分为按功能分为按功能分为 数据定义语言（数据定义语言（数据定义语言（数据定义语言（Data Definition LanguageData Definition Language，DDLDDL） 查询语言（查询语言（查询语言（查询语言（Query LanguageQuery Language，QLQL） 数据操纵语言（数据操纵语言（数据操纵语言（数据操纵语言（Data Manipulation LanguageData Manipulation Language，DMLDML） 数据控制语言（数据控制语言（数据控制语言（数据控制语言（Data Control LanguageData Control Language，DCLDCL）SQLSQL的优点或特点的优点或特点的优点或特点的优点或特点 一种非过程化语言一种非过程化语言一种非过程化语言一种非过程化语言 一种统一语言一种统一语言一种统一语言一种统一语言 所有关系数据库的公共语言所有关系数据库的公共语言所有关系数据库的公共语言所有关系数据库的公共语言 9/17/202459第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-2 实时实时数据库（数据库（1）实时数据库的产生实时数据库的产生实时数据库的产生实时数据库的产生 为满足计算机应用中实时处理数据，同时管理实时为满足计算机应用中实时处理数据，同时管理实时为满足计算机应用中实时处理数据，同时管理实时为满足计算机应用中实时处理数据，同时管理实时数据的需要数据的需要数据的需要数据的需要 实时数据库在计算机控制系统中的应用实时数据库在计算机控制系统中的应用实时数据库在计算机控制系统中的应用实时数据库在计算机控制系统中的应用 分析生产过程的变化规律，对生产过程进行优化分析生产过程的变化规律，对生产过程进行优化分析生产过程的变化规律，对生产过程进行优化分析生产过程的变化规律，对生产过程进行优化 监控和分析生产过程的关键数据，分析生产故障监控和分析生产过程的关键数据，分析生产故障监控和分析生产过程的关键数据，分析生产故障监控和分析生产过程的关键数据，分析生产故障 动态监控生产成本，使成本控制发生在生产过程中，动态监控生产成本，使成本控制发生在生产过程中，动态监控生产成本，使成本控制发生在生产过程中，动态监控生产成本，使成本控制发生在生产过程中，以达到降低成本的目的以达到降低成本的目的以达到降低成本的目的以达到降低成本的目的 9/17/202460第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-2 实时实时数据库（数据库（2）实时数据库在计算机控制系统中的应用实时数据库在计算机控制系统中的应用实时数据库在计算机控制系统中的应用实时数据库在计算机控制系统中的应用过过 程程 实实 时时 数数 据据 库库 系系 统统 串行通信串行通信 网络支持网络支持 动态流程显示动态流程显示 报警报警 历史数据历史数据 报表打印报表打印 功能应用软件功能应用软件 棒棒 图图 过过程程I/O 历史趋势历史趋势 以过程实时数据库为核心的监控平台以过程实时数据库为核心的监控平台 9/17/202461第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-2 实时实时数据库（数据库（3）实时数据库系统的选型依据实时数据库系统的选型依据实时数据库系统的选型依据实时数据库系统的选型依据 系统可靠性系统可靠性系统可靠性系统可靠性 系统功能系统功能系统功能系统功能 系统性能系统性能系统性能系统性能 系统开销系统开销系统开销系统开销 运行平台运行平台运行平台运行平台 系统结构系统结构系统结构系统结构 系统开放性系统开放性系统开放性系统开放性 系统安全性系统安全性系统安全性系统安全性 使用方便性使用方便性使用方便性使用方便性 9/17/202462第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-2 实时实时数据库（数据库（4）实时数据库的时间特性实时数据库的时间特性 系统的正确性不仅依赖于逻辑结果，而且依赖于逻辑系统的正确性不仅依赖于逻辑结果，而且依赖于逻辑系统的正确性不仅依赖于逻辑结果，而且依赖于逻辑系统的正确性不仅依赖于逻辑结果，而且依赖于逻辑结果产生的时间结果产生的时间结果产生的时间结果产生的时间 设计实时数据库系统时考虑的时间特性设计实时数据库系统时考虑的时间特性设计实时数据库系统时考虑的时间特性设计实时数据库系统时考虑的时间特性 实时数据库中存在随着时间的推进而成为无效的数据实时数据库中存在随着时间的推进而成为无效的数据实时数据库中存在随着时间的推进而成为无效的数据实时数据库中存在随着时间的推进而成为无效的数据 实时数据库系统及与之交互的外部世界存在以实时方实时数据库系统及与之交互的外部世界存在以实时方实时数据库系统及与之交互的外部世界存在以实时方实时数据库系统及与之交互的外部世界存在以实时方式发生的事件式发生的事件式发生的事件式发生的事件 实时数据库系统必须及时完成活动，并产生正确结果实时数据库系统必须及时完成活动，并产生正确结果实时数据库系统必须及时完成活动，并产生正确结果实时数据库系统必须及时完成活动，并产生正确结果 9/17/202463第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-2 实时实时数据库（数据库（5）实时数据库的时间特性（续）实时数据库的时间特性（续）事件给活动施加的时间限制事件给活动施加的时间限制事件给活动施加的时间限制事件给活动施加的时间限制 最大时间限制最大时间限制最大时间限制最大时间限制 两个事件之间的最大时间间隔两个事件之间的最大时间间隔两个事件之间的最大时间间隔两个事件之间的最大时间间隔 最小时间限制最小时间限制最小时间限制最小时间限制 两个事件之间的最小时间间隔两个事件之间的最小时间间隔两个事件之间的最小时间间隔两个事件之间的最小时间间隔 持续时间限制持续时间限制持续时间限制持续时间限制 一个事件需要持续的时间一个事件需要持续的时间一个事件需要持续的时间一个事件需要持续的时间 其他方面的时间限制其他方面的时间限制其他方面的时间限制其他方面的时间限制 外部环境产生的时间限制外部环境产生的时间限制外部环境产生的时间限制外部环境产生的时间限制 系统性能产生的时间限制系统性能产生的时间限制系统性能产生的时间限制系统性能产生的时间限制 数据的时间一致性产生的时间限制数据的时间一致性产生的时间限制数据的时间一致性产生的时间限制数据的时间一致性产生的时间限制 同步活动产生的时间限制同步活动产生的时间限制同步活动产生的时间限制同步活动产生的时间限制 9/17/202464第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-2 实时实时数据库（数据库（6）实时数据库的时间特性（续）实时数据库的时间特性（续）实时应用要求系统满足时间约束条件实时应用要求系统满足时间约束条件实时应用要求系统满足时间约束条件实时应用要求系统满足时间约束条件时间约束条件就可以用任务开始时间、任务截时间约束条件就可以用任务开始时间、任务截时间约束条件就可以用任务开始时间、任务截时间约束条件就可以用任务开始时间、任务截止时间和任务周期来表示。一般用下列条件作止时间和任务周期来表示。一般用下列条件作止时间和任务周期来表示。一般用下列条件作止时间和任务周期来表示。一般用下列条件作为时间约束条件为时间约束条件为时间约束条件为时间约束条件 最早开始时间最早开始时间最早开始时间最早开始时间 最迟开始时间最迟开始时间最迟开始时间最迟开始时间 截止时间截止时间截止时间截止时间9/17/202465第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-2 实时实时数据库（数据库（7）实时数据库存在实时数据库存在4种一致性约束条件种一致性约束条件数据逻辑一致性数据逻辑一致性数据逻辑一致性数据逻辑一致性 事务逻辑一致性事务逻辑一致性事务逻辑一致性事务逻辑一致性 数据时态一致性数据时态一致性数据时态一致性数据时态一致性 事务时态一致性事务时态一致性事务时态一致性事务时态一致性 9/17/202466第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-2 实时数据库的体系结构（实时数据库的体系结构（1） 实实 时时 应应 用用资源管理资源管理实时事务管理实时事务管理数据管理数据管理CPU管理管理时间管理时间管理存储管理存储管理I/O管理管理实时调度实时调度实时并发控制实时并发控制事务恢复机制事务恢复机制数据存取数据存取数据处理数据处理实时数据管理操纵实时数据管理操纵实时数据库系统的体系结构实时数据库系统的体系结构历史数据管理历史数据管理9/17/202467第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-2 实时数据库的体系结构（实时数据库的体系结构（2）实时应用实时应用具有定时限制的数据库任务具有定时限制的数据库任务具有定时限制的数据库任务具有定时限制的数据库任务实时数据库系统的服务对象实时数据库系统的服务对象实时数据库系统的服务对象实时数据库系统的服务对象实时实时实时实时 事务的产生源事务的产生源事务的产生源事务的产生源 实时数据库系统内部分为三大部分实时数据库系统内部分为三大部分资源管理资源管理资源管理资源管理实时事务管理实时事务管理实时事务管理实时事务管理数据管理数据管理数据管理数据管理 9/17/202468第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-2 实时数据库的体系结构（实时数据库的体系结构（3）实时数据库系统必须具有下列能力实时数据库系统必须具有下列能力实时数据库系统必须具有下列能力实时数据库系统必须具有下列能力 数据库状态最新数据库状态最新数据库状态最新数据库状态最新 数据值时间一致数据值时间一致数据值时间一致数据值时间一致 事务处理及时事务处理及时事务处理及时事务处理及时 实时数据库系统从结构和功能上应综合设计实时数据库系统从结构和功能上应综合设计实时数据库系统从结构和功能上应综合设计实时数据库系统从结构和功能上应综合设计下列模型下列模型下列模型下列模型 任务任务任务任务/ /事务模型事务模型事务模型事务模型 资源模型资源模型资源模型资源模型 负载模型负载模型负载模型负载模型 执行模型执行模型执行模型执行模型 9/17/202469第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-2 实时数据库中的数据（实时数据库中的数据（1） 实时数据库中的数据分为两种类型实时数据库中的数据分为两种类型实时数据库中的数据分为两种类型实时数据库中的数据分为两种类型 实时数据和非实时数据实时数据和非实时数据实时数据和非实时数据实时数据和非实时数据 实时数据实时数据实时数据实时数据 具有时间性，随着时间的推移，实时数据值便失效具有时间性，随着时间的推移，实时数据值便失效具有时间性，随着时间的推移，实时数据值便失效具有时间性，随着时间的推移，实时数据值便失效 实时数据的定义实时数据的定义实时数据的定义实时数据的定义 实时数据的内部一致性实时数据的内部一致性实时数据的内部一致性实时数据的内部一致性 实时数据的外部一致性实时数据的外部一致性实时数据的外部一致性实时数据的外部一致性 实时数据的相互一致性实时数据的相互一致性实时数据的相互一致性实时数据的相互一致性 数据库状态正确性数据库状态正确性数据库状态正确性数据库状态正确性 实时数据的数据处理实时数据的数据处理实时数据的数据处理实时数据的数据处理 9/17/202470第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-2 实时数据库中的数据（实时数据库中的数据（2）历史数据历史数据历史数据历史数据 定时从实时数据库中得到定时从实时数据库中得到定时从实时数据库中得到定时从实时数据库中得到 与时间有关的数据，反映了实体在某一特定时刻的状与时间有关的数据，反映了实体在某一特定时刻的状与时间有关的数据，反映了实体在某一特定时刻的状与时间有关的数据，反映了实体在某一特定时刻的状态态态态 一般要求保存一个较长时间范围的具有一定时间间隔一般要求保存一个较长时间范围的具有一定时间间隔一般要求保存一个较长时间范围的具有一定时间间隔一般要求保存一个较长时间范围的具有一定时间间隔的历史数据才有意义的历史数据才有意义的历史数据才有意义的历史数据才有意义 一般都采用压缩存储的方法保存一般都采用压缩存储的方法保存一般都采用压缩存储的方法保存一般都采用压缩存储的方法保存统计数据统计数据统计数据统计数据 统计数据序列是历史数据的一种形式，可以用管理历统计数据序列是历史数据的一种形式，可以用管理历统计数据序列是历史数据的一种形式，可以用管理历统计数据序列是历史数据的一种形式，可以用管理历史数据的方式进行管理史数据的方式进行管理史数据的方式进行管理史数据的方式进行管理 在实时数据库系统中，用统计数据库存放统计值的历在实时数据库系统中，用统计数据库存放统计值的历在实时数据库系统中，用统计数据库存放统计值的历在实时数据库系统中，用统计数据库存放统计值的历史数据史数据史数据史数据 9/17/202471第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-2 实时数据库中的事务（实时数据库中的事务（1）事务的事务的事务的事务的ACIDACID性质性质性质性质 原子性（原子性（原子性（原子性（AtomicityAtomicity） 一致性（一致性（一致性（一致性（ConsistencyConsistency） 独立性（独立性（独立性（独立性（IsolationIsolation） 持久性（持久性（持久性（持久性（DurabilityDurability） 事务分类事务分类事务分类事务分类 只写事务、更新事务和只读事务（按数据使用方式）只写事务、更新事务和只读事务（按数据使用方式）只写事务、更新事务和只读事务（按数据使用方式）只写事务、更新事务和只读事务（按数据使用方式） 硬实时事务、软实时事务和确定实时事务硬实时事务、软实时事务和确定实时事务硬实时事务、软实时事务和确定实时事务硬实时事务、软实时事务和确定实时事务 （按关键性）（按关键性）（按关键性）（按关键性） 数据接收事务、数据处理事务和控制事务（按功能）数据接收事务、数据处理事务和控制事务（按功能）数据接收事务、数据处理事务和控制事务（按功能）数据接收事务、数据处理事务和控制事务（按功能） 周期事务、非周期事务和零星事务（按到达时间）周期事务、非周期事务和零星事务（按到达时间）周期事务、非周期事务和零星事务（按到达时间）周期事务、非周期事务和零星事务（按到达时间）9/17/202472第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-2 实时数据库中的事务（实时数据库中的事务（2）实时事务的特性实时事务的特性实时事务的特性实时事务的特性 结构复杂性结构复杂性结构复杂性结构复杂性 功能替代性功能替代性功能替代性功能替代性 结果补偿性结果补偿性结果补偿性结果补偿性 语义相关性语义相关性语义相关性语义相关性 执行依赖性等执行依赖性等执行依赖性等执行依赖性等 实时事务模型实时事务模型实时事务模型实时事务模型 9/17/202473第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-2 实时数据库中的调度策略（实时数据库中的调度策略（1） 优先级调度法优先级调度法 指派优先级是要保证系统的实时性指派优先级是要保证系统的实时性指派优先级是要保证系统的实时性指派优先级是要保证系统的实时性 优先级常用策略有：优先级常用策略有：优先级常用策略有：优先级常用策略有： 最早放行最优先（最早放行最优先（最早放行最优先（最早放行最优先（Earliest Release FirstEarliest Release First，ERFERF） 截止期最早最优先（截止期最早最优先（截止期最早最优先（截止期最早最优先（Earliest Deadline FirstEarliest Deadline First，EDFEDF） 可达截止期最早最优先（可达截止期最早最优先（可达截止期最早最优先（可达截止期最早最优先（Earliest Feasible Deadline Earliest Feasible Deadline FirstFirst，EFDFEFDF） 空闲时间最短最优先（空闲时间最短最优先（空闲时间最短最优先（空闲时间最短最优先（Least Slack FirstLeast Slack First，LSFLSF） 价值最高最优先等策略（价值最高最优先等策略（价值最高最优先等策略（价值最高最优先等策略（Highest Value FirstHighest Value First，HVFHVF）9/17/202474第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-2 实时数据库中的调度策略（实时数据库中的调度策略（2）决定调度策略的基本因素决定调度策略的基本因素脱机调度和联机调度脱机调度和联机调度脱机调度和联机调度脱机调度和联机调度静态调度和动态调度静态调度和动态调度静态调度和动态调度静态调度和动态调度可调度性分析可调度性分析可调度性分析可调度性分析冲突避免和冲突分析冲突避免和冲突分析冲突避免和冲突分析冲突避免和冲突分析不精确性事务的调度不精确性事务的调度不精确性事务的调度不精确性事务的调度9/17/202475第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-2 实时数据库的并发控制实时数据库的并发控制 实时数据库中的事务并发运行并存取共享数据实时数据库中的事务并发运行并存取共享数据实时数据库中的事务并发运行并存取共享数据实时数据库中的事务并发运行并存取共享数据 并发控制是要控制并发事务之间的相互作用，并发控制是要控制并发事务之间的相互作用，并发控制是要控制并发事务之间的相互作用，并发控制是要控制并发事务之间的相互作用，使数据库的一致性不被破坏使数据库的一致性不被破坏使数据库的一致性不被破坏使数据库的一致性不被破坏常采用的并发控制措施常采用的并发控制措施常采用的并发控制措施常采用的并发控制措施 加锁的并发控制加锁的并发控制加锁的并发控制加锁的并发控制 乐观的并发控制乐观的并发控制乐观的并发控制乐观的并发控制 语义并发控制语义并发控制语义并发控制语义并发控制 9/17/202476第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-2 工程工程实时数据库实时数据库工程实时数据库的特点工程实时数据库的特点工程实时数据库的特点工程实时数据库的特点 实用，能满足实际工程的需要实用，能满足实际工程的需要实用，能满足实际工程的需要实用，能满足实际工程的需要 一般有明确的应用目标，针对具体要解决的问题，一般有明确的应用目标，针对具体要解决的问题，一般有明确的应用目标，针对具体要解决的问题，一般有明确的应用目标，针对具体要解决的问题，采用的是面向问题的解决方案采用的是面向问题的解决方案采用的是面向问题的解决方案采用的是面向问题的解决方案其目标主要有其目标主要有其目标主要有其目标主要有 面向实时控制工程面向实时控制工程面向实时控制工程面向实时控制工程 面向实时数据应用面向实时数据应用面向实时数据应用面向实时数据应用 面向管理类应用面向管理类应用面向管理类应用面向管理类应用 实际上，工程实时数据库系统没有严格按上述实际上，工程实时数据库系统没有严格按上述实际上，工程实时数据库系统没有严格按上述实际上，工程实时数据库系统没有严格按上述方法分类，往往能够兼顾几方面的应用方法分类，往往能够兼顾几方面的应用方法分类，往往能够兼顾几方面的应用方法分类，往往能够兼顾几方面的应用 9/17/202477第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-3 分布式分布式实时数据库（实时数据库（1）分布式数据库分布式数据库分布式数据库分布式数据库 数据库技术和网络技术相互渗透和有机结合的结果数据库技术和网络技术相互渗透和有机结合的结果数据库技术和网络技术相互渗透和有机结合的结果数据库技术和网络技术相互渗透和有机结合的结果分布式数据库系统的特点分布式数据库系统的特点分布式数据库系统的特点分布式数据库系统的特点 分布性分布性分布性分布性 逻辑整体性逻辑整体性逻辑整体性逻辑整体性 数据透明性数据透明性数据透明性数据透明性 数据冗余度的适度增加数据冗余度的适度增加数据冗余度的适度增加数据冗余度的适度增加 全局的一致性、可串行性和可恢复性全局的一致性、可串行性和可恢复性全局的一致性、可串行性和可恢复性全局的一致性、可串行性和可恢复性 集中与自治相结合的控制结构集中与自治相结合的控制结构集中与自治相结合的控制结构集中与自治相结合的控制结构 9/17/202478第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-3-3 分布式分布式实时数据库（实时数据库（2）分布式实时数据库分布式实时数据库分布式实时数据库分布式实时数据库 采用以分布式实时数据库为核心的监控平台软件，采用以分布式实时数据库为核心的监控平台软件，采用以分布式实时数据库为核心的监控平台软件，采用以分布式实时数据库为核心的监控平台软件，实现过程采集数据的共享和实时同步实现过程采集数据的共享和实时同步实现过程采集数据的共享和实时同步实现过程采集数据的共享和实时同步 对于系统的实时数据以内存为存储介质对于系统的实时数据以内存为存储介质对于系统的实时数据以内存为存储介质对于系统的实时数据以内存为存储介质 对历史数据以外存（一般是硬盘）为存储介质对历史数据以外存（一般是硬盘）为存储介质对历史数据以外存（一般是硬盘）为存储介质对历史数据以外存（一般是硬盘）为存储介质 系统通常有三类客户系统通常有三类客户系统通常有三类客户系统通常有三类客户 监控客户监控客户监控客户监控客户 内部客户内部客户内部客户内部客户 外部客户外部客户外部客户外部客户 9/17/202479第七章 计算机控制系统软件基础计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统第四节第四节 Unit 4 数据库的接口设计数据库的接口设计Interface Design of Data Base9/17/202480第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-4 数据库的接口设计（数据库的接口设计（1）数据库的接口设计目的数据库的接口设计目的实现数据传输，包括程序之间的数据传输和实现数据传输，包括程序之间的数据传输和实现数据传输，包括程序之间的数据传输和实现数据传输，包括程序之间的数据传输和网络上的数据传输网络上的数据传输网络上的数据传输网络上的数据传输数据库接口设计包括数据库接口设计包括实时数据库与用户程序的接口设计实时数据库与用户程序的接口设计实时数据库与用户程序的接口设计实时数据库与用户程序的接口设计实时数据库与关系数据库的接口设计实时数据库与关系数据库的接口设计实时数据库与关系数据库的接口设计实时数据库与关系数据库的接口设计异种关系数据库之间的接口设计异种关系数据库之间的接口设计异种关系数据库之间的接口设计异种关系数据库之间的接口设计 9/17/202481第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-4 数据库的接口设计（数据库的接口设计（2）常见的接口方法常见的接口方法常见的接口方法常见的接口方法 生产过程监控平台软件的研制者特别给定的接口生产过程监控平台软件的研制者特别给定的接口生产过程监控平台软件的研制者特别给定的接口生产过程监控平台软件的研制者特别给定的接口程序程序程序程序 用户进行二次开发实现与监控平台软件的实时数用户进行二次开发实现与监控平台软件的实时数用户进行二次开发实现与监控平台软件的实时数用户进行二次开发实现与监控平台软件的实时数据库进行接口据库进行接口据库进行接口据库进行接口 通过动态数据交换（通过动态数据交换（通过动态数据交换（通过动态数据交换（DDEDDE）进行接口）进行接口）进行接口）进行接口 采用开放式数据库互连（采用开放式数据库互连（采用开放式数据库互连（采用开放式数据库互连（ODBCODBC）进行接口）进行接口）进行接口）进行接口 采用目前最新的采用目前最新的采用目前最新的采用目前最新的OPCOPC技术实现接口技术实现接口技术实现接口技术实现接口 9/17/202482第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-4 数据库的接口设计（数据库的接口设计（3）动态数据交换（动态数据交换（DDE）由由由由MicrosoftMicrosoft公司开发的一种简单的客户机公司开发的一种简单的客户机公司开发的一种简单的客户机公司开发的一种简单的客户机/ /服服服服务器结构数据交换协议务器结构数据交换协议务器结构数据交换协议务器结构数据交换协议主要用于主要用于主要用于主要用于WindowsWindows应用程序之间的信息传递应用程序之间的信息传递应用程序之间的信息传递应用程序之间的信息传递和数据共享，诸如文字处理系统、电子表格和数据共享，诸如文字处理系统、电子表格和数据共享，诸如文字处理系统、电子表格和数据共享，诸如文字处理系统、电子表格系统、以及数据库系统等系统、以及数据库系统等系统、以及数据库系统等系统、以及数据库系统等 9/17/202483第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-4 数据库的接口设计（数据库的接口设计（4）开放式数据库互连（开放式数据库互连（开放式数据库互连（开放式数据库互连（ODBCODBC） 一种用于访问数据库的统一的接口标准一种用于访问数据库的统一的接口标准一种用于访问数据库的统一的接口标准一种用于访问数据库的统一的接口标准 实际上是一个数据库访问函数库，使应用程序可以实际上是一个数据库访问函数库，使应用程序可以实际上是一个数据库访问函数库，使应用程序可以实际上是一个数据库访问函数库，使应用程序可以直接操纵数据库中的数据直接操纵数据库中的数据直接操纵数据库中的数据直接操纵数据库中的数据 基于基于基于基于SQLSQL语言，是一种在语言，是一种在语言，是一种在语言，是一种在SQLSQL语句和应用程序界面语句和应用程序界面语句和应用程序界面语句和应用程序界面之间的标准接口之间的标准接口之间的标准接口之间的标准接口 由四个部分作用组成：应用程序由四个部分作用组成：应用程序由四个部分作用组成：应用程序由四个部分作用组成：应用程序(application)(application)、驱动程序管理器驱动程序管理器驱动程序管理器驱动程序管理器(driver manager)(driver manager)、驱动程序、驱动程序、驱动程序、驱动程序(driver)(driver)和数据源和数据源和数据源和数据源(data source)(data source) 9/17/202484第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-4 数据库的接口设计（数据库的接口设计（5）应用程序应用程序驱动程序管理器驱动程序管理器驱动程序驱动程序 驱动程序驱动程序 驱动程序驱动程序数据源数据源数据源数据源数据源数据源 ODBC结构示意图结构示意图9/17/202485第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-4 数据库的接口设计（数据库的接口设计（6）传统方式下的驱动程序开发的弊端传统方式下的驱动程序开发的弊端重复开发重复开发重复开发重复开发不同开发商之间的驱动程序的不一致性不同开发商之间的驱动程序的不一致性不同开发商之间的驱动程序的不一致性不同开发商之间的驱动程序的不一致性不支持硬件特征的变化不支持硬件特征的变化不支持硬件特征的变化不支持硬件特征的变化访问冲突访问冲突访问冲突访问冲突 9/17/202486第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-4 数据库的接口设计（数据库的接口设计（7）OPC (OLE for OPC (OLE for Process Control)Process Control) 是是是是MicrosoftMicrosoft公司的对公司的对公司的对公司的对象链接和嵌入技术在象链接和嵌入技术在象链接和嵌入技术在象链接和嵌入技术在过程控制方面的应用过程控制方面的应用过程控制方面的应用过程控制方面的应用 利用利用利用利用MicrosoftMicrosoft的的的的COM/DCOMCOM/DCOM对象模对象模对象模对象模型和型和型和型和ActiveXActiveX技术，为技术，为技术，为技术，为实现世界范围内所有实现世界范围内所有实现世界范围内所有实现世界范围内所有的自动化软硬件的互的自动化软硬件的互的自动化软硬件的互的自动化软硬件的互操作性，提供一项规操作性，提供一项规操作性，提供一项规操作性，提供一项规定定定定 9/17/202487第七章 计算机控制系统软件基础计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统第五节第五节 Unit 5 计算机控制系统的应用软件计算机控制系统的应用软件Applied Software of Computer Control System 9/17/202488第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章本节主要内容本节主要内容计算机控制系统应用软件的需求计算机控制系统应用软件的需求计算机控制系统应用软件的需求计算机控制系统应用软件的需求应用软件设计技术应用软件设计技术应用软件设计技术应用软件设计技术应用软件开发环境及平台应用软件开发环境及平台应用软件开发环境及平台应用软件开发环境及平台计算机控制系统应用软件设计计算机控制系统应用软件设计计算机控制系统应用软件设计计算机控制系统应用软件设计商品化的工业控制软件商品化的工业控制软件商品化的工业控制软件商品化的工业控制软件9/17/202489第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-5-1 计算机控制系统应用软件的需求计算机控制系统应用软件的需求（1） 现代化工业的特点现代化工业的特点现代化工业的特点现代化工业的特点 向着大型化和复杂化方向发展向着大型化和复杂化方向发展向着大型化和复杂化方向发展向着大型化和复杂化方向发展 现代化工业对自动化的要求现代化工业对自动化的要求现代化工业对自动化的要求现代化工业对自动化的要求 实现大规模工业生产过程安全、平稳、优质、高效实现大规模工业生产过程安全、平稳、优质、高效实现大规模工业生产过程安全、平稳、优质、高效实现大规模工业生产过程安全、平稳、优质、高效 企业综合自动化的层次结构及运行模式企业综合自动化的层次结构及运行模式企业综合自动化的层次结构及运行模式企业综合自动化的层次结构及运行模式 控制层（时间为秒级）控制层（时间为秒级）控制层（时间为秒级）控制层（时间为秒级） 生产装置优化层（小时级）生产装置优化层（小时级）生产装置优化层（小时级）生产装置优化层（小时级） 企业生产最优化调度（以天或旬为单位）企业生产最优化调度（以天或旬为单位）企业生产最优化调度（以天或旬为单位）企业生产最优化调度（以天或旬为单位） 企业长期计划决策（按月、季或年进行）企业长期计划决策（按月、季或年进行）企业长期计划决策（按月、季或年进行）企业长期计划决策（按月、季或年进行）9/17/202490第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-5-1 计算机控制系统应用软件的需求计算机控制系统应用软件的需求（2） 企业长期计划决策企业长期计划决策企业生产最优调度企业生产最优调度生产装置实时全局最优（协调）生产装置实时全局最优（协调）计算机集散控制系统计算机集散控制系统 DCS工工 业业 生生 产产 过过 程程 过程计算机控制系统的软件需求框图过程计算机控制系统的软件需求框图装置优化层装置优化层先进控制层先进控制层直接控制层直接控制层局部优化局部优化先进控制先进控制先进控制先进控制局部优化局部优化先进控制先进控制先进控制先进控制先进控制先进控制先进控制先进控制9/17/202491第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-5-1 计算机控制系统应用软件的需求计算机控制系统应用软件的需求（3） 开放式计算机控制系统的集成环境软件包括开放式计算机控制系统的集成环境软件包括开放式计算机控制系统的集成环境软件包括开放式计算机控制系统的集成环境软件包括将各个功能软件模块集成起来将各个功能软件模块集成起来将各个功能软件模块集成起来将各个功能软件模块集成起来及时完成信息的上传、下达和存储及时完成信息的上传、下达和存储及时完成信息的上传、下达和存储及时完成信息的上传、下达和存储完成人机交互的媒介作用完成人机交互的媒介作用完成人机交互的媒介作用完成人机交互的媒介作用满足功能软件模块对信息不同的实时性要求满足功能软件模块对信息不同的实时性要求满足功能软件模块对信息不同的实时性要求满足功能软件模块对信息不同的实时性要求完成对计算机资源、进程和任务的管理和调度完成对计算机资源、进程和任务的管理和调度完成对计算机资源、进程和任务的管理和调度完成对计算机资源、进程和任务的管理和调度系统环境软件构成系统环境软件构成系统环境软件构成系统环境软件构成操操操操作作作作系系系系统统统统、网网网网络络络络及及及及有有有有关关关关接接接接口口口口的的的的驱驱驱驱动动动动程程程程序序序序、实实实实时时时时数数数数据据据据库库库库和和和和人机界面等人机界面等人机界面等人机界面等9/17/202492第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-5-1 计算机控制系统应用软件的需求计算机控制系统应用软件的需求（4） 监控平台的概念监控平台的概念监控平台的概念监控平台的概念 以实时数据库为核心，具有组态功能的通用软件以实时数据库为核心，具有组态功能的通用软件以实时数据库为核心，具有组态功能的通用软件以实时数据库为核心，具有组态功能的通用软件 能能能能提提提提供供供供方方方方便便便便地地地地用用用用组组组组态态态态方方方方式式式式实实实实现现现现实实实实时时时时数数数数据据据据的的的的显显显显示示示示、历历历历史史史史趋趋趋趋势势势势的的的的显显显显示示示示、棒棒棒棒图图图图显显显显示示示示、动动动动态态态态数数数数据据据据流流流流程程程程的的的的显显显显示示示示等等等等，形形形形成成成成各各各各种种种种打打打打印印印印报报报报表表表表，并并并并具具具具有有有有与与与与各各各各种种种种DCSDCSDCSDCS及及及及PLCPLCPLCPLC的数据通信等功能的数据通信等功能的数据通信等功能的数据通信等功能 具具具具有有有有开开开开放放放放式式式式结结结结构构构构，便便便便于于于于用用用用户户户户将将将将先先先先进进进进控控控控制制制制软软软软件件件件及及及及在在在在线线线线优优优优化化化化软软软软件件件件嵌嵌嵌嵌入入入入其其其其主主主主控控控控程程程程序序序序中中中中；同同同同时时时时它它它它可可可可以以以以方方方方便便便便地地地地实实实实现现现现先先先先进进进进控控控控制制制制系系系系统统统统及及及及在在在在线线线线操操操操作作作作优优优优化化化化算算算算法法法法的的的的投投投投运运运运和切除和切除和切除和切除9/17/202493第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-5-2 应用软件设计技术（应用软件设计技术（1） 控制系统软件设计的目的和任务控制系统软件设计的目的和任务控制系统软件设计的目的和任务控制系统软件设计的目的和任务设设设设计计计计过过过过程程程程通通通通过过过过软软软软件件件件的的的的需需需需求求求求分分分分析析析析，要要要要明明明明确确确确需需需需要要要要软软软软件件件件解解解解决决决决什什什什么么么么问问问问题题题题；而而而而设设设设计计计计的的的的作作作作用用用用，就就就就是是是是使使使使开开开开发发发发出出出出来来来来的的的的软软软软件能够适应并真正解决问题件能够适应并真正解决问题件能够适应并真正解决问题件能够适应并真正解决问题设设设设计计计计阶阶阶阶段段段段拿拿拿拿出出出出的的的的结结结结果果果果还还还还不不不不是是是是程程程程序序序序，而而而而是是是是用用用用伪伪伪伪代代代代码码码码或或或或某种图形工具描述的程序的逻辑过程某种图形工具描述的程序的逻辑过程某种图形工具描述的程序的逻辑过程某种图形工具描述的程序的逻辑过程设计的步骤设计的步骤设计的步骤设计的步骤总体设计总体设计总体设计总体设计决定软件的总体结构决定软件的总体结构决定软件的总体结构决定软件的总体结构详细设计详细设计详细设计详细设计决定软件中每一模块内部的逻辑过程决定软件中每一模块内部的逻辑过程决定软件中每一模块内部的逻辑过程决定软件中每一模块内部的逻辑过程9/17/202494第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-5-2 应用软件设计技术（应用软件设计技术（2） 控制系统软件设计的基本原则控制系统软件设计的基本原则控制系统软件设计的基本原则控制系统软件设计的基本原则抽抽抽抽象象象象（abstractionabstraction） 抽抽抽抽象象象象是是是是一一一一个个个个系系系系统统统统的的的的简简简简化化化化描描描描述述述述或或或或规规规规范说明范说明范说明范说明 抽抽抽抽象象象象包包包包括括括括“ “数数数数据据据据抽抽抽抽象象象象” ”、“ “控控控控制制制制抽抽抽抽象象象象” ”和和和和“ “过过过过程程程程抽抽抽抽象象象象” ” 细化（细化（细化（细化（refinementrefinement） 实质是分解实质是分解实质是分解实质是分解 模块化（模块化（模块化（模块化（modularitymodularity）是软件设计中最古老的一条原则）是软件设计中最古老的一条原则）是软件设计中最古老的一条原则）是软件设计中最古老的一条原则 信信信信息息息息隐隐隐隐藏藏藏藏（information information hidinghiding） 一一一一个个个个模模模模块块块块内内内内部部部部的的的的数数数数据据据据与与与与过过过过程程程程，应应应应该该该该对对对对没没没没有有有有必必必必要要要要了了了了解解解解这这这这些些些些数数数数据据据据与与与与过过过过程程程程的的的的其其其其它它它它模模模模块隐藏起来块隐藏起来块隐藏起来块隐藏起来 其他：一致性、完整性、可验证性等其他：一致性、完整性、可验证性等其他：一致性、完整性、可验证性等其他：一致性、完整性、可验证性等9/17/202495第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-5-2 系统设计方法（系统设计方法（1） 系统设计方法系统设计方法系统设计方法系统设计方法按照某种有规则的方法来构造所需的软件系统按照某种有规则的方法来构造所需的软件系统按照某种有规则的方法来构造所需的软件系统按照某种有规则的方法来构造所需的软件系统面向数据流设计和面向数据结构设计面向数据流设计和面向数据结构设计面向数据流设计和面向数据结构设计面向数据流设计和面向数据结构设计 软软软软件件件件系系系系统统统统的的的的数数数数据据据据流流流流图图图图（DFDDFD）描描描描述述述述软软软软件件件件系系系系统统统统的的的的数数数数据据据据从从从从输输输输入到输出的流程，适用于几乎所有的顺序处理软件入到输出的流程，适用于几乎所有的顺序处理软件入到输出的流程，适用于几乎所有的顺序处理软件入到输出的流程，适用于几乎所有的顺序处理软件 数数数数据据据据结结结结构构构构描描描描述述述述软软软软件件件件系系系系统统统统的的的的输输输输入入入入和和和和输输输输出出出出的的的的数数数数据据据据结结结结构构构构，适适适适用用用用于数据处理和输入与输出数据结构相似的软件系统于数据处理和输入与输出数据结构相似的软件系统于数据处理和输入与输出数据结构相似的软件系统于数据处理和输入与输出数据结构相似的软件系统早早早早期期期期的的的的高高高高级级级级语语语语言言言言都都都都是是是是面面面面向向向向过过过过程程程程的的的的，用用用用它它它它们们们们来来来来进进进进行行行行编编编编程程程程，设计者必须要考虑程序对数据的处理过程和数据结构设计者必须要考虑程序对数据的处理过程和数据结构设计者必须要考虑程序对数据的处理过程和数据结构设计者必须要考虑程序对数据的处理过程和数据结构产生出的矛盾产生出的矛盾产生出的矛盾产生出的矛盾9/17/202496第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-5-2 系统设计方法（系统设计方法（2）面向对象设计面向对象设计面向对象设计面向对象设计 随随随随着着着着C+C+、DelphiDelphi等等等等一一一一批批批批面面面面向向向向对对对对象象象象语语语语言言言言的的的的出出出出现现现现，设设设设计计计计人人人人员员员员用用用用“ “对对对对象象象象” ”和和和和“ “消消消消息息息息传传传传递递递递” ”直直直直接接接接映映映映射射射射客客客客观观观观系系系系统统统统中中中中的的的的“ “实实实实体体体体” ”及及及及其其其其“ “相相相相互互互互关关关关系系系系” ”变变变变为为为为可可可可能能能能，使使使使得得得得用用用用这这这这类类类类工工工工具具具具设设设设计计计计出出出出来来来来的的的的程程程程序序序序，其其其其结结结结构构构构可可可可与与与与客客客客观观观观系系系系统统统统的的的的抽抽抽抽象象象象模模模模型型型型相同或相似相同或相似相同或相似相同或相似 面向对象设计的最大优点面向对象设计的最大优点面向对象设计的最大优点面向对象设计的最大优点 改改改改变变变变了了了了按按按按照照照照语语语语言言言言结结结结构构构构来来来来分分分分析析析析问问问问题题题题的的的的传传传传统统统统思思思思维维维维方方方方式式式式，转转转转而而而而按按按按事事事事物物物物的的的的本本本本来来来来面面面面貌貌貌貌来来来来认认认认识识识识系系系系统统统统，建建建建立立立立其其其其抽抽抽抽象象象象模模模模型型型型 提高了软件的可重用性提高了软件的可重用性提高了软件的可重用性提高了软件的可重用性9/17/202497第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-5-3 应用软件开发环境及平台应用软件开发环境及平台软件开发环境软件开发环境软件开发环境软件开发环境要要要要求求求求有有有有合合合合适适适适的的的的语语语语言言言言，良良良良好好好好的的的的软软软软硬硬硬硬件件件件工工工工具具具具，有有有有效效效效的的的的编编编编辑辑辑辑和调试手段，以及尽可能丰富的实用程序和调试手段，以及尽可能丰富的实用程序和调试手段，以及尽可能丰富的实用程序和调试手段，以及尽可能丰富的实用程序运行环境运行环境运行环境运行环境基本平台基本平台基本平台基本平台 泛泛泛泛指指指指由由由由主主主主机机机机、外外外外部部部部设设设设备备备备、网网网网络络络络产产产产品品品品以以以以及及及及操操操操作作作作系系系系统统统统（如如如如Windows Windows NTNT）及及及及其其其其界界界界面面面面环环环环境境境境（如如如如PC PC ToolsTools）集集集集成成成成起来的基本开发与操作环境起来的基本开发与操作环境起来的基本开发与操作环境起来的基本开发与操作环境 可分为可分为可分为可分为“ “硬件平台硬件平台硬件平台硬件平台” ”和和和和“ “软件平台软件平台软件平台软件平台” ”9/17/202498第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-5-4 计算机控制系统应用软件设计计算机控制系统应用软件设计 设计的目的任务设计的目的任务设计的目的任务设计的目的任务计计计计算算算算机机机机控控控控制制制制系系系系统统统统的的的的软软软软件件件件设设设设计计计计是是是是要要要要把把把把一一一一个个个个实实实实际际际际的的的的控控控控制制制制需需需需求求求求变变变变换换换换成成成成软软软软件件件件的的的的表表表表示示示示过过过过程程程程。从从从从描描描描绘绘绘绘出出出出软软软软件件件件的的的的总总总总框框框框架架架架开开开开始始始始，然然然然后后后后进进进进一一一一步步步步细细细细化化化化，在在在在此此此此框框框框架架架架中中中中添添添添入入入入细细细细节节节节，把把把把它它它它加加加加工成在程序细节上非常接近于源程序的软件表示。工成在程序细节上非常接近于源程序的软件表示。工成在程序细节上非常接近于源程序的软件表示。工成在程序细节上非常接近于源程序的软件表示。概要设计过程概要设计过程概要设计过程概要设计过程 将软件需求转化为数据结构和系统结构将软件需求转化为数据结构和系统结构将软件需求转化为数据结构和系统结构将软件需求转化为数据结构和系统结构 详细设计过程详细设计过程详细设计过程详细设计过程 过程设计过程设计过程设计过程设计 9/17/202499第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-5-4 计算机控制系统应用软件设计计算机控制系统应用软件设计 结构化设计结构化设计结构化设计结构化设计是是是是从从从从整整整整个个个个程程程程序序序序的的的的结结结结构构构构出出出出发发发发，突突突突出出出出了了了了程程程程序序序序模模模模块块块块的的的的一一一一种种种种设设设设计方法，它利用程序结构图表达程序模块之间的关系计方法，它利用程序结构图表达程序模块之间的关系计方法，它利用程序结构图表达程序模块之间的关系计方法，它利用程序结构图表达程序模块之间的关系使用结构化设计方法的关键是恰当地划分模块使用结构化设计方法的关键是恰当地划分模块使用结构化设计方法的关键是恰当地划分模块使用结构化设计方法的关键是恰当地划分模块该方法实施的要点该方法实施的要点该方法实施的要点该方法实施的要点 研究、分析数据流图研究、分析数据流图研究、分析数据流图研究、分析数据流图 根据数据流图决定问题的类型根据数据流图决定问题的类型根据数据流图决定问题的类型根据数据流图决定问题的类型 由数据流图推导出系统的初始结构图并改进与完善由数据流图推导出系统的初始结构图并改进与完善由数据流图推导出系统的初始结构图并改进与完善由数据流图推导出系统的初始结构图并改进与完善 改和补充数据词典，制定测试计划改和补充数据词典，制定测试计划改和补充数据词典，制定测试计划改和补充数据词典，制定测试计划9/17/2024100第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-5-5 商品化的工业控制软件商品化的工业控制软件 商品化的工业控制软件商品化的工业控制软件对高品质的工业控制软件的需求对高品质的工业控制软件的需求对高品质的工业控制软件的需求对高品质的工业控制软件的需求由专业化公司生产的商品化工业控制软件由专业化公司生产的商品化工业控制软件由专业化公司生产的商品化工业控制软件由专业化公司生产的商品化工业控制软件 监控平台监控平台监控平台监控平台 先进控制软件先进控制软件先进控制软件先进控制软件 生产优化软件生产优化软件生产优化软件生产优化软件 网络版网络版网络版网络版9/17/2024101第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章图片示例说明图片示例说明为说明工业控制软件的应用情况，加深大家的为说明工业控制软件的应用情况，加深大家的为说明工业控制软件的应用情况，加深大家的为说明工业控制软件的应用情况，加深大家的印象，下面给出的是一些商品化的工控软件组印象，下面给出的是一些商品化的工控软件组印象，下面给出的是一些商品化的工控软件组印象，下面给出的是一些商品化的工控软件组态图片以及一些工业过程计算机控制系统实时态图片以及一些工业过程计算机控制系统实时态图片以及一些工业过程计算机控制系统实时态图片以及一些工业过程计算机控制系统实时运行的一些屏幕拷贝图片，以及代表工控软件运行的一些屏幕拷贝图片，以及代表工控软件运行的一些屏幕拷贝图片，以及代表工控软件运行的一些屏幕拷贝图片，以及代表工控软件发展趋势的基于发展趋势的基于发展趋势的基于发展趋势的基于WebWeb技术的技术的技术的技术的HMIHMI（Human Human Machine InterfaceMachine Interface）图片。）图片。）图片。）图片。9/17/2024102第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章商品化的工业控制组态软件示例之一商品化的工业控制组态软件示例之一商品化的工业控制组态软件示例之一商品化的工业控制组态软件示例之一正在组态过程正在组态过程正在组态过程正在组态过程9/17/2024103第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章商品化的工业控制组态软件示例之二商品化的工业控制组态软件示例之二商品化的工业控制组态软件示例之二商品化的工业控制组态软件示例之二连续系统连续系统连续系统连续系统9/17/2024104第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章商品化的工业控制组态软件示例之三商品化的工业控制组态软件示例之三商品化的工业控制组态软件示例之三商品化的工业控制组态软件示例之三间歇系统间歇系统间歇系统间歇系统9/17/2024105第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章商品化的工业控制组态软件示例之四商品化的工业控制组态软件示例之四商品化的工业控制组态软件示例之四商品化的工业控制组态软件示例之四 异地系统监控异地系统监控异地系统监控异地系统监控9/17/2024106第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章实际运行的工控软件示例之一实际运行的工控软件示例之一实际运行的工控软件示例之一实际运行的工控软件示例之一多效蒸发工艺流程图多效蒸发工艺流程图多效蒸发工艺流程图多效蒸发工艺流程图9/17/2024107第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章实际运行的工控软件示例之二实际运行的工控软件示例之二实际运行的工控软件示例之二实际运行的工控软件示例之二II效蒸发器工艺流程详图效蒸发器工艺流程详图效蒸发器工艺流程详图效蒸发器工艺流程详图9/17/2024108第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章实际运行的工控软件示例之三实际运行的工控软件示例之三实际运行的工控软件示例之三实际运行的工控软件示例之三四条参数趋势图四条参数趋势图四条参数趋势图四条参数趋势图9/17/2024109第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章实际运行的工控软件示例之四实际运行的工控软件示例之四实际运行的工控软件示例之四实际运行的工控软件示例之四主参数趋势详图主参数趋势详图主参数趋势详图主参数趋势详图9/17/2024110第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章实际运行的工控软件示例之五实际运行的工控软件示例之五实际运行的工控软件示例之五实际运行的工控软件示例之五近期报警记录近期报警记录近期报警记录近期报警记录9/17/2024111第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章基于基于基于基于WebWeb的的的的HMIHMI之一之一之一之一 同时打开多个浏览器窗口同时打开多个浏览器窗口同时打开多个浏览器窗口同时打开多个浏览器窗口9/17/2024112第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章基于基于基于基于WebWeb的的的的HMIHMI示例之二示例之二示例之二示例之二9/17/2024113第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-5-5 工业控制平台软件工业控制平台软件FIX 工业控制平台软件工业控制平台软件工业控制平台软件工业控制平台软件FIXFIX的主要特点的主要特点的主要特点的主要特点 面向对象的图形面向对象的图形面向对象的图形面向对象的图形 支持大型关系数据库支持大型关系数据库支持大型关系数据库支持大型关系数据库 分布的客户机分布的客户机分布的客户机分布的客户机/ /服务器结构服务器结构服务器结构服务器结构 充分发挥充分发挥充分发挥充分发挥Windows Windows 操作系统全部的强大功能操作系统全部的强大功能操作系统全部的强大功能操作系统全部的强大功能 小小小小规规规规模模模模的的的的软软软软件件件件包包包包括括括括100100个个个个I/OI/O点点点点，大大大大规规规规模模模模的的的的软软软软件件件件可可可可达达达达到到到到100000100000个个个个I/OI/O点点点点 可以快速方便地通过组态而建立应用系统可以快速方便地通过组态而建立应用系统可以快速方便地通过组态而建立应用系统可以快速方便地通过组态而建立应用系统9/17/2024114第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-5-5 柔性先进控制软件包柔性先进控制软件包FLACS（1） 先进控制软件的概念及功能先进控制软件的概念及功能先进控制软件的概念及功能先进控制软件的概念及功能 柔性先进控制软件包柔性先进控制软件包柔性先进控制软件包柔性先进控制软件包FLACSFLACS FLACSFLACS的组成的组成的组成的组成 基基基基 于于于于 多多多多 任任任任 务务务务 操操操操 作作作作 系系系系 统统统统 （ Windows Windows 95/9895/98、Windows Windows NTNT、OS/2OS/2等等等等），以以以以分分分分布布布布式式式式实实实实时时时时数数数数据据据据库库库库为核心为核心为核心为核心 由由由由多多多多变变变变量量量量约约约约束束束束预预预预测测测测控控控控制制制制器器器器、非非非非线线线线性性性性预预预预测测测测控控控控制制制制器器器器、系系系系统统统统辨辨辨辨识识识识工工工工具具具具软软软软件件件件、预预预预测测测测控控控控制制制制器器器器组组组组态态态态软软软软件件件件、系系系系统统统统动动动动态态态态仿真等部分组成仿真等部分组成仿真等部分组成仿真等部分组成9/17/2024115第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章7-5-5 柔性先进控制软件包柔性先进控制软件包FLACS（2） FLACSFLACS的主要特点的主要特点的主要特点的主要特点 移植性好移植性好移植性好移植性好 适用面广适用面广适用面广适用面广 先进的辨识方法先进的辨识方法先进的辨识方法先进的辨识方法 可以按照不同的优先级处理各类约束条件可以按照不同的优先级处理各类约束条件可以按照不同的优先级处理各类约束条件可以按照不同的优先级处理各类约束条件 采用多控制模式采用多控制模式采用多控制模式采用多控制模式 各各各各个个个个操操操操作作作作变变变变量量量量和和和和被被被被控控控控变变变变量量量量都都都都可可可可以以以以在在在在线线线线处处处处于于于于“ “开开开开” ”或或或或“ “关关关关” ”的的的的状状状状态态态态，在在在在线线线线分分分分析析析析可可可可控控控控性性性性，防防防防止止止止“ “病病病病态态态态” ”系系系系统统统统的的的的产生产生产生产生 按照优先级的不同按照优先级的不同按照优先级的不同按照优先级的不同 处理多目标优化问题处理多目标优化问题处理多目标优化问题处理多目标优化问题9/17/2024116第七章 计算机控制系统软件基础第七章第七章第七章第七章第七章小结第七章小结本章共五节，分别讲述了本章共五节，分别讲述了本章共五节，分别讲述了本章共五节，分别讲述了 计算机控制系统软件技术概述计算机控制系统软件技术概述计算机控制系统软件技术概述计算机控制系统软件技术概述 面向计算机控制的操作系统面向计算机控制的操作系统面向计算机控制的操作系统面向计算机控制的操作系统 计算机控制系统中的数据库计算机控制系统中的数据库计算机控制系统中的数据库计算机控制系统中的数据库 数据库的接口设计数据库的接口设计数据库的接口设计数据库的接口设计 计算机控制系统的应用软件计算机控制系统的应用软件计算机控制系统的应用软件计算机控制系统的应用软件9/17/2024117第七章 计算机控制系统软件基础计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统第七章第七章 结束结束The End9/17/2024118第七章 计算机控制系统软件基础