книги из ГПНТБ / Лоскутов В.И. Основы современной техники управления

вых программ для автоматизированной системы управления показана на рис. 43.

Полнота и эффективность математического обеспечения определяются своевременным выявлением, анализом и форма­ лизацией всех основных задач и алгоритмов переработки информации. Поэтому эти работы должны вестись параллельно с проектированием АСУ. Такая последовательность позволяет учесть в принимаемой структуре системы специальные усло­ вия и требования математического обеспечения.

достичь наиболее рационального соотношения между програм­ мой и схемой реализации средств математического обеспечения.

Существенной частью математического обеспечения АСУ

При разработке этого раздела особое внимание должно быть уделено созданию алгоритмов, программ и вспомогательных операций, обеспечивающих использование общих информаци­ онных массивов.

Значительную роль в функционировании АСУ играет информационно-поисковая система. Для ее рационального использования должна быть тщательно упорядочена и унифи­ цирована первичная документация. При организации проведе­ ния этих работ следует иметь в виду, что документирующая информация имеет главным образом фактографический харак­ тер, она определяет наличие некоторого совершенного акта и состояния соответствующего подразделения системы.

На рис. 44 представлена схема одного из возможных вари­ антов математического обеспечения для сравнительно неслож­ ной АСУ с централизованной управляющей вычислительной системой, рассчитанной на решение как производственно-эко­ номических, так и технологических задач. В рассматриваемом случае автоматизированная система управления создается на базе единых централизованных информационных массивов, которые, с одной стороны, позволяют иметь полную картину состояния управляемого комплекса, а с другой — обеспечивают решение всех возникающих при этом задач.

С помощью общего математического обеспечения внутри АСУ организуются все информационные процессы, реали­ зуется контроль за работой оборудования, выявляются его не­ исправности, осуществляется автоматизация программирова­ ния задач и устанавливается очередность их решения. Благо­ даря этому существенно увеличивается производительность

219

общий ход вычислительного процесса, реализует связь пользо­ вателя с машиной и организует параллельную работу вычис­

Подсистема автоматизации программирования рассчиты­ вается на использование конкретных алгоритмических языков, имеет в своем составе соответствующие трансляторы и мето­ дику их использования. В этой же подсистеме находится биб­ лиотека интерпретирующих и компилирующих программ. Каждая из них, помимо набора стандартных программ, имеет методику их использования. С помощью этих программ произ­ водится вычисление элементарных функций, ведутся часто встречающиеся формульные преобразования, осуществляется обработка статистической информации, реализуются формиро­ вания информационных массивов и арифметические действия над ними.

В этих же библиотеках имеются программы буквенно-циф­ ровой информации, перекодирующие и псевдокомандные про­

Специальное математическое обеспечение определяется на­ личием тех конкретных процессов, которые протекают в уп­ равляемом комплексе. В рассматриваемом случае набор типо­ вых задач включает в свой состав как операционные, так и технологические задачи. Схемным аппаратом для организации прохождения этих задач является система прерывания и нали­ чие закрепленного за решаемыми задачами приоритета.

При формировании специального математического обеспе­ чения производится выявление однотипных процессов, связан­ ных с обработкой информации, и на основе этого создается библиотека типовых процедур: ввод и вывод данных, сортиро­ вочные операции, программное редактирование.

Наличие информационно-справочной системы позволяет оперативно получать справки о фактическом материале, хра­ нящемся в памяти машины.

Полнота и эффективность математического обеспечения АСУ определяется соотношением ее программной и схемной реализации.

Непременным условием при создании АСУ является тре­ бование к пропускной способности вычислительной системы.

222

Производительность соответствующих ЭВМ должна обеспечи­ вать в регламентированные отрезки времени решение всех за­ дач и переработку данных.

Операционная система машин семейства «Ряд»

Семейство электронных вычислительных машин «Ряд» со­ стоит из шести моделей, охватывающих по производительности от 10 до 2,5 млн. операций в секунду.

Система «Ряд», проектируемая на единой структурной и микроэлектронной технологической базе, должна обеспечивать программную и техническую совместимость всех моделей. Это обеспечивается наличием единых конструкций оператив­ ных и внешних запоминающих устройств, внешнего обору­ дования для ввода-вывода информации, а главное общим математическим обеспечением для всех моделей, входящих в систему.

Базовая логическая структура всех моделей системы со­ стоит из центрального вычислителя, связанных между собою блоков памяти, устройств ввода-вывода, а также селекторных и мультиплексорных каналов. Память моделей системы «Ряд» строится по многозвенной иерархической структуре. Последо­ вательность ступеней запоминающих устройств следующая: сверхбыстродействующая память, главная основная или опе­ ративная память, память на магнитных дисках и барабанах, память на магнитных лентах и последний (внешний) уро­ вень — память на перфолентах и перфокартах.

Машины системы «Ряд» снабжены мультиплексорным и селекторным каналами. Мультиплексорный канал предназна­ чен для одновременной работы с несколькими низкоскорост­ ными устройствами ввода-вывода. Селекторный канал, обеспе­ чивая работу в мультипрограммном режиме, обслуживает вы ­ сокоскоростные устройства.

Подключение внешних устройств к управляющему уст­ ройству ЭВМ осуществляется через устройство согласования — интерфейс, обеспечивающий стандартизацию информации.

При наличии дистанционной передачи используется око­ нечная аппаратура в виде соответствующих терминалов.

Наличие информационной и технической совместимости позволяет проводить объединение нескольких ЭВМ через об­ щие устройства ввода-вывода.

Работа моделей системы «Ряд» организуется на основе применения байтов (8 битов). Два байта образуют полуслово, четыре — слово и восемь байтов — двойное слово.

223

Операционная система (ОС) для ЭВМ «Ряд» строится по модульному принципу. Совокупность модулей, из которых по­ строена вся операционная система, называется базисом. В за­ висимости от области применения отдельных ЭВМ из систем­

система моделей «Ряд» создается из условия обеспечения ра­ боты вычислителей в различных режимах, от «пакетной» об­ работки до режима разделения времени по приоритетам и ре­ ального масштаба времени. С ее помощью должны реализовываться как различные способы организации поступающих данных, так и различные методы доступа к хранящейся в па­ мяти информации. Важнейшими задачами операционной си­ стемы являются вопросы управления операциями ввода-вы­ вода, а также автоматизация прохождения данных от начала поступления и кончая завершением вычислительного процесса и соответствующим использованием полученных результатов. Таким образом, могут быть сформулированы основные функ­ ции операционной системы — управление заданиями, управле­ ние задачами и управление данными.

Управление заданиями реализуется планирующими про­ граммами, которые, регулируя поток проходящих через си­

вайзера, за счет чего обеспечивается рациональное использо­ вание центрального вычислителя основной памяти и внешних устройств.

Управление данными производится совокупностью средств, обеспечивающих классификацию, идентификацию, хранение и поток научной информации.

Перечисленные функции операционной системы образуют управляющую программу. Помимо этого, операционная си­ стема будет иметь набор обрабатывающих программ и при­ кладных программ. С помощью обрабатывающих достигается существенное сокращение времени на подготовку и выполне­ ние прикладных программ. Обрабатывающие программы со­ стоят из компиляторов и сервисных программ. С помощью компилятора осуществляется перевод программ, написанных на входном языке, в формат объективного модуля. Каждому компилятору свойственна своя библиотека программ, реали­ зующая операторы соответствующего языка или часто ис­ пользуемые формулы. Сервисные программы предназначены

224

для редактирования документации и объединения программ. С их помощью осуществляется также проверка и внесение из­ менений в проблемные программы и данные.

Защита памяти производится с помощью использования четырех или пяти разрядных ключей. В этом случае каждая из страниц памяти снабжается как бы своим кодовым замком. В этом случае каждому массиву информации придается соот­ ветствующий кодовый ключ. Обращение к оперативной памяти возможно лишь при условии совпадения «замка» и ключа.

К основным ресурсам моделей системы «Ряд» относятся: оперативная память, устройства ввода-вывода, ряд постоянно хранимых данных и обслуживающие программы.

Использование ресурсов может осуществляться как абонен­ тами, так и самой операционной системой. Поэтому удовлетво­ рение требований в них производится в соответствии с приори­ тетом задач. Реализуется это с помощью специальных про­ грамм, называемых распределителями ресурсов. К каждому из ресурсов устанавливается очередь в зависимости от приори­ тетов задач. Распределитель ресурсов следит за продвижением очереди и фиксирует удовлетворение требований. Особое зна­ чение имеет вопрос распределения между пользователями объемов оперативной памяти. Распределение производится двумя способами: каждому пользователю выделяется своя об­ ласть памяти или осуществляется ее динамическое распреде­ ление. В последнем случае соответствующий объем ячеек мо­ жет выделяться по всей оперативной памяти, т. е. выделяемые области для хранения информации могут быть в разных местах.

Супервайзер ввода-вывода распределяет и удовлетворяет требования на каналы и на вводно-выводные устройства.

Для ввода заданий в машину используется специальный язык управления заданием и программа «Диспетчер заданий». С ее помощью задают различные режимы работы вычисли­ телей: режим пакетной обработки или режим мультипрограм­ мирования.

Передача и распределение оперативной памяти между за­ дачами осуществляется с помощью системы прерывания. Раз ­ личают пять видов прерывания: по схемному контролю, по состоянию ввода-вывода, по внешнему сигналу, как средства, повышающего реактивность вычислителя и для программного распределения ресурсов.

При использовании ЭВМ «Ряд» в сложных системах управ­

225

в себя программы решения задач, связанных со специфиче­ скими условиями функционирования управляемого комплекса.

Разработка специального математического обеспечения должна быть тесно связана с выявлением и программирова­ нием решения задач по отдельным подсистемам, на которые членится рассматриваемая система. Но и в этом случае каждая из автономных программ должна строиться с учетом едино­ образия и принятых принципов в общем математическом обес­ печении: ввод, сортировка, выборка, выдача таблиц, переко­ дировка данных и др.

Анализ задач управления позволяет определить типовые программные блоки, разработав для них библиотеку типовых программ. Наличие такой библиотеки в дисковой операцион­ ной системе значительно облегчает и ускоряет формирование рабочих программ для решения соответствующих задач. В этом случае рабочая программа решаемой задачи разбивается на соответствующие блоки, из которых часть имеет уже готовые решения в виде библиотечных подпрограмм.

При таком подходе можно также выделить и такие универ­ сальные алгоритмы обработки информации, как обработка мас­ сивов однотипных документов, учет движения материалов на складах, статистическая обработка данных, задачи сетевого планирования и управления, учет кадров, начисление зара­ ботной платы, бухгалтерский учет и др. Помимо этого, должны быть выявлены специфические задачи управляемого комп­ лекса, учитывающие конкретные условия протекающих про­ цессов как на отдельных объектах, так и в их взаимосвязи друг с другом.

Очередность разработки специального математического обеспечения должна соответствовать определенным этапам соз­ дания и ввода в действие отдельных элементов общей си­ стемы.

Блок-схема операционной системы семейства машин «ИБМ-360»

ряд программно совместимых моделей разной мощности. Се­ мейство указанных машин обеспечивает преемственность про­ грамм при переходе от одной модели к другой, допускает ис­

226

от внешних устройств, а также объединения нескольких ЭВМ в единый комплекс.

Каждая модель может иметь один или несколько вариан­ тов операционной системы, обеспечивающих решение широ­ кого спектра задач. Вместе с этим возможен широкий диапа­ зон режимов работы ЭВМ, таких, как пакетная обработка,

Операционная

система

Рис. 45. Состав операционной системы «ИБМ-360»

мультипрограммный режим с постоянным числом задач, муль­ типрограммный режим с переменным числом задач, режим разделения времени.

В рассматриваемой операционной системе могут быть вы ­ делены следующие основные функции: управление заданиями, управление задачами и управление данными.

Состав операционной системы семейства машин «ИБМ-360» представлен на рис. 45.

Увеличение производительности вычислительной системы достигается за счет увеличения модульности, которая позво­ ляет строить операционную систему в соответствии с требо­ ваниями пользователя и конкретной конфигурацией обору­ дования.

227

Для одной и той же конфигурации оборудования возможно построение трех операционных систем.

Системная библиотека модулей, лежащая в основе опера­ ционной системы «ИБМ-360», занимает около 107 байтов.

Принципиальная блок-схема операционной системы машин «ИБМ-360» показана на рис. 46. Весь объем операционной си­ стемы ДОС размещается на магнитных дисках. В резидент­ ной части главной памяти постоянно хранятся лишь наиболее нужные программы супервайзера. К их числу относятся: дис­ петчер задач, супервайзер ввода-вывода, первичный анализа­ тор прерываний, программа распределения памяти и других ресурсов.

Остальные программы ДОС размещаются как самостоятель­ ные задачи. В их число входят задачи, определяющие функ­ ции главного диспетчера: читатель-интерпретатор, инициатор, завершитель, выходной писатель. Указанная группа задач главного диспетчера обладает наивысшим приоритетом. Как показано на схеме, обращение к ДОС осуществляется с по­ мощью прерывания. С помощью резидента управление пере­ дается одной из системных задач или задаче соответствую­ щего пользователя. Требование на организацию ввода или вы­ вода информации передается к супервайзеру ввода-вывода. Представленные на схеме связи между отдельными элемен­ тами схемы отражают возможности передачи управления между программами пользователя и программами самой ДОС.

Как видно из представленной схемы, некоторая часть опе­ рационной системы не обладает модульной организацией. В первую очередь к их числу относится «Резидент», имеющий жесткую адресацию и постоянно присутствующий в оператив­ ной памяти. Это объясняется наличием в нем таких важных функций, как организация стандартных связей между моду­ лями, и обеспечение логической организации работы всей опе­ рационной системы.

Отделение логических функций от исполнительских при­ водит к иерархической структуре ОС. Ее верхний уровень за­ нимает «Резидент». На следующем уровне располагаются программы: «Диспетчер заданий», «Супервайзер ввода-вы­ вода», «Распределитель главной памяти». На следующих уров­ нях находятся обслуживающие программы ОС и программы пользователя. Программы, находящиеся на нижних уровнях управления, имеют доступ к ограниченной части ресурсов.

Следует отметить, что программа «Резидента», обогащен­ ная большим числом управляющих таблиц, делает ОС «ИБМ-360» трудно обозримой.

228

Канал

Рис. 46. Блок-схема операционной системы «ЭВМ-360» фирмы ИБМ