TÜBINGEN - Im Physikalischen Institut der Universität arbeiten ein knappes Dutzend Arbeitsgruppen an den verschiedensten Problemen der experimentellen Atom-, Kern- und Festkörper-Physik. Zur Verarbeitung und Auswertung der anfallenden Meßdaten sowie zur automatischen Steuerung der unterschiedlichsten Experimente wurde in koordinierter Zusammenarbeit ein Minicomputer-Netzwerk ("MININET") aufgebaut, das für die Universität Tübingen eine flexible, sachgerechte und kostengünstige Lösung darstellt.

Als Netz-Zentrale fungiert eine PDP-11/45 unter Multi-User-Realtime-Betriebssystem, ausgestattet mit allgemein verwendbarer Peripherie und einem Anschluß an das Universitäts-Rechenzentrum.

Als Satellitenrechner werden kleinere PDP-11-Minis eingesetzt, die - außer mit einem Terminal - ausschließlich mit prozeßspezifischer Peripherie arbeiten und "vor Ort" unter einem Multitasking-Realtime-Betriebssystem mit dem Experiment verbunden sind.

Das Verbundsystem besteht des weiteren aus den Datenleitungen mit der für ihren Betrieb benötigten Hard- und Software.

Die folgenden Konstruktionsprinzipien machen MININET zu einem leistungsfähigen und kostengünstigen Datenerfassungs- und Steuerungssystem, das durch seine Flexibilität ein breites Anwendungsfeld sowohl in der universitären Forschung und Lehre wie auch in der industriellen Produktion und Entwicklung finden wird:

- verteilte Intelligenz für effektiven Echtzeitbetrieb an allen Meßplätzen,

- kostengünstige Konzentration der allgemein verwendbaren Peripherie

am Zentralrechner,

- Realisierung der Datenleitung durch preisgünstige Standard-Hardware,

- minimale Einschränkung für die Länge der Übertragungsleitungen,

- einfache, benutzerfreundliche Bedienung,

- Ermöglichung kleiner Satellitensysteme durch minimalen Speicherbedarf

- transparenter Zugriff vom Satellitenterminal aus zum Zentralrechner,

- keine Änderung am Standardbetriebssystem des Zentralrechners.

Das Gesamtkonzept wurde aus Kompatibilitäts-Gründen unter weitgehender Verwendung von DEC-Standard-Software und nach den DEC-Richtlinien realisiert.

Als Zentralrechner des Netzwerks eignet sich jeder größere PDP-11-Rechner, der unter dem Betriebssystem RSX-11M arbeiten kann. Im vorliegenden Fall steht eine PDP-11/45 mit 248 KB Hauptspeicher, fünf Platten- und zwei DEC-Tape-Laufwerken zur Verfügung. Damit kann der Zentralrechner zur Programmentwicklung und zur Aufnahme der Programmbibliothek sowohl für den Eigenbedarf als auch für die Satellitenrechner eingesetzt werden. Unter Benutzung des Standardprogramms VMR werden die Betriebssysteme für die Satellitenrechner generiert, die Benutzerprogramme eingebunden, über die Datenleitung in die Satelliten transferiert und gestartet. Die dieses "Down-line loading" und das Nachladen von Benutzerprogrammen steuernden Routinen benötigen im Zentralrechner rund 13 KB Speicherplatz, allerdings nur während des kurzzeitigen Ladevorgangs. Für einen mittleren Datenanfall kann der Zentralrechner eine weitgehende Datenreduktion, -auswertung und -abspeicherung übernehmen. Für die Dokumentation können dabei Schnelldrucker und Plotter verwendet werden. Bei nachfolgenden rechenintensiven Auswerteverfahren werden die Daten über eine Standleitung, deren Leitungsprozedur CP1 durch einen PDP-11/03-Minicomputer gesteuert wird (siehe auch CW-Nr. 9 vom 25. 2. 1977), an den Großrechner TR 440 des Universitätsrechenzentrums transferiert und die Ergebnisse auf demselben Wege wieder dem MININET-Zentralrechner zur Verfügung gestellt.

Echtzeit garantiert

Die Satellitenrechner übernehmen die Steuerung und Datenaufnahme eines einzelnen Meßplatzes, garantieren so einen optimalen Echtzeitbetrieb und können eine erste Datenselektion und -reduktion vornehmen. Dies geht unter anderem beim Betrieb eines Kernresonanz-Spektrometers, eines Vielkanal-Analysators bei der Untersuchung der Röntgenbremsstrahlung, eines 10-ns-Transientenrekorders bei Lebensdauermessungen von angeregten Energiezuständen in der Atomhülle, eines CAMAC-Datenerfassungssystems in der Supraleitungsphysik wie auch beim Experimentieren und Auswerten im physikalischen Praktikum. Die hierbei eingesetzten Minicomputer PDP-11/03, /04 und /05 sind mit 32 bis 56 KB RAM-Speicher bestückt und benötigen keinen eigenen Massenspeicher. Die Verwendung desselben Betriebssystems wie im Zentralrechner, nämlich RSX-11S, nur in der Stand-alone-Version, bringt eine vereinfachte Bedienung für den Benutzer an beiden Systemen, problemlose Systemgeneration des Satellitensystems im Zentralrechner und die Möglichkeit eines Multitasking-Betriebs im Satellitenrechner, falls die Erfordernisse der Echtzeitsteuerung des angeschlossenen Experiments, wie häufig der Fall, dies als sinnvoll erscheinen lassen. Gerade dann bietet sich die bequeme Möglichkeit an, in Zeiten, in denen das angeschlossene Experiment weder das Satellitenrechnerterminal noch die Verbindung zum Zentralrechner benötigt, von diesem Terminal in transparentem Durchgriff auf den Zentralrechner Datenauswertung oder Programmentwicklung zu betreiben. Der zu steuernde Prozeß hat dabei die Möglichkeit dem Benutzer am Terminal seinen Ein/Ausgabe- oder seinen Übertragungs-Bedarf anzumelden.

Standard-Interfaces

Bei der Realisierung der Datenleitung zwischen Zentral- und Satellitenrechner wurde aus Kompatibilitäts- und Kostengründen auf die Verwendung von Standard-Hardware zurückgegriffen, nämlich je ein serielles Interface (wie für Terminals) mit EIA- beziehungsweise Current-loop-Schnittstelle pro Rechner und zur Verknüpfung ein Nullmodem. Dadurch können Einschränkungen in der Leitungslänge vermieden werden. Die Übertragungsrate entspricht allerdings auch nur den für Terminals üblichen Werten (9600 Baud), was wegen der Speicher- und Reduziermöglichkeit im Satellitenrechner nicht ins Gewicht fällt. Die Übertragungs-Software ist so ausgelegt, daß sie in den Hauptbetriebsarten für unterschiedlich konfigurierte und auch für zukünftige Zentralrechnersysteme nicht verändert werden muß. Das bedeutet bei der Übertragung von Einelzeichen die Erhaltung des üblichen Terminal-Protokolls unter RSX-11M und für Zeilen- und File-Orientierung volle Kompatibilität mit dem Standardprogramm PIP im Zentralrechner. Außerdem wird im Zentralrechner kein zusätzlicher Speicherplatz benötigt, außer während des System-Transferierens und der Datenübertragung. Zusätzlich zum Betriebssystem (12 KB) im Satellitenrechner werden nur etwa 4 KB für die Leitungsbedienung benötigt, ein Platzvorteil, der der Benutzersoftware voll zugute kommt und die Verwendung von Fortran-Routinen ermöglicht. Bei der programmgesteuerten Übertragung von Daten vom Satelliten- zum Zentralrechner wird die Datensicherheit durch Einzelzeichenkontrolle im Satellitenrechner gewährleistet. Wenn der Benutzer im "Bypass-Mode" am Zentralrechner arbeitet, liegt die Kontrolle bei ihm selbst, nicht anders als bei einem direkt am Zentralrechner angeschlossenen Terminal.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß durch MININET die einzelnen Satellitenrechner über den Zentralrechner und die dort installierte Rechnerkopplung an den Großrechner TR 440 des Universitätsrechenzentrums angeschlossen sind. Auch hier kann ein experimentsteuerndes Programm im Satellitenrechner Daten zur TR 440 übertragen, genauso wie ein Benutzer am Satellitenterminal sich mit Hilfe von wenigen Durchschaltkommandos den Zugriff zur TR 440 aufbauen und anschließend wie an einem direkt dort angeschlossenen Terminal arbeiten kann. MININET erfüllt also alle wesentlichen Anforderungen an ein leistungsfähiges, kostengünstiges und anpassungsfähiges Labornetzwerk und besitzt außerdem einen direkten Großrechneranschluß.

*Physikalisches Institut der Universität Tübingen, Auf der Morgenstelle 14, 7400 Tübingen.