Бортовая цифровая вычислительная техника представляет собой специализированное оборудование, интегрированное в единый комплекс. Её основное назначение — сбор, обработка данных и формирование управляющих команд для различных бортовых систем и исполнительных механизмов. Для обеспечения работы в режиме реального времени, процессор периодически прерывает выполнение текущих задач, чтобы вернуться к обработке критически важных, циклически повторяющихся процессов. Это позволяет системе своевременно реагировать на изменения обстановки и управлять объектом.
Пример: вычислительный комплекс космического корабля «Буран»
Архитектура бортового вычислительного комплекса (БВК) напрямую зависит от решаемых им задач, ключевыми из которых являются обеспечение работоспособности всех систем и безопасность экипажа. На «Буране» комплекс был построен по модульному принципу и состоял из двух идентичных подсистем: центральной и периферийной.
Принцип резервирования и синхронизации
Ядро системы составляли четыре одинаковые бортовые цифровые вычислительные машины (БЦВМ). Они работали параллельно, выполняя одни и те же программы, и фактически являлись четырьмя независимыми каналами, резервирующими друг друга. Для контроля корректности их работы на выходе каждой БЦВМ была установлена специальная схема сравнения. Эта схема непрерывно анализировала команды, выдаваемые всеми каналами. В случае сбоя или расхождения в работе одной из машин, система сравнения автоматически отключала её выход из общего управляющего тракта. Таким образом, комплекс мог продолжать функционирование уже на трёх, а затем и на двух исправных вычислителях, что значительно повышало общую надёжность системы.
Обеспечение синхронной работы четырёх параллельных вычислителей — сложнейшая задача. Программные методы синхронизации в реальном времени считались недостаточно надёжными. Поэтому в «Буране» была применена аппаратная синхронизация. Её сердцем стал единый высокоточный кварцевый генератор тактовых импульсов. Он подавал на все восемь процессоров (в каждой БЦВМ их было два) общую временную сетку с одинаковым периодом прерываний, гарантируя полную синхронность их работы. Для обеспечения бесперебойности даже самого генератора, он был выполнен с пятикратным резервированием каналов, сохраняя функциональность при отказе двух из них.
Хранение данных и информация для экипажа
Помимо вычислительных модулей и генератора, в состав комплекса входил накопитель на магнитной ленте (в современных системах его аналогами являются твердотельные накопители и флеш-память). На этом устройстве хранилось всё необходимое программное обеспечение, которое загружалось в оперативную память БЦВМ непосредственно во время полёта. Кроме программ, накопитель мог содержать различную служебную информацию, текстовые и графические данные для вывода на бортовые дисплеи в кабине экипажа, что было особенно важно во время пилотируемых миссий.