Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Состав и свойства вычислительных систем. Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем (Состав и свойства вычислительных систем)

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Компьютеры за свою полувековую историю прошли быстрый и впечатляющий путь, отмеченный частыми поколениями компьютеров. В этом процессе разработки можно определить ряд закономерностей:

- весь период развития средств вычислительной электронной техники отмечен доминирующей ролью классической структуры ЭВМ, основанной на последовательных вычислительных методах;

- основное направление совершенствования компьютеров - это неуклонный рост производительности (скорости) и интеллекта вычислительных средств;

- разработка компьютера велась в комплексе (элементная база проектирования, структурные и аппаратные решения, системно-программный и пользовательский, алгоритмический уровни);

- в настоящее время произошел кризис в классической структуре ЭВМ, связанный с исчерпанием всех основных идей последовательного подсчета. Возможности микроэлектроники тоже не безграничны, здесь ощутимо давление пределов.

Дальнейшее прогрессивное развитие компьютерных технологий напрямую связано с переходом к параллельным вычислениям с идеями построения многопроцессорных систем и сетей, которые объединяют большое количество отдельных процессоров и (или) компьютеров. Есть огромные возможности для улучшения компьютерных технологий.

Вычислительная техника позволила значительно ускорить темпы выполнения научно-исследовательских разработок в области математики, кибернетики, физики, химии, биологии и многих других отраслей. Она сделала возможным качественный скачок в области автоматизации производства, в организации систем учёта и контроля, в сфере планирования и управления.

Отличительной особенностью вычислительных систем по отношению к ЭВМ является наличие в них нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку.

Состав, свойства и обеспечение вычислительных систем исследовали в своих работах такие авторы, как Грейбо С.В., Гусева А.И, Емельянова С.В., Замятина О.М., Коломейченко А.С., Кузин А.В., Максимов Н.В., Мелехин В.Ф., Мельников В.П., Новожилов Е.О., Свиридова М.Ю., Сенкевич А.В., Сидоров В.Д., Таненбаум Э.С., Тельнова Ю.Ф., Фисун В.А. и др.

Целью данной курсовой работы является исследование состава и свойств вычислительных систем, а также информационного и математического обеспечения вычислительных систем.

Достижение поставленной цели обуславливает решение следующих задач:

исследовать состав и свойства вычислительных систем;
рассмотреть свойства вычислительных систем;
изучить информационное обеспечение вычислительных систем;
рассмотреть математическое обеспечение вычислительных систем.

Объектом исследования данной курсовой работы являются вычислительные системы.

Предметом исследования данной курсовой работы являются состав, свойства и обеспечение вычислительных систем.

Теоретическую базу исследования составили учебные пособия, монографии.

Глава 1. Состав и свойства вычислительных систем

1.1. Состав и свойства вычислительных систем

Термин вычислительная система появился при появлении ЭВМ III поколения в начале - середине 60-х гг.. Знаменовалось это время переходом на элементную новую базу - интегральные схемы. Результатом этого стало появление новых технических решений: коллективное использование во времени и в пространстве и множественный доступ к вычислительным ресурсам; разделение процессов ввода-вывода и обработки информации. Появились сложные режимы работы ЭВМ - многопрограммная и многопользовательская обработка [7, с.26].

Вычислительная система - совокупность взаимодействующих и взаимосвязанных процессоров или ЭВМ, программного обеспечения и периферийного оборудования, предназначенная для сбора, обработки, хранения и распределения информации.

По отношению к ЭВМ отличительной особенностью вычислительной системы является наличие нескольких вычислителей в них, реализующих параллельную обработку. Преследует создание вычислительной системы такие основные цели:

- повышение достоверности и надежности вычислений,

- повышение производительности системы путем ускорения процессов обработки данных,

- предоставление дополнительных сервисных услуг пользователям и т.д. [13, с.43].

Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Принято рассматривать аппаратные и программные средства вычислительной техники отдельно. Соответственно, рассматривают отдельно аппаратную конфигурацию вычислительных систем и программную их конфигурацию. Для информатики такой принцип разделения имеет особое значение, поскольку решение одних и тех же задач очень часто обеспечиваться может как аппаратными, так и программными средствами. Производительность и эффективность являются критериями выбора аппаратного или программного решения. Обычно считать принято, что в среднем аппаратные решения оказываются дороже, зато реализация программных решений требует более высокой квалификации персонала.

К аппаратному обеспечению вычислительных систем относятся приборы и устройства, образующие аппаратную конфигурацию. Современные вычислительные комплексы и компьютеры имеют блочно-модульную конструкцию — аппаратную конфигурацию, которая необходима для исполнения конкретных видов работ, собирать можно из готовых блоков и узлов [5, с.18].

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

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

Присутствующие в архитектуре любой вычислительной системы многочисленные интерфейсы условно можно разделить на большие две группы: последовательные и параллельные. Данные передаются через последовательный интерфейс, бит за битом, последовательно, а через параллельный —группами битов одновременно. Количество участвующих в одной посылке битов определяется разрядностью интерфейса, к примеру параллельные восьмиразрядные интерфейсы передают за один цикл один байт (8 бит).

Параллельные интерфейсы имеют обычно более сложное устройство, чем последовательные, но обеспечивают более высокую производительность. Применяют их там, где важна скорость передачи данных: для подключения устройств ввода графической информации, печатающих устройств, устройств записи на внешний носитель данных и т. п. Измеряют производительность параллельных интерфейсов байтами в секунду (Кбайт/с; байт/с; Мбайт/с).

Устройство последовательных интерфейсов проще; для них, как правило, не надо работу передающего и принимающего устройства синхронизировать (поэтому называют их часто асинхронными интерфейсами), но у них меньше пропускная способность и ниже коэффициент полезного действия, так как полезные данные из-за отсутствия синхронизации посылок предваряют и завершают посылками служебных данных, то есть могут приходиться на один байт полезных данных 1-3 служебных бита (конкретный протокол определяет состав и структуру посылки).

Поскольку производится обмен данными через последовательные устройства не байтами, а битами, измеряют их производительность битами в секунду (бит/с, Кбит/с, Мбит/с). Несмотря на кажущуюся простоту перевода единиц измерения скорости последовательной передачи в единицы измерения скорости параллельной передачи данных путем механического деления на 8, не выполняют такой пересчет, поскольку из-за наличия служебных данных он не корректен. В крайнем случае, с поправкой на служебные данные, иногда выражают скорость последовательных устройств в знаках в секунду или в символах в секунду (с/с), что тоже самое, но имеет эта величина не технический, а справочный, потребительский характер.

Применяют последовательные интерфейсы для подключения «медленных» устройств (устройств ввода и вывода сигнальной и знаковой информации, простейших устройств печати низкого качества, малопроизводительных устройств связи, контрольных датчиков и т. п.), а также тогда, когда в продолжительности обмена данными нет существенных ограничений (большинство цифровых фотокамер) [9, с.71].

Программное и аппаратное обеспечение работают в компьютере в непрерывном взаимодействии и в неразрывной связи.

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

Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией. Как и между физическими блоками и узлами, между программами существует взаимосвязь — работают многие программы, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть, говорить можно о межпрограммном интерфейсе. Возможность существования такого интерфейса основана тоже на существовании протоколов и технических условий взаимодействия, а на практике обеспечивается он распределением программного обеспечения на несколько уровней, взаимодействующих между собой. Уровни программного обеспечения имеют вид пирамидальной конструкции. Опирается каждый следующий уровень на программное обеспечение предшествующих уровней. Удобно такое членение для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установки программ до технического обслуживания и практической эксплуатации. Каждый вышележащий уровень функциональность всей системы повышает. Так, к примеру, вычислительная система с программным обеспечением базового уровня выполнять не способна большинство функций, но установить позволяет системное программное обеспечение.

1) Базовый уровень. Самый низкий уровень программного обеспечения представляет базовое программное обеспечение. Отвечает оно за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Базовые программные средства, как правило, входят непосредственно в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, называемых запоминающими постоянными устройствами (ПЗУ). Программы и данные в микросхемы ПЗУ записываются («прошиваются») на этапе производства и в процессе эксплуатации не могут быть изменены.

2) Системный уровень - переходный. Работающие на этом уровне программы обеспечивают взаимодействие с программами базового уровня прочих программ компьютерной системы и непосредственно с аппаратным обеспечением, то есть выполняют «посреднические» функции.

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

Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Благодаря им он получает возможность вводить в вычислительную систему данные, получать результат в удобной для себя форме и управлять ее работой. Эти программные средства называют средствами обеспечения пользовательского интерфейса. Зависит от них напрямую производительность труда на рабочем месте и удобство работы с компьютером [15, с.44].

3) Служебный уровень. Взаимодействует программное обеспечение данного уровня как с программами системного и базового уровня. Основное назначение служебных программ (также их называют утилитами) состоит в автоматизации работ по наладке, проверке и настройке компьютерной системы. Они используются во многих случаях для улучшения или расширения функций системных программ. Некоторые служебные программы (это программы обслуживания, как правило) включают изначально в состав операционной системы, но большинство служебных программ для операционной системы являются внешними и служат для расширения ее функций.

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

4) Прикладной уровень. Программное обеспечение прикладного уровня - комплекс прикладных программ, при помощи которых выполняются на данном рабочем месте конкретные задания. Спектр таких заданий необычайно широк — от производственных до развлекательно-обучающих и творческих. Огромный функциональный диапазон возможных приложений средств вычислительной техники объясняется наличием прикладных программ для различных видов деятельности.

Поскольку между системным и прикладным программным обеспечением существует непосредственная взаимосвязь (опирается второе на первое), то можно утверждать, что доступность прикладного программного обеспечения, универсальность вычислительной системы и широта функциональных возможностей компьютера зависят напрямую от типа используемой операционной системы, от того, какие содержит ее ядро системные средства, как обеспечивает она взаимодействие триединого комплекса человек — программа — оборудование [10, с.76].

1.2. Свойства вычислительных систем

1) Масштабируемость.

Масштабируемость вычислительных систем понимается как их способность увеличивать и уменьшать ресурсы, возможность варьировать производительность. Сложность (трудоемкость) задач, решаемых вычислительными средствами, постоянно растет. Чтобы сохранить способность вычислительных систем в течение длительного времени адекватно решать сложные задачи, необходимо, чтобы они обладали архитектурным свойством масштабируемости. Это означает, в частности, что производительность, достигаемую вычислительной системой на данном количестве калькуляторов, может быть увеличена путем добавления одного или нескольких калькуляторов. Выполнение этой собственности гарантируется принципами модульности, локальности, децентрализации и распределения.

2) Универсальность. Вычислительные системы являются алгоритмически и структурно универсальными. Общепринято, что компьютеры (основанные на компьютерной модели) являются алгоритмически универсальными, если они имеют возможность (без изменения своих структур) реализовывать алгоритм для решения любой проблемы. С другой стороны, компьютерные системы представляют собой команду калькуляторов, каждый из которых обладает алгоритмической универсальностью, поэтому система является универсальной (в общепринятом смысле).

Вычислительные системы сочетают в себе преимущества цифровой технологии, где процесс расчета в основном определяется алгоритмически (точнее, программно), и аналоговой технологии, где процесс расчета предопределяется структурными схемами.

Структурная универсальность позволяет говорить о специализации вычислительных систем: для каждой задачи допустимо автоматически настраивать такую конфигурацию из ресурсов вычислительных систем, наиболее адекватных алгоритму решения задачи. Таким образом, вычислительные системы являются средством, в котором диалектически сочетаются противоположные свойства универсальности и специализации.

Алгоритмическая и структурная универсальность вычислительных систем проявляется также в возможности организации «виртуальных» конфигураций с произвольной архитектурой (на уровне команд и потоков данных) и реализации в ней известных режимов обработки информации [1, с.17].

3) Производительность. В отличие от компьютеров, построенных на основе компьютерной модели, компьютерные системы не имеют фундаментальных ограничений в повышении производительности. Увеличение производительности в них достигается не только за счет увеличения физической скорости микроэлектронных элементов, но в основном за счет увеличения количества калькуляторов. Следует подчеркнуть, что благодаря свойству однородности масштабируемость вычислительных систем осуществляется путем простого подключения дополнительных вычислений без конструктивных изменений исходного состава системы. В то же время в системе легко настроить программное обеспечение для заданного количества калькуляторов. На основании последнего обеспечивается совместимость вычислительных систем различной мощности.

4) Реконфигурируемость. Структурная и функциональная гибкость вычислительных систем обусловлена широкими возможностями систем для статической и динамической реконфигурации. Статическая реконфигурация вычислительных систем обеспечивается за счет: изменения количества калькуляторов, их структуры и состава; выбор дня работы калькуляторов по количеству полюсов для связи с другими калькуляторами; умение строить структуры в виде графов, принадлежащих к разным классам; допустимость использования каналов различного типа, различной физической природы и различной длины и т. д. в связи с возможностью адаптации вычислительных систем к статической реконфигурации, система адаптирована к области применения на этапе ее формирования ,

Динамическая реконфигурация вычислительных систем поддерживается возможностью формирования в системах таких (виртуальных) подсистем, структуры и функциональные организации которых адекватны входной многопрограммной ситуации и структурам решаемых задач. Следовательно, способность вычислительных систем к динамической реконфигурации приводит к ее высокой универсальности, при которой достигается заданный уровень производительности при решении широкого класса задач; режимы работы, известные в компьютерной технике (коллективное использование, пакетная обработка и т.д.), методы управления вычислительным процессом (централизованный, децентрализованный и т.д.), структурные схемы (изолированные компьютеры, системы от нескольких процессоров и один компьютер, системы от одного компьютера) Реализуются и несколько запоминающих устройств и т. д.) и методы обработки информации (конвейерная, матричная, распределенная и т. д.).

5) Надежность и живучесть. Эти два понятия семантически близки, оба предназначены для характеристики архитектурных возможностей вычислительных систем при выполнении возложенных на них функций. Тем не менее каждый из них отражает специфические особенности вычислительных систем для использования исправных ресурсов при обработке информации.

Под надежностью вычислительных систем понимается способность автоматически (программировать) конфигурировать и организовывать функционирование таких структурных схем, которые обеспечивают отказы, а восстановление калькуляторов обеспечивает заданный уровень производительности или, другими словами, возможность использовать фиксированное число. правильных калькуляторов (при реализации параллельных программ для решения сложных задач). Эта концепция характеризует возможности вычислительных систем для обработки информации при наличии фиксированной структурной избыточности (представленной частью калькуляторов) и при использовании параллельных программ с заданным числом. филиалов.

Под живучестью компьютерных систем понимается свойство параметров программы и организация функционирования таких структурных схем, которые в условиях сбоев и восстановления компьютеров гарантируют производительность в указанных пределах или возможность использовать все рабочие компьютеры в параллельные программы. Концепция «живучести» вычислительных систем характеризует их способность организовывать отказоустойчивые вычисления или, другими словами, реализовывать параллельные программы, позволяющие варьировать число ветвей в определенных пределах [4, с.59].

6) Самоконтроль и самодиагностика. Организация надежного и долговечного функционирования вычислительных систем связана с контролем правильности их работы и с локализацией в них неисправностей. В коллективных системах компьютеров может применяться нетрадиционный подход к мониторингу и диагностике:

1) в качестве контрольного и диагностического ядра компьютерных систем могут использоваться любые работающие компьютеры и, в пределе, ядро любого случайно выбранного компьютера;

2) выбор ядра системы и определение его работоспособности может выполняться автоматически (с использованием компьютерных систем).

Предлагаемый подход позволяет говорить о самоконтроле и самодиагностике компьютерных систем. Вывод об исправности или неисправности отдельных калькуляторов системы принимается коллективно всеми калькуляторами на основе сравнения их индивидуальных выводов об исправности соседних калькуляторов.

Вышеупомянутое в отношении надежности, живучести, самоконтроля и самодиагностики компьютерных систем в равной степени относится к отдельным частям систем и их подсистемам. Следовательно, надежность и живучесть вычислительных систем могут быть достигнуты в случае мультипрограммирования.

7) Технико-экономическая эффективность. Структурная однородность может значительно сократить время разработки и производства систем, обеспечивает высокую технологичность, упрощает как статическую, так и динамическую реконфигурацию вычислительных систем и облегчает их техническую эксплуатацию. Это значительно упрощает процесс организации взаимодействия между компьютерными системами и облегчает создание программного обеспечения. Полнота реализации трех основных принципов команды калькуляторов позволяет значительно ослабить взаимосвязь между повышением производительности вычислительных систем и усложнением их проектирования и изготовления, а также созданием системного программного обеспечения [11, с.40].

Это открывает возможность создания высокопроизводительных экономически приемлемых вычислительных систем с существующей физической и технологической базой. Более того, возможность бесконечно увеличивать производительность позволяет использовать микроэлектронные элементы для построения компьютерных систем со скоростью, которая далека от предела и, следовательно, с более высокой надежностью и меньшим энергопотреблением.

Глава 2. Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем

2.1. Информационное обеспечение вычислительных систем

Информация - это информация о мире и происходящих в нем процессах, воспринимаемая человеком или специализированным устройством, например компьютером, для обеспечения целевой активности. Информация может быть числовой, текстовой, графической, звуковой и т.д. по своей физической природе. Он также может быть постоянным (не меняющимся), переменным, случайным, вероятностным. Наибольший интерес представляет переменная информация, поскольку она позволяет выявлять причинно-следственные связи в процессах и явлениях.

Наряду с аппаратным и программным обеспечением компьютерных технологий в некоторых случаях целесообразно рассмотреть информационное программное обеспечение, что означает комбинацию программ и предварительно подготовленных данных, необходимых для работы этих программ [8, с.104].

Рассмотрим, например, систему автоматической проверки правописания в редактируемом тексте. Ее работа заключается в том, что лексические единицы исходного текста сравниваются с заранее подготовленным массивом справочных данных (словарь). В этом случае для успешной работы системы, помимо аппаратного и программного обеспечения, необходимо иметь специальные наборы словарей, которые подключаются извне. Это пример информационной поддержки компьютерных технологий.

В специализированных компьютерных системах (бортовые компьютеры автомобилей, кораблей, ракет, самолетов, космических аппаратов и т.д.) комбинация программного и информационного программного обеспечения называется математическим программным обеспечением. Как правило, он «жестко запрограммирован» в микросхемах ПЗУ и может быть изменен только путем замены ПЗУ или перепрограммирования его на специальном оборудовании.

Информационная поддержка сети - это единый информационный фонд, ориентированный на решаемые в сети задачи и содержащий базы данных общего пользования, доступные для всех пользователей сети, базы данных индивидуального использования, предназначенные для индивидуальных абонентов, базы знаний общего и индивидуального применения, автоматизированные базы данных - местного и распределенного, общего и индивидуального назначения.

Вся информация, поступающая в компьютер (например, звуки, изображения, показания приборов и т.д.), должна быть преобразована в цифровую форму для обработки - в противном случае ПК просто не будет ее обрабатывать.

Например, при обработке текстовой информации при вводе в компьютер каждая буква кодируется определенным числом, а при выводе на внешнее устройство (экран или печать) для человеческого восприятия из этих чисел создаются соответствующие изображения букв.

Соответствие между набором букв и цифр называется кодировкой символов.

Как правило, все числа в компьютере представлены с помощью нулей и единиц, то есть в двоичной системе счисления, что значительно упрощает их конструкцию.

Единицей информации в компьютере является один бит, то есть двоичный бит, который может принимать значение 0 или 1. Как правило, компьютерные команды работают не с отдельными битами, а с восемью битами одновременно. Восемь последовательных битов составляют байт. В один байт вы можете закодировать значение одного символа из 256 возможных (256 = 28). Более крупными единицами информации являются килобайты, равные 1024 байта (1024 = 21 °), и мегабайты, равные 1024 Кбайт [14, с.52].

Программы для компьютеров.

Программы для первых компьютеров должны были быть написаны на машинном языке, то есть в кодах, непосредственно воспринимаемых компьютером. В начале 1950-х годов были разработаны системы, позволяющие писать программы не на машинном языке, а с использованием мнемонических обозначений машинных инструкций. Такой язык для написания программ называется автокодом или ассемблером. Программы на ассемблере очень легко конвертируются в машинные инструкции с помощью специальной программы, также называемой ассемблером. Ассемблер теперь часто используется в программировании в тех случаях, когда это необходимо для достижения максимальной производительности и минимального размера программ или для наиболее полного учета возможностей компьютера в программе.

Тем не менее, программирование на ассемблере все еще занимает много времени. Поэтому даже после появления ассемблеров многие исследователи продолжали свои попытки облегчить процесс программирования. Такие языки стали называть языками программирования высокого уровня, а языки ассемблера и другие машинно-ориентированные языки называли языками низкого уровня. Программы на языках высокого уровня либо преобразуются в программы, состоящие из машинных инструкций (это делается с помощью специальных программ, называемых переводчиками или компиляторами), либо интерпретируются с использованием программ-переводчиков.

Языки высокого уровня значительно упростили процесс написания программ, поскольку они ориентированы на удобство описания команд [2, с.39].

2.2. Математическое обеспечение вычислительных систем

Математическое обеспечение состоит из фонда программ вычислительных алгоритмов, в частности, фонд содержит решения типовых задач математической физики. Фонд постоянно пополняется, на рынке программных продуктов существует конкуренция между разработчиками математического программного обеспечения [16, с.166].

Одна из классификаций математического обеспечения предусматривает ее разделение на следующие разделы: подпрограммы, пакеты программ, библиотеки программного обеспечения, системы программного обеспечения.

1) Подпрограммы.

Это самый известный и часто используемый раздел программного обеспечения. Он состоит из отдельных подпрограмм или программ, содержащих небольшой набор подпрограмм. Первые численные компьютерные модели были запрограммированы в двоичных кодах; Эти подпрограммы были ориентированы на машины. Мобильность подпрограмм - возможность их использования на различных компьютерах появилась с введением универсальных языков программирования: Algola и Fortran. Другим результатом внедрения алгоритмических языков высокого уровня стало появление новой среды для описания вычислительных алгоритмов; Программа на таком языке также может служить формальным описанием алгоритма.

В настоящее время научно-технические подпрограммы публикуются в основном на языке Си. Язык Фортран сохраняет свою позицию в качестве языка публикации для описания вычислительных алгоритмов. Также известно, что тексты последовательных программ на Фортране более удобны для распараллеливания, чем тексты на Си-программах.

2) Пакеты программ.

Программный пакет - это набор программ для решения серийных задач в конкретной области науки и техники. Пакет прикладных программ, особый случай пакетов, представляет собой систему взаимосвязанных программ и средств организации процесса расчета. Используя эти инструменты, в рамках стратегии организации вычислений, реализованной в пакете, автоматически создается цепочка прикладных вычислительных программ для конкретного вычислительного эксперимента. Примером пакета прикладных программ является пакет САФРА (Система Автоматизации Физических Расчетов), предназначенный для решения класса задач математической физики. Программы, созданные с использованием пакета САФРА, используют программы из архивного фонда пакета, содержащего более тысячи программ. Системная часть пакета обеспечивает подбор оптимальной последовательности программ для решения общей задачи.

3) Программные библиотеки.

Этот тип программного обеспечения состоит из набора программных пакетов (пакетов пакетов), предназначенных для решения широкого круга задач, например, задач численного анализа, математической статистики и других. Прототипами библиотек можно считать программы общего назначения, поставляемые производителями компьютеров для своих машин. В СССР самой известной была библиотека этого класса - SSP (Scientific Subroutine Package) от IBM. Он был адаптирован для компьютеров серии EC и БЭСМ-6.

Библиотека программ ANSYS объявлена как многоцелевая библиотека конечных элементов для анализа в широкой области инженерных дисциплин (прочность, теплофизика, динамика жидкостей и газов и электромагнетизм). Это коллекция из более чем десяти специализированных пакетов, включая обучение. Упаковки сертифицированы по ряду международных стандартов, в том числе по стандартам американской атомной промышленности и Госатомнадзора России. Разработчики ANSYS также используют лицензионные программы для обеспечения интеграции с другими пакетами. Распределенные вычисления в вычислительных кластерах поддерживаются не во всех пакетах библиотек [12, с.20].

4) Системы математического обеспечения.

Система программного обеспечения - это библиотека программ общего назначения с проблемно-ориентированным языком, которая обеспечивает удобный интерфейс.

Одна из старейших компьютерных программных систем - МЛТЬЛБ. В расчетах допускается использование таких мощных типов данных, как многомерные массивы чисел, символов, структур, указанных пользователями. Область применения МЛТЬЛБа - построение математических моделей и разработка алгоритмов программирования и расчетов, использование научно-технической графики для визуализации и анализа данных.

5) Математические библиотеки в прикладном программировании.

Прогресс в технологии производства компьютерного оборудования значительно опережает темпы роста производства программного обеспечения. В программировании аналог закона Мура неизвестен - производительность компьютеров удваивается каждые полтора года. Поэтому значение систем математической поддержки как элемента промышленной технологии для производства прикладных программ очень велико.

Современное математическое программное обеспечение, в дополнение к программам элементарных математических функций для вычисления синусов и логарифмов и т.д., содержит обширный набор стандартных программ для реализации алгоритмов массовых вычислений. Техника сборки программы из готовых вычислительных компонентов снижает сложность программных приложений.

Значительное усложнение программирования из-за появления многопроцессорных кластеров и графических процессоров повышает роль такого метода. Для программирования библиотечных программ вы можете привлекать специализированных специалистов в прикладных областях и обеспечивать очень высокую эффективность реализации.

Библиотеки создаются как коммерческий продукт; Более того, чем шире круг пользователей и, соответственно, чем разнообразнее спектр удовлетворенных запросов, тем выше цена продукта. Библиотечная программа для расширения области действия должна предусматривать широкий диапазон входных параметров, обеспечивать настройку функций исходных данных и аппаратной среды.

Библиотеки, классифицируемые как математические системы поддержки, такие как MATLAB, снабжены интерфейсом с языками Фортран и Си. Но системы программирования для этих языков, встроенные в библиотеку, не могут конкурировать по качеству объектного кода с кодом, созданным отдельными независимыми компиляторами из этих универсальных языков. Наконец, приложения, полученные с использованием этой среды программирования, не являются чуждыми среде и, следовательно, также не являются мобильными [3, с.51].

Конечно, библиотеки позволяют использовать свои математические процедуры и пакеты из независимых систем программирования на Фортране и Си, но наибольший эффект от использования библиотеки достигается, когда все приложение погружено в свою среду. Коммерческие мотивы в проблеме мобильности приложений неоспоримы.

Одним из основных критериев качества программного обеспечения является достоверность расчетов, что обеспечивается, в частности, сертификацией библиотечных программ. Поскольку лицензия одной программы дешевле, чем лицензия всей библиотеки, пакеты программного обеспечения, ориентированные на конкретные запросы пользователей, всегда будут востребованы на рынке программного обеспечения [6, с.153].

Можно предположить, что будущее этого направления - ускоренное развитие технологии «облачных пакетов» - создание сертифицированных пакетов программного обеспечения с открытым исходным кодом, которые настроены для данной предметной области и конкретной вычислительной среды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

- повышение достоверности и надежности вычислений,

- повышение производительности системы путем ускорения процессов обработки данных,

- предоставление дополнительных сервисных услуг пользователям и т.д.

Программное и аппаратное обеспечение работают в компьютере в непрерывном взаимодействии и в неразрывной связи. Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией. Как и между физическими блоками и узлами, между программами существует взаимосвязь — работают многие программы, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть, говорить можно о межпрограммном интерфейсе. Возможность существования такого интерфейса основана тоже на существовании протоколов и технических условий взаимодействия, а на практике обеспечивается он распределением программного обеспечения на несколько уровней, взаимодействующих между собой.

Вычислительные системы обладают следующими наиболее важными свойствами (стоит отметить, что в той или иной реализации вычислительной системы все ее свойства могут не проявляться полностью): масштабируемость, универсальность, производительность, реконфигурируемость, надежность и живучесть, самоконтроль и самодиагностика, технико-экономическая эффективность.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Грейбо С.В. Архитектура вычислительных систем : учебное пособие / С.В. Грейбо– Эл. изд., 2019. – 77 с.
Гусева А.И. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник / А.И. Гусева. - М.: Academia, 2016. - 640 c.
Емельянова С.В. Информационные технологии и вычислительные системы. Вычислительные системы. Компьютерная графика. Распознавание образов. Математическое моделирование / С.В. Емельянова. - М.: Ленанд, 2015. - 100 c.
Замятина О.М. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. Моделирование сетей : учеб. пособие для магистратуры / О.М. Замятина. — М. : Издательство Юрайт, 2017. — 159 с.
Коломейченко А.С. Информационные технологии: учебное пособие / А.С. Коломейченко, Н.В. Польшакова, О.В. Чеха. - СПб.: Лань, 2018. - 228 c.
Кузин А.В. Компьютерные сети: учебное пособие / А.В. Кузин, Д.А. Кузин. - М.: Форум, 2018. - 704 c.
Максимов Н.В. Архитектура ЭВМ и вычислит. систем: учебник / Н.В. Максимов, Т.Л. Партыка, И.И. Попов. - М.: Форум, 2018. - 416 c.
Мелехин В.Ф. Вычислительные машины, системы и сети / В.Ф. Мелехин. - М.: Academia, 2017. - 304 c.
Мельников В.П. Информационные технологии: учебник / В.П. Мельников. - М.: Академия, 2018. - 176 c.
Новожилов Е.О. Компьютерные сети: учебное пособие / Е.О. Новожилов. - М.: Академия, 2018. - 176 c.
Свиридова М.Ю. Информационные технологии в офисе: Практические упражнения / М.Ю. Свиридова. - М.: Academia, 2018. - 240 c.
Сенкевич А.В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы: учебник / А.В. Сенкевич. - М.: Academia, 2018. - 320 c.
Сидоров В.Д. Аппаратное обеспечение ЭВМ: учебник / В.Д. Сидоров, Н.В. Струмпэ. - М.: Academia, 2014. - 336 c.
Таненбаум Э.С. Компьютерные сети / Э.С. Таненбаум, Д. Уэзеролл. - СПб.: Питер, 2018. - 512 c.
Тельнова Ю.Ф. Информационные системы и технологии / Ю.Ф. Тельнова. - М.: Юнити, 2017. - 544 c.
Фисун В.А. Математическое обеспечение вычислительных систем / В.А. Фисун // Инженерный журнал: наука и инновации, 2017. - №1. – С.166