Einleitend hatten wir vermerkt, dass Mikrorechner insbesondere als Steuereinrichtungen für Geräte und Prozesse eingesetzt werden und dass bei diesen Anwendungen die Notwendigkeit einer zeitbezogenen Arbeitsweise besteht, die sog. Echtzeitverarbeitung.
Die Anforderungen, die dabei an das „Zeitgefühl" des Steuerrechners gestellt werden, kann man in 2 Klassen einteilen:

1. Die Reaktion des Rechners auf ein bestimmtes Ereignis (Eingangssignal) soll nach einer exakt vorgegebenen Zeitdauer bzw. zu einer bestimmten Uhrzeit erfolgen. Dazu muss der Rechner über (meist hardwaremäßig realisierte) Zeitmesseinrichtungen verfügen.
2. Die Reaktion des Rechners auf ein Ereignis darf eine festgelegte Zeitdifferenz nicht überschreiten, kann ansonsten so schnell wie möglich erfolgen. Dazu ist es erforderlich, die Anzahl der dem Rechner zu übertragenden Aufgaben mit seiner Arbeitsgeschwindigkeit richtig abzustimmen und insbesondere durch geeignete Organisation dafür zu sorgen, dass seine Leistung effektiv genutzt wird.

Ziel dieses Abschnitts soll es sein, nach Darstellung einiger Grundbegriffe anhand von Beispielen aufzuzeigen, welche Vielzahl unterschiedlicher Aufgaben auf solche Echtzeitsysteme führt und folglich aus der Sicht der Informationsverarbeitung mit gleichen technischen und organisatorischen Mitteln gelöst werden kann.

Aus Bild 2.1 ist weiterhin ersichtlich, dass zur Kopplung des Steuerrechners an Objekt und Bediener periphere Einrichtungen erforderlich sind:

• Stelleinrichtungen zur Beeinflussung des Objekts,
• Meßeinrichtungen (Sensoren) zur Rückkopplung des Objektzustandes an den Steuerrechner,
• Bedien- und Anzeigeeinrichtungen für die Zusammenarbeit mit dem Bediener.

(Die Funktion des Bedieners wird dabei in einigen Anwendungen vom Menschen, in vielen Fällen aber wiederum durch einen übergeordneten Rechner wahrgenommen.)
Die Stellsignale für das Objekt und die Anzeigesignale für den Bediener bilden damit die Menge der Ausgangsgrößen (Resultate) des Steuerrechners, während Mess- und Bediensignale seine Eingangsinformation sind. Oder anders betrachtet Ein Echtzeitsystem besteht aus 2 von einem Rechner gesteuerten Kommunikationssystemen:

• Rechner-Objekt-Kommunikation 
• Bediener-Rechner-Kommunikation

Im wesentlichen unterscheiden sich diese beiden Systeme durch ihre Zeitforderungen. Während der Bediener-Rechner-Dialog, insbesondere wenn es sich um einen Mensch-Rechner-Dialog handelt, Reaktionszeiten im Sekundenbereich toleriert, sind beim Informationsaustausch zwischen Steuerrechner und Objekt meist wesentlich kleinere Reaktionszeiten einzuhalten.

Regelungssysteme (Steuerungssysteme mit Rückkopplung)

Diese Systeme sind durch den geschlossenen Kommunikationskreis zwischen Steuerrechner und Objekt charakterisiert (Bild 2.3). Damit wird die Wirkung des Stallsignals am Objekt beobachtbar und entsprechend durch Vergleich mit 
einem vorgegebenen Zielwert (Sollwert) korrigierbar.
Auch bei diesen Systemen existiert ein breites Spektrum bezüglich der Bedienerführung Eine Festwertregelung liegt vor, wenn die Sollwerte einmalig vorgegeben bzw. nur in großen Zeitabständen verändert werden. Der Bedienvorgang entfällt entweder („Festschreiben" der Sollwerte bereits durch den Programmierer in das Programm des Steuerrechners) oder erfolgt durch einmalige bzw. selten auftretende Bediensignale. Betrachten wir als Beispiel die Klimaregelung eines Raumes: Vom Steuerrechner werden in bestimmten Zeitabständen z. B. Temperatur und Luftfeuchtigkeit erfasst und daraufhin versucht, durch Stellsignale auf entsprechende Aggregate diese Größen trotz schwankender Umweltbedingungen so genau wie notwendig an die vorgegebenen Sollwerte anzugleichen.

B 
St

Bild 2.3. Steuerungssystem mit Rückkopplung (Regelungssystem)

Man spricht dagegen von einer Nachlauf- oder Folgeregelung, wenn die Sollwerte durch ein Bediensystem in einer für das Steuerungssystem „merklichen" Geschwindigkeit geändert werden. Ein typisches Beispiel hierfür sind die Lageregelungen bei gesteuerten Maschinen und Industrierobotern. Bei diesen Systemen ist es erforderlich, eine oft große Anzahl von mechanischen Bewegungen durch elektrische oder hydraulische Antriebe mit hoher Geschwindigkeit und 
hoher Präzision auszuführen. Betrachten wir als Zahlenbeispiel die Bewegung eines Roboterarmes um eine Achse mit einer Geschwindigkeit von 180 m/s und einer Positionsgenauigkeit von 1°. Wird dem Steuerrechner vom Bediensystem 
eine neue Position (Sollwert) vorgegeben, schaltet dieser über ein Stellsignal den Antrieb ein und verfolgt laufend das von einem Lagemeßsystem abgerufene Meßsignal. Laufend heißt in diesem Fall, dass mindestens 180 Meßwerte je 
Sekunde erfasst werden müssen, also die Eingabe des Meßsignals in den Rechner etwa im Abstand von 5,5 ms erfolgt. Die eingegebene aktuelle Position wird vom Rechner mit dem Sollwert verglichen und nach Berechnung der Differenz entschieden, ob mit voller Geschwindigkeit weitergefahren oder eine Bremsung derart eingeleitet wird, dass trotz der Trägheit der bewegten Massen der Endwert ohne „Überfahren" erreicht wird. Zwischen den Meßwerteingaben ist also jeweils die Abarbeitung eines Programmes im Steuerrechner erforderlich, das die neuen Stellsignale berechnet. Bei den gegenwärtig typischen Arbeitsgeschwindigkeiten für Mikrorechner sind in 5,5 ms mindestens 2000...3000 Befehle ausführbar, eine für ein solches Problem ausreichende Menge.
Eine weitere Klasse von Regelungssystemen - die Optimalwertregelung - ist dadurch gekennzeichnet, dass nicht das Einhalten eines Sollzustandes gefordert ist, sondern vielmehr ein Gütekriterium aus mehreren Zustandsgrößen des 
Objekts formuliert wird. Ziel ist es, durch systematisches Probieren (Verändern der Stellsignale) einen solchen Objektzustand einzustellen, dass dieses Gütekriterium maximal wird. Der Steuerrechner erfasst zu einem bestimmten Zeitpunkt 
die Meßgrößen, berechnet daraus den momentanen Wert des Gütekriteriums und bewirkt danach eine geringfügige Änderung einer Stellgröße. Die Auswirkung dieser Veränderung wird nun vom Rechner durch fortlaufende Messung und Güteberechnung verfolgt. Bei negativem Einfluss wird entsprechend die Stellgröße wieder zurückgesetzt, bei positivem Einfluss in gleiche Richtung weiter verändert.

Bild 2.4. Meß- und Prüfsysteme

Betrachten wir als Beispiel aus der Medizintechnik die EKG-Messung. Das direkte Meßverfahren (Aufzeichnung des EKGs mit Hilfe von Schreiber oder Display) ermöglicht zwar, den momentanen Signalverlauf in allen Einzelheiten zu erfassen, ist aber aufgrund der anfallenden Informationsmenge kein geeignetes Verfahren für eine Dauerbeobachtung bzw. für die parallele Beobachtung mehrerer Patienten. Der Einsatz eines Rechners, der den Verlauf der Meßgröße analysiert und nach anormalen Zuständen absucht, schafft daher vollkommen neue Leistungsmerkmale. So ist es beispielsweise möglich, bei Überschreiten vorgegebener Grenzwerte einen Alarm auszulösen (Intensivstationen), über einen längeren Zeitraum die Trends der EKG-Parameter eines Patienten zu registrieren oder kurzzeitige und zufällige Unregelmäßigkeiten mit dem Zeitpunkt ihres Auftretens aufzulisten und erst auf Anforderung zur Anzeige zu bringen.
Aber auch auf dem Gebiet der elektronischen Maßtechnik wird durch die Einbeziehung der Rechentechnik eine neue Generation von Meßgeräten geschaffen: 
Der Oszillograf, das universelle Meßgerät der Elektronik, ermöglicht die Darstellung periodischer Signalverläufe. Bei einmalig auftretenden Signalen müssen spezielle Oszillografen mit extrem lange nachleuchtenden Bildröhren verwendet werden,.'damit der Signalverlauf für eine längere Auswertungszeit zur Verfügung steht. Die Kopplung Rechner und Oszillograf führt nun dazu, dass die Messung des einmaligen Vorgangs zum Normalfall wird. Die Meßgröße wird vom Rechner abgetastet, eine Analog-Digital-Wandlung vorgenommen und als Meßreihe erbgespeichert. Die Anzeige kann damit vom Meßvorgang vollkommen zeitlich entkoppelt werden. Eine beliebige Dehnung bzw. Komprimierung der Zeitachse, der Beginn der Aufzeichnung erst nach Auftreten bestimmter Signalzustände (z. B. nach Störimpulsen), die parallele Erfassung mehrerer Signale sind nur einige Beispiele für die neuen Leistungsmerkmale eines solchen rechnergesteuerten Oszillografen. Natürlich begrenzen die Arbeitsgeschwindigkeit des Rechners und das Auflösungsvermögen bei der Analog-Digital-Wandlung der Signale die Anwendbarkeit eines solchen Meßgeräts. Ist ausschließlich die Darstellung binärer Signale erforderlich, dann können die Analog-Digital-Umsetzer am Eingang des Rechners entfallen. Derartige Spezialoszillografen für binäre Signale mit integriertem Rechner werden als Logikanalysatoren bezeichnet.
Beruhten die betrachteten Beispiele nur darauf, bei an sich klassischen Maßverfahren eine Entkopplung des Meßwertaufnehmers und der Anzeigeeinrichtung durch den Rechner vorzunehmen, so bietet der nächste Schritt, nämlich die Beeinflussung des Meßobjekts durch vom Rechner erzeugte Stellsignale, eine noch höhere Stufe bei der Automatisierung der Meß- und Prüfprozesse. Derartige Prüf- und Diagnosesysteme ermöglichen die automatische Aufnahme von Maßreihen und die Durchführung von Meßprogrammen.

Dialogsysteme

Viele Echtzeitsysteme sind dadurch charakterisiert, dass scheinbar nur noch die Kommunikation zwischen Bediener (Nutzer) und Rechner vorhanden ist (Bild 2.5). 
Eine genauere Analyse lässt jedoch erkennen, dass die Grundstruktur gemäß Bild 2.1 letztlich doch gültig ist, wobei das Objekt aber ausschließlich eine informatorische Seite aufweist.


Bild 2.5. Dialogsysteme

Am deutlichsten wird das bei den Simulatoren. Solche Systeme werden meist zum Zweck des gefahrlosen Erlernens der Bedienung realer Prozesse und Geräte geschaffen (z. B. Flugsimulatoren). Simuliert wird dabei nur das Objekt, indem dessen Verhalten [Zusammenhang zwischen den Ausgangs-(Meß-)größen und den Eingangs-(Stell-)größen] durch einen Rechner mit einem entsprechenden Programmsystem nachgebildet wird. Dieser Rechner kann dabei separat vorhanden sein oder aber Steuereinrichtung und Objekt werden durch einen Rechner realisiert.
In diese Kategorie sind auch viele der inzwischen auf der Basis von Mikrorechnern geschaffenen elektronischen Spiele einzuordnen. Sind sie doch nichts anderes als Simulatoren für Unterhaltungszwecke.
Der nächste gedankliche Schritt besteht nun darin, auch solche Systeme einzubeziehen, bei denen es um die Simulation geistiger Tätigkeiten und Fähigkeiten geht. Betrachten wir als Beispiel einen elektronischen Taschenrechner mit festem Funktionsumfang. Er besteht aus einem Mikrorechner, einem Tastensatz als Bedienelement und einer Displayzeile als Anzeigeeinrichtung. Der Rechner ist dabei so programmiert, dass er laufend den Tastensatz „beobachtet" und bei Erkennen einer gedrückten Taste ein tastenspezifisches Verarbeitungsprogramm startet. Diese Programme können unterschiedliche Aufgaben übernehmen. Bei Eingabe einer 1. Ziffer muss die Ziffer zur Anzeige gebracht und ihr Zahlenwert in einem Register gespeichert werden. Bei Eingabe weiterer Ziffern muss die Anzeige weitergeschoben und der Zahlenwert entsprechend der Dezimaldarstellung neu berechnet werden. Wird dagegen eine Funktionstaste (z. B. sin) erkannt, so wird ein umfangreicheres Programm gestartet, das den Funktionswert berechnet und für die Anzeige bereitstellt.
Das Gesamtprogramm des im Taschenrechner enthaltenen Mikrorechners gliedert sich also in 2 Komponenten

1. Steuerprogramm (Dieses Programm steuert den Dialog mit dem Nutzer, indem es die Tastatur abfragt, die gedrückte Taste analysiert, spezifische Verarbeitungsprogramme aktiviert und die Anzeigeeinrichtung betätigt.)
2. Verarbeitungsprogramme (Diese Programme bestimmenden eigentlichen Leistungsumfang des Taschenrechners und bilden damit das zu steuernde (oder zu verwaltende) Objekt des Systems. Im Verhältnis zum Steuerprogramm 
   gehören diese Programme einer untergeordneten Ebene an, die jeweils nur kurzzeitig zur Lösung einer speziellen Aufgabe aktiv wird. Danach wird die Regie wieder vom Steuerprogramm übernommen.)

Der Unterschied zu den anderen Typen von Echtzeitsystemen liegt also darin, dass bei den Dialogsystemen die Trennung zwischen Objekt und Steuerrechner nicht mehr unbedingt hardwaremäßig existieren muss, sondern oft nur in der 
Gliederung der Software eines Rechners erkennbar ist.
Damit ordnet sich auch die breite Anwendungsklasse der Informations-, Auskunfts- und Buchungssysteme hier ein, bei der durch Rechner der Zugriff von vielen Nutzern (Bedienern) zu einem oder mehreren Objekten gewährleistet wird, 
die jeweils bestimmte Funktionen der Informationsspeicherung und -verarbeitung leisten können.