Файл: Состав и свойства вычислительных систем. Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем (Элементы вычислительных систем).pdf

Система on синтеза, on как on и on система on имитации, on представляет on собой on совокупность on математических on моделей, on их on программного on и on информационного on обеспечения. on Однако, on в on отличие on от on моделей on системы on имитации, on модели on системы on синтеза, on описывающие on управляемые on процессы, on позволяют on ставить on и on решать on с on использованием on электронно-вычислительной on техники on теоретико-игровые on задачи on и on задачи on оптимального on управления. on При on работе on с on такими on моделями on одна on часть on потенциала on ЭВМ on расходуется on на on вычисление on значений on функционала, on определяемого on в on силу on связей on модели on и on характеризующего on качество on выбираемых on управлений, on а on другая on на on основе on этих on вычислений on — on на on поиск on оптимальных on решений. on Необходимость on затрачивать on вычислительные on ресурсы on на on поиск on оптимальных on решений on накладывает on определенные on требования on на on модели on системы on синтеза. on По on сравнению on с on имитационными on моделями on они on характеризуются on менее on детальным on описанием on процесса, on значительными on упрощениями on и on отсутствием on рассмотрения on многих on факторов, on огрублением on связей on модели on и, on естественно, on относительно on небольшим on количеством on величин. on [5]

Трудоемкой on задачей on при on создании on АСУ on ТП on Сода on явилась on также on разработка on ее on математического on обеспечения on (МО), on которое on служит on для on реализации on информационно-вычислительных, on управляющих on и on вспомогательных on функций on on и on обеспечивает on достоверность on информации, on получаемой on от on первичных on преобразователей, on высокое on качество on управления on работой on технологических on отделений on и on производства on в on целом. on МО on является on унифицированным, on т. on е. on допускает on развитие on создаваемой on системы on с on минимальными on изменениями on алгоритмов on и on программ on в on процессе on нормальной on эксплуатации.  on

Математические on методы on в on химии on и on в on химической on кинетике on в on частности on находят on самое on широкое on применение. on Активное on использование on ЭВМ on и on современных on методов on математического on анализа on позволяет on решать on широкий on круг on вопросов, on связанных on с on созданием on химических on баз on данных, on информационно-поисковых on систем, on распространением on методов on вычислительного on эксперимента on и on имитационного on моделирования on в on химии, on развитием on математического on моделирования on химико-технологических on процессов, on решением on математических on проблем on теоретической on химии, on термодинамики, on химической on и on физической on кинетики on и on теории on горения, on применением on методов on теории on графов, on совершенствованием on методов on обработки on экспериментальных on данных on и on решения on задач on идентификации on моделей, on созданием on систем on автоматизации on эксперимента, on разработкой on проблемно-ориентированных on языков on и on методов on машинной on аналитики on и on т. on д. on Все on это on позволяет on говорить on о on становлении on нового on научного on направления on — on химической on информатики on и on математической on химии. on По on отдельным on из on названных on вопросов on проводится on значительное on число on конференций, on однако on в on монографической on литературе on представлены on лишь on традиционные on задачи, on чаше on всего on вычислительного on характера. on Данное on приложение on призвано on хотя on бы on частично on восполнить on этот on пробел. on Мы on приведем on здесь on ряд on нестандартных on численных on методов, on которые on только on в on последнее on время on начали on применяться on для on анализа on уравнений on химической on кинетики. on В on основном on дается on описание on алгоритмов. on Программная on их on реализация on упоминается on по on необходимости on весьма on кратко, on однако on везде, on где on это on возможно, on даются on соответствующие on ссылки. on [5]

---

При on разработке on математического on обеспечения on АСУ on ТП on Сода on были on проведены on исследования on с on целью on модификации on известных on и on разработки on новых on алгоритмов on идентификации, on причем on предлагаемые on алгоритмы on обладают on повышенным on быстродействием on и on точностью on идентификации on по on сравнению on с on описанными on on и on могут on быть on применены on для on широкого on класса on не on только on статических, on но on и on динамических on систем.

on При on функционировании on АСУ on ТП on Сода on информация on о on ходе on технологических on процессов, on протекающих on в on отделениях on содового on производства, on которую on получают on с on помощью on первичных on преобразователей on через on нормирующие on индивидуальные on и on групповые on преобразователи, on поступает on в on ИУК. on Данные on аналитического on контроля, on получаемые on в on химической on лаборатории, on сообщаются on старшему on технологу-оператору, on который on заполняет on реквизиты on соответствующих on форм on и on передает on их on сменному on оператору on ИУК. on Последний on с on помощью on СИД-1000 on вводит on значения on этих on параметров on в on память on вычислительного on комплекса on (ВК). on Аналогично on осуществляется on ввод on данных on о on состоянии on оборудования, on сообщаемых on старшему on технологу-оператору on начальником on смены. on В on каждом on ВК on проводится on обработка on информации, on поступающей on от on соответствующих on отделений on производства, on и on решение on других on задач on АСУ on ТП on в on соответствии on с on общим on алгоритмом on функционирования. on Информационная on связь on между on вычислительными on комплексами on организуется on посредством on двух on модулей on параллельной on передачи on данных. on [2]

Проблема АСУП успешно решается на основе единого математического обеспечения, что в условиях существующей вычислительной техники предполагает единообразие технического обеспечения как информационно-вычислительных центров АСУП, так и кустовых центров. 

Организационные формы использования технических средств зависят от размера предприятия, его организационной структуры, количества применяемых технических средств. Обычно на предприятиях создаются специальные подразделения машиносчетные бюро и станции, контрольно-множительные бюро, информационно-вычислительные центры. Создание последних необходимо при использовании ЭВМ. Информационно-вычислительный центр выполняет с применением экономико-математических методов счетно-вычислительные работы по планированию, экономическому анализу, учету, материально-техническому обеспечению, работы, необходимые для оперативного руководства производством. Применение этой техники меняет технологию управленческого труда, обеспечивает его четкое функционирование. 

---

Для решения этих задач необходимо наличие диалоговых информационно-вычислительных систем на базе современных быстродействующих ЭВМ, оснащенных соответствующим математическим обеспечением (мини- и микро-ЭВМ, микропроцессоров). 

Под математическим обеспечением (МО) АСУ ТП понимается совокупность программных средств, методов, правил и инструкций, предназначенных для обеспечения всех пользователей АСУ ТП необходимым набором услуг, включая выполнение информационно-вычислительных работ, получение справочной информации и т. д. 

Математическое (алгоритмическое и программное) обеспечение как системное, так и специальное базируется на модульном принципе, предусматривающем такое построение математического обеспечения, при котором алгоритмическое и программное, обеспечение можно разложить на отдельные автономные части — модули, выполняющие логически законченные функции или вычислительные операции, обеспечивающие решение конкретных задач. [13]

При этом модули ориентированы на многократное использование для реализации соответствующих задач в различных условиях.

Сложность отдельного круга задач или одной задачи (возможность создания математической модели и ее решения, число переменных и условий) зависит от степени детальности, которая связана с масштабностью рассматриваемого водохозяйственного объекта. Размеры объекта малой крупности часто позволяют осуществить детальную постановку и решение проблемной задачи, сразу получая проектные параметры. Подобные результаты в такой же детальной постановке для крупных водных объектовзачастую получить невозможно. Это объясняется не только чрезмерно большой размерностью задачи по сравнению с такой же задачей для малого объекта, но и увеличением значимости факторов, которыми можно было пренебречь на малом объекте.

Кроме того, для крупных территорий появляются новые факторы, в том числе неформальные. Следовательно, для крупного водного объекта необходимо осуществить агрегирование задачи той же проблемной направленности (по ее постановке, информационному обеспечению, описанию математической модели). Таким образом, с увеличением крупности рассматриваемых водных объектов должна увеличиваться степень агрегирования постановок задач, математических моделей и получаемых решений. В результате этого сложность задач (вычислительная трудоемкость и информационное разнообразие) остается на приемлемом уровне, что позволяет получить практические решения для объектов любого масштаба.

---

Текущее десятилетие характеризуется небывалой скоростью производства и совершенствования электронно-вычислительной техники, средств обеспечения диалога человек-ЭВМ, средств ввода, передачи и отображения информации. Резко возросли быстродействие, объемы внешней и оперативной памяти ЭВМ. Разработаны, продолжают совершенствоваться и создаваться универсальные и специализированные алгоритмические языки и операционные системы. [9]

Термин информатизация стал, пожалуй, наиболее употребительным и актуальным, по существу, применительно к любой области науки и техники. Иными словами, в настоящее время происходит то, что можно назвать компьютерной революцией. Огромные ресурсы финансовые, производственных мощностей, квалифицированных специалистов и т. п. — затрачиваются на создание и производство электронно-вычислительных систем, средств телекоммуникаций, информационных сетей и разработку математического и программного обеспечения к ним. 

Типичным примером сложной системы являются современные территориальные автоматизированные системы управления (АСУ) или сети ЭВМ, представляющие собой совокупность объектов управления — вычислительных центров (ВЦ) — различных уровней иерархии, объединяемых в единое целое сетью (системой) обмена данными — информационной сетью (ИС), через которую осуществляется целевое взаимодействие объектов управления или ВЦ друг с другом. При этом объекты управления АСУ, будучи источниками и получателями информации, являются оконечными узлами ИС.

Кроме того, для обеспечения возможности использования различных путей передачи информации между заданными парами оконечных узлов, а также для увеличения коэффициента использования каналов связи в ИС обычно предусматриваются специальные элементы, называемые узлами коммутации. Важно подчеркнуть, что независимо от числа уровней иерархии, определяющих структуру управления АСУ, физическая структура построенных по такому принципу систем управления по существу определяется структурой ИС. На этом основании будем описывать физическую структуру АСУ или сетей ЭВМ с помощью математического аппарата и подходов, которые обычно используются при исследовании информационных сетей. [5]

Модульный принцип организации систем позволяет формировать вычислительную схему автоматически применительно к конкретной задаче проектирования. Для этого в задании необходимо указать не только характер перерабатываемой информации, ее расположение, но и предложения по организации вычислительных схем, например, в виде ориентированных графов. Поэтому задание должно подвергаться структурному и числовому анализу. В результате структурного анализа но определенным правилам построения моделей выявляется иерархическая последовательность модулей для выполнения задания, происходит объединение ресурсов, устанавливаются взаимосвязи между подсистемами и модулями, а также выявляются альтернативные варианты ращений. Естественно, анализ ведется с учетом информационной обеспеченности задачи и степени ее математического обеспечения.  [3]

---

Остановимся кратко на подсистемах общего назначения. Функции сбора, первичной обработки, хранения и передачи разнообразной информации выполняет информационная подсистема. Подсистема технического обеспечения предназначена для обслуживания различных средств вычислительной техники, используемой в ОАСУ. В состав подсистемы математического обеспечения входят алгоритмы и программы решения перечисленных выше задач. 

Модули выделяются по функциональному назначению и обеспечивают автономную работу либо работу в составе АСНИ с замыканием на центральный информационно-вычислительный комплекс. ИВК предназначен для организации

1) баз данных (БД)

2) систем управления ими (СУБД)

3) библиотеки научно-технических программ АСНИ (БНТПр)

4) поддержания математического обеспечения сети ЭВМ

5) предоставления удаленным пользователям всех модулей и доступа к операционным системам общего назначения и on библиотеке on научно-технических on программ on

6) on комплекса on программ on имитационного on моделирования on биотехнологических on процессов.  on

Математические on методы on и on ЭВМ on в on химии on в on химической on кинетике on находят on все on более on широкое on применение. on Активное on использование on вычислительной on техники on и on современных on методов on математического on анализа on позволяет on решать on широкий on круг on вопросов, on связанных on с on созданием on химических on и on термодинамических on баз on данных on и on банков on знаний, on информационно-поисковых on систем, on распространением on методов on вычислительного on эксперимента on и on имитационного on моделирования on в on химии, on развитием on математического on моделирования on химико-технологических on процессов, on решением on математических on и on вычислительных on проблем on теоретической on химии, on термодинамики, on химической on и on физической on кинетики on и on теории on горения, on применением on методов on топологии on и on теории on графов, on совершенствованием on методов on обработки on экспериментальных on данных on и on решения on задач on идентификации on моделей, on созданием on математического on и on программного on обеспечения on систем on автоматизации on экспериментов, on разработкой on проблемно on ориентированных on языков on и on методов on машинной on аналитики on и on т. on д. on Подтверждение on тому on — on и on большое on число on конференций on но on названным on темам. on [8]

on Все on это on позволяет on говорить on о on становлении on нового on научного on направления on — on химической on информатики on и on математической on химии. on Вопрос on не on исчерпывается on использованием on ЭВМ on и on математических on методов on в on химических on исследованиях. on Принципиальным on моментом on представляется, on что on речь on идет on не on столько on о on формировании on новой on ветви on химии, on сколько on о on новом on этапе on ее on развития. 

---