книги из ГПНТБ / Белоногов Г.Г. Автоматизированные информационные системы

В процёссе разработки САРД и САУД обычно преду­ сматриваются необходимые меры, препятствующие нару­ шению нормальной работы этих систем путем случайно­ го или преднамеренного искажения рабочих программ или служебной информации.

С другой стороны, нужно предусмотреть возможность внесения необходимых изменений в их работу в связи с тем, что в процессе эксплуатации АИС могут происхо­ дить изменения в составе зарегистрированных потреби­ телей, распределении информации между ними, структу­ ре и характере хранимой в ЭВМ информации и т. д. Для этой цели в САРД и САУД предусматриваются специальные блоки для внесения соответствующих изме­ нений в служебные массивы. Обращаться к этим блокам можно, только используя специальные коды.

Вопросы программной реализации автоматизированных информационных систем

В ряде случаев на АИС целесообразно возлагать задачу информационного обеспечения исходными дан­ ными для решения различного рода расчетных задач. В таких случаях при разработке расчетных задач сле­ дует учитывать в специальных блоках сопряжения необ­ ходимость их информационной связи с АИС. Блоки сопряжения организационно включаются в состав соот­ ветствующих комплексов расчетных задач или модели­ рующих программ. Они предназначаются для формиро­ вания на машинном информационном языке запросов от расчетных задач к АИС, а также для преобразования выданной информации с машинного информационного языка на соответствующий язык расчетных задач и мо­ делей.

Ранее отмечалось, что описанная типовая АИС пред­ ставляет собой часть системы МО, учитывающую общие потребности различных органов автоматизируемых звень­ ев управления АСУ. Специфические потребности этих органов должны обеспечиваться частными условиями, вытекающими из конкретных задач. Такая специализа­ ция АИС конкретных объектов АСУ может проявляться

вследующем:

—в специализации массива информационных сведе­ ний (в специализации информационного поля);

50

— в специализации состава словарей для кодирова­ ния и декодирования информации;

— в наборе специальных алгоритмов и программ, дополняющих АИС. Форма представления данных в па­ мяти системы, как правило, должна быть одинаковой для всех специализированных систем.

В основу программной организации АИС закладыва­ ется модульный иерархический принцип. Основными эле­ ментами программной структуры являются:

—библиотека модулей и интерпретаторы;

—основные программы, не входящие в состав библи­ отеки модулей и реализующие заранее запрограммиро­ ванную логику с включением в ходе выполнения необ­ ходимых модулей. Взаимодействие модулей и основных программ, как правило, осуществляется на машинном

информационном языке;

—управляющие программы-диспетчеры, обеспечива­ ющие взаимосвязь между основными системами АИС и СПУ;

—трансляторы-интерпретаторы, осуществляющие в

процессе функционирования системы перевод информа­ ции и предписаний с входного языка (например, с вход­ ного информационного языка, с языка системы автома­ тического редактирования и т. п.) на машинный, а также обеспечивающие выполнение оттранслированных пред­ писаний. В процессе выполнения эти программы могут использовать модули и основные программы, не входя­ щие в состав библиотеки. Транслирующая функция ин­ формационно-поисковой системы заключается в переводе сообщений и запросов на решение информационных задач с формализованного русского языка на машинный информационный язык и обратно; интерпретирующая — во вводе, хранении, обновлении, поиске, обработке и под­ готовке к оформлению данных.

Входное сообщение, подлежащее преобразованию, в общем случае может содержать: исходные данные, подлежащие преобразованию, и информацию о процессе преобразования исходных данных. Как исходная инфор­ мация, так и информация о процессе обработки могут быть представлены в общем случае на языках различ­ ного уровня детализации.

Формальное совпадение функций трансляции и интер­ претации, которые имеют место в информационно-поиско­ вых системах и в трансляторах интерпретирующего

типа (трансляторы-интерпретаторы), например с алго­ ритмических языков, является основанием для их объе­ динения в рамках одного типового элемента лрограм-, мной структуры системы. Вместе с тем, следует отметить и известное различие в этих трансляторах. Это разли­ чие определяется неодинаковым уровнем детализации входных языков информационно-поисковых систем и ал­ горитмических языков.

Можно рассмотреть следующую последовательность уровней детализации входных языков:

— Уровень машинных входных языков. Машинный входной язык транслируется функциональным автома­ том (ЭВМ) в язык его микроопераций. Этот же функци­ ональный автомат является интерпретатором, реализую­ щим алгоритм выполнения программы, записанной на машинном языке.

— Уровень языков символического кодирования типа автокодов. Входное сообщение преобразуется транс­ лятором в машинный язык (программу) в соответствии с ограниченным набором правил преобразования и ин­ терпретируется алгоритмом выполнения.

—Уровень алгоритмических языков (так называемо­ го среднего уровня). Входное сообщение преобразуется специальным транслятором, оперирующим расширенным (по сравнению с предыдущим случаем) набором фор­ мальных правил действия над символами и словами.

—Уровень входных информационных языков. Сооб­ щение преобразуется специальным «информационным»

транслятором (информационно-поисковой системой) с относительно полным набором формальных правил действий над словами и выражениями формализован­ ного естественного языка. При этом используются более мощные средства семантического анализа с использова­ нием дополнительной информации, заключенной в слова­ рях, включая связи между понятиями. С известными оговорками в этом случае можно говорить о моделиро­ вании процесса семантического анализа входного сооб­ щения.

Объектом программирования (автоматизации про­ граммирования) при создании АИС являются перечис­ ленные выше основные программные элементы системы. В общем случае при создании МО АСУ могут быть ис­ пользованы одновременно несколько уровней языков:

— язык машинных команд (низшего уровня);

52

—машинно-ориентированные алгоритмические языки типа языка символического кодирования;

—• проблемно-ориентированные алгоритмические язы­ ки (существующие алгоритмические языки среднего уровня);

—проблемно-ориентированные языки высшего уров­ ня (для разработки программ АИС).

При построении АИС для решения информационнологических задач, как минимум, необходимы языки низ­ шего уровня и машинно-ориентированные алгоритмиче­ ские языки. При создании АИС необходимо обратить внимание на изучение вопроса о применении имеющихся языков среднего уровня или разработке проблемно-ори­ ентированного языка высшего уровня для информацион­ ных систем. Исчерпывающий ответ на вопрос об эффек­ тивности и удобстве использования имеющихся проблем­ но-ориентированных алгоритмических языков в примене­ нии к разработке программ информационных систем может быть получен только на основе практического опро­ бования и сопоставления с требованиями, вытекающими

из особенностей программ информационных систеТм. В настоящее время имеется лишь ограниченный опыт применения таких средств к разработке программ ин­ формационных систем.

Специальных требований к языкам автоматизации программирования информационных систем в настоящее время не отработано. Разработка таких требований яв­ ляется сложной, но необходимой задачей для решения вопроса о системе программирования АИС как на осно­ ве языков среднего уровня, так и на основе проблемноориентированных языков высшего уровня. Вопрос об использовании системы программирования для АИС приобретает особую актуальность в связи с необходи­ мостью создания благоприятных условий для оператив­ ного перевода систем с одних ЭВМ на другие, например с ЭВМ II поколения на перспективные ЭВМ III поко­ ления.

Анализ возможностей автоматизаци программирова­ ния на этапе создания информационных систем позволяет рекомендовать использовать одновременно различные уровни языков для различных уровней программных эле­ ментов. Например, может быть рекомендована следую­ щая схема, безусловно подлежащая уточнению: язык символического кодирования — для построения библио*

53

I

теки модулей, программ-диспетчеров и компиляторов; для остальных программных элементов — язык высшего уровня, базирующийся на библиотеке модулей как на стандартных процедурах.

При использовании систем программирования необхо­ димо иметь в виду, что программы информационных си­ стем являются программами многоразового применения. ■Поэтому требования к качеству построения таких про­ грамм должны быть высокими. В силу этих обстоя­ тельств в ряде случаев программирование основных эле­ ментов процесса окажется целесообразным на языке сим­ волического кодирования или даже на машинном языке.

Основные принципы построения автоматизированных информационных систем

Итак, при разработке АИС для АСУ должны учиты­ ваться следующие основные принципы.

—Необходимость разработки двух типов автомати­ зированных информационных систем— фактографиче^ ской и документальной, ориентированных на соответст­ вующие классы информационных задач. Эти базовые си­ стемы должны быть обеспечены системой автоматизиро­ ванной словарной службы.

—Типовые информационные системы должны учиты­ вать общие потребности решения информационных задач автоматизируемых органов управления АСУ. Частные требования должны обеспечиваться специальными про­ граммными средствами, согласованными с типовыми си­ стемами.

—АИС должны создаваться с ориентацией на фор­ мализованный входной язык. Используемый входной язык должен обеспечивать возможность расширения его изобразительных средств.

—іВ составе АИС должны быть предусмотрены, как правило, следующие основные части, реализующие со­ ответствующие им функции: автоматизированная инфор­ мационно-поисковая система, система отображения вы­ даваемой информации, система автоматизированной сло: варной службы. АИС реализуется на соответствующих

54

технических средствах во взаимодействии с системой программного администрирования.

— Систему целесообразно создавать на базе типовых функциональных блоков (программных модулей). Для представления информации в памяти машины должны

—Массивы информационных сведений и словари це­ лесообразно представлять в памяти машины в’ виде ин­ формационных модулей (блоков), допускающих их сво­ бодное перемещение по полю оперативной памяти.

—При создании типовых информационных систем АСУ основное внимание должно быть уделено разработ­ ке фактографических информационных систем как си­ стем, в наибольшей степени учитывающих потребности решения информационных задач автоматизируемых ор­ ганов управления.

—Система автоматизации программирования долж­ на предназначаться для повышения эффективности про­ цесса разработки основных программных элементов АИС,

атакже для обеспечения оперативного перевода систем

сЭВМ одного типа на другие.

—Система программирования АИС должна вклю­ чать в себя комплекс языков различного уровня и соот­ ветствующих трансляторов. Как минимум, система про­ граммирования должна включать язык символического кодирования и соответствующий транслятор (ассемб­ лер). При составлении отдельных программ АИС, к ко­

торым предъявляются высокие требования в отношении качества программирования, не исключено применение машинных языков и ручного программирования.

— Наиболее полное решение вопроса о системе про­ граммирования для АИС связано с необходимостью Соз­ дания и использования проблемно-ориентированного ин­ формационного языка высшего уровня на основе сущест­ вующих информационных и алгоритмических языков или вновь разработанных. В связи с этим актуальной зада­ чей является проведение широких экспериментов по практическому опробованию имеющихся информацион­ ных и алгоритмических языков в интересах построения АИС и разработка на основе этих экспериментов требо­ ваний к проблемно-ориентированному информационному языку.

55

Мультипрограммные вычислительные системы с разделением времени — основа организации процессов

обработки информации в АИС

Всвязи е 'развитием автоматизированных систем об­ работки информации в последние годы наблюдается тен­ денция использовать вычислительные системы как систе­ мы с разделением времени и множественным доступом абонентов-пользователей. Для обозначения таких си­ стем часто применяется термин «системы телеобработки информации». При этом прежде всего имеют в виду ди­ станционное обслуживание удаленных потребителей.

Вэтих условиях использования средств вычислитель­ ной техники особое значение приобретает проблема рас­ пределения машинных ресурсов между выполняемыми программами или их отдельными частями. Под машин­ ными ресурсами могут пониматься отдельные устрой­ ства ЭВМ (процессоры, запоминающие устройства, ка­ налы, внешние накопители) или их комбинации, совме­ стно с их возможностями (производительность, емкость ЗУ и т. д.).

Если обратиться к зарубежным источникам, то там можно найти данные, свидетельствующие о существен­ ном увеличении производства и использования ЭВМ, ра­ ботающих в режиме разделения времени. Так, в США, по имеющимся сведениям, объем продажи таких машин

а к 1975 г. возрастет до 2,5 млрд, долл. Темпы увеличе­ ния числа ЭВМ, работающих в режиме разделения вре­ мени (75% от общего числа выпускаемых ЭВМ), значи­ тельно опережают темпы развития электронной вычисли­ тельной техники в целом (20%).

За последние три года количество машин, работаю­ щих в режиме разделения времени, в США увеличилось в 10 раз: в 1966 г. в эксплуатации находилось 500 тер­ миналов (дистанционных абонентов), в 1968 г. — 5000 терминалов централизованного пользования. По имею­ щимся прогнозам, ожидалось увеличение этого показате­ ля к 1970 г. до 70 000. В Англии функционирует 500 тер­ миналов. Ожидается увеличение количества дистанцион­ ных абонентов в ближайшее время до 10 000. В нашейстране в интересах автоматизации процессов управле-

56

ния производством, инженерно-технических расчетов и других практических применений также ведутся боль­ шие работы, связанные с созданием вычислительных си­ стем, работающих в режиме разделения времени.

Принцип разделения времени является одним из основных при использовании средств вычислительной техники в системах. В результате его применения значи­ тельно увеличивается эффективная производительность вычислительных систем и обеспечивается удобство -поль­ зователям. Обслуживание при этом осуществляется без задержки, т. е. абонент может начать работу на пульте в любое удобное для него время и получить ответную информацию от машины. Несколько пользователей могут работать на ЭВМ одновременно. Тот факт, что один из них находится в контакте с ЭВМ, не должен препятст­

сразделением времени являются следующие:

—относительный выигрыш в стоимости и эффектив­ ности использования;

—сокращение общего цикла вычислительных работ

иповышение эффективности работы пользователя,

—централизованное использование программ и ин­ формации;

—универсальность, надежность, удобство централи­ зованной эксплуатации.

Практика использования вычислительных машин, ра­

ботающих в режиме разделения времени, показала, что такие машины обладают еще одним существенным до­ стоинством— обеспечивают работу в режиме диалога с пользователем. Это создает большие перспективы при­ менения этих машин в так называемых человеко-машин­ ных (эргатических) системах, что особенно важно для автоматизированных систем управления и автоматизиро­ ванных информационных систем.

Этим системам присущи некоторые недостатки: уве­ личивается время выполнения каждой частной програм­ мы в результате того, что в основе метода заложено разделение производительности, а также памяти между несколькими одновременно обслуживаемыми программа­ ми; снижается производительность решения задач каж­ дым пользователем вследствие наличия в системе обслуживающей программы (системы программного

57

управления), организующей вычислительный процесс в целом, а также использования вспомогательных опе­ раций по организации массивов информации. Наконец, на снижение производительности по отношению к каждо­ му каналу пользователя оказывают влияние дополни­ тельные ожидания, возникающие в системе вследствие одновременных неупорядоченных обращений к тем или иным устройствам от различных программ. Вместе с тем, при рациональном выборе основных характеристик ре­ жима разделения времени и соответствующего мульти­ программного режима вычислительная система может обеспечить существенное увеличение суммарной эффек­ тивной производительности по всем каналам пользова­ телей.

При создании вычислительных систем с разделением времени возникают важные исследовательские пробле­ мы, связанные с обоснованием оптимальных параметров системы программного управления, реализующей логику разделения времени и мультипрограммной обработки на основе использования основного критерия работы вычи­ слительной системы — эффективной суммарной произво­ дительности. К числу таких проблем можно отнести сле­ дующие: оценка характеристик программ определяющего класса задач, решаемых вычислительной системой; опре­ деление оптимального режима мультипрограммной обра­ ботки— числа одновременно выполняемых задач; обо­ снование стратегии диспетчеризации; обоснование прин­ ципов статистического или динамического распределе­ ния памяти и др.

Интуитивно* чувствуется, что задача мультипрограм­ мирования и разделения времени сводится к задаче оты­ скания оптимального значения эффективной' суммар­ ной производительности. Действительно, можно предста­ вить себе, например, что с увеличением числа одновре­ менно решаемых задач этот показатель при сохранении прочих условий будет возрастать. Однако с некоторого момента начинают преобладать новые факторы, такие, как эффект разделения памяти, влияние взаимных по­ мех при использовании автономных устройств, собствен­ ное влияние обслуживающей системы, в результате ко­ торых рост суммарной эффективной производительности прекратится. Подобные задачи по обоснованию основных характеристик вычислительной структуры и техниче­ ских характеристик устройств вычислительной си-

53

сіемы являются весьма сложными и актуальными про­ блемами инженерной практики. В настоящее время в отечественной и зарубежной литературе имеется мно­ го примеров частных решений таких задач, однако в об­ щем виде задача структурно-алгоритмического синтеза систем переработки информации пока не решена, нет еще законченной теории этого сложного вопроса.

В качестве основы теории систем с разделением вре­ мени можно рассматривать развивающуюся в настоя­ щее время теорию процессов переработки информации в вычислительных системах (теорию машинной обработ­ ки информации). Начало работ в этой области в нашей стране было положено академиком С. А. Лебедевым. Большой вклад в эту область внесен также академиком В. М. Глушковым.

Переработка информации в вычислительных машинах является системной задачей, распадающейся на ряд уровней: операции над цифрами, операции над словами, операции над массивами, операции над задачами в ре­ жиме мультипрограммной обработки информации и над задачами и пакетами задач в режиме мультипроцессор­ ной обработки. Мультипрограммная обработка инфор­ мации как совокупность операций над задачами реали­ зуется машинами в режиме разделения времени совмест­ но с их системно-программными элементами.

Высшим уровнем организации процесса переработки информации является уровень операций над задачами и пакетами задач в режиме мультипроцессорной обра­ ботки, который реализуется на? комплексе вычислитель­ ныхсредств. Этот уровень процессов переработки информации в настоящее время не получил еще практиче­ ского использования, и, вероятно, его реализацию сле­ дует связывать с вычислительными системами, построен­ ными на технических средствах третьего или да^ке чет­ вертаго поколений.

Каждому уровню, операций соответствует определен­ ный структурный уровень: уровень' логических элемен­ тов и элементарных автоматов, уровень автоматов, уст­ ройств, машин и, наконец, комплекса машин. В связи с этим одной из важнейших задач теории процессов пе­ реработки информации является решение вопросов ра­ ционального распределения функций и взаимодействия между программными и аппаратурными компонентами вычислительных систем.

59