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

Информационное обеспечение делится на внутримашинное и внемашинное.

Внутримашинным информационным обеспечением называют всю ту информацию, что содержится внутри ЭВМ на каком-то запоминающем устройстве, а также ПО для ее обработки. Внутримашинное ИО организовывается в режиме реального времени, чтобы изменения, внесенные одним пользователем, тут же становились доступными другим.

Внемашинным информационным обеспечением называют материальные бумажные носители, то есть документацию. Унифицированная первичная документация является одним из примеров внемашинного ИО.

Для работы с информацией в вычислительной системе, ее обрабатывания и хранения, ее нужно сначала перевести в цифровой вид. Для этогоо сначала информация упорядочивается, фильтруется, и кодируется, при помощи классификатор. Классификатор – это список именованных объектов, в котором каждому из них присвоен уникальный код. Процесс присвоения называется классификацией. При классификации происходит разделение множества объектов на подмножества по сходствам или различиям. Классификация помогает зафиксировать связи между классами объектов.

Признаком классификации являются такие свойства, характеристики объекта классификации, с помощью которых устанавливаются сходства и различия видов классификации. Объединение части объектов классификации по определенным признакам, создавая множество или подмножество, называется классификационной группировкой.

Существуют два вида системы классификации, которые сейчас применяются чаще всего – это иерархическая и многоаспектная.

Иерархическая система, как следует из названия, использует при классификации иерархический метод. При этом множество объектов последовательно разделяются, и становятся подчиненными по отношению к какомпу-либо другому объекту. Соответственно, в итоге этого процесса мы получаем классификационную схему с иерархической структурой.

Большой объем иерархической структуры классифицируемых объектов, получаемый изначально, затем разбивается на подмножества по определенному признаку и на каждой следующей ступени классификации происходит детализация.

Другая система классификации – многоаспектная, использует в процессе несколько аспектов – независимых признаков, в основании классифицирования. Многоаспектная система, в свою очередь, делится на фасетную и дескрипторную.

Фасет - это такой аспект классифицирования, который используется при образовании не зависимых друг от друга групп классификации. Дескриптором является ключевое слово, которое определяет некое понятие, формирующее описание объекта и дающее принадлежность его к классу, группе и т.д.

Внемашинное информационное обеспечение характеризуется, прежде всего системой документации. Документ является носителем информации, которая используется при решении технических и экономических задач. При этом она располагается на нем в соответствии с установленной формой.

Данные, содержащиеся в документах, как и остальные виды данных должны быть классифицированы и отсортированы. Для этого существуют определенные формы документации ,использующиеся в документообороте (такие, как УПД), и называются они системой документации. В намтоящее время существует большое количество форм документов, отличающиеся типами, сферами применения, и т.д. Но проблема в том, что большой объем документов создает запутанность, данные порой дублируются, и в итоге достоверность получаемого результата снижается.

Для упрощения системы документации, используются такие подходы, как:

• Унификация и стандартизация документов;
• Безбумажные технологии, основанные на использовании электронных документов и новых информационных технологий их обработки.

Унифицировать документацию, приводить разные виды документов в к одной форме внутри этого вида очень важно, так как это упрощает читаемость и поиск нужной информации. Для этого составляются одинаковые стандарты на наименования, единицы измерения, вводятся в применение определенные термины.

В конечном итоге, унифицированная система документации выглядит, как набор связанных документов, которые составлены и организованы согласно правилам, и информация, содержащаяся в них, отвечает требованиям той сферы, в которой они применяются.

Такие системы документации могут быть применяемы широко или локально, внутри предприятия или организации. Соответственно бывают межотраслевые, отраслевые и системы документации локального уровня.

Также, чтобы упорядочить информацию внутри вычислительной системы, было спроектировано внутримашинное ИС под названием информационная база. Ее главная функция – организовывать упорядочивание и хранение файлов, облегчать доступ к ним и работу с ними.

Интегрированная ИБ, т.е. база данных (БД) связывает данные между собой и хранит их вместе, позволяя программному обеспечению рационально пользоваться ими.

2.2 Математическое обеспечение

    Под математическим обеспечением понимают математические методы обработки информации, алгоритмы и математические модели, использующиеся для получения результата математической задачи в процессе вычислений. В начале развития ЭВМ такого понятия не существовало, однако, когда технический прогресс позволил обрабатывать все большие и большие массивы данных, появилась потребность в специфическом программном обеспечении. Все это привело к созданию автоматизированных средств программирования. Вместо написания программы на машинном коде, стали создаваться оболочки, позволяющие программисту абстрагироваться от машинных символов, что облегчило написание алгоритмов. Математическое ПО используется в научной сфере, например для проведения эксперимента с большими объемами вычислений.

Функция математического обеспечения - это моделирование процессов управления, предоставление средств преобразования высокоуровневых языков в автокод, методы математической статистики и т.д. Все они создаются при помощи математических методов и являются таким же программным обеспечением. Процесс создание матиматического обеспечения выглядит так же, как и создание другого ПО. Сначала описывается задача, которую МО должно решать. Затем создается математическая модель. Подготавливаются данные, описывающие процессы, которые исследуются в ходе решения задачи. Прорабатываются алгоритмы решения задачи. В конце, по результатам вычислений, алгоритмы и модели анализируются.

Когда ЭВМ не были так развиты, как сейчас, возможности математического обеспечения были более ограниченными в связи с большим разнообразием типов вычислительных машин. С течением времени, однако, крупные компании стали разрабатывать единые стандарты и типовые узлы, что позволило создавать универсальные программы. От написания машинного кода под каждую отдельную систему программисты перешли к использованию единой программной среды, понимающей определенный высокоуровневый язык, интерпретируемый затем в машинный код для исполнения.

При составлении математического обеспечения комплектуются методы и алгоритмы решения функциональных задач. Особое внимание при этом обращают на то, чтобы программные продукты были эффективными, а инструкции пользователя – понятными. Операционная система – один из примеров математического обеспечения. Такое обеспечение является МО общего назначения. Кроме него существует математическое обеспечение, нацеленное на решение конкретных задач в различных областях науки, техники и народного хозяйства.

Те же операционные системы могут быть созданы заточенными под специфические нужды, например, для использования в институтах ядерной физики. ЭВМ, установленные там, используются, в основном, для управления и снятия информации с экспериментальных установок. И для каждой такой установки создают специализированную ОС реального времени или разделения времени. В других сферах большие комплексы программ под управлением специализированных ОС контролируют правильность работы аппаратуры, съем информации, ее обработку, сжатие и накопление.

В сфере бухгалтерского учета математическое обеспечение используется для экономических расчетов, ведения учетных данных и описания решений бухгалтерских задач.

Одним из видов математического обеспечения являются САПР. Это системы автоматизированного проектирования, и нужны они для создания чертежей и объемных моделей, применяемых в машиностроении, архитектуре и тяжелой промышленности.

Математическое обеспечение играет важную роль в создании автоматизированной управляющей системы. Там МО используют при решении производственных задач, что позволяет сделать производственный процесс наиболее эффективным. В АСУ математическое обеспечение должно содержать средства автоматизации программирования задач, а также средства компоновки рабочих моделей конкретных систем из стандартных программ и их обслуживания.

Языки программирования – главные «кирпичики» в создании математического обеспечения. Язык программирования описывает типы данных, их структуры и взаимосвязи. Но перед написанием и реализацией определенной программы, ее нужно разработать. Для этого нужно сначала создать модель системы, затем разработать общий алгоритм, алгоритм отельных элементов математического обеспечения, и затем проверить, насколько они достоверны.

Математическое моделирование – это операции по составлению и изучению математических моделей, которые являются системами математических соотношений, описывающих процесс или явление.

Для того, чтобы поставить задачу моделирования, необходимо собрать исходную информацию, причем к ней должны быть заранее определены требования. После выдвигаются гипотезы и предложения относительно решений, определяются параметры и переменные модели. Затем определяют содержание и описывают модель. Весь процесс создания математической модели называется математическим программированием.

Математическая модель представляет из себя описание исследуемого объекта посредством математических средств, таких, как уравнения. Многие математические модели были исследованы только сейчас, с появлением продвинутых вычислительных систем, так как до этого исследовать их было невозможно.

Математические модели бывают описательными, оптимизационными, многокритериальными и игровыми.

Описательная модель – это модель, которая всего лишь описывает какое-либо явление или процесс математическими средствами, но не способна повлять на него.

Оптимизационная модель – это модель, которая не только описывает явление или процесс, но и способна воздействовать на него с целью достижения определенного результата.

Многокритериальная модель – применяется там, где оптимизировать цель и средства ее достижения нужно сразу по нескольким параметрам.

Игровая модель – относится к теории игр и используется при планировании процесса тогда, когда доступная информация не полна.

Заключение

Вычислительные системы прошли долгий путь эволюции, от хранения информации на бумажных перфокартах, до высокоточных вычислений, миллионов операций в секунду. Спустя 50 лет с начала развития микроэлектроники, компьютеры пришли в каждый дом, и если в начале пути электронно-вычислительная машина занимала целую комнату, теперь весь ее функционал помещается в ладони.

Однако с приходом информационных технологий возросла и энтропия, как в наших головах, так и в окружающей среде. Человеческий мозг способен обрабатывать не так много информации, и конечно, тут не обойтись без вычислительных систем. ЭВМ не только хранит и обрабатывает данные, но и минимизирует время их поиска.

Тысячи программистов работают над таким программным обеспечением, как базы данных, над алгоритмами оптимизации обработки и хранения информации, целые комнаты и даже здания отдаются под обустройство серверов, для продвижения облачных технологий, и каждый день сотни суперкомпьютеров решают новые научные задачи и проводят новые сложные эксперименты.

Однако в связи с тем, что развитие микроэлектроники вот-вот достигнет своих физических пределов, дальнейшее техническое развитие такими же темпами невозможно. Количество транзисторов, которые могут поместиться на 1 нанометре электронной платы, ограничено, а потому для дальнейшего поступательного развития человечеству, несомненно, нужны новые технологические решения. И такое решение уже было найдено – это переход к параллельным вычислениям. Как мы рассмотрели в данной работе, объединение множества отдельных процессоров или вычислительных машин в одну – это отличный выход для тех случаев, когда одна система недостаточно эффективна. Здесь появляются огромные возможности совершенствования средств вычислительной техники. Но следует отметить, что при несомненных практических достижениях в области параллельных вычислений, до настоящего времени отсутствует их единая теоретическая база.

Сейчас в мире компьютерных технологий получили развитие две инновации – это метод вычисления при помощи квантовых компьютеров и нейровычислители. Обе технологии связаны с параллелизмом, однако подходят к нему с разных сторон. Создание квантовых компьютеров открыло возможность выполнять операцию одновременно над неограниченным количеством кубитов, при этом существенно увеличивая скорость вычислений. Технология же нейровычислителей предоставляет возможность одновременно выполнять множество разных простых задач на простых вычислительных системах. Главная задача нейрокомпьютера – обработка образов – гораздо быстрее выполняется в условиях параллельной архитектуры, нежели обычной последовательной. В то же время нейронные компьютеры позволяют нам получить универсальные и в то же время «живучие» системы, из-за их однородной структуры.