Файл: Состав и свойства вычислительных систем, информационное и математическое обеспечение вычислительных систем.pdf

По типу вычислительные системы различаются на многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы.Многомашинныевычислительныесистемы (ММС) появились исторически первыми.

На рис. 1 представлена принципиальная схема классификации вычислительных систем.

Каждая ЭВМ, входящая в систему, сохраняет возможность автономной работы и управляется собственной ОС. Любая другая подключаемая ЭВМ комплекса рассматривается как специальное периферийное оборудование. В зависимости от территориальной разобщенности ЭВМ и используемых средств сопряжения обеспечивается различная оперативность их информационного взаимодействия.

Рис. 1. Принципиальная схема классификации вычислительных систем

Многопроцессорные вычислительные системы (МПС) строятся при комплексировании нескольких процессоров. В качестве общего ресурса они имеют общую оперативную память (ООП). Параллельная работа процессоров и использование ООП обеспечиваются под управлением единой общей операционной системы. По сравнению с ММС здесь достигается наивысшая оперативность взаимодействия вычислителей-процессоров.

Однако МПС имеют и существенные недостатки. Они в первую очередь связаны с использованием ресурсов общей оперативной памяти. При большом количестве общих процессоров возможно возникновение конфликтных ситуаций, когда несколько процессоров обращаются с операциями типа «чтение» и «запись» к одним и тем же областям памяти.

Помимо процессоров к ООП подключаются все каналы (процессоры ввода-вывода), средства измерения времени. Поэтому вторым серьезным недостатком МПС является проблема коммутации абонентов и доступа их к ООП. От того, насколько удачно решаются эти проблемы, и зависит эффективность применения МПС. Это решение обеспечивается аппаратурно-программными средствами.

По типу ЭВМ или процессоров, используемых для построения ВС, различают однородные и неоднородные системы. Однородные системы предполагают комплексирование однотипных ЭВМ (процессоров), неоднородные — разнотипных.

В однородных системах значительно упрощаются разработка и обслуживание технических и программных (в основном ОС) средств. В них обеспечивается возможность стандартизации и унификации соединений и процедур взаимодействия элементов системы. Упрощается обслуживание систем, облегчаются модернизация и их развитие. Вместе с тем существуют и неоднородные вычислительные системы, в которых комплексируемые элементы очень сильно отличаются по своим техническим и функциональным характеристикам. Обычно это связано с необходимостью параллельного выполнения многофункциональной обработки.

По степени территориальной разобщенности вычислительных модулей вычислительные системы делятся на системы совмещенного(сосредоточенного)и распределенного (разобщенного) типов. Обычно такое деление касается только ММС. Многопроцессорные системы относятся к системам совмещенного типа.

По методам управления элементами ВС различают централизованные, децентрализованные и со смешанным управлением. Помимо параллельных вычислений, производимых элементами системы, необходимо выделять ресурсы на обеспечение управления этими вычислениями. В централизованных вычислительных системах за это отвечает главная, или диспетчерская, ЭВМ (процессор). Ее задачей являются распределение нагрузки между элементами, выделение ресурсов, контроль состояния ресурсов, координация взаимодействия. Централизованный орган управления в системе может быть жестко фиксирован или эти функции могут передаваться другой ЭВМ (процессору), что способствует повышению надежности системы. Централизованные системы имеют более простые операционные системы. В децентрализованных системах функции управления распределены между ее элементами. Каждая ЭВМ (процессор) системы сохраняет известную автономию, а необходимое взаимодействие между элементами устанавливается по специальным наборам сигналов. С развитием вычислительных систем и, в частности, сетей ЭВМ интерес к децентрализованным системам постоянно растет.

В системах со смешанным управлением совмещаются процедуры централизованного и децентрализованного управления. Перераспределение функций осуществляется в ходе вычислительного процесса исходя из сложившейся ситуации.

По принципу закрепления вычислительных функций за отдельными ЭВМ (процессорами) различают системы с жестким и плавающим закреплением функций. В зависимости от типа вычислительных сетей следует решать задачи статического или динамического размещения программных модулей и массивов данных, обеспечивая необходимую гибкость системы и надежность ее функционирования.По режиму работы вычислительных систем различают системы, работающие в оперативном и неоперативном временных режимах. Первые, как правило, используют режим реального масштаба времени. Этот режим характеризуется жесткими ограничениями на время решения задач в системе и предполагает высокую степень автоматизации процедур ввода-вывода и обработки данных.

Глава 2. Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем

2.1 Информационное обеспечение вычислительных систем

Информационное обеспечение — совокупность системы классификации и кодирования, системы показателей, языков записи данных, унифицированных систем документации и массивов информации, используемых в автоматизированных системах управления.

Информационное обеспечение вычислительных систем включает:

• состав информации, то есть перечень информационных единиц или информационных совокупностей (показателей, констант, переменных, документов, других сообщений, необходимых для решения комплекса задач системы);
• структуру информации и закономерности ее преобразования, то есть правила построения показателей, документов, агрегации и декомпозиции информационных единиц, преобразования информационных единиц в цепочке «вход — система — выход»;
• характеристики движения информации, то есть количественные оценки потоков информации (объем, интенсивность), определение маршрутов движения документов, построение схем документооборота, временные характеристики функционирования источников информации, получения первичных данных, использования исходных данных, продолжительности хранения, старения и обновления данных;
• характеристики качества информации, то есть систему количественных оценок полезности, значимости, полноты, своевременности, достоверности и других качеств информации;
• способы преобразования информации, то есть методы отбора, доставки, распределения информации, методики расчета показателей, схемы обеспечения информацией подразделений системы управления, подготовки рабочих массивов для решения задач.

Основные организационно-методические принципы разработки информационного обеспечения вычислительных систем могут быть сведены кследующим:

• методическое единство информационного обеспечения, то есть разработка различных подсистем на основе единых принципов, и обеспечение взаимосвязи
• различных знаковых подсистем, входящих в состав информационного обеспечения (классификаторы, номенклатуры, показатели, формы документов);
• системность и информационная совместимость подсистем и элементов информационного обеспечения;
• реализация этого принципа означает создание во всей информационной системе взаимоувязанной совокупности форм обмена информацией, классификаторов, кодов и шифров, обеспечивающей обмен информацией в звеньях АСУП;
• типизация и блочность структуры, в соответствии с которыми аналогичные в функциональном и содержательном отношении блоки информационной системы строятся по единым типовым правилам и описываются на одном языке;
• унификация и структуризация форм обмена информацией, включая унификацию, упорядочение языка, сокращение числа форм документов;
• учет требовании машинной обработки, то есть выбор машиночитаемых носителей, придание документам табличной формы, удобной для ввода в ЭВМ, параллельное изготовление машинных носителей;
• интеграция обработки, то есть достижение однократности ввода информации при многократном многофункциональном ее использовании.

Источниками возникновения (и одновременно приемниками) информации являются конкретные структурные производственные и управленческие подразделения предприятия или органа управления (рабочие места, склады, участки, цехи, различные службы, отделы и т. д.) и различные внешние связанные с ними организации.

По направлению информация подразделяется на исходную и управляющую. Исходная информация направлена всегда от объекта управления к системе управления, от системы управления низшего к системе управления более высокого уровня; управляющая информация направлена в противоположную сторону.

Периодичность возникновения и передачи информации установлена для значительной части систематизированных видов информации. Периодичность возникновения и передачи информации о состоянии производства должна обеспечивать возможность оперативного вмешательства управляющего персонала для устранения возникающих отклонений от запланированного хода производства. Сокращение периодичности информации резко увеличивает объемы возникающей информации и работ по ее приему, передаче и переработке.

Многие виды информации, вызванные внутренними или внешними возмущениями (брак, срыв поставок материала и т. п.), имеют вероятностный характер возникновения и передачи.

Частота образования и передачи информации является величиной, обратно пропорциональной периодичности, и измеряется количеством сообщений, переданных в единицу времени.

Степень взаимосвязи характеризуется количеством видов информации, взаимосвязанных с данным видом информации. Взаимосвязанными видами являются, например, исходная и производная информация.

Степень постоянства характеризуется временем, в течение которого информация сохраняет свое значение. По указанному признаку информация подразделяется на постоянную, условно-постоянную, переменную. Постоянная информация не изменяет своего значения в течение длительного периода времени (наименование предприятия или учреждения, наименование и шифр изделий, деталей, документов).Условно-постоянная информациясохраняет свое значение на определенный период времени (цены, нормативы). Переменная информация характеризуется случайностью своего возникновения во времени (количество изготовленной продукции, количество отпущенных материальных ценностей).

Соотношение объемов указанных видов информации имеет большое значение для выбора технических средств автоматизации информационных процессов, особенно таких, как хранение и поиск.

По структуре информация подразделяется на признанную (основную и вспомогательную) и количественную.

Основная признанная информация указывает время и место события, источник и направление информации, отличительные особенности объекта управления.

Вспомогательная признанная информация служит для облегчения использования и обработки информации (номера документов или макета перфокарт, порядковые номера строк, граф).

Соотношение объемов количественной и призначной информации используется при выборе методов и технических средств автоматизации вычислительных работ.

Передача и прием информации осуществляются с помощью носителей памяти человека, документа, перфорационной карты или ленты, магнитной ленты, барабана или диска, комбинации электрических импульсов.

2.2 Информационные языки

Информационный язык АСУП — совокупность правил записи сообщений, отображающих определенный набор объектов и ситуаций, позволяющих на основе формальных процедур использовать в процессе обработки их смысл. Разработка информационного языка системы управления преследует следующие основные цели: перепоручение машине большого числа логических операций, связанных с переработкой смысла сообщений; упрощение общения с машиной за счет приближения языка программирования к естественному; унификация языка системы управления для реализации принципа интеграции обработки информации; объединение подсистем и устройств системы управления и достижение согласованности их функционирования посредством утверждения единой смысловой базы в языке их взаимного общения; упрощение планово-управленческой документации за счет внутримашинного хранения информации, в частности всех промежуточных показателей.

Язык АСУП можно представить как комплекс следующих компонентов: естественный язык системы управления; универсальные алгоритмические языки; конкретные машинные языки; языки описания и организации данных; специальные языки формирования запросов и общения потребителей с памятью системы; внутримашинные информационные языки.

Информационные языки с простыми функциями обеспечивают ввод текстовой информации в ЭВМ, ее хранение и вывод.

Информационно-поисковые языки обеспечивают эффективный поиск, выборку и обновление хранимой в памяти информации.

Информационно-справочные языки позволяют осуществить поиск, выборку, обновление хранимой в памяти ЭВМ информации, несложные операции группировки, сортировки, агрегации, дезагрегации показателей для обеспечения выдачи ответов по стандартным запросам. Эти языки применяются обычно в сочетании с операторными языками формулирования запросов к системе.