Файл: Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем.pdf

Математическое обеспечение вычислительной системы, комплекс программ, описаний и инструкций, обеспечивающих автоматическое функционирование вычислительной системы. Различают общее математическое обеспечение (для организации вычислительного процесса на данной вычислительной системе) и специальное математическое обеспечение (для решения конкретных задач)^[50].

К средствам математического обеспечения относятся^[51]:

• средства моделирования процессов управления;
• типовые задачи управления;
• методы математического программирования, математической статистики, теории массового обслуживания и др.

Математическое обеспечение является составной частью программного обеспечения вычислительной системы. Прикладные и обеспечивающие программы формируются, прежде всего, на базе математических методов. В тех случаях, когда для решения той или иной актуальной задачи не удается подобрать математический метод, используются эвристические алгоритмы.

При этом следует помнить, что каждый из методов может быть применен для решения различных по специфике задач пользователей. И наоборот: одна и та же задача может решаться с помощью различных методов.

Важнейшие математические методы представлены в виде некоторых укрупненных группировок:

Линейное программирование – линейное преобразование переменных в системах линейных уравнений. Сюда следует отнести: симплекс-метод, распределительный метод, метод разрешающих множителей, статический матричный метод решения материальных балансов^[52].

Дискретное программирование представлено двумя классами методов: локализационные и комбинаторные методы. К локализационным относятся методы линейного целочисленного программирования. К комбинаторным – метод ветвей и границ, который используется для построения графиков производства и т.п^[53].

Математическая статистика применяется для корреляционного, регрессионного и дисперсионного анализов явлений и процессов. Корреляционный анализ применяется для установления тесноты связи между двумя или более стохастически независимыми явлениями или процессами^[54].

Регрессионный анализ устанавливает зависимость случайной величины от неслучайного аргумента. Дисперсионный анализ используется для установления зависимости результатов наблюдений от одного или нескольких факторов в целях выявления важнейших. Методы математической статистики используются также для прогностических расчетов^[55].

---

Динамическое программирование применяется для планирования и анализа процессов во времени. Динамическое программирование представляется в виде многошагового вычислительного процесса с последовательной оптимизацией целевой функции^[56]. Сюда следует отнести и имитационное моделирование.

Теория игр представляется рядом методов, использующихся для определения стратегии поведения конфликтующих сторон. Известные методы можно разделить на два класса – точные и приближенные (итеративные). Условно точная игра может, например, реализовываться на основе линейного программирования путем определенного упорядоченного перебора матрицы-игры. Реализация игры на основе приближенных методов имеет несколько вариантов, но каждый из методов основан на аналитическом осмыслении стратегии на каждом шаге (в каждой партии) с целью совершенствования поведения на последующих шагах (в следующих партиях).

Теория массового обслуживания (и родственное ей направление – теория управления запасами) включает большой класс задач, где на основе теории вероятностей оценивается, например, мощность или количество агрегатов, обслуживающих какой-либо производственный процесс, численность ремонтных рабочих, запасы ресурсов и т.п. в зависимости от характера спроса на них^[57]. При этом многие задачи управления запасами формализуются как задачи массового обслуживания и алгоритмически представляются как эвристические модели.

Параметрическое программирование является разновидностью линейного программирования, где коэффициенты при переменных линейного функционала, или коэффициенты при переменных системы линейных уравнений, или те и другие коэффициенты зависят от некоторого параметра. К этому направлению может быть отнесен динамический матричный метод решения материальных балансов.

Стохастическое программирование делится на статистическое и динамическое^[58]. В статистических задачах исследуемые параметры являются случайными величинами на определенном этапе. В динамических задачах имеют дело со случайными последовательностями. Большинство статистических задач сводится к задачам линейного программирования. Динамические задачи являются предметом, так называемого Марковского программирования.

Теория графов – направление математики, где на основе определенной символики представляется формальное (схематическое) описание взаимосвязанности и взаимообусловленности множества работ, ресурсов, затрат и т.п^[59]. Набольшее практическое применение получил так называемый сетевой график (сетевой метод). На основе этой формализации с помощью эвристических или математических методов осуществляется исследование выделенного множества на предмет установления оптимального времени производства работ, оптимального распределения запасов и т.п. Одним из методов формализованного исследования являются эвристические алгоритмы систем ПЕРТ и ДЕРЕВО, а также линейное и нелинейное программирование на базе симплекс-метода^[60].

---

Заключение

В работе рассмотрены основные вопросы, касающиеся вычислительных систем.

Состав вычислительной системы представляет собой взаимосвязь аппаратного и программного обеспечения. Основой аппаратного обеспечения является процессор с находящимися внутри него арифметико-логическим устройством, устройством управления и внутренней памятью, работа процессора инициируются генератором тактовой частоты. Также аппаратное обеспечение не может работать без внутренней и внешней памяти. Для взаимодействия с пользователем аппаратному обеспечению необходимо иметь периферийные устройства ввода-вывода.

На аппаратном обеспечении разворачивается базовое и системное программное обеспечения. С помощью базового программного обеспечения запускаются прикладные программы необходимые пользователю.

Хорошая вычислительная система должна обладать рядом свойств. Масштабируемость необходима для принятия быстрых и адекватных мер, при увеличении количества задач выполняемых вычислительной системой. Универсальность необходима для возможности изменения вычислительной системы для решения новых задач. Надежность и живучесть вычислительной системы необходима для минимизации количества сбоев. Самодиагностика системы служит для минимизации времени простоя, система сама определят, что в ней что-то сломано и сигнализирует об этом. Технико-экономическая стабильность необходима для рациональной разработки и поддержки вычислительной системы.

Информационное обеспечении вычислительных систем служит для рационального использования входящей информации и адекватного ее представления в вычислительной системе.

Математическое обеспечение вычислительных систем используется для создания базовых и прикладных программ и инструкций позволяющих вычислительной системы функционировать автоматически. Математическое обеспечение базируется на различных областях математики. Математическое обеспечение может быть общим или специальным.

В ходе работы полностью рассмотрены основные аспекты вычислительных систем.

Библиография

1. ГОСТ Р 53622-2009 Информационные технологии (ИТ). Информационно-вычислительные системы. Стадии и этапы жизненного цикла, виды и комплектность документов — Введ. 2011-01-01. М.: Стандартинформ, 2011. — 27 с.
2. Алехина Г. В. Информатика. Базовый курс : учебное пособие / Под ред. Г. В. Алехиной. — 2-е изд., доп. и перераб. – М.: Маркет ДС Корпорейшн, 2010. — 731 с.
3. Акулов, О. А., Медведев, Н. В. Информатика. Базовый курс: учебник / О. А. Акулов, Н. В. Медведев. – Москва: Омега-Л, 2009. – 557 с.
4. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. - М.: Бином, 2008. - 632 с.
5. Белоусов А.И., Ткачев С.Б. Дискретная математика: Учеб. для вузов. – М.: Изд-воМГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001.
6. Божко, В.П. Информатика: данные, технология, маркетинг / В.П. Божко, В.В. Брага, Н.Г. Бубнова. — М.: Финансы и статистика, 2014. — 224 c.
7. Виноградов, В. И. Дискретные информационные системы в научных исследованиях. Программное обеспечение модульных ИВС / В.И. Виноградов. - М.: Энергоиздат, 2004. - 208 c.
8. Гейн, А.Г. Основы информатики и вычислительной техники / А.Г. Гейн, В.Г. Житомирский, Е.В. Линецкий, и др.. — М.: Просвещение, 2013. — 254 c.
9. Горлач, Б.А. Теория вероятностей и математическая статистика: Учебное пособие / Б.А. Горлач. - СПб.: Лань, 2013. - 320 c.
10. Данциг, Дж. Линейное программирование / Дж. Данциг. - М.: Прогресс, 2015. - 600 c.
11. Дрейпер, Н. Прикладной регрессионный анализ / Н. Дрейпер, Г. Смит. - М.: Вильямс, 2007. - 912 c.
12. Елисеев, С. В. Математическое и программное обеспечение в исследованиях манипуляционных систем / С.В. Елисеев, М.М. Свинин. - Москва: СИНТЕГ, 2011. - 296 c.
13. Горнец, Н. Н. ЭВМ и периферийные устройства. Компьютеры и вычислительные системы: учебник для студентов вузов, обучающихся по направлению «Информатика и вычислительная техника» / Н. Н. Горнец, А. Г. Рощин. — М.: Академия, 2012. — 240 с.
14. Кирпичников, А. П. Прикладная теория массового обслуживания / А.П. Кирпичников. - М.: Издательство Казанского университета, 2008. - 118 c.
15. Корнеев В. В. Параллельные вычислительные системы / В. В. Корнеев. – М. : Нолидж, 1999. – 311 с.
16. Ляхович В.Ф., Молодцов В.А., Рыжикова Н.Б. Основы информатики. — М.: КноРус, 2016. — 348 с.
17. Мезенцев, К.Н. Автоматизированные информационные системы: Учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования / К.Н. Мезенцев. — М.: ИЦ Академия, 2013. — 176 c.
18. Мелехин, В. Ф. Вычислительные системы и сети / В.Ф. Мелехин, Е.Г. Павловский. - М.: Academia, 2013. - 208 c.
19. Михеева Е.В. Информационные технологии в профессиональной деятельности. — М.: Академия, 2013. — 384 с.
20. Олейник, П.П. Корпоративные информационные системы: Учебник для вузов. Стандарт третьего поколения / П.П. Олейник. — СПб.: Питер, 2012. — 176 c.
21. Пупков К.А., Егупов Н.Д., Баркин А.И., др. Методы классической и современной теории автоматического управления. В 5 томах. Том 1. Математические модели, динамические характеристики и анализ систем автоматического управления; МГТУ им. Н. Э. Баумана - Москва, 2004. - 656 c.
22. Пухальский, Геннадий Иванович. Проектирование цифровых устройств: учебное пособие для студентов вузов. / Г. И. Пухальский, Т. Я. Новосельцева. — СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2012. — 896 с.: ил.
23. Растригин, Л.А. Вычислительные машины, системы, сети... / Л.А. Растригин. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 2017. - 224 c.
24. Румянцева, Е.Л. Информационные технологии: Учебное пособие / Е.Л. Румянцева, В.В. Слюсарь; Под ред. Л.Г. Гагарина. — М.: ИД ФОРУМ, НИЦ ИНФРА-М, 2013. — 256 c.
25. Симонович, С.В. Практическая информатика / Симонович, С.В; Евсеев, Г.А.. — М.: АСТ-Пресс Книга, 2011. — 480 c.
26. Синаторов, С.В. Информационные технологии.: Учебное пособие / С.В. Синаторов. — М.: Альфа-М, НИЦ ИНФРА-М, 2013. — 336 c.
27. Смирнов А. Д. Архитектура вычислительных систем : Учеб. пособие для втузов. - М., 1990. - 318 с. : ил.
28. Столлингс У. Структурная организация и архитектура компьютерных систем. Проектирование и производительность : пер. изд. / У. Столлингс. – 5-е изд. – М. [и др.] : Вильямс, 2002. – 892 с.
29. Судоплатов С.В., Овчинникова Е.В. Дискретная математика: Учебник. –2-еизд., перераб. – М.:ИНФРА-М;Новосибирск:Изд-воНГТУ, 2007. – 256с.
30. Угринович, Н. Информатика и информационные технологии / Н. Угринович. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2017. — 512 c.
31. Федотова, Е.Л. Информационные технологии в науке и образовании: Учебное пособие / Е.Л. Федотова, А.А. Федотов. — М.: ИД ФОРУМ, НИЦ ИНФРА-М, 2013. — 336 c.
32. Федотова, Е.Л. Информационные технологии в профессиональной деятельности: Учебное пособие / Е.Л. Федотова. — М.: ИД ФОРУМ, НИЦ ИНФРА-М, 2012. — 368 c.
33. Фокс, А. Вычислительная геометрия. Применение в проектировании и на производстве / А. Фокс, М. Пратт. - М.: 2011. - 259 c.

---

1. ГОСТ Р 53622-2009 Информационные технологии (ИТ). Информационно-вычислительные системы. Стадии и этапы жизненного цикла, виды и комплектность документов — Введ. 2011-01-01.  М.: Стандартинформ,  2011. — 27 с.

   ↑

2. Акулов, О. А., Медведев, Н. В. Информатика. Базовый курс: учебник / О. А. Акулов, Н. В. Медведев. – Москва: Омега-Л, 2009. – 557 с. ↑

3. Алехина Г. В. Информатика. Базовый курс : учебное пособие / Под ред. Г. В. Алехиной. — 2-е изд., доп. и перераб. – М.: Маркет ДС Корпорейшн, 2010. — 731 с. ↑

4. Акулов, О. А., Медведев, Н. В. Информатика. Базовый курс: учебник / О. А. Акулов, Н. В. Медведев. – Москва: Омега-Л, 2009. – 557 с. ↑

5. Алехина Г. В. Информатика. Базовый курс : учебное пособие / Под ред. Г. В. Алехиной. — 2-е изд., доп. и перераб. – М.: Маркет ДС Корпорейшн, 2010. — 731 с. ↑

6. Акулов, О. А., Медведев, Н. В. Информатика. Базовый курс: учебник / О. А. Акулов, Н. В. Медведев. – Москва: Омега-Л, 2009. – 557 с. ↑

7. Пухальский, Геннадий Иванович. Проектирование цифровых устройств: учебное пособие для студентов вузов. / Г. И. Пухальский, Т. Я. Новосельцева. — СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2012. — 896 с.: ил. ↑

8. Румянцева, Е.Л. Информационные технологии: Учебное пособие / Е.Л. Румянцева, В.В. Слюсарь; Под ред. Л.Г. Гагарина. — М.: ИД ФОРУМ, НИЦ ИНФРА-М, 2013. — 256 c. ↑

9. Угринович, Н. Информатика и информационные технологии / Н. Угринович. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2017. — 512 c. ↑

10. Синаторов, С.В. Информационные технологии.: Учебное пособие / С.В. Синаторов. — М.: Альфа-М, НИЦ ИНФРА-М, 2013. — 336 c. ↑

11. Божко, В.П. Информатика: данные, технология, маркетинг / В.П. Божко, В.В. Брага, Н.Г. Бубнова. — М.: Финансы и статистика, 2014. — 224 c. ↑

12. Федотова, Е.Л. Информационные технологии в науке и образовании: Учебное пособие / Е.Л. Федотова, А.А. Федотов. — М.: ИД ФОРУМ, НИЦ ИНФРА-М, 2013. — 336 c. ↑

13. Федотова, Е.Л. Информационные технологии в профессиональной деятельности: Учебное пособие / Е.Л. Федотова. — М.: ИД ФОРУМ, НИЦ ИНФРА-М, 2012. — 368 c. ↑

14. Горнец, Н. Н. ЭВМ и периферийные устройства. Компьютеры и вычислительные системы: учебник для студентов вузов, обучающихся по направлению «Информатика и вычислительная техника» / Н. Н. Горнец, А. Г. Рощин. — М.: Академия, 2012. — 240 с. ↑

15. ¹⁵ Федотова, Е.Л. Информационные технологии в профессиональной деятельности: Учебное пособие / Е.Л. Федотова. — М.: ИД ФОРУМ, НИЦ ИНФРА-М, 2012. — 368 c. ↑

16. Синаторов, С.В. Информационные технологии.: Учебное пособие / С.В. Синаторов. — М.: Альфа-М, НИЦ ИНФРА-М, 2013. — 336 c. ↑

17. Угринович, Н.Д. информатика и информационные технологии: Учебник для 10-11 классов / Н.Д. Угринович. — М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2014. — 512 c. ↑

18. Федотова, Е.Л. Информационные технологии в профессиональной деятельности: Учебное пособие / Е.Л. Федотова. — М.: ИД ФОРУМ, НИЦ ИНФРА-М, 2012. — 368 c. ↑

19. Горнец, Н. Н. ЭВМ и периферийные устройства. Компьютеры и вычислительные системы: учебник для студентов вузов, обучающихся по направлению «Информатика и вычислительная техника» / Н. Н. Горнец, А. Г. Рощин. — М.: Академия, 2012. — 240 с. ↑

20. Синаторов, С.В. Информационные технологии.: Учебное пособие / С.В. Синаторов. — М.: Альфа-М, НИЦ ИНФРА-М, 2013. — 336 c. ↑

21. Горнец, Н. Н. ЭВМ и периферийные устройства. Компьютеры и вычислительные системы: учебник для студентов вузов, обучающихся по направлению «Информатика и вычислительная техника» / Н. Н. Горнец, А. Г. Рощин. — М.: Академия, 2012. — 240 с. ↑

22. Угринович, Н.Д. информатика и информационные технологии: Учебник для 10-11 классов / Н.Д. Угринович. — М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2014. — 512 c. ↑

23. Гейн, А.Г. Основы информатики и вычислительной техники / А.Г. Гейн, В.Г. Житомирский, Е.В. Линецкий, и др.. — М.: Просвещение, 2013. — 254 c. ↑

24. Ляхович В.Ф., Молодцов В.А., Рыжикова Н.Б. Основы информатики. — М.: КноРус, 2016. — 348 с. ↑

25. Синаторов, С.В. Информационные технологии.: Учебное пособие / С.В. Синаторов. — М.: Альфа-М, НИЦ ИНФРА-М, 2013. — 336 c. ↑

26. Михеева Е.В. Информационные технологии в профессиональной деятельности. — М.: Академия, 2013. — 384 с. ↑

27. Олейник, П.П. Корпоративные информационные системы: Учебник для вузов. Стандарт третьего поколения / П.П. Олейник. — СПб.: Питер, 2012. — 176 c. ↑

28. Симонович Практическая информатика / Симонович, С.В; Евсеев, Г.А.. — М.: АСТ-Пресс Книга, 2011. — 480 c. ↑

29. Мезенцев, К.Н. Автоматизированные информационные системы: Учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования / К.Н. Мезенцев. — М.: ИЦ Академия, 2013. — 176 c. ↑

30. Гейн, А.Г. Основы информатики и вычислительной техники / А.Г. Гейн, В.Г. Житомирский, Е.В. Линецкий, и др.. — М.: Просвещение, 2013. — 254 c. ↑

31. Смирнов А. Д. Архитектура вычислительных систем : Учеб. пособие для втузов. - М., 1990. - 318 с. : ил. ↑

32. Корнеев В. В. Параллельные вычислительные системы / В. В. Корнеев. – М. : Нолидж, 1999. – 311 с. ↑

33. Столлингс У. Структурная организация и архитектура компьютерных систем. Проектирование и производительность : пер. изд. / У. Столлингс. – 5-е изд. – М. [и др.] : Вильямс, 2002. – 892 с. ↑

34. Растригин, Л.А. Вычислительные машины, системы, сети... / Л.А. Растригин. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 2017. - 224 c. ↑

35. Фокс, А. Вычислительная геометрия. Применение в проектировании и на производстве / А. Фокс, М. Пратт. - М.: 2011. - 259 c. ↑

36. Мелехин, В. Ф. Вычислительные системы и сети / В.Ф. Мелехин, Е.Г. Павловский. - М.: Academia, 2013. - 208 c. ↑

37. Мелехин, В. Ф. Вычислительные системы и сети / В.Ф. Мелехин, Е.Г. Павловский. - М.: Academia, 2013. - 208 c. ↑

38. Фокс, А. Вычислительная геометрия. Применение в проектировании и на производстве / А. Фокс, М. Пратт. - М.: 2011. - 259 c. ↑

39. Столлингс У. Структурная организация и архитектура компьютерных систем. Проектирование и производительность : пер. изд. / У. Столлингс. – 5-е изд. – М. [и др.] : Вильямс, 2002. – 892 с. ↑

40. Фокс, А. Вычислительная геометрия. Применение в проектировании и на производстве / А. Фокс, М. Пратт. - М.: 2011. - 259 c. ↑

41. Растригин, Л.А. Вычислительные машины, системы, сети... / Л.А. Растригин. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 2017. - 224 c. ↑

42. Мелехин, В. Ф. Вычислительные системы и сети / В.Ф. Мелехин, Е.Г. Павловский. - М.: Academia, 2013. - 208 c. ↑

43. Фокс, А. Вычислительная геометрия. Применение в проектировании и на производстве / А. Фокс, М. Пратт. - М.: 2011. - 259 c. ↑

44. Фокс, А. Вычислительная геометрия. Применение в проектировании и на производстве / А. Фокс, М. Пратт. - М.: 2011. - 259 c. ↑

45. Растригин, Л.А. Вычислительные машины, системы, сети... / Л.А. Растригин. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 2017. - 224 c. ↑

46. Мелехин, В. Ф. Вычислительные системы и сети / В.Ф. Мелехин, Е.Г. Павловский. - М.: Academia, 2013. - 208 c. ↑

47. Столлингс У. Структурная организация и архитектура компьютерных систем. Проектирование и производительность : пер. изд. / У. Столлингс. – 5-е изд. – М. [и др.] : Вильямс, 2002. – 892 с. ↑

48. Столлингс У. Структурная организация и архитектура компьютерных систем. Проектирование и производительность : пер. изд. / У. Столлингс. – 5-е изд. – М. [и др.] : Вильямс, 2002. – 892 с. ↑

49. Елисеев, С. В. Математическое и программное обеспечение в исследованиях манипуляционных систем / С.В. Елисеев, М.М. Свинин. - Москва: СИНТЕГ, 2011. - 296 c. ↑

50. Пупков К.А., Егупов Н.Д., Баркин А.И., др. Методы классической и современной теории автоматического управления. В 5 томах. Том 1. Математические модели, динамические характеристики и анализ систем автоматического управления; МГТУ им. Н. Э. Баумана - Москва, 2004. - 656 c. ↑

51. Виноградов, В. И. Дискретные информационные системы в научных исследованиях. Программное обеспечение модульных ИВС / В.И. Виноградов. - М.: Энергоиздат, 2004. - 208 c. ↑

52. Данциг, Дж. Линейное программирование / Дж. Данциг. - М.: Прогресс, 2015. - 600 c. ↑

53. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. - М.: Бином, 2008. - 632 с. ↑

54. Горлач, Б.А. Теория вероятностей и математическая статистика: Учебное пособие / Б.А. Горлач. - СПб.: Лань, 2013. - 320 c. ↑

55. Дрейпер, Н. Прикладной регрессионный анализ / Н. Дрейпер, Г. Смит. - М.: Вильямс, 2007. - 912 c. ↑

56. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. - М.: Бином, 2008. - 632 с. ↑

57. Кирпичников, А. П. Прикладная теория массового обслуживания / А.П. Кирпичников. - М.: Издательство Казанского университета, 2008. - 118 c. ↑

58. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. - М.: Бином, 2008. - 632 с. ↑

59. Судоплатов С.В., Овчинникова Е.В. Дискретная математика: Учебник. –2-еизд., перераб. – М.:ИНФРА-М;Новосибирск:Изд-воНГТУ, 2007. – 256с. ↑

60. Белоусов А.И., Ткачев С.Б. Дискретная математика: Учеб. для вузов. – М.: Изд-воМГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. ↑

---