Состав и свойства вычислительных систем. Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем (ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ)

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В современном мире электронные вычислительные средства завоевали прочные позиции в жизненно важных сферах деятельности человека – в науке, технике, экономике и промышленности. Область применения средств обработки информации постоянно расширяется. Возможности вычислительной индустрии в существенной мере определяют научно-технический прогресс. Потребности общества в решении все более сложных задач постоянно растут, и они, в свою очередь, стимулируют развитие вычислительных средств, которое поражает своими темпами. Вычислительная система как совокупность одной и более вычислительных машин либо процессоров, организованная для объединенного осуществления информационно-вычислительного процесса представляет собой основу современной индустрии информационных технологий. Только зная специфику, состав, основные свойства и принципы построения вычислительных систем, можно грамотно работать с вычислительной техникой, писать программы, создавать базы данных и полноценно разбираться в устройстве компьютера или компьютерной сети. Без подробного изучения различных видов обеспечения вычислительной системы также невозможно стать компетентным специалистом в сфере информационных технологий.

Исходя из вышеизложенного, тема данной курсовой работы представляется актуальной и особенно значимой.

Цель и задачи исследования. Целью данной работы является изучение состава и свойств вычислительных систем, а также особенностей их информационного и математического обеспечения. Поставленная цель обусловила необходимость решения следующих задач:

- раскрыть сущность понятия «вычислительная система»;

- изучить состав вычислительных систем;

- выявить свойства вычислительных систем;

- определить виды обеспечения вычислительных систем;

- выявить особенности информационного обеспечения вычислительных систем;

- изучить специфику математического обеспечения вычислительных систем.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются вычислительные системы. Предмет исследования – состав и свойства вычислительных систем, особенности их информационного и математического обеспечения.

Теоретической и методологической основой исследования послужили положения и гипотезы, изложенные в работах отечественных и зарубежных ученых в области информационных технологий, изучающих архитектуру и функционирование вычислительных систем: Э. Таненбаума, Б.М. Михайлова, С.В. Симоновича, В.Г. Хорошевского и др.

Методы исследования. В процессе исследования применялся диалектический метод познания, использовались методы индукции и дедукции, методы анализа и синтеза, сравнения и аналогии.

Структура и объем работы. С учетом поставленной цели и задач была определена структура работы. Она состоит из введения, двух глав основного содержания и списка использованной литературы.

В первой главе представлены теоретические аспекты вычислительных систем, описаны их состав и свойства. Во второй главе дана характеристика различных видов обеспечения вычислительных систем, подробно описаны информационное и математическое обеспечение.

Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ
СИСТЕМ

• 1. Вычислительные системы: понятие, классификация

Вычислительные машины, системы и сети уже давно выполняют задачи, выходящие за рамки обычных вычислений. Говоря о понятии «электронная вычислительная машина», мы уже давно не имеем в виду, что речь идет об устройстве, предназначенном исключительно для вычислений. В современном мире это не просто вычислительные машины, а целые системы, предназначенные для хранения, обработки, редактирования, обновления информации – самого ценного ресурса в современном мире. Также вычислительные системы выполняют сортировку и поиск нужных данных, формируют таблицы, диаграммы и отчеты, осуществляют логические преобразования, выдают результаты и т.д.

Согласно ГОСТ 15971-90, вычислительная машина – это совокупность технических средств, создающая возможность проведения обработки информации (данных) и получения результата в необходимой форме. Под техническими средствами понимают все оборудование, предназначенное для автоматизированной обработки данных. Как правило, в состав вычислительной машины входит и системное программное обеспечение. Вычислительную машину, основные функциональные устройства которой выполнены на электронных компонентах, называют электронной вычислительной машиной (ЭВМ)^[1].

В последнее время в литературе вычислительную машину (особенно персональную) принято называть англоязычным термином «компьютер».

Вычислительную систему стандарт ISO/IEC2382/1-93 определяет как одну или несколько вычислительных машин, периферийное оборудование и программное обеспечение, которые выполняют обработку данных^[2].

Вычислительная система состоит из связанных между собой средств вычислительной техники, содержащих не менее двух основных процессоров, имеющих общую память и устройство ввода-вывода. Множественность вычислительных средств в вычислительной системе позволяет реализовать в ВС параллельную обработку данных.

Таким образом, вычислительная система является результатом интеграции аппаратных средств и программного обеспечения, функционирующих в единой системе и предназначенных для совместного выполнения информационно-вычислительных процессов.

Существует значительное число критериев, по которым можно провести классификацию вычислительных систем:

• по целевому назначению;
• по виду составляющих элементов;
• по типу ЭВМ или процессоров в составе вычислительной системы;
• по характеру пространственного распределения элементов вычислительной системы;
• по методам управления элементами системы;
• по принципу закрепления функций за отдельными ЭВМ или процессорами;
• по режиму работы.

Так, по назначению вычислительные системы делят на универсальные и специализированные вычислительные системы. Универсальные вычислительные системы, также называемые вычислительными системами общего назначения, применяются для выполнения широкого диапазона задач, состав которого заранее не определен. Специализированные вычислительные системы предназначены для выполнения небольшой, изначально строго определенной категории задач. Специализацию вычислительной системы могут обеспечивать различные средства^[3]:

1. сама структура системы (количество и типы параллельно работающих функциональных элементов, связи между ними и т.д.) может учитывать особенности выполняемых операций: матричные вычисления (процессор, в составе команд которого есть команды с векторными операциями, называют векторным), решение алгебраических, дифференциальных и интегральных уравнений, операции быстрого преобразования Фурье (такой процессор относят к процессорам цифровой обработки сигналов) и т.п. Практика разработки таких вычислительных систем показала, что чем уже класс задач, для решения которых предназначается специализированная вычислительная система, тем большую производительность можно обеспечить при сокращении затрат ресурсов;
2. специализация вычислительной системы может быть обусловлена наличием специального оборудования (в качестве ее периферийного устройства или устройств), для использования которых необходимо специальное программное обеспечение.

Далее, по виду составляющих элементов вычислительные системы классифицируют на многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы. Многомашинная вычислительная система (ММВС) содержит несколько ЭВМ, каждая из которых имеет свою оперативную память и работает под управлением собственной операционной системы. А посредством использования дополнительных программных и аппаратурных средств осуществляется обмен между данными ЭВМ. Использование при параллелизме множества объектов – наиболее подходящая сфера применения ММВС.

В случае если в качестве элементов вычислительной системы используются процессоры, то такая вычислительная система является многопроцессорной. Многопроцессорная вычислительная система (МПВС) – эффективное средство решения задач с параллелизмом входных данных; ее также можно использовать и при параллелизме множества задач.

В зависимости от типов ЭВМ или процессоров, из которых состоят вычислительные системы, их подразделяют на однородные и неоднородные^[4]. В составе однородных вычислительных систем – однотипные ЭВМ или процессоры, в составе неоднородных – разнотипные. В однородных системах значительно упрощается разработка и обслуживание технических и программных средств (в большинстве случаев операционной системы). В них обеспечивается возможность стандартизации и унификации соединений и процедур взаимодействия элементов системы, упрощается обслуживание систем, облегчается модернизация и их развитие. Вместе с тем существуют и неоднородные вычислительные системы, в которых комплексируемые элементы очень сильно отличаются по своим техническим и функциональным характеристикам и могут представлять собой специализированные процессоры.

По характеру пространственного распределения элементов вычислительные системы делятся на системы сосредоточенного (локального) и распределенного типов. Обычно такое деление касается только ММВС: в этом классе можно найти вычислительные системы как распределенного, так и локального типов. Как правило, многопроцессорные системы относятся к системам локального типа. Более того, благодаря успехам микроэлектроники локализация ресурсов в микропроцессорах может быть очень глубокой: в перспективных СБИС появляется возможность иметь на одном кристалле несколько параллельно работающих процессоров.

Если взаимодействие ЭВМ в составе многомашинной вычислительной системы распределенного типа организуется с помощью специальных линий связи, то такую вычислительную систему называют вычислительной сетью.

В локальных и распределенных ММВС сильно различается оперативность взаимодействия в зависимости от удаленности ЭВМ: время передачи информации между соседними ЭВМ, соединенными простым кабелем, может быть много меньше времени передачи данных по каналам связи.

По методам управления элементами вычислительные системы делятся на централизованные, децентрализованные системы и системы со смешанным управлением. Каждая из этих структур имеет свои преимущества и недостатки.

Так, в централизованных вычислительных системах управление системой возлагается на одну главную (диспетчерскую) ЭВМ или процессор. Ее задачей является распределение нагрузки между элементами, выделение ресурсов, контроль состояния ресурсов, координация взаимодействия. Централизованные системы имеют более простые операционные системы. Однако выход из строя управляющей машины-диспетчера полностью парализует работу всей системы. Кроме того, в централизованной вычислительной системе несколько сложнее проходит процесс отладки. В этом заключаются основные минусы централизованных вычислительных систем.

В децентрализованных вычислительных системах функции управления распределены между ее элементами. Каждая ЭВМ или процессор системы сохраняет известную автономию, а необходимое взаимодействие между элементами устанавливается по специальным наборам сигналов. С развитием ММВС, и в частности сетей ЭВМ, интерес к децентрализованным системам постоянно растет.

В системах со смешанным управлением совмещаются процедуры централизованного и децентрализованного управлений. Перераспределение функций осуществляется в ходе вычислительного процесса исходя из сложившейся ситуации.

По принципу закрепления вычислительных функций за отдельными ЭВМ или процессорами различают вычислительные системы с жестким и плавающим закреплением функций. Плавающее закрепление функций обеспечивает высокую гибкость и надежность функционирования системы, но это связано с дополнительными затратами ресурсов на решение задачи динамического размещения программных модулей и массивов данных.

По режиму работы различают вычислительные системы, работающие в оперативном и неоперативном временных режимах. Оперативный режим вычислительной системы характеризуется тем, что время реализации алгоритма представляет собой фактор, определяющий эффективность системы. В неоперативных вычислительных системах такой зависимости нет^[5].

В свою очередь, в оперативных вычислительных системах выделяют системы, работающие в реальном времени – «мягком» и «жестком». Понятие реального времени подчеркивает, что допустимое время реализации алгоритма определяется динамикой объекта управления.

В системах «мягкого» реального времени допускаются (но достаточно редко) ситуации, когда временные ограничения на время реализации алгоритма не выполняются. Для систем «жесткого» реального времени справедливо утверждение: «Правильное решение, полученное с опозданием, есть ошибочное решение», и это правило работает всегда, без каких бы то ни было исключений.

Вычислительные системы реального времени характеризуются, как правило, повышенными требованиями к надежности функционирования и высокой степенью автоматизации процедур подготовки входных данных.

• 1. Состав вычислительных систем

По выражению одного из ведущих специалистов компьютерной науки Эндрю Таненбаума, компьютер можно рассматривать как иерархию структурных уровней организации, в которой каждый уровень выполняет вполне определенную функцию^[6]. Это утверждение в равной мере относится как к аппаратной организации, так и к структуре и организации программного обеспечения. Более того, исследование взаимодействия уровней организации компьютеров показывает, что нередко затруднительно провести четкую границу между аппаратной и программной реализациями функциональностей. Однако просматривается определенная закономерность, состоящая в том, что чем ниже расположен уровень, тем в большей степени он реализован средствами аппаратуры (а не средствами программирования)^[7].

Как уже было определено, что вычислительная система – это некоторое объединение аппаратных средств, средств управления аппаратурой (физическими ресурсами), средств управления логическими ресурсами, системы программирования и прикладное программное обеспечение.

Основой цифровых вычислительных систем являются логические цифровые схемы, основанные на элементах, принимающих два возможных фиксированных значения – «0» и «1». Информация в таких схемах представлена в виде импульсных электрических сигналов, имеющих амплитуду выше некоторого уровня (логический ноль) или ниже определенного уровня (логическая единица). При построении цифровой вычислительной системы реализован принцип программного управления. Суть этого принципа в следующем: цифровая схема построена таким образом, что может решать некоторый определенный набор простых задач или выполнять определенные действия (команды). А комбинируя эти действия в соответствии с заданным алгоритмом решения сложной задачи (программа), можно получить решение для очень широкого круга задач.

Таким образом, в состав цифровой вычислительной системы находятся аппаратные и программные средства.

К аппаратным средствам относятся электронные схемы, из которых построена система, и схемы, обеспечивающие их работоспособность.

К программным средствам относятся последовательности команд, реализующие решение задач и функции по обработке информации.

Аппаратные и программные средства в составе вычислительной системы выступают как неразрывное единство.

1.3. Свойства вычислительных систем

Появление любого нового направления в вычислительной технике определяется требованиями компьютерного рынка. Поэтому одной из целей разработчиков вычислительных систем является улучшение их основных характеристик, или свойств, а именно^[8]:

• отношение стоимость / производительность;
• надежность и отказоустойчивость;
• масштабируемость;
• совместимость и мобильность программного обеспечения.

Большая универсальная вычислительная машина (мейнфрейм) или суперкомпьютер стоят дорого. Для достижения поставленных целей при проектировании высокопроизводительных конструкций приходится игнорировать стоимостные характеристики. Суперкомпьютеры фирмы Cray Research и высокопроизводительные мейнфреймы компании IBM относятся именно к этой категории компьютеров. Другим крайним примером может служить низкостоимостная конструкция, где производительность принесена в жертву для достижения низкой стоимости. К этому направлению относятся персональные компьютеры различных клонов IBM PC. Между этими двумя крайними направлениями находятся конструкции, основанные на отношении стоимость/производительность, в которых разработчики находят баланс между стоимостными параметрами и производительностью. Типичными примерами такого рода компьютеров являются миникомпьютеры и рабочие станции.

Производительность определяется архитектурой процессора, иерархией внутренней и внешней памяти, пропускной способностью системного интерфейса, системой прерывания, набором периферийных устройств в конкретной конфигурации, совершенством операционной системы и т.д. Основные единицы оценки производительности^[9]:

• абсолютная, определяемая количеством элементарных работ, выполняемых в единицу времени;
• относительная, определяемая для оцениваемой ЭВМ относительно базовой в виде индекса производительности.

Для сравнения различных компьютеров между собой обычно используются стандартные методики измерения производительности. Эти методики позволяют разработчикам и пользователям использовать полученные в результате испытаний количественные показатели для оценки тех или иных технических решений, и в конце концов именно производительность и стоимость дают пользователю рациональную основу для решения вопроса, какой компьютер выбрать.

Другим важнейшим свойством вычислительных систем является надежность. Повышение надежности основано на принципе предотвращения неисправностей путем снижения интенсивности отказов и сбоев за счет применения электронных схем и компонентов с высокой и сверхвысокой степенью интеграции, снижения уровня помех, облегченных режимов работы схем, обеспечение тепловых режимов их работы, а также за счет совершенствования методов сборки аппаратуры.

Отказоустойчивость – это такое свойство вычислительной системы, которое обеспечивает ей, как логической машине, возможность продолжения действий, заданных программой, после возникновения неисправностей. Введение отказоустойчивости требует избыточного аппаратного и программного обеспечения^[10].

Направления, связанные с предотвращением неисправностей и с отказоустойчивостью, основные в проблеме надежности. Концепции параллельности и отказоустойчивости вычислительных систем естественным образом связаны между собой, поскольку в обоих случаях требуются дополнительные функциональные компоненты. Поэтому на параллельных вычислительных системах достигается как наиболее высокая производительность, так и во многих случаях очень высокая надежность. Имеющиеся ресурсы избыточности в параллельных системах могут гибко использоваться как для повышения производительности, так и для повышения надежности. Структура многопроцессорных и многомашинных систем приспособлена к автоматической реконфигурации и обеспечивает возможность продолжения работы системы после возникновения неисправностей.

Главной целью повышения надежности систем является целостность хранимых в них данных.

Следующее свойство вычислительных систем – масштабируемость –

представляет собой возможность наращивания числа и мощности процессоров, объемов оперативной и внешней памяти и других ресурсов вычислительной системы. Масштабируемость должна обеспечиваться архитектурой и конструкцией компьютера, а также соответствующими средствами программного обеспечения. Добавление каждого нового процессора в действительно масштабируемой системе должно давать прогнозируемое увеличение производительности и пропускной способности при приемлемых затратах.

Одной из основных задач при построении масштабируемых систем является минимизация стоимости расширения компьютера и упрощение планирования. В идеале добавление процессоров к системе должно приводить к линейному росту ее производительности. Однако это не всегда так. Потери производительности могут возникать, например, при недостаточной пропускной способности шин из-за возрастания трафика между процессорами и основной памятью, а также между памятью и устройствами ввода/вывода. В действительности реальное увеличение производительности трудно оценить заранее, поскольку оно в значительной степени зависит от динамики поведения прикладных задач.

Возможность масштабирования системы определяется не только архитектурой аппаратных средств, но зависит от заложенных свойств программного обеспечения. Масштабируемость программного обеспечения затрагивает все его уровни: от простых механизмов передачи сообщений до работы с такими сложными объектами, как мониторы транзакций и вся среда прикладной системы. В частности, программное обеспечение должно минимизировать трафик межпроцессорного обмена, который может препятствовать линейному росту производительности системы. Аппаратные средства (процессоры, шины и устройства ввода/вывода) являются только частью масштабируемой архитектуры, на которой программное обеспечение может обеспечить предсказуемый рост производительности. Важно понимать, что простой переход, например, на более мощный процессор может привести к перегрузке других компонентов системы. Это означает, что действительно масштабируемая система должна быть сбалансирована по всем параметрам.

Еще одним важным свойством вычислительной системы является совместимость. Концепция программной совместимости впервые в широких масштабах была применена разработчиками системы IBM/360. Основная задача при проектировании всего ряда моделей этой системы заключалась в создании такой архитектуры, которая была бы одинаковой с точки зрения пользователя для всех моделей системы независимо от цены и производительности каждой из них. Огромные преимущества такого подхода, позволяющего сохранять существующий задел программного обеспечения при переходе на новые (как правило, более производительные) модели были быстро оценены как производителями компьютеров, так и пользователями, и начиная с этого времени практически все фирмы-поставщики компьютерного оборудования взяли на вооружение эти принципы.

Следует отметить, что со временем даже самая передовая архитектура неизбежно устаревает и возникает потребность внесения радикальных изменений архитектуру и способы организации вычислительных систем.

В настоящее время одним из наиболее важных факторов, определяющих современные тенденции в развитии информационных технологий, является ориентация компаний-поставщиков компьютерного оборудования на рынок прикладных программных средств. Это объясняется прежде всего тем, что для конечного пользователя в конце концов важно программное обеспечение, позволяющее решить его задачи, а не выбор той или иной аппаратной платформы.

Переход от однородных сетей программно совместимых компьютеров к построению неоднородных сетей, включающих компьютеры разных фирм-производителей, в корне изменил и точку зрения на саму сеть: из сравнительно простого средства обмена информацией она превратилась в средство интеграции отдельных ресурсов – мощную распределенную вычислительную систему, каждый элемент которой (сервер или рабочая станция)
лучше всего соответствует требованиям конкретной прикладной задачи.

Этот переход выдвинул ряд новых требований^[11]:

1. Такая вычислительная среда должна позволять гибко менять количество и состав аппаратных средств и программного обеспечения в соответствии с меняющимися требованиями решаемых задач.
2. Вычислительная среда должна обеспечивать возможность запуска одних и тех же программных систем на различных аппаратных платформах, т.е. обеспечивать мобильность программного обеспечения.
3. Вычислительная среда должна гарантировать возможность применения одних и тех же человеко-машинных интерфейсов на всех компьютерах, входящих в неоднородную сеть.

В условиях жесткой конкуренции производителей аппаратных платформ и программного обеспечения сформировалась концепция открытых систем, представляющая собой совокупность стандартов на различные компоненты вычислительной среды, предназначенных для обеспечения мобильности программных средств в рамках неоднородной, распределенной вычислительной системы. Таким образом, еще одним важным свойством вычислительной системы является мобильность программного обеспечения.

Все рассмотренные свойства вычислительных систем наглядно отображены на рисунке 1.

Основные свойства вычислительной системы

Отношение стоимости к производительности

Надежность

Отказоустойчивость

Масштабируемость

Совместимость ПО

Мобильность ПО

Рисунок 1 – Основные свойства вычислительных систем^[12]

Таким образом, для эффективного функционирования и выполнения своих задач вычислительная система должна обладать рядом важных свойств, которые разработчики вычислительной техники регулярно стараются улучшать и совершенствовать.

Глава 2. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

2.1. Виды обеспечения вычислительных систем

Общую структуру вычислительной системы можно рассматривать как совокупность подсистем независимо от сферы применения. В этом случае говорят о структурном признаке классификации, а подсистемы называют обеспечивающими.

Иначе говоря, структура любой вычислительной системы может быть представлена совокупностью обеспечивающих подсистем, которые называются обеспечением вычислительной системы.

Обеспечение вычислительных систем подразделяется на следующие категории (виды)^[13]:

• техническое (аппаратное);
• программное;
• информационное;
• математическое;
• лингвистическое;
• методическое и организационное;
• правовое.

Не все авторы выделяют последние виды обеспечения вычислительной системы, но в рамках данной работы все же представляется целесообразным уделить внимание и этим видам обеспечивающих подсистем.

Приведенная классификация видов обеспечения вычислительных систем наглядно отражена на рисунке 2.

Обеспечение вычислительной
системы

Программное
обеспечение

Техническое обеспечение

Информационное обеспечение

Методическое и организационное обеспечение

Правовое
обеспечение

Лингвистическое обеспечение

Математическое обеспечение

Рисунок 2 – Виды обеспечения вычислительных систем^[14]

Поясним подробнее сущность каждого вида обеспечения вычислительных систем.

Техническое (аппаратное) обеспечение включает в себя компьютеры и логические устройства, внешние устройства и диагностическую аппаратуру, энергетическое оборудование, батареи и аккумуляторы – то есть весь комплекс технических средств, предназначенных для работы вычислительной системы, а также документацию на эти средства и технологические процессы.

Программное обеспечение – это совокупность программ для реализации целей, задач вычислительной системы и нормального функционирования как отдельных технических средств, так и всего их комплекса. Программное обеспечение системы подразделяется на общее и специальное программные обеспечения. Общее программное обеспечение предназначено для организации процесса функционирования вычислительных средств. Оно приобретается или поставляется совместно с ними. К общему программному обеспечению  относятся системы программирования, операционные системы, системы управления базами данных, трансляторы языков программирования, служебные и стандартные программы. В качестве общего программного обеспечения  все чаще используется свободное программное обеспечения, в силу его доступности, открытости и соответствия индустриальным стандартам.

Специальное программное обеспечение (СПО) – совокупность программ, реализующих функции (сложные, составные или простые; управляющие, информационные и вспомогательные и т.д.), которые обеспечивают достижения заданных целей создания системы.

Информационное обеспечение представляет собой совокупность данных, методы построения баз данных, а также проектные решения по объемам, размещению и формам организации информации, циркулирующей в вычислительной системе.

Математическим обеспечением называется совокупность математических методов, моделей, алгоритмов обработки информации, используемых при решении функциональных и проектных задач в вычислительной системе.

Лингвистическое обеспечение – совокупность языков общения персонала вычислительной системы и пользователей с программно-техническим и информационным обеспечением, а также сумма терминов, используемых в вычислительной системе.

Методическое и организационное обеспечение – комплекс методов, средств и документов, регламентирующих взаимодействие персонала вычислительной системы с программно-техническими средствами и между собой в процессе разработки и эксплуатации вычислительной системы. В частности организационное обеспечение представляет собой совокупность инструктивно-методических материалов, обеспечивающих заданную работу оперативного персонала, и самого оперативного персонала, который включает в себя оперативно-управляющий персонал (технологи-операторы), оперативно-обслуживающий персонал (обеспечивающий правильность работы технического обеспечения) и ремонтный персонал.

Правовое обеспечение – это правовые нормы, используемые для соблюдения законности (законы, указы, постановления государственных органов власти, приказы и инструкции вышестоящих органов и руководителей организации) при создании и эксплуатации вычислительной системы.

Таким образом, все из указанных видов обеспечивающих подсистем имеют свои функции и задачи и способствуют слаженной, эффективной и бесперебойной работе вычислительной системы.

2.2. Информационное и математическое обеспечение

Как уже было сказано, информационное обеспечение вычислительной системы представляет собой совокупность единой системы классификации и кодирования информации, унифицированных систем документации, схем информационных потоков, циркулирующих в вычислительной системе, а также методологию построения баз данных.

Назначение подсистемы информационного обеспечения заключается в современном формировании и выдаче достоверной информации в рамках работы системы^[15].

При этому нужно отметить, что унифицированные системы документации создаются на государственном, республиканском, отраслевом и региональном уровнях. Главная их цель – это обеспечение сопоставимости показателей различных сфер общественного производства. На данный момент разработаны стандарты, где устанавливаются требования:

• к унифицированным системам документации;
• к унифицированным формам документов различных уровней управления;
• к составу и структуре реквизитов и показателей;
• к порядку внедрения, ведения и регистрации унифицированных форм документов.

Однако, несмотря на существование унифицированной системы документации, часто подсистема информационного обеспечения организована неэффективно и имеет множество недостатков. Так, к примеру, при обследовании большинства организаций постоянно выявляется целый комплекс типичных недочетов:

• чрезвычайно большой объем документов для ручной обработки;
• одни и те же показатели часто дублируются в разных документах;
• работа с большим количеством документов отвлекает специалистов от решения непосредственных задач;
• имеются показатели, которые создаются, но не используются, и др.

Устранение указанных недостатков является одной из задач, стоящих при создании информационного обеспечения.

Схемы информационных потоков отражают маршруты движения информации и ее объемы, места возникновения первичной информации и использования результатной информации. За счет анализа структуры подобных схем можно выработать меры по совершенствованию всей подсистемы информационного обеспечения.

Построение схем информационных потоков, позволяющих выявить объемы информации и провести ее детальный анализ, обеспечивает:

• исключение дублирующей и неиспользуемой информации;
• классификацию и рациональное представление информации.

При этом подробно должны рассматриваться вопросы взаимосвязи движения информации по уровням управления. К каждому исполнителю должна поступать только та информация, которая используется.

Методология построения баз данных основывается на теоретических основах их проектирования. Для понимания концепции методологии приведем основные ее идеи в виде двух последовательно реализуемых на практике этапов:

1-й этап – обследование всех функциональных подразделений с целью:

• понять специфику и структуру ее деятельности;
• построить схему информационных потоков;
• проанализировать существующую систему документооборота;
• определить информационные объекты и соответствующий состав реквизитов (параметров, характеристик), описывающих их свойства и назначение.

2-й этап – построение концептуальной информационно-логической модели данных для обследованной на 1-м этапе сферы деятельности. В этой модели должны быть установлены и оптимизированы все связи между объектами и их реквизитами. Информационно-логическая модель является фундаментом, на котором будет создана база данных.

Для создания информационного обеспечения необходимо:

• ясное понимание целей, задач, функций всей системы;
• выявление движения информации от момента возникновения и до ее использования на различных уровнях, представленной для анализа в виде схем информационных потоков,
• наличие и использование системы классификации и кодирования;
• владение методологией создания концептуальных информационно-логических моделей, отражающих взаимосвязь информации;
• создание массивов информации на машинных носителях, что требует наличия современного технического обеспечения.

Можно резюмировать, что информационное обеспечение включает в себя:

• информацию, характеризующую состояние всего технического комплекса;
• систему классификации и кодирования информации;
• базы данных и массивы документов, необходимых для выполнения функций системы.

Наглядно компоненты информационного обеспечения представлены на рисунке 3:

Система классификации и кодирования

Нормативно-справочная документация

Оперативные документы

Методические и инструктивные материалы

Информационные массивы

Входная
информация

Информационное обеспечение

Внемашинное информационное
обеспечение

Внутримашинное информационное
обеспечение

Рисунок 3 – Компоненты информационного обеспечения^[16]

Таким образом, информационное обеспечение вычислительной системы представляет собой совокупность системы классификации и кодирования информации, унифицированных систем документации и схем информационных потоков, циркулирующих в вычислительной системе, а также методологию построения баз данных. Все компоненты информационного обеспечения взаимосвязаны и способствуют эффективному функционированию информационного обеспечения вычислительной системы.

Другой вид обеспечивающей подсистемы – математическое
обеспечение – представляет собой совокупность математических методов, моделей, алгоритмов и программ для реализации целей и задач информационной системы, а также нормального функционирования комплекса технических средств.

К средствам математического обеспечения относятся:

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

Математическое обеспечение ЭВМ можно представить в виде двух уровней^[17]:

Первый уровень – это комплекс программ, входящих в операционную систему или работающих под ее непосредственным управлением, который является общим математическим обеспечением, поставляемым вместе с вычислительной системой. Кроме программ собственно операционной системы, в общее математическое обеспечение входят в первую очередь трансляторы с машинно-ориентированных и широко распространенных процедурно-ориентированных алгоритмических языков, а также библиотеки стандартных подпрограмм общего назначения.

Второй уровень математического обеспечения составляют проблемно-ориентированные программные комплексы. Они являются, как правило, надстройкой над общим математическим обеспечением первого уровня и создаются с использованием языковых средств и других возможностей, представляемых математическим обеспечением первого уровня.

Проблемно-ориентированное математическое обеспечение по общей организации и назначению можно разбить на два типа. Первый – это программные комплексы, создаваемые на универсальных ЭВМ общего назначения с использованием средств, представляемых математическим обеспечением. Они предназначены для решения определенных классов задач или обработки данных. С точки зрения связи с операционной системой, эти комплексы являются обычными прикладными программами.

Второй тип представлен специализированными ОС реального времени или управляющими программами, которые создаются как с использованием средств, предоставляемых стандартными операционными системами, так и без их использования. Это математическое обеспечение управляет сложными электронными и электромеханическими системами, в которых ЭВМ составляют только часть из всего оборудования системы.

Таким образом, можно заключить, что математическое обеспечение организует автоматическое прохождение задач пользователей на ЭВМ и обеспечивает эффективное использование оборудования ЭВМ, что позволяет вычислительной системе функционировать и решать сложнейшие по своему типу и объему задачи.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Айдинян, А.Р. Аппаратные средства вычислительной техники: учебник / А.Р. Айдинян. – М.: Директ Медиа, 2016.
2. Атовмян, И.О. Архитектура вычислительных систем / И.О. Атовмян. – М.: МИФИ, 2002.
3. Барановская, Т.П. Архитектура компьютерных систем и сетей /
   Т.П. Барановская. – М.: Финансы и статистика, 2003.
4. Бройдо, В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации /
   В.Л. Бройдо. – СПб.: Питер, 2004.
5. Избачков, Ю. Информационные системы / Ю. Избачков, В. Петров. –
   2-е изд. – СПб.: Питер, 2006.
6. Информатика. Базовый курс / под ред. С.В. Симоновича. – СПб.:
   Питер, 2005.
7. Макарова, Н.В. Информатика / Н.В. Макарова, В.Б. Волков. – СПб.:
   Питер, 2011.
8. Мелехин, В.Ф. Вычислительные машины, системы и сети: учебник /
   В.Ф. Мелехин, Е.Г. Павловский. – М.: Академия, 2006.
9. Михайлов, Б.М. Классификация и организация вычислительных систем: учеб. пособие / Б.М. Михайлов, Р.Ф. Халабия. – М.: МГУПИ, 2010. – 144 с.
10. Степина, В.В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы: учебник / В.В. Степина. – М.: ИНФРА-М, 2017.
11. Таненбаум, Э. Архитектура компьютера / Э. Таненбаум. – 5-е изд. – СПб.: Питер, 2007.
12. Терехов, А.В. Информатика: учеб. пособие / А.В. Терехов, А.В. Чернышов, В.Н. Чернышов. – Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2007.
13. Хамахер, К. Организация ЭВМ / К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки. –
    5-е изд. – СПб.: Питер, 2003.
14. Хорошевский, B.Г. Архитектура вычислительных систем.: учеб. пособие / B.Г. Хорошевский. – 2-e изд., перераб. и доп. – M.: Изд-во МГТУ им.
    H.Э. Баумана, 2008.

1. Степина, В.В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы: учебник / В.В. Степина. – М.: ИНФРА-М, 2017. ↑

2. Степина, В.В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы: учебник / В.В. Степина. – М.: ИНФРА-М, 2017. ↑

3. Бройдо, В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации / В.Л. Бройдо. – СПб.: Питер, 2004. ↑

4. Мелехин, В.Ф. Вычислительные машины, системы и сети: учебник / В.Ф. Мелехин,
   Е.Г. Павловский. – М.: Академия, 2006. ↑

5. Мелехин, В.Ф. Вычислительные машины, системы и сети: учебник / В.Ф. Мелехин,
   Е.Г. Павловский. – М.: Академия, 2006. ↑

6. Таненбаум, Э. Архитектура компьютера / Э. Таненбаум. – 5-е изд. – СПб.: Питер, 2007. ↑

7. Степина, В.В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы: учебник / В.В. Степина. – М.: ИНФРА-М, 2017. ↑

8. Михайлов, Б.М. Классификация и организация вычислительных систем: учеб. пособие / Б.М. Михайлов, Р.Ф. Халабия. – М.: МГУПИ, 2010. ↑

9. Степина, В.В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы: учебник / В.В. Степина. – М.: ИНФРА-М, 2017. ↑

10. Терехов, А.В. Информатика: учеб. пособие / А.В. Терехов, А.В. Чернышов,
    В.Н. Чернышов. – Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2007. ↑

11. Михайлов, Б.М. Классификация и организация вычислительных систем: учеб. пособие / Б.М. Михайлов, Р.Ф. Халабия. – М.: МГУПИ, 2010. ↑

12. Составлено автором. ↑

13. Хорошевский, B.Г. Архитектура вычислительных систем.: учеб. пособие /
    B.Г. Хорошевский. – 2-e изд., перераб. и доп. – M.: Изд-во МГТУ им. H.Э. Баумана, 2008. ↑

14. Составлено автором. ↑

15. Макарова, Н.В. Информатика / Н.В. Макарова, В.Б. Волков. – СПб.: Питер, 2011. ↑

16. Составлено автором. ↑

17. Хамахер, К. Организация ЭВМ / К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки. – 5-е изд. – СПб.: Питер, 2003. ↑