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

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

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

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

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.).

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

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

будем считать видовым по отношению к родовому вы­ сказыванию

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,

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

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-

ннями, фиксирующими родо-видовые отношения между понятиями, могут рассматриваться в качестве логиче­ ских посылок, из которых следует условная истинность высказывания— запроса (см. пп. 2,3). Таким образом, процесс установления смысловой связи между запросом и сообщениями информационной системы можно рас­ сматривать как процесс логического вывода.

Высказывания, выражающие родо-видовые отноше­ ния между понятиями, отличаются от прочих высказыва­ ний информационной системы тем, что они оказываются более устойчивыми и их истинность практически не за­ висит от каких-либо условий (прежде всего условий пространства и времени). Обычно их выделяют в от­ дельные массивы сведений и оформляют в виде класси­ фикационных словарей, классификационных схем, теза­ урусов и т. п.

6. В автоматизированных документальных поиско­ вых системах широко используется метод установления смысловых связей между запросами и документами, при

в следующем: запросы формулируются в виде перечней поисковых признаков, выраженных индексами слов или словосочетаний. Аналогичным образом представляются и формализованные описания документов. В процессе поиска документ считается релевантным (отвечающим на запрос), если поисковые признаки запроса содержат­ ся среди поисковых признаков, указанных в его форма­

играет роли.

Дальнейшим шагом вперед является использование при поиске отношений эквивалентности и подчинения между признаками (так называемых «базисных» отно­ шений), причем эти отношения иногда трактуются до­ статочно широко. Так, например, в системе «Пусто — Непусто — 4» [30] эквивалентными считаются не только тождественные, но и близкие по смыслу понятия, а от­ ношение подчинения включает не только родо-видовые связи, но и ряд других типов отношений между поня­ тиями, которые могут оказаться полезными в процессе поиска. Документ считается релевантным, если перечень его поисковых признаков включает все признаки запро­

68

са или признаки, эквивалентные и подчиненные призна­ кам запроса.

Такое правило установления смысловой связи между запросами и документами может рассматриваться в качестве некоторого приближения по отношению к пра­ вилам, изложенным в п. 3, 4, 5 настоящей главы, когда проверка выполнения условий (4.7) в высказываниях типа (4.5) и (4.6) производится без учета функциональ­ ной роли и порядка следования символов х, у, F.

Применение приближенного метода установления смысловых связей между сообщениями дает возмож­ ность находить сведения, удовлетворяющие запросу, но при этом возможна и выдача лишней информации (по­ явление поискового «шума»). Причинами возникнове­ ния «шумов» здесь является игнорирование синтаксиче­ ских связей между элементами сообщений и использо­ вание недостаточно строгих критериев при установле­ нии смысловых связей между понятиями (связей экви­ валентности и подчинения).

Учет синтаксических связей и. применение более строгих критериев при установлении смысловых связей между понятиями позволяют снизить уровень «шумов», но одновременно могут быть причиной потерь информа­ ции при поиске. Поэтому требования достижения мак­ симальной полноты и точности выдачи информации при поиске в некоторых случаях являются несовместимыми.

зываниями определяет класс высказываний, который яв­ ляется объединением классов, полученных для запросов вида Fі(хі, х2,.. .,хт) и F2(yi,y2,...,yn) в результате поис-. ка по правилам, изложенным в пп. 3, 4, 5. Сложный за­ прос вида

Fi(Xi, х2„ . .,xm)&Fz(y\, у2„ . „уи)

с к о н ъ ю н к т и в н о й связью между простыми выска­ зываниями определяет класс высказываний, который яв­ ляется пересечением классов, полученных для запросов

Fі(Хі, х2, . . ., Хт) и Fz(yu у2, . . ., уп).

Всложных запросах с несколькими дизъюнктивными

иконъюнктивными связями операции объединения и пе­ ресечения классов высказываний выполняются последо­ вательно. Порядок выполнения операций определяется

69