Komputasi real-time
Dalam ilmu komputer, komputasi real-time (RTC), atau komputasi reaktif menjelaskan hardware dan software sistem tunduk pada "real-time kendala", misalnya tenggat waktu operasional dari acara untuk respon sistem. Program real-time harus menjamin respon dalam batasan waktu yang ditentukan, sering disebut sebagai "tenggat waktu". tanggapan real-time sering dipahami dalam urutan milidetik, dan kadang-kadang mikrodetik. Sebuah sistem tidak ditentukan sebagai beroperasi secara real time tidak bisa biasanya menjamin tanggapan dalam kerangka waktu, meskipun sebenarnya atau diharapkan waktu tanggapan dapat diberikan.
Sebuah sistem real-time telah digambarkan sebagai salah satu yang "mengontrol lingkungan dengan menerima data, pengolahan mereka, dan mengembalikan hasil yang cukup cepat untuk mempengaruhi lingkungan pada waktu itu. "Istilah "real-time" juga digunakan di simulasi berarti bahwa jam simulasi yang berjalan pada kecepatan yang sama seperti jam real, dan dalam proses kontrol dan sistem perusahaan berarti "tanpa penundaan yang signifikan".
Software real-time dapat menggunakan satu atau lebih dari yang berikut: bahasa pemrograman sinkron, sistem operasi real-time, dan jaringan real-time, yang masing-masing menyediakan kerangka kerja penting untuk membangun aplikasi perangkat lunak real-time.
Sistem yang digunakan untuk banyak misi kritis aplikasi harus real-time, seperti untuk kontrol fly-by-wire pesawat, atau anti-lock brakes pada kendaraan, yang harus menghasilkan perlambatan maksimum tapi sebentar-sebentar berhenti pengereman untuk mencegah penyaradan. pemrosesan real-time gagal jika tidak selesai dalam batas waktu yang ditentukan relatif terhadap suatu peristiwa; tenggat waktu harus selalu dipenuhi, terlepas dari beban sistem.
Sejarah
Istilah real-time berasal dari penggunaannya pada awal simulasi, di mana proses dunia nyata disimulasikan pada tingkat yang cocok bahwa proses nyata (sekarang disebut simulasi real-time untuk menghindari ambiguitas). Komputer Analog, paling sering, yang mampu mensimulasikan pada kecepatan yang lebih cepat dari real-time, situasi yang bisa sama berbahayanya dengan simulasi lambat jika tidak juga diakui dan dicatat.
Minicomputer, terutama pada 1970-an dan seterusnya, ketika dibangun ke didedikasikan embedded system seperti CAT scanner, meningkatkan kebutuhan untuk respon prioritas-didorong-latency rendah untuk interaksi penting dengan data yang masuk dan sistem sehingga operasi seperti Data General 's RDOS (Real- Waktu Disk operatings System) dan RTOS dengan latar belakang dan latar depan penjadwalan serta Digital Equipment Corporation 's RT-11 tanggal dari era ini. Penjadwalan background-foreground diperbolehkan rendah tugas prioritas waktu CPU ketika ada tugas latar diperlukan untuk mengeksekusi, dan memberi prioritas mutlak dalam latar depan thread / tugas dengan prioritas tertinggi. Sistem operasi real-time juga akan digunakan untuk berbagi waktu-tugas multiuser, misalnya Data General Bisnis Basic bisa dijalankan di latar depan atau latar belakang RDOS (dan akan memperkenalkan elemen tambahan untuk algoritma penjadwalan untuk membuatnya lebih tepat bagi orang-orang yang berinteraksi melalui dumb terminal.
Setelah ketika MOS Technology 6502 (digunakan dalam Commodore 64 dan Apple II), dan kemudian ketika Motorola 68000 (digunakan di Macintosh, Atari ST, dan Commodore Amiga) yang populer, siapa pun bisa menggunakan komputer di rumah mereka sebagai real-time sistem. Kemungkinan untuk menonaktifkan interupsi lain diperbolehkan untuk hard-kode loop dengan waktu yang ditentukan, dan rendah interrupt latency memungkinkan pelaksanaan sistem operasi real-time, memberikan antarmuka pengguna dan disk drive prioritas yang lebih rendah daripada benang real-time. Dibandingkan dengan ini para Programmable Interrupt controller dari Intel CPU (8086..80586) menghasilkan latency sangat besar dan sistem operasi Windows bukanlah sebuah sistem operasi real-time juga tidak memungkinkan program untuk mengambil alih CPU sepenuhnya dan menggunakan nya sendiri scheduler, tanpa menggunakan bahasa mesin asli dan dengan demikian melebihi semua mengganggu kode Windows. Namun, beberapa coding perpustakaan ada yang menawarkan kemampuan real time dalam bahasa tingkat tinggi pada berbagai sistem operasi, misalnya Java Real Time. The Motorola 68000 dan selanjutnya anggota keluarga (68.010, 68.020 dll) juga menjadi populer dengan produsen dari industri sistem kontrol berkat fasilitas ini. Daerah aplikasi ini adalah satu di mana kontrol real-time menawarkan keuntungan yang tulus dalam hal kinerja proses dan keselamatan.
Kriteria untuk komputasi real-time
Suatu sistem dikatakan real-time jika total kebenaran operasi tidak hanya bergantung pada kebenaran logis, tetapi juga pada waktu di mana itu dilakukan. sistem real-time, serta tenggat waktu mereka, diklasifikasikan oleh konsekuensi dari kehilangan tenggat waktu:
Keras - hilang tenggat waktu adalah gagal total sistem.
Perusahaan - jarang meleset tenggat waktu yang ditoleransi, tapi mungkin menurunkan kualitas sistem pelayanan. Kegunaan dari hasil nol setelah batas waktu tersebut.
Lembut - kegunaan hasil degradasi setelah batas waktu, dengan demikian menurunkan kualitas sistem pelayanan.
Dengan demikian, tujuan dari sistem real-time keras adalah untuk memastikan bahwa semua tenggat waktu terpenuhi, tetapi untuk sistem real-time lembut tujuan menjadi pertemuan subset tertentu dari tenggat waktu untuk mengoptimalkan beberapa kriteria khusus aplikasi. Kriteria khusus dioptimalkan tergantung pada aplikasi, tetapi beberapa contoh khas termasuk memaksimalkan jumlah tenggat waktu bertemu, meminimalkan keterlambatan tugas dan memaksimalkan jumlah tugas prioritas tinggi memenuhi tenggat waktu mereka.
Sistem sulit real-time digunakan ketika sangat penting bahwa acara akan bereaksi terhadap dalam batas waktu yang ketat. Jaminan yang kuat yang ditetapkan sistem yang tidak bereaksi dalam interval waktu tertentu akan menyebabkan kerugian besar dalam beberapa cara, terutama merusak lingkungan fisik atau mengancam nyawa manusia (meskipun definisi yang ketat hanya yang hilang batas waktu merupakan kegagalan sistem ). Sebagai contoh, sebuah mobil mesin sistem kontrol adalah sistem real-time keras karena sinyal tertunda dapat menyebabkan kerusakan mesin atau kerusakan. Contoh lain hard real-time embedded system termasuk sistem medis seperti jantung alat pacu jantung dan pengendali proses industri. Sistem sulit real-time biasanya ditemukan berinteraksi pada tingkat rendah dengan hardware fisik, di embedded system. Sistem video game awal seperti Atari 2600 dan Cinematronics vektor grafis harus keras persyaratan real-time karena sifat grafis dan waktu hardware.
Dalam konteks multitasking sistem kebijakan penjadwalan biasanya prioritas didorong (pre-emptive penjadwal). Algoritma penjadwalan lainnya termasuk tenggat waktu awal pertama, yang, mengabaikan overhead switching konteks, cukup untuk beban sistem kurang dari 100%. sistem penjadwalan overlay Baru, seperti scheduler partisi adaptif membantu dalam mengelola sistem yang besar dengan campuran hard real-time dan aplikasi non real-time.
Sistem real-time lembut biasanya digunakan untuk memecahkan masalah akses bersamaan dan kebutuhan untuk menjaga sejumlah sistem terhubung up-to-date melalui situasi berubah. Sebuah contoh dapat menjadi perangkat lunak yang mempertahankan dan memperbarui rencana penerbangan komersial perusahaan penerbangan: rencana penerbangan harus disimpan cukup saat ini, tetapi mereka dapat beroperasi dengan latency dari beberapa detik. Sistem audio-video juga biasanya lembut real-time; pelanggaran kendala menghasilkan kualitas terdegradasi, tetapi sistem dapat terus beroperasi dan juga memulihkan di masa depan dengan menggunakan prediksi beban kerja dan konfigurasi ulang metodologi.
Real-time dalam pemrosesan sinyal digital
Dalam real-time pemrosesan sinyal digital (DSP) proses, dianalisis (input) dan menghasilkan (output) sampel dapat diproses (atau dihasilkan) terus menerus dalam waktu yang dibutuhkan untuk input dan output set yang sama sampel independen dari pengolahan delay. Ini berarti bahwa penundaan pengolahan harus dibatasi bahkan jika pengolahan terus untuk waktu yang tak terbatas. Itu berarti bahwa rata-rata waktu pemrosesan per sampel tidak lebih besar dari periode sampling, yang merupakan kebalikan dari sampling rate. Ini adalah kriteria apakah sampel dikelompokkan bersama dalam segmen besar dan diproses sebagai blok atau diproses secara individu dan apakah ada panjang, pendek, atau tidak ada input dan output buffer.
Pertimbangkan DSP audio yang contoh; jika suatu proses membutuhkan 2,01 detik untuk menganalisis, mensintesis, atau memproses 2,00 detik dari suara, tidak real-time. Jika dibutuhkan 1,99 detik, itu adalah atau dapat dibuat menjadi proses real-time DSP.
Sebuah analog kehidupan bersama berdiri di garis atau antre menunggu kasir di sebuah toko kelontong. Jika garis asimtotik tumbuh lagi dan lagi tanpa terikat, proses checkout tidak real-time. Jika panjang garis dibatasi, pelanggan sedang "diproses" dan output sebagai cepat, rata-rata, karena mereka sedang diinput dan proses yang merupakan real-time. Toko kelontong mungkin keluar dari bisnis atau harus setidaknya kehilangan bisnis jika mereka tidak dapat membuat proses checkout mereka real-time; dengan demikian, secara fundamental penting bahwa proses ini adalah real-time.
Sebuah algoritma pemrosesan sinyal yang tidak dapat bersaing dengan aliran input data dengan output jatuh semakin jauh di belakang input tidak real-time. Tetapi jika keterlambatan output (relatif terhadap input) dibatasi mengenai proses yang beroperasi selama waktu yang tak terbatas, maka algoritma pemrosesan sinyal real-time, bahkan jika penundaan throughput yang mungkin sangat panjang.
Pemrosesan sinyal real-time diperlukan, tetapi tidak cukup dalam dan dari dirinya sendiri, untuk pemrosesan sinyal hidup seperti apa yang diperlukan dalam mendukung acara live. Pemrosesan sinyal digital live audio membutuhkan baik operasi real-time dan batas yang cukup untuk troughput delay agar tidak menjadi terlihat oleh pendengar juga menonton para pemain. Batas toleransi untuk menunda untuk hidup, pengolahan real-time adalah subyek perdebatan namun diperkirakan antara 6 dan 20 milidetik.
Real-time dan kinerja tinggi
Komputasi real-time kadang-kadang disalahpahami menjadi komputasi kinerja tinggi, tapi ini bukan klasifikasi yang akurat. Sebagai contoh, besar superkomputer mengeksekusi simulasi ilmiah mungkin menawarkan kinerja yang mengesankan, namun itu tidak mengeksekusi perhitungan real-time . Sebaliknya, sekali perangkat keras dan perangkat lunak untuk sistem pengereman anti-lock telah dirancang untuk memenuhi tenggat waktu yang dibutuhkan, tidak ada keuntungan kinerja lebih lanjut yang wajib. Selain itu, jika server jaringan sangat sarat dengan lalu lintas jaringan, waktu respon yang mungkin lebih lambat tapi akan (dalam banyak kasus) masih berhasil sebelum kali keluar (hit batas waktu nya). Oleh karena itu, seperti server jaringan tidak akan dianggap sebagai sistem real-time: kegagalan temporal (penundaan, time-out, dll) biasanya kecil dan terkotak (terbatas berlaku) tetapi tidak bencana kegagalan. Dalam sistem real-time, seperti 100 Index FTSE, lambat-down melampaui batas akan sering dianggap bencana dalam konteks penerapannya. Oleh karena itu, kebutuhan yang paling penting dari sistem real-time adalah prediktabilitas dan tidak kinerja.
Beberapa jenis perangkat lunak, seperti banyak program bermain catur, bisa masuk dalam kategori baik. Misalnya, program catur yang dirancang untuk bermain di turnamen dengan jam akan perlu memutuskan bergerak sebelum batas waktu tertentu atau kalah permainan, dan karena itu merupakan perhitungan real-time, tapi program catur yang diperbolehkan untuk berjalan tanpa batas sebelum pindah tidak. Dalam kedua kasus ini, bagaimanapun, kinerja tinggi yang diinginkan: semakin bekerja program turnamen catur dapat dilakukan di waktu yang diberikan, semakin baik bergerak yang akan, dan lebih cepat program catur tidak dibatasi berjalan, semakin cepat akan dapat bergerak. Contoh ini juga menggambarkan perbedaan penting antara perhitungan real-time dan perhitungan lainnya: jika program turnamen catur tidak membuat keputusan tentang langkah berikutnya dalam waktu yang ditentukan itu kehilangan game-yaitu, gagal sebagai computation- real-time sedangkan dalam skenario lainnya, memenuhi tenggat waktu diasumsikan tidak perlu. Kinerja tinggi merupakan indikasi dari jumlah pengolahan yang dilakukan dalam jumlah waktu tertentu, sedangkan real-time adalah kemampuan untuk mendapatkan dilakukan dengan proses untuk menghasilkan output yang berguna dalam waktu yang tersedia.
Dekat real-time
Istilah "dekat real-time", atau "hampir real-time" (NRT), di telekomunikasi dan komputasi, mengacu pada waktu delay diperkenalkan, dengan otomatis pengolahan data atau jaringan transmisi, antara terjadinya peristiwa dan penggunaan Data diolah, seperti untuk menampilkan atau umpan balik tujuan dan kontrol. Sebagai contoh, sebuah display dekat-real-time menggambarkan suatu peristiwa atau situasi seperti yang ada pada saat ini minus waktu proses, karena hampir saat acara live.
Perbedaan antara istilah "real time dekat" dan "real time" agak samar-samar dan harus didefinisikan untuk situasi yang dihadapi. Istilah menyiratkan bahwa tidak ada penundaan yang signifikan. Dalam banyak kasus, pengolahan digambarkan sebagai "real-time" akan lebih tepat disebut sebagai "dekat real-time".
Dekat real-time juga mengacu pada transmisi real-time tertunda suara dan video. Hal ini memungkinkan bermain gambar video, di sekitar real-time, tanpa harus menunggu file video besar seluruh untuk men-download. Database tidak kompatibel dapat mengekspor / impor ke file datar umum bahwa database lain dapat mengimpor / ekspor secara terjadwal sehingga mereka dapat melakukan sinkronisasi data / saham biasa di "dekat real-time" dengan satu sama lain.
Perbedaan antara "dekat real-time" dan "real-time" bervariasi, dan delay yang tergantung pada jenis dan kecepatan transmisi. Keterlambatan dekat real-time biasanya dari urutan beberapa detik hingga beberapa menit.
Metode desain
Beberapa metode yang ada untuk membantu desain sistem real-time, contoh yang maskot, metode lama tapi sangat sukses yang mewakili bersamaan struktur sistem. Contoh lain adalah HOOD, Real-Time UML, AADL, yang profil Ravenscar, dan Real-Time Java.