Файл: Белоногов Г.Г. Автоматизированные информационные системы.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 127
Скачиваний: 3
В настоящее время нет единого мнения о целесо образности .разделения функций управления .между ап паратурными и программными средствами. Тем не менее, выбор того или иного способа управления отражается на стоимости системы, ее быстродействии, надежности и логической гибкости. Использование аппаратной логи ки для осуществления тех или иных функций требует увеличения оборудования, удорожает стоимость ЭВМ. При использовании программной логики обеспечивается большая гибкость и универсальность. Однако при этом часть полезной производительности ЭВМ затрачивается на выполнение управляющей программы (СПУ).
К проблемам теории процессов переработки информа ции в вычислительных системах, рассматриваемой как теория мультипрограммных систем с разделением вре мени, примыкают вопросы информационного сопряжения при двустороннем обмене информацией .между челове ком и машиной. Здесь прежде всего возникает задача преодоления так называемого языкового барьера в си стеме человек — машина. В АИС, как ранее уже указы валось, этот языковый барьер в значительной степени преодолевается путем использования входного формали зованного информационного языка, совмещающего в себе ряд положительных сторон проблемно-ориентированных языков и в то же время по своей конструкции близкого к естественному языку, удобному для использования че ловеком.
Потребности инженерной практики, возникающие при создании АИС и, прежде всего, систем программного управления АСУ, уже сейчас требуют решения перечне-, ленных выше задач. В связи с этим представляет особый интерес использование системных представлений, форми руемых в терминах теории марковских процессов, массо вого обслуживания, вероятностных автоматов и стати стического цифрового моделирования на ЭВМ. Аналити ческие модели, основанные на методах теории массового обслуживания и теории вероятностных автоматов, позво ляют исследовать общие вопросы, относящиеся к доста точно широкому классу систем, работающих в режиме разделения времени.
Программные модели, построенные на основе метода статистического моделирования, ■являются моделями, имитирующими поведение системы в конкретных услови ях. На основе экспериментов с моделями могут быть
60
определены для конкретных систем наиболее узкие места. Так, например, в ряде случаев наиболее узким местом является ограниченная емкость оперативной па мяти процессора, которая не позволяет увеличивать чис ло одновременно обслуживаемых абонентов. Реакцией на увеличение числа абонентов в этом случае является рез кое возрастание времени обслуживания запросов. С по мощью моделей может быть определен верхний допусти мый предел числа активных пользователей, при переходе через который резко снижается производительность и режим ее работы на большом интервале времени стано вится нестационарным.
На основе моделирования разрабатываются способы присвоения приоритетов как путем выделения обслужи ваемых с преимуществом потребителей, таки по призна кам, присваиваемым отдельным запросам на основе ана лиза их индивидуальных свойств. Установление рацио нальной схемы приоритетов позволяет в определенных границах достигнуть необходимого компромисса между требованиями потребителей на сокращение времени ре шения задач и требованием увеличения суммарной про изводительности системы. Моделирование позволяет так же определить рациональные режимы сочетания обслу живания индивидуальных запросов в соответствии с их приоритетом с режимами накопления и пакетной обра ботки. Такие способы организации работы позволяют осуществить сглаживание пиковых нагрузок и перерас пределение обслуживания части заявок на более дли тельные отрезки времени. В процессе моделирования могут быть уточнены характеристики обслуживающей системы: способы загрузки автономных устройств и вы числительной системы в целом, организация совмещения операций, способы рационального размещения информа ции в информационном накопителе и распределения по лей ОЗУ в различных ситуациях и др.
Для повышения эффективности решения задач мето дом моделирования все чаще применяют методы авто матизации программирования моделирующих алгорит мов. Системы автоматизации моделирования включают проблемно-ориентированный язык и транслятор.
При организации очередности выполнения вычисли тельной системой внешних запросов минимизируется об щее время получения ответа на запрос (время ответа), включающее время, затрачиваемое на ожидание обслу-
61
Жй&аййй и на обработку информации. Для организации очередности обслуживания запросов абонентов исполь зуются следующие основные методы:
— -метод последовательногб обслуживания заявок абонентов с постоянным или переменным временем об служивания;
—• метод приоритетного обслуживания с заранее оп ределенными приоритетами или присвоенными автома тически.
В последнем случае все поступающие на обслужива ние запросы маркируются либо по длительности вре мени их обслуживания, либо по важности запросов, либо по важности тех абонентов, от которых поступил дан ный запрос. Интервал времени, отводимый на обслужи вание запроса, может быть постоянным, определяемым заранее из условия получения максимальной выходной производительности вычислительной системы, либо ^пере менным, опредляемым приоритетом поступившего запроса, либо, наконец, определяемым временем заверше ния обработки текущего запроса. Дисциплина обслужи вания запросов абонентов, находящихся в очереди, мо жет быть регламентирована самыми различными спосо бами, используемыми в системах массового обслужи вания.
Система программного управления может осущест влять прерывание обслуживания текущих запросов. Про цесс прерывания выполнения программ АИС обычно осуществляется аппаратно-программным способом. При этом реализуется следующий алгоритм системы преры вания:
—обнаружение причины прерывания и ее запоми
нание;
—сравнение приоритетов обслуживаемого запроса
изапроса претендующего на прерывание;
—определение наличия программного разрешения на прерывание по поступившему запросу;
—■запоминание прерываемого состояния программ АИС и необходимой информации;
—переход к обслуживанию нового запроса.
Все запросы (как от абонентов, так и внутренние), поступающие в систему прерывания, обычно классифи цируются по группам уровней прерывания, образуя сле дующую приоритетную иерархию (в порядке уменьшения их важности):
62
—группа уровней прерывания, обеспечивающих ра ботоспособность системы;
—группа уровней, обеспечивающих запросы абонен- тов-потребителей;
—группа уровней, обеспечивающих запросы по опти мизации использования технических средств системы.
В системе прерывания предусматриваются следующие
основные типы прерываний:
1)от устройств ввода — вывода;
2)программное;
3)от схем контроля;
4)при обращении к управляющей программе;
5)внешние прерывания (по датчику времени, по об ращению от процессора).
Мультипрограммная обработка информации связана с необходимостью решения вопроса о динамическом рас пределении памяти. Динамическое распределение памяти реализуется при соблюдении следующих условий: инфор мация заносится в ОЗУ лишь при поступлении соответ ствующего запроса; программы и информация, подле жащие вводу в ОЗУ, не должны зависеть от абсолютных машинных адресов.
В основу динамического распределения памяти обыч но закладывается следующий принцип: программы и информация, подлежащие вводу, разбиваются на отрез ки (блоки) фиксированной длины; между этими' отрез ками (блоками) и соответствующими участками памяти устанавливается адресное соответствие. Таким образом, каждый отдельный вычислительный процесс использует только ему доступный участок ЗУ. Этот участок подраз деляется на сегменты, которые, в свою очередь, состав ляются из одинаковых по объему страниц. Участки про граммы с соответствующими физическими участками ЗУ совмещаются в пределах страниц. Каждому сегменту со ответствует таблица страниц. С помощью этой таблицы устанавливается однозначное соответствие между «ма тематическими» и «физическими» страницами.
Поскольку мультипрограммные системы используют ся многими потребителями одновременно, возникает проблема защиты памяти от их взаимного влияния во время рабоіы. Система защиты обычно реализуется ап паратным' способом. При этом память разбивается на блоки. С каждым блоком связывается соответствующий код, который в процессе работы сравнивается с соответ-
63
ствующим кодом заносимых в память данных. Факт на рушения защиты памяти фиксируется по несовпадению сравниваемых кодов защиты. Его следствием является прерывание выполняемой программы.
В состав системы программного управления вклю чаются также средства МО процесса ввода — вывода информации, включая ввод — вывод информации с ис пользованием каналов связи, а также средства обеспече ния выполнения ряда контрольных функций и ■повыше ния вычислительной устойчивости.
Глава 4 ЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ПОИСКА ИНФОРМАЦИИ
1. Совокупность сведений, хранящихся в памяти ма шины, можно представить в виде некоторого множества высказываний типа
F(a,b,c„ . ,,w), |
(4.1) |
где a,b,c,...,w — символы классов объектов, а F — сим вол отношения между классами.
Истинность высказываний, хранящихся в информа ционной системе, обычно зависит от ситуации, с кото рой они соотносятся: одно и то же высказывание может быть истинным по отношению к одной ситуации и лож ным по отношению к другой. Истинность или ложность высказывания может быть обнаружена с помощью рас познающей процедуры, позволяющей устанавливать со ответствие (или несоответствие) между ситуацией и вы сказыванием, ее описывающим.
В естественных языках одна и та же ситуация может быть отображена в высказываниях различной степени общности. Примером может служить следующий ряд высказываний: 1) «слесарь шлифует вал»; 2) «рабочий шлифует деталь»; 3) «рабочий отрабатывает деталь». Вне конкретной ситуации не имеет смысла говорить об истинности или ложности приведенных высказываний. Но если в какой-либо ситуации первое высказывание окажется истинным, то истинными будут и два других высказывания.
Ситуация может быть задана как непосредственно — в виде совокупности ее материальных носителей, так и
64
опосредствованно — в виде системы высказываний о си туации. Во втором случае мы имеем дело с описанием (моделью) ситуации. Процесс описания ситуации можно рассматривать как процесс распознавания в ней объек тов и отношений между объектами, точнее, как процесс распознавания принадлежности этих объектов и отно шений к классам объектов и отношений, выражаемым языковыми средствами. Следовательно, процесс описа ния первичной ситуации можно рассматривать как про цесс классификации.
Из предыдущих рассуждений вытекает необходи
мость |
введения понятия у с л о в н о й , |
о т н о с и т е л ь |
ной |
или с и т у а ц и о н н о й истинности |
высказываний, |
выражаемых на естественном языке или на формализо ванных языках, использующих элементы естественного. Строго говоря, высказывания могут считаться истинны ми только относительно той ситуации, на базе которой они были порождены. Но часто бывает возможно ука зать и более общие условия, ограничивающие область истинности высказываний. Можно, например, задать не
которую пространственно-временную |
область Fk(v,t), |
в пределах■которой высказывания |
будут истинными. |
Пространственная характеристика ѵ может задаваться координатами точек, названиями районов или пунктов местности и т. п.; временная характеристика t — указа нием точек или интервалов на оси времени. Наряду с пространственно-временными признаками область ис тинности высказываний может определяться рядом дру гих, дополнительных признаков (например, указанием области человеческой деятельности, к которой относятся высказывания, указанием обобщенных характеристик объектов и т. п.).
2. Высказывание |
|
Fi(Xi, хъ. . .,х„) |
(4.2) |
будем считать частным случаем высказывания |
|
Ы Уь Уъ-■;Уп), |
(4.3) |
если выполняется система условий |
|
* 2 = 0 2 , . . . , * n = 0 n , F^F z, |
( 4. 4) |
где запись вида xs=y означает, что понятие у включает по объему понятие х или эквивалентно ему по смыслу. Соответственно высказывание (4.2) будем называть
5—310 |
65 |
в и д о в ы м по отношению к |
родовому |
высказыванию |
(4.3) или эквивалентным ему |
по смыслу |
(если все отно |
шения в формулах (4.4) являются отношениями эквива лентности) .
Высказывание (4.3) можно считать истинным отно сительно ситуации, выражаемой высказыванием (4.2). Оно может быть получено в качестве следствия условно истинного высказывания (4.2) и высказываний (4.4), если ввести правило вывода, согласно которому из ус ловной истинности высказывания (4.2) и истинности вы сказываний (4.4) следует условная истинность высказы
вания |
(4.3). |
|
3. |
В более общем случае высказывание |
|
|
Fі(хі, х2,• ■',хп, хп+і,.. .,хп. |
(4.о) |
будем считать видовым по отношению к родовому вы сказыванию
|
Рг(уи У2,- ■.,Уп), |
|
(4.6) |
если выполняется система условий |
|
|
|
хі^уі, |
х2с=Уъ- ■.,хпс=уп, |
Fi^Fz- |
(4.7) |
Например, высказывание «(Иванов) едет по (авто страде) на (мотоцикле)» является видовым по отноше нию к родовому высказыванию «(Человек) передвигает ся по (дороге)» при условии, что Иванов есть человек, автострада — это дорога, а отношение
(х) едет по(у) на (г)
является частным случаем отношения
(и) передвигается по (о).
По аналогии с п. 2, высказывание (4.6) можно счи тать истинным относительно ситуации, выражаемой вы сказыванием (4.5). Оно может быть получено в качест ве следствия условно истинного высказывания (4.5) и высказываний (4.7), если ввести правило вывода, соглас но которому из условной истинности высказывания (4.5) и истинности высказываний (4.7) следует условная ис тинность высказывания (4.6).
4. При поиске информации в качестве ответа на запрос выдается некоторое множество истинных выска зываний, хранящихся в памяти машины. Следовательно, запрос определяет класс высказываний. С другой сторо-
66
ны, запрос сам является высказыванием со специфиче ской функцией побуждения к выдаче ответа.
В русском языке различают два основных типа во просительных предложений:
1) вопросительные предложения с вопросительным словом (например: «Какие типы автомашин имеются
всовхозах?»);
2)вопросительные предложения без вопросительно го слова (например: «Имеются ли строительные маши ны в совхозах?»).
Несмотря на внешнее различие этих типов вопроси тельных предложений, можно унифицировать форму ответа на них. В обоих случаях можно выдавать ответ на запрос в виде перечня высказываний. Это совершенна естественно для вопросительных предложений первого типа и не противоречит здравому смыслу в случае во просительных предложений второго типа. Например,
ответ на запрос «Имеются |
ли строительные машины |
в совхозах?», оформленный |
в виде перечня высказыва |
ний: «В совхозе «Ояш» имеется 10 строительных ма шин», «В совхозе «Буготак» имеется 15 строительных машин», «В Верхобском свиноводческом совхозе имеет ся 5 строительных машин» и т. п., дает ясное представ ление о положении дела и может считаться вполне удов летворительным.
5. Запросы могут быть простыми и сложными. Про стой запрос состоит из одного простого высказывания, сложный — из нескольких простых высказываний, соеди
ненных знаками конъюнкции |
или дизъюнкции. Под |
п р о с т ы м в ы с к а з ы в а н и е м |
мы будем понимать вы |
сказывание, имеющее в своем составе только один эле ментарный предикат. Элементарные предикаты задают ся списком. В случае поиска сведений по простому за просу высказывание — запрос является родовым по от ношению ко всем высказываниям, которые выдаются поисковой системой в качестве ответа на запрос. Про цесс поиска заключается в отборе из всего множества высказываний, хранящихся в информационной системе, только таких, которые являются видовыми по отноше нию к запросу.
С другой стороны, запрос, если ему придать утвер дительную форму, является условно-истинным высказы ванием относительно высказываний, полученных в про цессе поиска. Эти высказывания совместно с высказыва-
5 1 |
67 |