Файл: Состав и свойства вычислительных систем.Информационное и математическое обеспечение.pdf
Добавлен: 01.04.2023
Просмотров: 272
Скачиваний: 2
Свойство наращиваемости производительности предоставляет потенциальную возможность решать задачи любой априори заданной сложности. Однако для практической реализации этой возможности требуется, чтобы алгоритм решения сложной задачи удовлетворял условию локальности, а межмодульные пересылки информации слабо влияли на время решения задачи. Это может быть достигнуто за счет крупноблочного распараллеливания сложных задач и (или) аппаратурных средств, позволяющих совместить межмодульные обмены информацией с вычислениями.
Универсальность ВС. Вычислительные системы алгоритмически и структурно универсальны.
Принято считать, что ЭВМ (основанные на модели вычислителя) являются алгоритмически универсальными, если они обладают способностью (без изменения своих структур) реализовать алгоритм решения любой задачи. С другой стороны, ВС – это коллектив вычислителей, каждый из которых обладает алгоритмической универсальностью, следовательно, и система универсальна (в общепринятом смысле).
В вычислительных системах могут быть реализованы не только любые алгоритмы, доступные ЭВМ, но и параллельные алгоритмы решения сложных задач. Последнее следует из определений модели коллектива вычислителей и, в частности, алгоритма функционирования ВС.
Структурная универсальность ВС – следствие воплощения архитектурных принципов коллектива вычислителей, в частности, принципа программируемости структуры. Суть этого принципа – возможность автоматически (программно) порождать специализированные (проблемно-ориентированные) виртуальные конфигурации, которые адекватны структурам и параметрам решаемых задач.
Таким образом, вычислительные системы сочетают в себе достоинства цифровой техники, где процесс вычислений в основном задаётся алгоритмически (точнее: программно) и аналоговой техники, где процесс вычислений предопределяется структурными схемами.
Структурная универсальность позволяет говорить и о специализированности ВС: для каждой задачи допустима автоматическая настройка такой конфигурации из ресурсов ВС, которая наиболее адекватна алгоритму решения задачи. Итак, вычислительная система – это средство, в котором диалектически сочетаются противоположные свойства универсальности и специализированности.
Рассматривая ИС (ВС) в технологическом аспекте, можно выделить аппарат управления (АУ). Оставшиеся компоненты – информационная технология (ИТ), информационная система решения функциональных задач (ИСФЗ) и система поддержки принятых решений (СППР).
Объектами проектирования ИТ являются обеспечивающие подсистемы, реализующие процедуры сбора, передачи, накопления и хранения информации, ее обработки и формирования результатов расчетов в нужном для пользователя виде. ИТ представляет собой информационно-технологический базис для функционирования ИСФЗ и СППР.
Информационная технология:
Математическое обеспечение
Программное обеспечение
Лингвистическое обеспечение
Правовое обеспечение
Эргономическое обеспечение
оор
Организационное обеспечение
Техническое обеспечение
Информационное обеспечение
Обеспечивающие подсистемы
Мы же будем рассматривать две подсистемы представленной информационной технологии: информационное и математическое обеспечение.
Информационное обеспечение
Информационное обеспечение (ИО) представляет собой совокупность проектных решений по объемам , размещению, формам организации информации, циркулирующей в ИС. Оно включает в себя специально организованную для автоматического обслуживания совокупность показателей, классификаторов и кодовых обозначений элементов информации, а также унифицированные системы, документации, массивы информации в базах и банках данных на машинных носителях и персонал, обеспечивающий надежность хранения, своевременность и качество технологии обработки информации.
Повторюсь, информационное обеспечение, т.е. совокупность показателей, справочных данных, классификаторов и кодификаторов информации, унифицированные системы документации, массивы информации, персонал, отвечающий за хранение, своевременность и качество технологии обработки информации.
Информационное обеспечение автоматизированной системы (АС) — совокупность форм документов, классификаторов, нормативной базы и реализованных решений по объемам, размещению и формам существования информации, применяемой в АС при ее функционировании [п. 2.8 ГОСТ 34.003-90].
По ГОСТ 24.205-80 описание информационного обеспечения АСУ должно состоять из следующих разделов:
принципы организации информационного обеспечения;
организация сбора и передачи информации;
построение системы классификации и кодирования;
организация внутримашинной информационной базы;
организация внемашинной информационной базы.
Термин «информационное обеспечение» широко используется в разном контексте, применительно к разным функциям и видам деятельности, трактуется неоднозначно и является дискуссионным. Кроме обозначения этим термином информационных структур, под этим нередко понимается процесс предоставления необходимой информации для нужд определенного социально-экономического объекта.
Информационное обеспечение сети вычислительных центров включает массивы данных, средства их описания, сбора, хранения и выдачи, которые должны в совокупности создать наилучшие условия для централизованной интегрированной обработки информации, обеспечить коллективный доступ к общим для многих абонентов данным, повысить надёжность и достоверность получаемой информации. (см. БСЭ [1])
В прикладных науках под информационным обеспечением понимается поддержка процессов управления, технологии, обучения, научных исследований и другими средствами систем баз данных и знаний. А. В. Блек сформулировал следующее определение информационного обеспечения: "совокупность любых средств, позволяющих ученым с наименьшими затратами времени получать всю или по крайней мере более полную информацию, необходимую им для выполнения научной работы.
По мнению С. В. Звежинского, «информационное обеспечение представляет собой организованный непрерывный технологический процесс подготовки и выдачи информации потребителям в соответствии с их нуждами для поддержания эффективной научно-технической деятельности».
Г. М. Воскресенский предлагает рассматривать информационное обеспечение в качестве функции управления, как организуемую в рамках управления деятельность, направленная на проектирование, функционирование и совершенствование информационных систем, обеспечивающих эффективное выполнение задач управления.
Информационное обеспечение — это создание информационных условий функционирования предприятия, обеспечение необходимой информацией, включение в систему средств поиска, получения, хранения, накопления, передачи, обработки информации, организация банков данных. Непременным условием создания системы информационного обеспечения является построения и функционирования информационно-аналитической автоматизированных систем управления.
Математическое обеспечение
Появление М. о. было вызвано необходимостью повышения производительности труда программистов и специалистов, эксплуатирующих ЭВМ. Действительно, команды вычислительной машины представляют собой с точки зрения возможности записи алгоритма весьма элементарные операции, и запись алгоритма (программирование) в виде последовательности этих команд является трудоемкой работой. Это стимулировало создание средств автоматизации программирования. Происходило укрупнение операций, понимаемых электроникой машины, но это не решило проблемы. Даже у современных ЭВМ команды, как правило, представляют собой элементарные операции. Существенно больший успех был достигнут на пути создания программных средств, облегчающих программирование. Первым шагом было создание М. о., позволяющего программировать на автокоде. Программа на автокоде фактически представляет собой ту же последовательность команд ЭВМ, но записанных символическими обозначениями - в мнемоническом виде. Преобразование мнемонического кода программы в команды машины осуществляют специальные программы - ассемблеры. Затем появились макроассемблеры, которые дали возможность использовать в текстах программ макрооператоры, обеспечивающие выполнение группы команд машины.
Следующим этапом автоматизации программирования было создание алгоритмических языков высокого уровня. Имеется свыше тысячи алгоритмических языков различного назначения, применение которых существенно сокращает затраты на разработку и создание программ. Первым, получившим широкое распространение, стал язык фортран. Затем появились языки алгол, алгамс, а в СССР и язык альфа, предназначенные в основном для проведения научно-технических расчетов. Для записи алгоритмов обработки экономической информации был создан язык кобол. Алголоподобный язык паскаль имеет средства для описания структуры данных. Для работы с текстовой информацией предназначены языки лисп, снобол, амбит, сдл и др. Для описания алгоритмов проведения аналитических преобразований на ЭВМ получила широкое распространение система Reduce, а в СССР и язык аналитик (см. [5]). Как развитие и обобщение языков фортран, алгол и кобол появились языки ПЛ/1 и алгол-68.
Параллельно с развитием языковых средств велись работы по созданию библиотек стандартных программ. Имеются тысячи подпрограмм, программ и программных комплексов, в которых реализованы алгоритмы общего и специального назначения с использованием методов вычислительной математики. Среди них: вычисление элементарных и специальных функций, линейная алгебра, счет интегралов, численное решение обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений с частными производными, метод наименьших квадратов и др. Стандартные программы организованы в виде библиотек подпрограмм, записанных на магнитные ленты или диски, так что они легко доступны. Для вызова подпрограммы достаточно поставить в программе оператор обращения к ней. Наиболее часто применяемые подпрограммы хранятся в виде стандартных модулей загрузки на языке, весьма близком к кодам ЭВМ. Как правило, трансляторы с алгоритмических языков выдают результат своей работы в виде последовательности отдельных подпрограмм и процедур, которые сразу же после трансляции записываются во временную библиотеку в виде стандартных модулей загрузки. Последующее объединение отдельных подпрограмм в рабочую программу в кодах ЭВМ с соответствующей настройкой осуществляет загрузчик либо перед началом счета (статический загрузчик), либо во время счета в момент вызова конкретной подпрограммы (динамический загрузчик). В некоторых системах объединение отдельных оттранслированных ранее частей программ в единую программу осуществляет т. н. редактор связей, а загрузчик только располагает готовую программу в памяти машины.
Наряду с пополнением библиотеки стандартных подпрограмм все большее распространение получает практика создания пакетов прикладных программ, рассчитанных на решение не отдельной задачи, а целого класса задач. Пакет программ представляет собой совокупность подпрограмм, работающих под управлением головной программы. Режим работы пакета задается посредством специализированного проблемно-ориентированного языка, чаще всего являющегося подмножеством обычного профессионального языка или жаргона.
Современные ЭВМ наряду со средствами, облегчающими написание и отладку программ, оснащаются также программными комплексами, обеспечивающими эффективное использование самих ЭВМ путем организации автоматического прохождения задач (управление заданиями), управления данными, динамического распределения памяти, внешних устройств (управления ресурсами). Совокупность этих программных средств наз. операционной системой (ОС) ЭВМ (см. [1]- [4], [6]). OG стали неотъемлемой частью вычислительных систем. Без ОС невозможно функционирование ЭВМ, т. к. управление работой внешних устройств, обмен информацией, организация взаимодействия отдельных элементов ЭВМ в значительной мере осуществляются посредством программ, входящих в ОС. Под управлением ОС функционируют трансляторы с алгоритмических языков, системы программ, облегчающих программирование и отладку (в том числе и в диалоговом режиме), а также обеспечивающих работу с графической информацией. ОС предоставляют средства для работы с большими массивами данных, для ведения файлов (последовательность групп данных, как правило, одинаковой структуры), создания баз данных и различного рода информационно-поисковых систем. ОС обеспечивает использование ЭВМ в составе многомашинных комплексов, в сетях ЭВМ. Кроме языковых средств, облегчающих программирование, пользователю также предоставляется возможность управления работой ОС посредством управляющих операторов (перфокарт), которые вводятся в ЭВМ вместе с программой.
В зависимости от режима работы, который обеспечивается ОС, различают три типа использования ЭВМ.
1) Пакетная обработка программ заключается в автоматическом прохождении (решении) потоков задач на ЭВМ, в том числе и в мультипрограммном режиме. Примерами ОС, обеспечивающих такой режим работы, являются ОС ЕС и ДОС ЕС для машин единой серии (см. [1], [8]) и машин фирмы ИБМ; системы ОС ДУБНА и ОС ДИСПАК для БЭСМ-6 (см. [91); система NOS/BE для машин фирмы Control Data.
2) Режим разделения времени дает возможность одновременно обслуживать многих пользователей, работающих с терминалов, связанных с ЭВМ, в том числе находящихся на больших расстояниях от нее. В качестве примеров ОС, обеспечивающих работу в таком режиме, можно назвать одну из ранних экспериментальных систем MULTICS и систему TSS/360 для машин ИБМ. В крупных вычислительных системах режим разделения времени, как правило, обеспечивается операционными системами, которые одновременно ведут счет и в режиме пакетной обработки. При этом взаимодействие с ОС происходит посредством специальных подсистем, работающих под управлением основной ОС. В NOS/BE это - система Intercom, в ОС ДУБНА - мультитайп, в ОС ДИСПАК - система ДИМОН (см. [10]), в ОС ЕС - ДУУВЗ и СРВ (см. [11]).