Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Состав и свойства вычислительных систем. Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем (ГЛАВА 1.СОСТАВ И СВОЙСТВА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ)

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Основу современных вычислительных систем составляют электронные вычислительные машины, которые часто в последние годы в соответствии с англоязычными традициями, привившимися в вычислительной технике, называют компьютеры.

Первые электронные вычислительные машины (ЭВМ) появились немногим более полувека назад. За это время микроэлектроника, вычислительная техника и вся индустрия информатики стали одним из основных составляющих мирового научно-технического прогресса. Влияние вычислительной техники на все сферы деятельности человека продолжает распространяться вширь и вглубь. В настоящее время ЭВМ используются не только для выполнения сложных расчетов, но и в управлении производственными процессами в образовании, здравоохранении, экологии и т.д. Это объясняется тем, что современные ЭВМ являются универсальным инструментом, способным обрабатывать информацию представленную практически в любом виде: числовую, текстовую, табличную, графическую, видео, звуковую. Необходимо обеспечить сигнальную совместимость и разработать последовательность действий – алгоритм.

Архитектурой компьютера считается его представление на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т. д.

Архитектура компьютера, характеризующая его логическую организацию, может быть представлена как множество взаимосвязанных компонент, включающих элементы различной природы: программное обеспечение (software), аппаратное обеспечение (hardware), алгоритмическое обеспечение (brainware), специальное фирменное обеспечение (firmware) – и поддерживающих его слаженное функционирование в форме единого архитектурного ансамбля, позволяющего вести эффективную обработку различных объектов и данных.

Архитектура вычислительной системы определяет основные функциональные возможности системы, сферу применения (научно-техническая, экономическая, управление, и т.д.), режим работы (пакетный, мультипрограммный, диалоговый и т.д.), характеризует параметры ВС (быстродействие, набор и объем памяти, набор периферийных устройств и т.д.), особенности структуры (одно-, многопроцессорная) и т.д.

Цель работы – рассмотреть состав и свойства вычислительных систем.

Предмет работы информационное и математическое обеспечения вычислительных систем.

Объект исследования – архитектура современных вычислительных систем.

Задачи:

Рассмотреть понятие и классификация вычислительных систем;

Описать элементы вычислительных систем;

Показать Значение информационного обеспечения;

Изучить математическое и программное обеспечение вычислительных машин.

Структура работы. Работа состоит из введения, основной части, заключения и списка литературы.

ГЛАВА 1.СОСТАВ И СВОЙСТВА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

1.1.Понятие и классификация вычислительных систем

В связи с кризисом классической структуры ЭВМ дальнейшее поступательное развитие вычислительной техники напрямую связано с переходом к параллельным вычислениям, с идеями построения многопроцессорных систем и сетей, появляются огромные возможности совершенствования средств вычислительной техники.

Термин вычислительная система появился в начале – середине 60-х гг. при появлении ЭВМ III поколения.[5]

Следствием этого явилось появление новых технических решений: разделение процессов обработки информации и ее ввода-вывода, множественный доступ и коллективное использование вычислительных ресурсов в пространстве и во времени. Появились сложные режимы работы ЭВМ - многопользовательская и многопрограммная обработка.

Параллелизм в вычислениях усложняет управление вычислительным процессом, использование технических и программных ресурсов. Эти функции выполняет операционная система . [10]

Классификация определяется набором признаков, которые характеризуют внутренние параметры объектов классификации. При этом выбираются наиболее важные признаки, определяющие внешние параметры этих объектов.

В том случае, когда объектами классификации являются вычислительные системы (ВС), задача классификации усложняется из-за многообразия областей применения ВС и, следовательно, многообразия видов ВС, поскольку ВС являются специализированными в соответствии с классом решаемых задач.

Однако есть два фактора, которые надо принимать во внимание какие бы виды ВС не рассматривались. Это

- какие задачи должны решаться с помощью ВС,

- какие понадобятся вычислительные средства и как они должны быть взаимосвязаны, чтобы требуемые задачи можно было решить за заданное время (или в другой постановке – определяется время, необходимое для решения требуемых задач на выбранных вычислительных средствах). [15]

Решаемые задачи весьма условно можно разделить по характеру взаимодействия между частями задачи (вычислительными процессами) на: сильно связанные и с ослабленными связями.

Вычислительные средства, предназначенные для решения отмеченных выше задач, назовем соответственно:

- многопроцессорными вычислительными системами (МПВС),

- многомашинными вычислительными системами (ММВС).

Состав вычислительных средств и связи между этими средствами – это основные классификационные признаки, характеризующие любую техническую структуру, в том числе и ВС, поскольку вычислительная система является технической структурой.

Отметим, что здесь рассматриваются ВС, которые по классификации М. Дж. Флинна относятся к группе «много команд, много данных».

Что касается используемых далее терминов, то среди возможных синонимов выбираются, во-первых, русские, если они есть (например, многомашинные, а не мультикомпьютерные), во-вторых, наиболее простые (например, коммутатор, а не средства коммутации или коммуникационная сеть).

Рекомендуемые термины далее выделяются курсивом [1].

Классификация ВС по основным признакам, характеризующим структуру этих технических объектов, приведена в таблице 1. В таблицу включены дополнительные признаки, отражающие особенности организации памяти, передачи данных, управления и конструктивной реализации ВС.

Таблица 1 – Классификация ВС

Признак

классификации

Многопроцессорная ВС

Многомашинная ВС

Состав

структуры

CP*, PM,

BM, EM, I/O, SW

ВМ (ЭВМ, МПВС),

EM, I/O, SW

Вид связи между

элементами структуры

(вид коммутатора)

Матричный SW,

многоступенчатый SW,

общая шина

Шинные (многошинный SW и др.) или линковые ( SW с регулярными связями и др. )

Организация памяти

Общая память

Распределенная память

Способ

передачи данных

Параллельный

(сильная связь)

Параллельно-последовательный

(ослабленная связь)

Приемник передаваемых данных

–

Кэш-память или

оперативная память

Инициатор

передачи данных

–

Процесс-последователь или

процесс-предшественник

Операционная

система (ОС),

управление

Общая,

централизованное

Копии ОС и общая надстройка,

смешанное

Пространственное размещение

элементов структуры

На одной плате

или

в одном блоке

В одном блоке,

в одной стойке и т.д.

(в одном помещении)

CP – центральный процессор (не содержит кэш-памяти СМ); PM – процессорный модуль, т.е. CP+СМ, при этом СМ может быть двухуровневой; BM – оперативная память, которая может состоять из одного или нескольких модулей ММ (2, 4, 8 …);

ММ – модуль оперативной памяти, который представляет собой секционированную память с числом секций, равным числу слов в блоке СМ (обычно 4), ЕМ – внешняя память на магнитных или оптических носителях информации;

I/O – устройства ввода/вывода; SW – коммутатор, т.е. совокупность средств, обеспечивающих взаимодействие между элементами структуры. В состав SWпомимо ключевых элементов входит устройство управления, выполняющее функции маршрутизации, арбитража и т.п., ВМ – вычислительный модуль (это ЭВМ или МПВС).

Образ единой ВС поддерживается совокупностью как аппаратных, так и программных средств (операционной системой). Однако приводимая классификация ориентирована главным образом на организацию аппаратных средств.

Схема классификации ВС приведена на рисунке 1.

Под вычислительной системой (ВС) понимают совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенную для сбора, хранения, обработки и распределения информации. [13] Создание ВС преследует следующие основные цели: повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных, повышение надежности и достоверности вычислений, предоставление пользователям дополнительных сервисных услуг и т.д.

1.2.Элементы вычислительных систем

Состав вычислительной системы называется конфигурацией.

Аппаратные и программные средства вычислительной техники принято рассматривать отдельно.

Такой принцип разделения имеет для информатики особое значение, поскольку очень часто решение одних и тех же задач может обеспечиваться как аппаратными, так и программными средствами. Критериями выбора аппаратного или программного решения являются производительность и эффективность. Обычно принято считать, что аппаратные решения в среднем оказываются дороже, зато реализация программных решений требует более высокой квалификации персонала. [10]

Аппаратное обеспечение

К аппаратному обеспечению вычислительных систем относятся устройства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию — аппаратную конфигурацию, необходимую для исполнения конкретных видов работ, можно собирать из готовых узлов и блоков.

По способу расположения устройств относительно центрального процессорного устройства (ЦПУ— Central Processing Unit, CPU) различают внутренние и внешние устройства. Внешними, .как правило, являются большинство устройств ввода-вывода данных (их также называют периферийными устройствами) и некоторые устройства, предназначенные для длительного хранения данных.

Согласование между отдельными узлами и блоками выполняют с помощью переходных аппаратно-логических устройств, называемых аппаратными интерфейсами. Стандарты на аппаратные интерфейсы в вычислительной технике называют протоколами. Таким образом, протокол — это совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками устройств для успешного согласования их работы с другими устройствами. [1]

Программное обеспечение

Программы — это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы — управление аппаратными средствами. Даже если на первый взгляд программа никак не взаимодействует с оборудованием, не требует никакого ввода данных с устройств ввода и не осуществляет вывод данных на устройства вывода, все равно ее работа основана на управлении аппаратными устройствами компьютера.

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии. Несмотря на то что мы рассматриваем эти две категории отдельно, нельзя забывать, что между ними существует диалектическая связь, и раздельное их рассмотрение является по меньшей мере условным. [4]

Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией. Между программами, как и между физическими узлами и блоками существует взаимосвязь — многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть, мы можем говорить о межпрограммном интерфейсе. Возможность существования такого интерфейса тоже основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимодействующих между собой уровней. Уровни программного обеспечения представляют собой пирамидальную конструкцию. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней.

Базовый уровень. Самый низкий уровень ПО представляет базовое программное обеспечение. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Как правило, базовые программные средства непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, называемых постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ – Read Only Memory, ROM). Программы и данные записываются («прошиваются») в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.

Системный уровень. Системный уровень – переходный. Программы, работающие на этом уровне, обеспечивают взаимодействие прочих программ компьютерной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением, то есть выполняют «посреднические» функции.

От ПО этого уровня во многом зависят эксплуатационные показатели всей вычислительной системы в целом. Так, например, при подключении к вычислительной системе нового оборудования на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающая для других программ взаимосвязь с этим оборудованием. Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с конкретными устройствами, называются драйверами устройств – они входят в состав ПО системного уровня. [11]

Совокупность ПО системного уровня образует ядро ОС компьютера. Полное понятие ОС мы рассмотрим несколько позже, а здесь только отметим, что если компьютер оснащен ПО системного уровня, то он уже подготовлен к установке программ более высоких уровней, к взаимодействию программных средств с оборудованием и, самое главное, к взаимодействию с пользователем.

Служебный уровень. ПО этого уровня взаимодействует как с программами базового уровня, так и с программами системного уровня. Основное назначение служебных программ (их также называют утилитами) состоит в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы.

В разработке и эксплуатации служебных программ существует два альтернативных направления: интеграция с ОС и автономное функционирование. В первом случае служебные программы могут изменять потребительские свойства системных программ, делая их более удобными для практической работы. Во втором случае они слабо связаны с системным ПО, но предоставляют пользователю больше возможностей для персональной настройки их взаимодействия с аппаратным и программным обеспечением. [13]

Прикладной уровень. Программное обеспечение прикладного уровня представляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых на данном рабочем месте выполняются конкретные задания. Спектр этих заданий необычайно широк – от производственных до творческих и развлекательно обучающих. Огромный функциональный диапазон возможных приложений средств вычислительной техники обусловлен наличием прикладных программ для разных видов деятельности.

Такое членение удобно для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установки программ до практической эксплуатации и техничского обслуживания. Обратите внимание на то, что каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы. Так, например, вычислительная система с программным обеспечением базового уровня не способна выполнять большинство функций, но позволяет установить системное программное обеспечение.

Важнейшие свойства архитектуры ВС:

Под масштабируемостью ВС понимается их способность к наращиванию и сокращению ресурсов, возможность варьирования производительности. on Сложность on (трудоемкость) on задач, on решаемых on на on вычислительных on средствах, on постоянно on растет. on Для on сохранения on в on течении on длительного on времени on за on вычислительной on системой on способности on быть on адекватным on средством on решения on сложных on задач on необходимо, on чтобы on она on обладала on архитектурным on свойством on масштабируемости. on Это on означает, on в on частности, on что on производительность, on достигнутую on ВС on на on заданном on количестве on вычислителей, on можно on увеличить, on добавив on еще on один on или on несколько on вычислителей. on Выполнение on этого on свойства on ВС on гарантируется on принципами on модульности, on локальности, on децентрализованности on и on распределенности. on [10]

Свойство on наращиваемости on производительности on предоставляет on потенциальную on возможностьрешать on задачи on любой on априори on заданной on сложности. on Однако on для on практической on реализации on этой on возможности on требуется, on чтобы on алгоритм on решения on сложной on задачи on удовлетворял on условию on локальности, on а on межмодульные on пересылки on информации on слабо on влияли on на on время on решения on задачи. on Это on может on быть on достигнуто on за on счет on крупноблочного on распараллеливания on сложных on задач on и on (или) on аппаратурных on средств, on позволяющих on совместить on межмодульные on обмены on информацией on с on вычислениями.

Универсальность on ВС.

Принято on считать, on что on ЭВМ on (основанные on на on модели on вычислителя) on являются on алгоритмически on универсальными, on если on они on обладают on способностью on (без on изменения on своих on структур) on реализовать on алгоритм on решения on любой on задачи. on С on другой on стороны, on ВС on – on это on коллектив on вычислителей, on каждый on из on которых on обладает on алгоритмической on универсальностью, on следовательно, on и on система on универсальна on (в on общепринятом on смысле).

Таким on образом, on вычислительные on системы on сочетают on в on себе on достоинства on цифровой on техники, on где on процесс on вычислений on в on основном on задаётся on алгоритмически on (точнее: on программно) on и on аналоговой on техники, on где on процесс on вычислений on предопределяется on структурными on схемами.

Структурная on универсальность on позволяет on говорить on и on о on специализированности on ВС: on для on каждой on задачи on допустима on автоматическая on настройка on такой on конфигурации on из on ресурсов on ВС, on которая on наиболее on адекватна on алгоритму on решения on задачи. on Итак, on вычислительная on система on – on это on средство, on в on котором on диалектически on сочетаются on противоположные on свойства on универсальности on и on специализированности.

ГЛАВА 2.ИНФОРМАЦИОННОЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

2.1 Значение информационного обеспечения

Информационное on обеспечение on это on совокупность on программ on и on предварительно on подготовленных on данных, on необходимых on для on работы on данных on программ.

Рассмотрим, on например, on систему on автоматической on проверки on орфографии on в on редактируемом on тексте. on Ее on работа on заключается on в on том, on что on лексические on единицы on исходного on текста on сравниваются on с on заранее on заготовленным on эталонным on массивом on данных on (словарем). on [6]

В on данном on случае on для on успешной on работы on системы on необходимо on иметь on кроме on аппаратного on и on программного on обеспечения on специальные on наборы on словарей, on подключаемые on извне. on Это on пример on информационного on обеспечения on вычислительной on техники.

Как on правило, on оно on «жестко» on записывается on в on микросхемы on ПЗУ on и on может on быть on изменено on только on путем on замены on ПЗУ on или on его on перепрограммирования on на on специальном on оборудовании.

Итак, on вычислительная on техника on прошла on те on же on исторические on этапы on эволюции, on которые on прошли on и on все on прочие on технические on устройства: on от on ручных on приспособлений on к on механическим on устройствам on и on далее on к on гибким on автоматическим on системам. on Современный on компьютер on — on это on прибор. on Его on принцип on действия on — on электронный, on а on назначение on — on автоматизация on операций on с on данными. on Гибкость on автоматизации on основана on на on том, on что on операции on с on данными on выполняются on по on заранее on заготовленным on и on легко on сменяемым on программам. on Универсальность on компьютеров on основана on на on том, on что on любые on типы on данных on представляются on в on нем on с on помощью on универсального on двоичного on кодирования. on [7]

Работа on компьютерной on системы on протекает on в on непрерывном on взаимодействии on аппаратных on и on программных on средств. on Физически on аппаратные on средства on согласуются on друг on с on другом on с on помощью on механических on и on электрических on разъемов on и on контактов. on Логически on они on согласуются on друг on с on другом on с on помощью on программ, on называемых on драйверами on устройств.

Информационная on безопасность, on как on и on защита on информации, on задача on комплексная, on направленная on на on обеспечение on безопасности, on реализуемая on внедрением on системы on безопасности. on Проблема on защиты on информации on является on многоплановой on и on комплексной on и on охватывает on ряд on важных on задач. on Проблемы on информационной on безопасности on постоянно on усугубляются on процессами on проникновения on во on все on сферы on общества on технических on средств on обработки on и on передачи on данных on и, on прежде on всего, on вычислительных on систем. on

На on сегодняшний on день on сформулировано on три on базовых on принципа, on которые on должна on обеспечивать on информационная on безопасность:

• on целостность on данных on — on защита on от on сбоев, on ведущих on к on потере on информации, on а on также on зашита on от on неавторизованного on создания on или on уничтожения on данных; on

• on конфиденциальность on информации; on

• on доступность on информации on для on всех on авторизованных on пользователей. on

При on разработке on компьютерных on систем, on выход on из on строя on или on ошибки, on в on работе on которых on могут on привести on к on тяжелым on последствиям, on вопросы on компьютерной on безопасности on становятся on первоочередными. on Известно on много on мер, on направленных on на on обеспечение on компьютерной on безопасности, on основными on среди on них on являются on технические, on организационные on и on правовые. on

Обеспечение on безопасности on информации on — on дорогое on дело, on и on не on только on из-за on затрат on на on закупку on или on установку on средств on защиты, on но on также on из-за on того, on что on трудно on квалифицированно on определить on границы on разумной on безопасности on и on обеспечить on соответствующее on поддержание on системы on в on работоспособном on состоянии. on [10]

Средства on зашиты on информации on нельзя on проектировать, on покупать on или on устанавливать on до on тех on пор, on пока on не on произведен on соответствующий on анализ. on

На on сайте on анализируется on информационная on безопасность on и on ее on место on в on системе on национальной on безопасности, on определяются on жизненно on важные on интересы on в on информационной on сфере on и on угрозы on для on них. on Рассмотрены on вопросы on информационной on войны, on информационного on оружия, on принципы, on основные on задачи on и on функции on обеспечения on информационной on безопасности, on функции on государственной on системы on по on обеспечению on информационной on безопасности, on отечественные on и on зарубежные on стандарты on в on области on информационной on безопасности. on Значительное on внимание on уделяется on также on правовым on вопросам on информационной on безопасности. on

Так on же on рассматриваются on общие on вопросы on защиты on информации on в on автоматизированных on системах on обработки on данных on (АСОД), on предмет on и on объекты on зашиты on информации, on задачи on защиты on информации on в on АСОД. on Рассмотрены on типы on преднамеренных on угроз on безопасности on и on методы on защиты on информации on в on АСОД. on Рассмотрены on методы on и on средства on подтверждения on подлинности on пользователей on и on разграничения on их on доступа on к on компьютерным on ресурсам, on контроля on доступа on к on аппаратуре, on использования on простых on и on динамически on изменяющихся on паролей, on методы on модификации on схемы on простых on паролей, on функциональные on методы.

2.2.Математическое и программное обеспечение вычислительных машин

Сущность on автоматизации on проектирования on on состоит on в on математическом on моделировании on процессов on проектирования, on реализуемом on с on помощью on электронно-вычислительных on машин on (ЭВМ), on устройств on обмена on информацией on между on ЭВМ on и on проектировщиком on пульта on оператора, on видеотерминала, on графопостроителя on и on т. on п. on Следовательно, on в on организационном on отношении on АСП on представляет on собой on систему on человек on — on машина on которая on позволяет on специалисту on получать on с on помощью on ЭВМ on различные on варианты on или on один on вариант, on оптимальный on по on конкретной on задаче on проектирования. on Основой on АСП on являются on ЭВМ on и on другие on технические on средства. on Кроме on этого, on составными on частями on в on АСП on входят on система on подготовки on задач on проектирования on на on ЭВМ, on библиотеки on информационного on и on математического on обеспечения. on

Не on останавливаясь on подробно on на on описании on отраслевой on АСУ on (АСУ-хим), on первая on очередь on которой on уже on начинает on функционировать, on отметим, on что on подотраслевые on АСУ, on в on том on числе on и on АСУ-хлор, on создаются on на on основе on единой on технической on базы on (мощная on ЭВМ on третьего on поколения, on находящаяся on на on главном on вычислительном on центре on АСУ-хим), on единого on информационного on и on математического on обеспечения on [11]

По on мере on развития on вычислительной on техники on программные on средства on (математическое on обеспечение) on приобретают on все on большее on значение on и on становятся on компонентой on вычислительной on системы, on по on стоимости on сравнимой on с on затратами on на on технические on средства. on Эта on тенденция on лишь on усилилась on с on появлением on ЕС on ЭВМ. on Информационная on совместимость on ЕС on ЭВМ on обеспечивает on целенаправленное on развитие on математического on обеспечения. on Пакеты on прикладных on программ on разрабатываются on на on основе on обобщения on запросов on и on рекомендаций on как on можно on большего on числа on потребителей, on что on способствует on повышению on их on научной on и on практической on ценности. on

Система on синтеза, on как on и on система on имитации, on представляет on собой on совокупность on математических on моделей, on их on программного on и on информационного on обеспечения. on Однако, on в on отличие on от on моделей on системы on имитации, on модели on системы on синтеза, on описывающие on управляемые on процессы, on позволяют on ставить on и on решать on с on использованием on электронно-вычислительной on техники on теоретико-игровые on задачи on и on задачи on оптимального on управления. on При on работе on с on такими on моделями on одна on часть on потенциала on ЭВМ on расходуется on на on вычисление on значений on функционала, on определяемого on в on силу on связей on модели on и on характеризующего on качество on выбираемых on управлений, on а on другая on на on основе on этих on вычислений on — on на on поиск on оптимальных on решений. on Необходимость on затрачивать on вычислительные on ресурсы on на on поиск on оптимальных on решений on накладывает on определенные on требования on на on модели on системы on синтеза. on По on сравнению on с on имитационными on моделями on они on характеризуются on менее on детальным on описанием on процесса, on значительными on упрощениями on и on отсутствием on рассмотрения on многих on факторов, on огрублением on связей on модели on и, on естественно, on относительно on небольшим on количеством on величин. on [5]

Трудоемкой on задачей on при on создании on АСУ on ТП on Сода on явилась on также on разработка on ее on математического on обеспечения on (МО), on которое on служит on для on реализации on информационно-вычислительных, on управляющих on и on вспомогательных on функций on on и on обеспечивает on достоверность on информации, on получаемой on от on первичных on преобразователей, on высокое on качество on управления on работой on технологических on отделений on и on производства on в on целом. on МО on является on унифицированным, on т. on е. on допускает on развитие on создаваемой on системы on с on минимальными on изменениями on алгоритмов on и on программ on в on процессе on нормальной on эксплуатации. on

Математические on методы on в on химии on и on в on химической on кинетике on в on частности on находят on самое on широкое on применение. on Активное on использование on ЭВМ on и on современных on методов on математического on анализа on позволяет on решать on широкий on круг on вопросов, on связанных on с on созданием on химических on баз on данных, on информационно-поисковых on систем, on распространением on методов on вычислительного on эксперимента on и on имитационного on моделирования on в on химии, on развитием on математического on моделирования on химико-технологических on процессов, on решением on математических on проблем on теоретической on химии, on термодинамики, on химической on и on физической on кинетики on и on теории on горения, on применением on методов on теории on графов, on совершенствованием on методов on обработки on экспериментальных on данных on и on решения on задач on идентификации on моделей, on созданием on систем on автоматизации on эксперимента, on разработкой on проблемно-ориентированных on языков on и on методов on машинной on аналитики on и on т. on д. on Все on это on позволяет on говорить on о on становлении on нового on научного on направления on — on химической on информатики on и on математической on химии. on По on отдельным on из on названных on вопросов on проводится on значительное on число on конференций, on однако on в on монографической on литературе on представлены on лишь on традиционные on задачи, on чаше on всего on вычислительного on характера. on Данное on приложение on призвано on хотя on бы on частично on восполнить on этот on пробел. on Мы on приведем on здесь on ряд on нестандартных on численных on методов, on которые on только on в on последнее on время on начали on применяться on для on анализа on уравнений on химической on кинетики. on В on основном on дается on описание on алгоритмов. on Программная on их on реализация on упоминается on по on необходимости on весьма on кратко, on однако on везде, on где on это on возможно, on даются on соответствующие on ссылки. on [5]

При on разработке on математического on обеспечения on АСУ on ТП on Сода on были on проведены on исследования on с on целью on модификации on известных on и on разработки on новых on алгоритмов on идентификации, on причем on предлагаемые on алгоритмы on обладают on повышенным on быстродействием on и on точностью on идентификации on по on сравнению on с on описанными on on и on могут on быть on применены on для on широкого on класса on не on только on статических, on но on и on динамических on систем.

on При on функционировании on АСУ on ТП on Сода on информация on о on ходе on технологических on процессов, on протекающих on в on отделениях on содового on производства, on которую on получают on с on помощью on первичных on преобразователей on через on нормирующие on индивидуальные on и on групповые on преобразователи, on поступает on в on ИУК. on Данные on аналитического on контроля, on получаемые on в on химической on лаборатории, on сообщаются on старшему on технологу-оператору, on который on заполняет on реквизиты on соответствующих on форм on и on передает on их on сменному on оператору on ИУК. on Последний on с on помощью on СИД-1000 on вводит on значения on этих on параметров on в on память on вычислительного on комплекса on (ВК). on Аналогично on осуществляется on ввод on данных on о on состоянии on оборудования, on сообщаемых on старшему on технологу-оператору on начальником on смены. on В on каждом on ВК on проводится on обработка on информации, on поступающей on от on соответствующих on отделений on производства, on и on решение on других on задач on АСУ on ТП on в on соответствии on с on общим on алгоритмом on функционирования. on Информационная on связь on между on вычислительными on комплексами on организуется on посредством on двух on модулей on параллельной on передачи on данных. on [2]

Проблема АСУП успешно решается на основе единого математического обеспечения, что в условиях существующей вычислительной техники предполагает единообразие технического обеспечения как информационно-вычислительных центров АСУП, так и кустовых центров.

Организационные формы использования технических средств зависят от размера предприятия, его организационной структуры, количества применяемых технических средств. Обычно на предприятиях создаются специальные подразделения машиносчетные бюро и станции, контрольно-множительные бюро, информационно-вычислительные центры. Создание последних необходимо при использовании ЭВМ. Информационно-вычислительный центр выполняет с применением экономико-математических методов счетно-вычислительные работы по планированию, экономическому анализу, учету, материально-техническому обеспечению, работы, необходимые для оперативного руководства производством. Применение этой техники меняет технологию управленческого труда, обеспечивает его четкое функционирование.

Для решения этих задач необходимо наличие диалоговых информационно-вычислительных систем на базе современных быстродействующих ЭВМ, оснащенных соответствующим математическим обеспечением (мини- и микро-ЭВМ, микропроцессоров).

Под математическим обеспечением (МО) АСУ ТП понимается совокупность программных средств, методов, правил и инструкций, предназначенных для обеспечения всех пользователей АСУ ТП необходимым набором услуг, включая выполнение информационно-вычислительных работ, получение справочной информации и т. д.

Математическое (алгоритмическое и программное) обеспечение как системное, так и специальное базируется на модульном принципе, предусматривающем такое построение математического обеспечения, при котором алгоритмическое и программное, обеспечение можно разложить на отдельные автономные части — модули, выполняющие логически законченные функции или вычислительные операции, обеспечивающие решение конкретных задач. [13]

При этом модули ориентированы на многократное использование для реализации соответствующих задач в различных условиях.

Сложность отдельного круга задач или одной задачи (возможность создания математической модели и ее решения, число переменных и условий) зависит от степени детальности, которая связана с масштабностью рассматриваемого водохозяйственного объекта. Размеры объекта малой крупности часто позволяют осуществить детальную постановку и решение проблемной задачи, сразу получая проектные параметры. Подобные результаты в такой же детальной постановке для крупных водных объектовзачастую получить невозможно. Это объясняется не только чрезмерно большой размерностью задачи по сравнению с такой же задачей для малого объекта, но и увеличением значимости факторов, которыми можно было пренебречь на малом объекте.

Кроме того, для крупных территорий появляются новые факторы, в том числе неформальные. Следовательно, для крупного водного объекта необходимо осуществить агрегирование задачи той же проблемной направленности (по ее постановке, информационному обеспечению, описанию математической модели). Таким образом, с увеличением крупности рассматриваемых водных объектов должна увеличиваться степень агрегирования постановок задач, математических моделей и получаемых решений. В результате этого сложность задач (вычислительная трудоемкость и информационное разнообразие) остается на приемлемом уровне, что позволяет получить практические решения для объектов любого масштаба.

Текущее десятилетие характеризуется небывалой скоростью производства и совершенствования электронно-вычислительной техники, средств обеспечения диалога человек-ЭВМ, средств ввода, передачи и отображения информации. Резко возросли быстродействие, объемы внешней и оперативной памяти ЭВМ. Разработаны, продолжают совершенствоваться и создаваться универсальные и специализированные алгоритмические языки и операционные системы. [9]

Термин информатизация стал, пожалуй, наиболее употребительным и актуальным, по существу, применительно к любой области науки и техники. Иными словами, в настоящее время происходит то, что можно назвать компьютерной революцией. Огромные ресурсы финансовые, производственных мощностей, квалифицированных специалистов и т. п. — затрачиваются на создание и производство электронно-вычислительных систем, средств телекоммуникаций, информационных сетей и разработку математического и программного обеспечения к ним.

Типичным примером сложной системы являются современные территориальные автоматизированные системы управления (АСУ) или сети ЭВМ, представляющие собой совокупность объектов управления — вычислительных центров (ВЦ) — различных уровней иерархии, объединяемых в единое целое сетью (системой) обмена данными — информационной сетью (ИС), через которую осуществляется целевое взаимодействие объектов управления или ВЦ друг с другом. При этом объекты управления АСУ, будучи источниками и получателями информации, являются оконечными узлами ИС.

Кроме того, для обеспечения возможности использования различных путей передачи информации между заданными парами оконечных узлов, а также для увеличения коэффициента использования каналов связи в ИС обычно предусматриваются специальные элементы, называемые узлами коммутации. Важно подчеркнуть, что независимо от числа уровней иерархии, определяющих структуру управления АСУ, физическая структура построенных по такому принципу систем управления по существу определяется структурой ИС. На этом основании будем описывать физическую структуру АСУ или сетей ЭВМ с помощью математического аппарата и подходов, которые обычно используются при исследовании информационных сетей. [5]

Модульный принцип организации систем позволяет формировать вычислительную схему автоматически применительно к конкретной задаче проектирования. Для этого в задании необходимо указать не только характер перерабатываемой информации, ее расположение, но и предложения по организации вычислительных схем, например, в виде ориентированных графов. Поэтому задание должно подвергаться структурному и числовому анализу. В результате структурного анализа но определенным правилам построения моделей выявляется иерархическая последовательность модулей для выполнения задания, происходит объединение ресурсов, устанавливаются взаимосвязи между подсистемами и модулями, а также выявляются альтернативные варианты ращений. Естественно, анализ ведется с учетом информационной обеспеченности задачи и степени ее математического обеспечения. [3]

Остановимся кратко на подсистемах общего назначения. Функции сбора, первичной обработки, хранения и передачи разнообразной информации выполняет информационная подсистема. Подсистема технического обеспечения предназначена для обслуживания различных средств вычислительной техники, используемой в ОАСУ. В состав подсистемы математического обеспечения входят алгоритмы и программы решения перечисленных выше задач.

Модули выделяются по функциональному назначению и обеспечивают автономную работу либо работу в составе АСНИ с замыканием на центральный информационно-вычислительный комплекс. ИВК предназначен для организации

1) баз данных (БД)

2) систем управления ими (СУБД)

3) библиотеки научно-технических программ АСНИ (БНТПр)

4) поддержания математического обеспечения сети ЭВМ

5) предоставления удаленным пользователям всех модулей и доступа к операционным системам общего назначения и on библиотеке on научно-технических on программ on

6) on комплекса on программ on имитационного on моделирования on биотехнологических on процессов. on

Математические on методы on и on ЭВМ on в on химии on в on химической on кинетике on находят on все on более on широкое on применение. on Активное on использование on вычислительной on техники on и on современных on методов on математического on анализа on позволяет on решать on широкий on круг on вопросов, on связанных on с on созданием on химических on и on термодинамических on баз on данных on и on банков on знаний, on информационно-поисковых on систем, on распространением on методов on вычислительного on эксперимента on и on имитационного on моделирования on в on химии, on развитием on математического on моделирования on химико-технологических on процессов, on решением on математических on и on вычислительных on проблем on теоретической on химии, on термодинамики, on химической on и on физической on кинетики on и on теории on горения, on применением on методов on топологии on и on теории on графов, on совершенствованием on методов on обработки on экспериментальных on данных on и on решения on задач on идентификации on моделей, on созданием on математического on и on программного on обеспечения on систем on автоматизации on экспериментов, on разработкой on проблемно on ориентированных on языков on и on методов on машинной on аналитики on и on т. on д. on Подтверждение on тому on — on и on большое on число on конференций on но on названным on темам. on [8]

on Все on это on позволяет on говорить on о on становлении on нового on научного on направления on — on химической on информатики on и on математической on химии. on Вопрос on не on исчерпывается on использованием on ЭВМ on и on математических on методов on в on химических on исследованиях. on Принципиальным on моментом on представляется, on что on речь on идет on не on столько on о on формировании on новой on ветви on химии, on сколько on о on новом on этапе on ее on развития.

На on этапах on собственно on технического on проектирования on детально on разрабатываются on все on алгоритмы on математического on и on информационного on обеспечения on АСУ, on на on одном on из on алгоритмических on языков on составляются on и on отлаживаются on на on универсальных on ЦВМ on программы on решения on задач on в on АСУ. on Создается on общий on алгоритм on функционирования on всей on системы on в on реальном on времени, on осуществляющий on координацию on и on соподчинение on частных on алгоритмов on контроля, on регулирования, on оптимального on управления on и on других on программ. on Наконец, on на on этом on же on этапе on проводится on экспериментальная on проверка on основных on алгоритмов on управления on (оптимизации) on путем on математического on моделирования on на on цифровых on и on аналоговых on вычислительных on машинах on всего on автоматизированного on комплекса on или on отдельных on его on частей. on

Результаты on математического on моделирования on позволяют on количественно on оценить on экономическую on выгодность on решения on задач on оптимизации on и on выбрать on наиболее on обоснованный on вариант on системы on управления on с on учетом on надежности on и on ремонтопригодности on используемых on в on ней on технических on устройств, on т. on е. on получить on оценку on эффективности on АСУ. on [6]

В on состав on АСУ on ТП on Сода on входят on техническое, on организационное, on информационное, on математическое on и on программное on обеспечение. on Комплекс on технических on средств on АСУ on ТП on Сода on включает on два on информационно-управляющих on комплекса on (ИУК) on на on базе on типовых on вычислительных on комплексов on АСВТ-М on и on М-6000 on средства on формирования on информации on (сигналов) on в on системе on локальные on системы on управления on с on первичными on преобразователями on и on вторичными on приборами, on измеряющими on параметры on технологического on режима.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Наряду on с on аппаратным on и on программным on обеспечением on средств on вычислительной on техники on в on некоторых on случаях on целесообразно on рассматривать on информационное on обеспечение, on под on которым on понимают on совокупность on программ on и on предварительно on подготовленных on данных, on необходимых on для on работы on программ.

В on специализированных on компьютерных on системах on (бортовых on компьютерах on автомобилей, on судов, on ракет, on самолетов, on космических on летательных on аппаратов on и on т.п.) on совокупность on программного on и on информационного on обеспечения on называют on математическим on обеспечением. on Как on правило, on оно on «жестко» on записывается on в on микросхемы on ПЗУ on и on может on быть on изменено on только on путем on замены on ПЗУ on или on его on перепрограммирования on на on специальном on оборудовании.

В on настоящее on время on наметился on кризис on классической on структуры on ЭВМ, on связанный on с on исчерпанием on всех on основных on идей on последовательного on счета. on Возможности on микроэлектроники on также on не on безграничны, on давление on пределов on ощутимо on и on здесь.

Дальнейшее on поступательное on развитие on вычислительной on техники on напрямую on связано on с on переходом on к on параллельным on вычислениям, on с on идеями on построения on многопроцессорных on систем on и on сетей, on объединяющих on большое on количество on отдельных on процессоров on и on (или) on ЭВМ. on Но on следует on отметить, on что on при on несомненных on практических on достижениях on в on области on параллельных on вычислений on до on настоящего on времени on отсутствует on их on единая on теоретическая on база.

Термин on вычислительная on система on появился on в on начале on - on середине on 60-х on гг. on при on появлении on ЭВМ on III on поколения. on Это on время on знаменовалось on переходом on на on новую on элементную on базу on - on интегральные on схемы. on

Следствием on этого on явилось on появление on новых on технических on решений: on разделение on процессов on обработки on информации on и on ее on ввода-вывода, on множественный on доступ on и on коллективное on использование on вычислительных on ресурсов on в on пространстве on и on во on времени. on Появились on сложные on режимы on работы on ЭВМ on - on многопользовательская on и on многопрограммная on обработка.

Отражая on эти on новшества, on и on появился on термин on “вычислительная on система”. on Он on не on имеет on единого on толкования on в on литературе, on его on иногда on даже on используют on применительно on к on однопроцессорным on ЭВМ. on

Однако on общим on здесь on является on подчеркивание on возможности on построения on параллельных on ветвей on в on вычислениях, on что on не on предусматривалось on классической on структурой on ЭВМ.Под on вычислительной on системой on (ВС) on будем on понимать on совокупность on взаимосвязанных on и on взаимодействующих on процессоров on или on ЭВМ, on периферийного on оборудования on и on программного on обеспечения, on предназначенную on для on подготовки on и on решения on задач on пользователей. on Отличительной on особенностью on ВС on по on отношению on к on ЭВМ on является on наличие on в on них on нескольких on вычислителей, on реализующих on параллельную on обработку. on Создание on ВС on преследует on следующие on основные on цели:

- on повышение on производительности on системы on за on счет on ускорения on процессов on обработки on данных;

- on повышение on надежности on и on достоверности on вычислений;

- on предоставление on пользователям on дополнительных on сервисных on услуг. on Параллелизм on в on вычислениях on в on значительной on степени on усложняет on управление on вычислительным on процессом, on использование on технических on и on программных on ресурсов. on Эти on функции on выполняет on операционная on система on ВС.

Самыми on важными on предпосылками on появления on и on развития on вычислительных on систем on служат on экономические on факторы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Антопольский, on А.Б. on Информационные on ресурсы on России: on Научно-методическое on пособие on / on А.Б. on Антопольский. on - on М.: on Либерия, on 2014. on - on 424 on c.
Антошин, on М.К. on Учимся on рисовать on на on компьютере on / on М.К. on Антошин. on - on М.: on Айрис, on 2016. on - on 160 on c.
Антопольский, on А.Б. on Информационные on ресурсы on России: on Научно-методическое on пособие on / on А.Б. on Антопольский. on - on М.: on Либерия, on 2014. on - on 424 on c.
Босова, on Л.Л. on Информатика on и on ИКТ on Учебник on для on 8 on класса.3-е on изд. on / on Л.Л. on Босова. on - on М.: on Бином. on Лаборатория on знаний, on 2012. on - on 220 on c.
Демидович, on Н.Б. on Программирование on и on ЭВМ. on Учебное on пособие on по on факультативному on курсу on для on учащихся on 9, on 10 on классов on / on Н.Б. on Демидович, on В.М. on Монахов. on - on М.: on Просвещение, on 2014. on - on 240 on c.
Златопольский, on Д.М. on Сборник on задач on по on программированию. on 3-е on изд., on пер. on и on доп. on Информатика on и on ИКТ on / on Д.М. on Златопольский. on - on СПб.: on BHV, on 2011. on - on 304 on c.
Макарова, on Н.В. on Информатика on и on ИКТ. on Практикум. on 10–11 on класс on Базовый on уровень on / on Н.В. on Макарова, on Г. on Николайчук. on - on СПб.: on Питер, on 2012. on - on 176 on c.
Матвеева, on Н.В.Челак, on Е.Н. on Информатика on и on ИКТ on Учебник on для on 4 on класса on 6-е on изд. on / on Н.В.Челак on Е.Н. on Матвеева, on Конопатова on . on - on М.: on Бином. on Лаборатория on знаний, on 2013. on - on 239 on c.
Николайчук, on Г.С. on Информатика on и on ИКТ. on Начальный on уровень: on Учебник on / on Н.В. on Макарова, on Г.С. on Николайчук, on И.В. on Симонова; on Под on ред. on Н.В. on Макарова. on - on СПб.: on Питер, on 2011. on - on 160 on c.
Николайчук, on Г.С. on Информатика on и on ИКТ: on Учебник on для on 10 on класса. on Базовый on уровень on / on Н.В. on Макарова, on Г.С. on Николайчук, on Ю.Ф. on Титова; on Под on ред. on Н.В. on Макарова. on - on СПб.: on Питер, on 2013. on - on 256 on c.
Плаксин, on М.А. on Информатика on и on ИКТ. on Учебник on для on 4 on класса on ч. on 1,2 on / on М.А. on Плаксин, on Н.Г. on Иванова. on - on М.: on Бином. on Лаборатория on знаний, on 2011. on - on 128 on c.
Семакин, on И.Г. on Информатика on и on ИКТ. on Базовый on уровень.Практикум on для on 10-11 on класса.7-е on изд. on / on И.Г. on Семакин. on - on М.: on Бином. on Лаборатория on знаний, on 2012. on - on 120 on c.
Угринович, on Н.Д. on Практикум on по on информатике on и on информационным on технологиям on / on Н.Д. on Угринович, on Л.Л. on Босова, on Н.И. on Михайлова. on - on М.: on Бином. on Лаборатория on Базовых on Знаний, on 2013. on - on 394 on c.
Угринович, on Н.Д. on информатика on и on информационные on технологии: on Учебник on для on 10-11 on классов on / on Н.Д. on Угринович. on - on М.: on Лаборатория on Базовых on Знаний, on 2014. on - on 512 on c.
Шестакова on Информатика on и on информационно-коммуникационные on технологии. on Базовый on курс. on 8 on класс on / on Шестакова, on Л.В. on и. on - on М.: on Бином, on 2017. on - on 176 on c.
Хуторской, on А.В. on Информатика on и on ИКТ on Рабочая on тетрадь on для on 3 on класса on 3-е on изд. on / on А.В. on Хуторской, on Г.А. on Андрианова. on - on М.: on Бином. on Лаборатория on знаний, on 2012. on - on 175 on c.
Цветкова, on М.С. on Информатика on и on ИКТ: on Учебник on для on начального on и on среднего on профессионального on образования on / on М.С. on Цветкова, on Л.С. on Великович. on - on М.: on ИЦ on Академия, on 2013. on - on 352 on c.