Echtzeit

In der Informatik spricht man von Echtzeit (englisch: real-time, deutsch: veraltet Realzeit), um sie von einer Modellzeit zu unterscheiden. Echtzeit bedeutet dabei die Zeit, die Abläufe in der "realen Welt" verbrauchen. Modellzeit hingegen bedeutet die von einer Software selbstverwaltete Laufzeit. Ist die Modellzeit identisch mit der Echtzeit, so spricht man von Echtzeitberechnungen.

Beispiele sind unter anderem zu finden

• in der Simulation: Die Simulationszeit in einem Simulator kann Zeit raffen, zum Beispiel wenn die Simulation einer Populationsdynamik, welche in Echtzeit mehrere Jahrzehnte oder Jahrhunderte dauert, innerhalb weniger Stunden simuliert werden kann. Oder die Zeit wird gestreckt, wenn z.B. sehr schnelle Prozesse aus der realen Welt nachvollziehbar dargestellt werden sollen, wie z.B. die Simulation der Teilchenstreuung bei einer Explosionsreaktion. Ist die Simulationszeit gleich der Zeit in der realen Welt, so handelt es sich um Echtzeitsimulation
• im Rendering von Bildern oder Filmen. Echtzeit-Rendering ist dabei die Berechnung von Bildern in der Geschwindigkeit, wie es die Anzeige verlangt.
• usw...

Oft wird Echtzeit in folgendem Sinne benutzt:

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Eine Berechnung geschieht in Echtzeit, wenn ihr Ergebnis innerhalb eines gewissen Zeitraumes (dieser entspricht einem Zeitintervall der realen Welt) garantiert vorliegt, das heißt bevor eine bestimmte Zeitschranke erreicht ist.

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Man will also, dass die Bereitstellung der Ergebnisse nicht durch Berechnungsschritte verzögert wird. Im Idealfall soll das Ergebnis sofort vorliegen, d.h. die Verzögerung soll vernachlässigbar klein sein.

Ein Echtzeit-System (englisch: real-time system) muss also nicht nur ein Berechnungsergebnis mit dem richtigen Wert, sondern dasselbe auch noch rechtzeitig liefern. Andernfalls hat das System versagt.

Beispiel:

• In einem Auto muss das elektronische Motormanagement zu bestimmten Zeitpunkten seine Ergebnisse (einzuspritzende Benzinmenge, Zündzeitpunkt) liefern. Später eintreffende Ergebnisse sind wertlos.

Eine genaue Dauer der Zeitschranke beziehungsweise was rechtzeitig bedeutet, hängt von der Anwendung ab und kann daher nicht allgemein angegeben werden.

Beispiele:

• In Maschinen ändert sich die gegenseitige Lage von Werkstück und Werkzeug innerhalb von Millisekunden. Abhängig von der geforderten Fertigungstoleranz muss eine Steuerung innerhalb von Mikrosekunden bis einer Millisekunde auf Abweichungen reagieren, um echtzeit-fähig zu sein.
• Die Temperatur eines Apparates in einer verfahrenstechnischen Anlage ändert sich meist nur innerhalb von Minuten. Eine Steuerung, die innerhalb von mehreren Sekunden auf Abweichungen reagiert, kann daher noch als echtzeit-fähig gelten.

Ein Echtzeit-System reagiert also auf alle Ereignisse rechtzeitig und verarbeitet die Daten "schritthaltend" mit dem technischen Prozess. Es wird sozusagen nicht vom technischen Prozess abgehängt.

Rechner zur Steuerung von technischen Einrichtungen oder Prozessen wie Maschinen, verfahrenstechnische Anlagen oder Verkehrsmitteln sind praktisch immer Echtzeit-Systeme.

Abhängig von den Folgen wird manchmal zwischen harter Echtzeit (englisch: hard real-time) und weicher Echtzeit (englisch: soft real-time) unterschieden. Hierfür gelten jeweils unterschiedliche Echtzeitanforderungen.

Beispiele:

• Das elektronische Motormanagement muss harte Echtzeit erfüllen, sonst stottert der Motor oder das Auto bleibt gar ganz stehen, was sogar Unfälle auslösen könnte.
• Ein Computer, mit dem man Videos und Filme ohne merkbare Wartezeiten bearbeiten können soll, braucht nur weiche Echtzeit zu erfüllen. Dauert eine einzelne Aktion länger, kann anschließend ohne negative Folgen weitergearbeitet werden.

Echtzeit beschreibt das zeitliche Ein-/Ausgangsverhalten eines Systems, sagt aber nichts über dessen Realisierung aus. Ein Echtzeit-System kann ein Rechner mit einer geeigneten Software, kann aber auch eine reine Hardware-Lösung sein. Die Software-Lösung eines Echtzeit-Systems erfordert nicht zwingend den Einsatz eines Echtzeitbetriebssystems, ein solches erleichtert aber das Schreiben von echtzeit-fähigen Programmen.

Auch in speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) und Prozessleitsystemen (PLS) werden Echtzeitbetriebssysteme eingesetzt, die aber dem Anwender nicht direkt zugänglich sind.

Um die Echtzeit-Fähigkeit eines mittels Software realisierten Echtzeit-Systems theoretisch nachweisen zu können, müssen die Häufigkeit der externen Ereignisse, die Laufzeit der einzelnen Programmteile und die Zeitschranken bekannt sein.

Inhaltsverzeichnis

1 Beispiele für Echtzeit-Systeme 2 Siehe auch 3 Web-Links

Beispiele für Echtzeit-Systeme

• Steuergerät für das elektronische Motormanagement im Auto
• Antiblockiersystem (ABS) im Auto
• Steuerungen für Maschinen der Fertigungstechnik
• Steuerungen für Anlagen der Verfahrenstechnik
• Video-/Ton-Decoder oder -Encoder (Codec)

Siehe auch

• Laufzeit
• Echtzeit-System
• Echtzeit-Verarbeitung
• Echtzeit-Programmierung
• Echtzeitbetriebssystem
• Speicherprogrammierbare Steuerung
• Prozessleitsystem
• Echtzeit-Strategiespiel
• Simulation

Web-Links

• Beitrag "Comp.realtime: Frequently Asked Questions (FAQs)":
  • regelmäßig in der Newsgroup "comp.realtime" gepostet
  • im HTML-Format: http://www.faqs.org/faqs/realtime-computing/faq/
  • über anonymous FTP: ftp://rtfm.mit.edu/pub/usenet/comp.realtime/
• http://www.faqs.org/faqs/realtime-computing/
• http://www.dedicated-systems.com/encyc/
• http://www.dedicated-systems.com/magazine/magazine.htm

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