Файл: Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем.pdf

Программное обеспечение вычислительной системы

Программное обеспечение (ПО) - это совокупность всех программ и соответствующей документации, обеспечивающая использование вычислительной системы в интересах каждого ее пользователя^[23].

Различают системное и прикладное ПО. Схематически программное обеспечение можно представить так:

Системное ПО – это совокупность программ для обеспечения работы компьютера. Системное ПО подразделяется на базовое и сервисное^[24]. Системные программы предназначены для управления работой вычислительной системы, выполняют различные вспомогательные функции (копирования, выдачи справок, тестирования, форматирования и т. д).

Базовое ПО включает в себя^[25]:

• операционные системы;
• оболочки;
• сетевые операционные системы.

Сервисное ПО включает в себя программы (утилиты)^[26]:

• диагностики;
• антивирусные;
• обслуживания носителей;
• архивирования;
• обслуживания сети.

Прикладное ПО – это комплекс программ для решения задач определённого класса конкретной предметной области^[27]. Прикладное ПО работает только при наличии системного ПО.

Прикладные программы называют приложениями. Они включает в себя^[28]:

• текстовые процессоры;
• табличные процессоры;
• базы данных;
• интегрированные пакеты;
• системы иллюстративной и деловой графики (графические процессоры);
• экспертные системы;
• обучающие программы;
• программы математических расчетов, моделирования и анализа;
• игры;
• коммуникационные программы.

Особую группу составляют системы программирования (инструментальные системы), которые являются частью системного ПО, но носят прикладной характер. Системы программирования – это совокупность программ для разработки, отладки и внедрения новых программных продуктов^[29]. Системы программирования обычно содержат^[30]:

• трансляторы;
• среду разработки программ;
• библиотеки справочных программ (функций, процедур);
• отладчики;
• редакторы связей и др.

Существует огромное количество прикладных программ, но использовать их можно только при наличии базовых программ, как минимум, операционной системы. Базовое ПО при необходимости обращается к сервисному, так же, пользователь сам может инициировать обращение к сервисному ПО.

---

Правильно организованная связь аппаратного и программного обеспечения создает вычислительную систему.

2. Свойства вычислительных систем

Основными свойствами вычислительных систем являются:

• Масштабируемость;
• Универсальность;
• Производительность;
• Реконфигурируемость;
• Надежность и живучесть;
• Самодиагностика;
• Технико-экономическая эффективность.

Масштабируемость (Scalability) ВС. Под масштабируемостью ВС понимается их способность к наращиванию и сокращению ресурсов, возможность варьирования производительности^[31]. Сложность (трудоемкость) задач, решаемых на вычислительных средствах, постоянно растет. Для сохранения в течение длительного времени способности ВС адекватно решать сложные задачи необходимо, чтобы она обладала архитектурным свойством масштабируемости.

Это означает, в частности, что производительность, достигнутую ВС на заданном количестве вычислителей, можно увеличить, добавив еще один или несколько вычислителей^[32]. Выполнение этого свойства гарантируется принципами модульности, локальности, децентрализованности и распределенности^[33].

Свойство наращиваемости производительности предоставляет потенциaльную возможность решать задачи любой априори заданной сложности.

Универсальность (Genericity, Generality, Versatility) ВС. Вычислительные системы алгоритмически и структунно универсальны^[34]. Принято считать, что вычислительная система (основанная на модели вычислителя) являются алгоритмически универсальными, если она обладают способностью (без изменения своих структур) реализовать алгоритм решения любой задачи^[35].

B вычислительных системах могут быть реализованы не только любые алгоритмы, доступные ЭВМ, но и параллельные алгоритмы решения сложных задач.

Структурная универсальность позволяет говорить и o специализированности ВС: для каждой задачи допустима автоматическая настройка такой конфигурации из ресурсов ВС, которая наиболее адекватна алгоритму решения задачи. Таким образом, ВС это средство, в котором диалектически сочетаются противоположные свойства, универсальности и специализированности^[36].

---

Производительность (Performance, Throughput, Processing power) ВС. B отличие от ЭВМ, построенных на основе модели вычислителя, ВС не имеют принципиальных ограничений в повышении производительности. Увеличение производительности в них достигается за счет не только повышения физического быстродействия микроэлектроннык элементов, главным образом увеличения числа вычислителей^[37]. Следует подчеркнуть, что благодаря свойству однородности наращиваемость ВС осуществляется простым подключением дополнительных вычислений без конструктивны изменений первоначального состава системы^[38]. При этом достигается простота настройки ПО на заданное число вычислителей в системе. На основании последнего обеспечивается совместимость ВС различной производительности.

Реконфигурируемость (Reconfigurability) ВС. Структурная и функциональная гибкости ВС обусловлены широкими возможностями систем по статической и динамической реконфигурации. Статическая реконфигурация ВС обеспечивается: варьированием числа вычислителей, их структуры и состава; выбором дня вычислителей числа полюсов для связи c другими вычислителями; возможностью построения структур в виде графов, относящихся к различным классам; допустимостью применения в качестве связей каналов различных типов, различной физической природы и различной протяженности и т. п^[39]. Благодаря приспособленности ВС к статической реконфигурации достигается адаптация системы под область применения на этапе ее формирования.

Надежность и живучесть (Reliability and Robustness) ВС. Данные два понятия семантически близки, оба призваны характеризовать архитектурные способности ВС по выполнению возлагаемых на них функций. Однако каждое из них отражает специфические особенности ВС по использованию исправных ресурсов при переработке информации^[40].

Под надежностью ВС понимается ее способность к автоматической (программной) настройке и организации функционирования таких структурных схем, которые при отказах и восстановлении вычислителей обеспечивают заданный уровень производительности или, говоря иначе, возможность использовать фиксированное число ж равных вычислителей (при реализации параллельных программ решения сложных задач). Это понятие характеризует возможности ВС по переработке информации при наличии фиксированной структурной избыточности (представленной частью вычислителей) и при использовании параллельных программ c заданным числом ветвей.

---

Под живучестью ВС понимают свойство программной настройки и организации функционирования таких структурных схем, которые в условиях отказов и восстановления вычислителей гарантируют при выполнении параллельной программы производительность в заданных пределах или возможность использования всех исправных вычислителей^[41]. Понятие «живучесть» ВС характеризует их способности по организации отказоустойчивых вычислении или, говоря иначе, по реализации параллельных программ, допускающих варьирование числа ветвей в известных пределах.

Самоконтроль и самодиагностика (self-testing and self-diagnostics) ВС. Организация надежного и живучего функционирования ВС связана c контролем правильности их работы и c локализацией неисправностей в них^[42].

Заключение об исправности или неисправности отдельных вычислителей системы принимается коллективно всеми вычислителями на основе сопоставления их индивидуальных заключений об исправности соседних c ними вычислителей.

Технико-экономическая эффективность (Technical-econoпiical Efficiency) ВС. Конструктивная однородность позволяет резко сократить сроки разработки и изготовления систем, обеспечивает высокую технологичность производства, упрощает и статическую, и динамическую реконфигурации ВС, облегчает их техническую эксплуатацию^[43]. Она существенно упрощает процесс организации взаимодействий между вычислителями ВС и облегчает создание ПО.

В заключении данной главы, необходимо отметить, что сочетает все свойства в себе хорошо спроектированная вычислительная система, и необходимо заранее обдумывать возможности масштабируемости, универсальности и т.д.

3. Информационное обеспечение вычислительных систем

Информационное обеспечение - совокупность единой системы классификации и кодирования информации, унифицированных систем документации, схем информационных потоков, циркулирующих в организации, а также методология построения баз данных^[44].

Информационное обеспечение вычислительных систем является средством для решения следующих задач^[45]:

• однозначного и экономичного представления информации в системе (на основе кодирования объектов);
• организации процедур анализа и обработки информации с учетом характера связей между объектами (на основе классификации объектов);
• организации взаимодействия пользователей с системой (на основе экранных форм ввода-вывода данных);
• обеспечения эффективного использования информации в контуре управления деятельностью объекта автоматизации (на основе унифицированной системы документации).

---

Информационное обеспечение вычислительных систем включает два комплекса: внемашинное информационное обеспечение (классификаторы технико-экономической информации, документы, методические инструктивные материалы) и внутримашинное информационное обеспечение (макеты/экранные формы для ввода первичных данных в вычислительную систему или вывода результатной информации, структуры информационной базы: входных, выходных файлов, базы данных)^[46].

К информационному обеспечению предъявляются следующие общие требования^[47]:

• информационное обеспечение должно быть достаточным для поддержания автоматизируемых функций объекта;
• для кодирования информации должны использоваться принятые у заказчика классификаторы;
• для кодирования входной и выходной информации, которая используется на высшем уровне управления, должны быть использованы классификаторы этого уровня;
• должна быть обеспечена совместимость с информационным обеспечением систем, взаимодействующих с разрабатываемой системой;
• формы документов должны отвечать требованиям корпоративных стандартов заказчика (или унифицированной системы документации);
• структура документов и экранных форм должна соответствовать характеристикам терминалов на рабочих местах конечных пользователей;
• графики формирования и содержание информационных сообщений, а также используемые аббревиатуры должны быть общеприняты в этой предметной области и согласованы с заказчиком;

В вычислительной системе должны быть предусмотрены средства контроля входной и результатной информации, обновления данных в информационных массивах, контроля целостности информационной базы, защиты от несанкционированного доступа^[48].

В итоге, информационное обеспечение вычислительной системы можно определить как совокупность единой системы классификации, унифицированной системы документации и информационной базы.

4. Математическое обеспечение вычислительных систем

Все методы формализации задач, в том числе и те, на основе которых строится рациональная эксплуатация вычислительной системы, называются математическим обеспечением^[49].

---