Файл: Состав и свойства вычислительных систем. Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем.(Основные виды обеспечения вычислительных систем).pdf

Машинная команда считывает слово из памяти в аккумулятор или сохраняет содержимое аккумулятора в памяти. Машина фон Неймана выполняла арифметические операции только с фиксированной точкой, поскольку фон Нейман был отличным математиком и считал, что плавающую точку можно держать в голове.

В основу построения современных вычислительных машин были положены следующие принципы фон Неймана.

1. Принцип однородности памяти. Команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразличимы. Распознать их можно только по способу использования, т.е. одно и то же значение в ячейке памяти может использоваться и как данные, и как команда, и как адрес в зависимости лишь от способа обращения к нему. Это позволяет производить над командами те же операции, что и над числами, и, соответственно, открывает ряд возможностей. Так, циклически изменяя адресную часть команды, можно обеспечить обращение к последовательным элементам массива данных. Такой прием носит название модификации команд и с позиций современного программирования не приветствуется. Более полезным является другое следствие принципа однородности, когда команды одной программы могут быть получены как результат исполнения другой программы. Эта возможность лежит в основе трансляции — перевода текста программы с языка высокого уровня на язык конкретной вычислительной машины.

2. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, причем процессору в произвольный момент доступна любая ячейка. Двоичные коды команд и данных разделяются на единицы информации, называемые словами, и хранятся в ячейках памяти, а для доступа к ним используются номера соответствующих ячеек — адреса.

3. Принцип программного управления. Все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов — команд. Каждая команда предписывает некоторую операцию из набора операций, реализуемых вычислительной машиной. Команды программы хранятся в последовательных ячейках памяти вычислительной машины и выполняются в естественной последовательности, т.е. в порядке их положения в программе. При необходимости с помощью специальных команд эта последовательность может быть изменена. Решение об изменении порядка выполнения команд программы принимается либо на основании анализа результатов предшествующих вычислений, либо безусловно.

4. Принцип двоичного кодирования. Согласно этому принципу вся информация (как данные, так и команды) кодируется двоичными цифрами 0 и 1. Каждый тип информации представляется двоичной последовательностью и имеет свой формат. Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, называется полем. В числовой информации обычно выделяют поле знака и поле значащих разрядов. В формате команды можно выделить два поля: поле кода операции и поле адресов.

Огромным преимуществом фон-неймановской архитектуры является ее простота, поэтому данная концепция легла в основу большинства компьютеров общего назначения. Однако совместное использование шины для памяти программ и памяти данных приводит к так называемому узкому месту архитектуры фон Неймана. Термин «узкое место архитектуры фон Неймана» ввел Джон Бэкус в 1977 г. в своей лекции «Можно ли освободить программирование от стиля фон Неймана?», которую он прочитал при вручении ему Премии Тьюринга.

Фон-неймановская архитектура — не единственный вариант построения вычислительных машин, есть и другие, которые не соответствуют указанным принципам (например, потоковые машины). Однако подавляющее большинство современных компьютеров основаны именно на указанных принципах, включая и сложные многопроцессорные комплексы, которые можно рассматривать как объединение фон-неймановских машин.

Таким образом, на основании этих принципов можно утверждать, что современная вычислительная машина — техническое устройство, которое после ввода в память начальных данных в виде цифровых кодов и программы их обработки, выраженной тоже цифровыми кодами, способно автоматически осуществлять вычислительный процесс, заданный программой, и выдавать готовые результаты решения задачи в форме, пригодной для восприятия человеком.

ГЛАВА 2. ИНФОРМАЦИОННОЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

2.1. Основные виды обеспечения вычислительных систем

Характеризуя возможности той или иной ИС, следует оценивать ее аппаратное (техническое), программное и информационное обеспечение.

Техническое обеспечение сети составляют ЭВМ различных типов, средства связи, оборудование абонентских пунктов (АП). В сетях, в зависимости от их назначения, используются ЭВМ в широком диапазоне по своим характеристикам: от суперЭВМ до микроЭВМ. ЭВМ могут размещаться либо в непосредственной близости от пользователей (например, микроЭВМ на рабочем месте пользователя), либо на ВЦ, к которым пользователи обращаются с запросами по каналам связи со своих АП.

Информационное обеспечение сети представляет собой единый информационный фонд, ориентированный на решаемые в сети задачи и содержащий массивы данных общего применения, доступный для всех абонентов сети, и массивы индивидуального пользования, предназначенные для отдельных абонентов. В состав ИО входят базы знаний, автоматизированные банки данных - локальные и распределенные, общего и индивидуального назначения.

Программное обеспечение (ПО) сети предназначено для обеспечения коллективного доступа к ее ресурсам, динамического распределения и перераспределения ресурсов сети с целью максимальной загрузки различных технических средств, координации работы основных звеньев и элементов сети, автоматизации программирования. ПО сети включает: операционную систему (ОС) и систему программирования.

2.2. Информационное обеспечение вычислительных систем

Как наука, так и практика управления неотделимы от теории и практики информации. Для повышения эффективности управления необходимо теоретическое и практическое овладение процессами сбора, хранения, передачи, переработки и выдачи информации, т. е. информационными процессами. Кибернетика показала огромное значение информации в управлении, неразрывное единство процессов управления и информации. Достоверная информация нужна для выработки и принятия управленческого решения. Информация нужна и для регулирования системы. Поэтому информационные процессы являются необходимым атрибутом управления.

Автоматизированные системы (АС) или информационные системы (ИнфС) прежде всего, обслуживают функции системы управления и их главная цель − организация информационного обеспечения всех основных функций управления. Специалисты в области разработки АС часто соотносят понятие ИнфО с понятием «служебной информации»: системами словарей, кодовых таблиц, классификаторов. Но в последнее время среди специалистов, работающих в данной области, преобладает другое представление об ИнфО, которое представляется как определенная совокупность элементов информации: реквизитов, составных единиц информации, показателей, классификаторов, языков записей данных, правил структурной организации массивов, документов, обеспечивающих структурную организацию информации в системе.

Информационное обеспечение представляет собой единую систе­му классификации и кодирования информации, унифицирован­ную систему документации, схемы информационных потоков, циркулирующих в экономической системе, а также методологию построения, состав и содержание баз данных.

Основными задачами данной подсистемы являются:

• представление полной, объективной и достоверной информа­ции для принятия управленческих решений;
• обеспечение взаимной увязки задач, решаемых в различных функциональных подсистемах;
• разработка классификаторов и кодов;
• определение состава показателей для каждого уровня системы управления, их объемно-временных характеристик и информа­ционных связей;
• выявление движения информации от момента ее возникнове­ния до ее использования в системе;
• совершенствование системы документооборота и переход к сис­теме электронного документооборота;
• организация эффективного хранения данных в унифицирован­ных форматах с целью дальнейшего использования другими функциональными подсистемами;
• доступ к данным внутренних и внешних источников информа­ции;
• определение состава и содержания баз данных, их проектиро­вание;
• представление выходной информации в виде, удобном для вос­приятия пользователем (графики, таблицы, диаграммы и др.)

Структурно информационное обеспечение ЭИС состоит из двух частей — внемашинного и внутримашинного информационного обеспечения (рис. 2).

Рис. 2. Структура информационного обеспечения

Внемашинное ИО обслуживает систему управления объектом в виде, воспринимаемом человеком без использования техниче­ских средств. В состав внемашинного информационного обеспе­чения входят система классификации и кодирования, система документации и система документооборота информационных пото­ков.

Внутримашинное ИО включает все виды специально организо­ванной информации, представленной в виде, удобном для восприятия техническими средствами: файлы (массивы), базы данных, базы знаний, витрины данных и информационные хранилища.

2.3. Внемашинное и внутримашинное информационное обеспечение

Внемашинное ИО включает в себя разработку систем классификаций и кодирования информации, применение унифицированных форм первичной документации, системы показателей, проектирование схем внешних и внутренних информационных потоков объекта управления.

Система показателей представляет собой упорядоченную совокупность взаимосвязанных показателей, характеризующих закономерности производственно-хозяйственной деятельности экономического объекта. Система показателей является методологической основой всей системы сбора и обработки экономической информации.

Для однозначного описания данных, эффективного поиска и идентификации в электронной памяти компьютерной информационной системы объекта используются соответствующие средства классификации и кодирования информации.

Классификацией информации называется упорядоченное расположение значений единиц информации. Система классификации характеризуется как совокупность правил и результат деления заданного множества на подмножества по одному или нескольким признакам. Полученные в результате деления подмножества бывают классификационными группировками: классы, подклассы, группы, подгруппы и др.

Ступень классификации определяет этап деления заданного информационного множества на подмножества, а число ступеней отражает глубину классификации.

После классификации выполняется кодирование информационных единиц, согласно выбранной системе, в результате чего определенные условные обозначения присваиваются конкретным элементам экономических номенклатур (табельные номера работников, номенклатурные номера готовой продукции, аналитические счета учета материальных ценностей и др.). При кодировании экономической информации на практике в большинстве случаев применяются порядковый, серийный и позиционный коды.

Порядковая система кодирования предполагает последовательное присвоение единицам информации кодов, которые выражается числами натурального ряда в возрастающем или убывающем порядке либо алфавитными символами. Порядковую систему кодирования рекомендуется использовать для небольших, простых и стабильных номенклатур, например категорий работников, видов образования, единиц измерения и т. п.

Серийная система кодирования предусматривает разделение множества единиц информации на отдельные группы по заданному признаку и присвоение им серии кодов с учетом резерва на случай расширения экономических номенклатур.

Позиционная (разрядная) система кодирования применяется при строго иерархической структуре информационного множества, что предусматривает классификацию по ряду признаков. При этом каждому признаку выделяется строго определенное число разрядов в коде. Позиционная система используется для кодирования больших и сложных номенклатур с большим количеством признаков. Например, при построении классификатора работников учитываются следующие независимые классификационные признаки (фасеты): пол, возраст, образование и др.