106. Понятие информационного общества. Характерные черты информационного общества.

Информационное общество – это общество, структура, техническая база и человеческий потенциал которого приспособлены для оптимального превращения знаний в информационный ресурс и переработки последнего с целью перевода пассивных форм (книги, статьи, патенты) в активные (модели, алгоритмы, проекты, программы, базы знаний).

Современное общество характеризуется резким ростом объемов информации, циркулирующей во всех сферах человеческой деятельности. Это привело к информатизации общества.

Под информатизацией общества понимают организованный социально-экономический и научно-технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей и реализации прав физических и юридических лиц на основе формирования и использования информационных ресурсов - документов в различной форме представления.

Целью информатизации является создание информационного общества, когда большинство людей занято производством, хранением, переработкой и реализацией информации. Для решения этой задачи возникают новые направления в научной и практической деятельности членов общества. Так возникла информатика и информационные технологии.

Характерными чертами информационного общества являются:

решена проблема информационного кризиса, когда устранено противоречие между информационной лавиной и информационным голодом;

обеспечен приоритет информации перед другими ресурсами;

главная форма развития общества - информационная экономика;

в основу общества закладывается автоматизированная генерация, хранение, обработка и использование знаний с помощью новейшей информационной техники и технологии;

информационные технологии приобретают глобальный характер, охватывая все сферы социальной деятельности человека;

формируется информационное единство всей человеческой цивилизации;

с помощью средств информатики реализован свободный доступ каждого человека к информационным ресурсам всей цивилизации;

реализованы гуманистические принципы управления обществом и воздействия на окружающую среду.

Помимо перечисленных положительных результатов процесса информатизации общества, возможны и негативные тенденции, сопровождающие этот процесс:

все большее влияние приобретают средства массовой информации;

информационные технологии могут разрушить частную жизнь человека;

существенное значение приобретает проблема качественного отбора достоверной информации;

некоторые люди испытывают сложности адаптации к информационному обществу.

В настоящий момент ближе всех стран к информационному обществу находятся США, Япония, Англия, страны Западной Европы.

107. Понятие мультипрограммирования. Способы управления процессом в режиме мультипрограммирования.

Под мультипрограммированием понимается спо­соб организации вычислений, когда на однопроцессорной вычислительной сис­теме создается видимость одновременного выполнения нескольких программ. Любая задержка в решении программы (например, для осуществления операций ввода/вывода данных) используется для выполнения других (таких же, либо ме­нее важных) программ.

Операционные системы, поддерживающие мультипрограммирование, в зависимости от выбранного критерия эффективности вычислительной системы можно разделить на несколько основных типов: системы пакетной обработки, системы разделения времени и системы реального времени. Некоторые операционные системы могут поддерживать одновремен­но несколько режимов, например часть задач может выполняться в режиме па­кетной обработки, а часть – в режиме реального времени или в режиме разделе­ния времени.

Мультипрограммирование в системах пакетной обработки

При использовании мультипрограммирования для повышения пропускной спо­собности компьютера главная цель – минимизация простоев всех устройств компьютера, и в первую очередь центрального процессора. Простои в системе могут возникать по многим причинам. Наиболее часто выполняемая задача приостанавливается при ожидании ввода данных для обработки от пользователя, внешних устройств или каких-либо измерительных датчиков. При возникновении такого рода блокировки выполняемой задачи ес­тественным решением, ведущим к повышению эффективности использования процессора, является переключение процессора на выполнение другой задачи, у которой есть данные для обработки. Такая концепция мультипрограммирова­ния положена в основу так называемых пакетных систем.

Поскольку главной целью и критерием эффективности систем пакетной обработки являет­ся максимальная пропускная способность, т.е. решение максимального числа задач в единицу времени, такие системы предназначались в основном для решения задач вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов.

Рациональный режим функционирования в системах пакетной обработки достигается благодаря использованию следующей схемы функционирования: в начале работы формируется пакет заданий, каждое задание содержит требование к системным ресурсам; из этого пакета за­даний формируется мультипрограммная смесь, т.е. множество одновремен­но выполняемых задач. Причем смесь строится таким образом, что одновременно должны выполняться задачи, предъявляющие разные требования к ресурсам с целью обеспечения сба­лансированной загрузки всех устройств вычислительной машины. Например, в мультипрограммной смеси желательно одновременное присутствие вычислитель­ных задач и задач с интенсивным вводом-выводом. Таким образом, выбор нового задания из пакета заданий зависит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, т.е. выбирается “выгодное” с точки зрения критерия эффективности системы задание. Следствием такой схемы организации мультипрограммирования в вычисли­тельных системах, работающих под управлением пакетных ОС, является отсутствие гарантии выполнения какого-либо задания в течение определенного пе­риода времени.

Рассмотрим более детально совмещение во времени операций ввода-вывода и вычислений.

Достигнуть описанного выше совмещения можно несколькими способами. Один из них характе­рен для компьютеров, имеющих специализированный процессор ввода-вывода. В компьютерах класса мэйнфреймов такие процессоры называют каналами. Как правило, канал имеет систему команд, отличающуюся от системы команд цен­трального процессора. Эти команды специально предназначены для управления внешними устройствами. Ка­нальные программы могут храниться в той же оперативной памяти, что и про­граммы центрального процессора. Однако в системе команд центрального процессора предусматривается специальная инструкция, с помощью которой каналу переда­ются параметры и указания на то, какую программу ввода-вывода он должен вы­полнить. Начиная с этого момента центральный процессор и канал могут работать параллельно.

Существует и другой способ совмещения вычислений с операциями ввода-вывода. Он реализован в компьютерах, управление внешними устройствами в которых осуществляется так называемыми контроллерами. Каждое внешнее устройство (или группа внеш­них устройств одного типа) имеет свой собственный контроллер, который авто­номно отрабатывает команды, поступающие от центрального процессора. При этом контроллер и центральный процессор работают асинхронно. Многие внешние устройства включают электромеханические узлы, вследствие чего контроллер выпол­няет свои команды управления устройствами существенно медленнее, чем цен­тральный процессор свои. Именно это обстоятельство используется для организации параллельного выполнения вычислений и операций ввода-вывода: в промежутке между передачей команд контроллеру центральный процессор может выполнять вычисления. Контроллер может сообщить центральному процессору о том, что он готов принять следующую команду, с помощью специального сигнала, либо центральный процессор узнает об этом, периодически опрашивая состояние кон­троллера.

Таким образом, для достижения максимальной эффективности решения задач операционной системой необходимо обеспечить наиболее возможное совмещение вычислений и ввода-вывода. Рассмотрим случай, когда процессор выполня­ет только одну задачу. В этой ситуации степень ускорения зависит от природы данной задачи и от того, насколько тщательно был выявлен возможный паралле­лизм при ее программировании. В задачах, в которых преобладают либо вычисле­ния, либо ввод-вывод, ускорение почти отсутствует. Параллелизм в рамках од­ной задачи невозможен также, когда для продолжения вычислений необходимо полное завершение операции ввода-вывода, например, когда дальнейшие вычис­ления зависят от вводимых данных. В таких случаях неизбежны простои цен­трального процессора или канала.

Если же в системе выполняются одновременно несколько задач, появляется воз­можность совмещения вычислений одной задачи с вводом-выводом другой. Пока одна задача ожидает какого-либо события (заметим, что таким событием в муль­типрограммной системе может быть не только завершение ввода-вывода, но и, например, наступление определенного момента времени, разблокирование фай­ла или загрузка с диска недостающей страницы программы), процессор не про­стаивает, как это происходит при последовательном выполнении программ, а выполняет другую задачу.

В системах пакетной обработки переключение процессора с выполнения одной задачи на выполнение другой происходит по инициативе самой активной задачи, например, когда она отказывается от процессора из-за необходимости выпол­нить операцию ввода-вывода. Поэтому существует высокая вероятность того, что одна задача может надолго занять процессор и выполнение интерактивных задач станет невозможным. Взаимодействие пользователя с вычислительной ма­шиной, на которой установлена система пакетной обработки, сводится к тому, что он приносит задание, отдает его диспетчеру-оператору, а после выполнения всего пакета заданий получает результат. Очевидно, что такой порядок повышает эффективность функционирования аппаратуры, но снижает эф­фективность работы пользователя.

Мультипрограммирование в системах разделения времени

В том случае, когда критерием эффективности работы системы является удобство работы пользователя, то применяется другой способ мультипрограммирования – разделения времени. В системах разделения времени пользователям (или одному пользователю) предоставляется возможность интерактивной работы сразу с несколькими приложениями. Для этого каждое приложение должно регулярно получать возможность “общения” с пользователем. Понятно, что в пакетных системах возможности диалога пользо­вателя с приложением весьма ограничены.

В системах разделения времени эта проблема решается за счет того, что ОС принудительно периодически приостанавливает приложения, не дожидаясь, ког­да они добровольно освободят процессор. Всем приложениям попеременно вы­деляется квант процессорного времени, вследствие чего пользователи, запустив­шие программы на выполнение, получают возможность поддерживать с ними диалог.

В системах разделения времени исправлен основной недостаток пакетной обработки – изолированность пользователя от процесса выполнения его задач. Каждому пользователю в этом случае предоставляется терми­нал, с которого он может вести диалог со своей программой. Время ответа в таких системах оказывается вполне приемлемым для пользователей, поскольку каждой задаче выделяется только квант процессорного вре­мени, а следовательно, ни одна задача не занимает процессор надолго. Конечно, время реакции напрямую зависит от выбранного в системе кванта времени, выделяемого каждому процессу. Если квант выбран достаточно небольшим, то у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же машине, складывается впечат­ление, что каждый из них единолично использует машину.

Одной из основных причин, по которой системы разделения времени обладают меньшей пропускной способ­ностью, чем системы пакетной обработки, является то, что на выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, которая “выгодна” ОС. Кроме того, производительность системы снижается из-за возросших накладных расходов вычислительной мощности на более частое переключение процессора с задачи на задачу. Это вполне соответствует тому, что критерием эффективно­сти систем разделения времени является не максимальная пропускная способ­ность, а удобство и эффективность работы пользователя. Вместе с тем мульти­программное выполнение интерактивных приложений повышает и пропускную способность компьютера (пусть и не в такой степени, как пакетные системы). Аппаратура загружается лучше, поскольку в то время, пока одно приложение ждет сообщения пользователя, другие приложения могут обрабатываться процес­сором.

Мультипрограммирование в системах реального времени

Еще одна разновидность мультипрограммирования используется в системах ре­ального времени, предназначенных для управления с помощью компьютера различными техническими объектами (например, станком, спутником, научной эксперименталь­ной установкой и т. д.) или технологическими процессами. Во всех этих случаях существует пре­дельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная управляющая объектом программа. В противном случае может произойти авария. Таким образом, критерием эффективности здесь является время реакции системы. Требо­вания ко времени реакции зависят от специфики управляемого процесса. Кон­троллер робота может требовать от встроенного компьютера ответ в течение менее 1 мс, в то время как при моделировании полета может быть приемлем от­вет в 40 мс.

В системах реального времени мультипрограммная смесь отличается от рассмотренных ранее и представляет собой фик­сированный набор заранее разработанных программ, а выбор программы на выпол­нение осуществляется исходя из текущего состояния объекта или в соответствии с расписанием плановых работ.

Способность аппаратуры компьютера и ОС к быстрому ответу зависит в основном от скорости переключения с одной задачи на другую. Время переключения между задачами в системах реального времени часто определяет требования к классу процессора даже при небольшой его загрузке.

В системах реального времени не стремятся максимально загружать все устройства, наоборот, при проектировании программного управляющего комплекса обычно за­кладывается некоторый “запас” вычислительной мощности на случай пиковой на­грузки. Во мно­гих ситуациях для систем управления неприменимы статистические гипотезы о малой вероятности одновременного возникновения большого количества независимых событий. Например, в системе управления атомной электростанцией в случае возникновения крупной аварии атомного реактора многие аварийные датчики сработают одновременно и создадут коррелирован­ную нагрузку. Если система реального времени не спроектирована для поддерж­ки пиковой нагрузки, то может случиться так, что система не справится с рабо­той именно тогда, когда она нужна в наибольшей степени.