什么是核信息处理系统?

什么是核信息处理系统?

[拼音]：hexinxi chuli xitong

[外文]：nuclear information processing system

处理核信息或高能粒子信息的电子学－计算机系统。核信息处理系统包含用于读取探测器上电信号的各种核电子学设备、核电子学设备与计算机间的接口、计算机的硬件与软件，以及分析处理数据使用的计算机程序。图1为一个典型化核信息处理系统的框图。

用于基础或应用研究的小型系统，往往只处理来自一个或两个探测器的信号。这样的系统所使用的核电子学设备数量不多，计算机接口简单，计算机及其相应的外部设备（磁盘、磁带等）规模也不大；一般，仅一套微型机就能承担数据获取、实时性数据处理，以及最终数据分析和处理等全部任务。

用于高能实验物理研究方面的大型处理系统的规模要大得多。高能事例的信息收集，要使用大量的探测器单元，信号总路数常在104以上。因此，读取来自探测器的载有高能事例信息的大量信号，并在很高的速率下处理这些信息，需要有能力很强的处理系统。这样的系统也很复杂。

在大型处理系统中，数据的最终处理涉及大量的计算，而且，一次实验获取的数据可能因不同的物理目标而需要多次重复使用。因此，数据分析处理工作常在实验过程之后单独进行。这种脱离实验设备之后进行的数据分析，常称为离线数据分析或离线数据处理。离线数据处理可以使用与实验完全无关的计算机，也可仍使用实验时获取数据所用的计算机。离线数据处理所使用的计算机，不一定是完整的核信息处理系统的一个组成部分，不过由于数据分析或数据处理程序大多是有针对性的，因而用于数据分析或数据处理的应用程序系统仍被视为完整核信息处理系统的组成部分。

数据获取与在线数据处理

数据获取是指由接收探测器的电信号开始，经过数字化并把数据读入计算机，直至以可用的形式把数据输出或存放到永久性存放数据的介质（如磁带）为止的全部过程。

数据被读入计算机以后和输出到永久性存放数据的介质或最终使用数据的设备以前，通过程序进行的处理步骤称为在线数据处理。在线数据处理可能在一台计算机内进行，也可能在多台计算机内进行。在后面这种情况下，计算机与计算机之间常有数据往来。在线数据处理的具体内容随系统而异。

触发判选与事例选择

这是高能物理实验在线系统中两项重要的处理步骤。现代的高能物理实验是在高能粒子加速上进行的。加速所产生的能量极高的粒子流，在轰击静止靶或与另一束高能粒子流对撞时发生各种各样的粒子相互作用事例。大量的探测器单元排布在粒子发生相互作用附近的空间，使得在发生相互作用事例时能探测到次级粒子在磁场中运动的轨迹、粒子飞过某段距离所经历的时间以及穿过物质时的能量损失等。信息处理系统在获取这些数据以后，通过数据分析给出感兴趣的物理结果。

在进行任何实验时，人们希望更多地获取感兴趣事例的数据，并尽可能排除无用的数据。可是，客观的实验系统和环境总有大量非感兴趣的事例存在，如宇宙线、束流碰到残余气体发生的作用所产生的事例等。这就是所谓的本底。在实际的高能物理实验中，本底事例与感兴趣事例之比可能高达 106以上。为了排除这些本底的影响，在数据进入计算机之前要经过判选，只使那些满足一定判选条件的事例去触发计算机使之读取数据。不同的实验设计，使用不同的判选办法。例如，用时间控制的办法可以只在每次有束流作用的短暂期间收取探测器给出的信号。这种办法可以排除束流以外时间的大量宇宙线本底。又如，通过设置在一定位置上的探测器单元信号的符合，可以达到按一定方位或甚而按一定径迹形状选择事例的目的。图2表示按方位进行判选的原理。图中排布的四个（或四组）探测单元，在一定时间间隔内同时有信号存在时由符合电路给出触发判选信号，这意味着选出了径迹与入射束流呈θ角的事例。就判选标准而论，粒子种类、粒子数目、粒子能量、径迹形状等均可作为选择的标准；技术上可使用符合电路、甄别电路、逻辑电路以及可编程序逻辑阵列等。

利用电子学电路实现的触发判选，可以把本底压低4至5个数量级。但是，在判选之后的事例中，还可能有90％（或更多）是不感兴趣的事例。把这些事例混杂在感兴趣事例一起记录下来，不只会造成其后数据分析的负担，而且由于读取数据和记录数据都费时间，也会影响数据获取。为了进一步排除非感兴趣事例，在数据获取过程中往往还须进行进一步的事例选择。

基于电子学电路的触发判选电路有很快的处理速度，判选时间最短可在纳秒量级。但是，越是快速响应的电路，选择标准也往往越粗。否则，电路数量过大在经济和技术方面实现起来都存在困难。因此，进一步的事例选择一般使用可编微程序的专用处理机或直接使用计算机程序。

进一步的事例选择，多以径迹的几何特征为依据，因而需要识别径迹。识别的方法是当快速判选电路判明事例以后便启动事例选择过程。这时，首先读取为选择事例所必需的那部分探测器给出的数据，通过程序对这些数据进行处理，把散在的数据恢复成径迹数据并对照选择标准进行检查。如果同标准要求相吻合，则认为是好事例，并启动数据获取过程，读进全部数据并准备记入磁带；如果不符合标准要求，则认为是坏事例而加以舍弃。

基于径迹识别原理的事例选择处理，通常需要较长的处理时间，在径迹条数较多的情况下尤其如此。专门设计的可编微程序处理机，其选择径迹的速度大约为每条径迹100微秒的数量级。

快总线

它是随高能物理实验数据获取率的提高而发展起来的适用于模块式高速数据获取系统的一个部分。用于高能物理实验的核信息处理系统常包含大量的核电子学设备。象高能物理实验这样的探索性很强的科学实验，其目标总是不断发展的，实验设计经常有不同程度的变动，这就要求实验系统有良好的重组性能的重要措施。

70年代，在核电子学方面广泛使用的标准是核仪器插件(NIM)标准与计算机自动测量和控制（CAMAC）标准（见核电子仪器标准化）。但到70年代后期，高能物理实验数据获取率的提高和实时数据处理要求的提高，需要有新的标准与之适应。快总线即是在这种条件下提出来的。快总线标准在系统结构、逻辑结构、电气性能和软件要求等方面已有明确的定义，适用于规模较大的高速数据获取系统。

与CAMAC标准相比，在数据获取系统或自动控制系统中使用快总线标准能使系统支持更高的数据传送率，具有更好的灵活性和方便性。而且，系统能容纳多个处理机作为主动设备，所以能使系统具有强大的分布式实时处理能力。