книги / Основы научных исследований

Подпрограмма дает результаты: 1. Если число уравне­ ний М >0 и на всех шагах исключения главные элемен­ ты отличны от нуля. 2. Если выдается IER=K и указы­ вает на возможную потерю точности. 3. В случае хоро­ шо масштабированной матрицы А и соответствующей погрешности ERS IER=K видно, что матрица А имеет ранг К. Сообщение о потере точности не выдается в слу­ чае М =1. Параметр ошибок IE R = —1 не обязательно означает, что матрица А особенная, так как в качестве главных элементов используются только элементы на главной диагонали. Возможно, подпрограмма GELG, которая работает с выбором главного элемента во вто­ рой матрице, могла бы найти решение.

Требуемые подпрограммы и подпрограммы-функции Нет.

Метод.

Система решается методом исключения Гаусса с вы­ бором главного элемента по главной диагонали с целью

231

IER = K — сообщение о возможной потере точности на шаге исключения (К+1), где главный элемент был меньше или равен внутренней погрешности EPS, умно­ женной на наибольший по абсолютной величине диаго­ нальный элемент матрицы А;

RUX — удвоенной точности вспомогательный массив па­ мяти, размерности (М—1).

Замечания: Верхняя треугольная часть матрица А

на возможную потерю точности. В случае хорошо мас­ штабированной матрицы А и соответствующей погреш­ ности EPSIER = K говорят о том, что матрица А имеет ранг К. Сообщение о потере точности не выдается, если М= 1. Параметр ошибок IE R = —1 не обязательно оз­ начает, что матрица А — особенная, так как в качестве главных элементов используются только элементы глав­ ной диагонали. Возможно, подпрограмма DGELG, кото­ рая работает с выбором элемента по всей матрице, могла бы найти решение.

Требуемые подпрограммы и подпрограммы-функции

Нет.

с целью сохранения симметричности в преобразованных матрицах коэффициентов.

8.3. Автоматизированные системы научных исследований

Автоматизация научных исследований и обработки экс­ перимента АСНИ на современном этапе научно-техни­ ческой революции стала объективной необходимостью1. Это связано с требованием получения результатов

всжатые сроки и с высокой достоверностью, учетом бо-1

1См.: Круг Г К-, Филаретов Г. Ф. Проблемы автоматизации научных исследовании в вузах. Обзорная информация. М., НИИВШ,

1983. Вып. 3; Круг Г К-, Кабанов В. А., Фомин Г. А. Техническое и математическое обеспечение систем автоматизации научных иссле­ дований. М., 1979.

232

лее сложных взаимосвязей исследуемых объектов, рас­ ширением диапазона и микроЭВМ, обладающих боль­ шими техническими возможностями и широкой сферой применения, в значительной мере способствовало прог­ рессу в области автоматизации научных исследований.

Под АСНИ обычно понимают совокупность техниче­ ских, программных средств, методического обеспечения и математических методов, необходимых для проведе­ ния эксперимента, обработки и анализа полученных ре­

ной области, информационная база и средства обработ­ ки информации. ЭВМ первого уровня в рамках АСНИ коллективного пользования являются по существу ин­ формационно-вычислительным ресурсом системы в це­ лом, а также объектом интеграции АСНИ в более ши­ рокие системы и сети (например, в вычислительную сеть коллективного пользования). На первом уровне в АСНИ должны входить головные вычислительные средства (ГВС) для сложных видов обработки и накопления ин­ формации и управления средствами отображения. К та­ ким вычислительным средствам относятся ЭВМ типа СМ-3, СМ-4 и другие ЭВМ этого типа. Второй уровень составляют локальные системы автоматизации экспери­ ментов — объектные терминалы, имеющие выход через стандартный интерфейс на объекты исследований и стро­ ящиеся на базе микроЭВМ «Электроника-60» и другие а также системы КАМАК *.

Международная система КАМАК имеет совокуп­ ность стандартов на логическую, электрическую и кон­ структивную реализацию устройства сопряжения и Об­

233

тели, регистры и т.д.) и контроллера крейта. Контрол­ лер крейта осуществляет связь с ЭВМ. и управляет Функ­ циональными модулями с помощью стандартного ка­

тов для их автоматизации КАМАК позволяет компоно­ вать различные конфигурации устройства сопряжения для экспериментального оборудования в АСНИ.

Объектные терминалы по использованию вычисли­ тельных средств и КАМАК подразделяются на ряд ти­ пов в зависимости от сложности проводимого экспери­ мента.

При автоматизации простого эксперимента, проводи­ мого по конкретной программе, используется однокрейтовая система, управление которой реализует автономный программируемый контроллер (КАП) по программе, находящейся в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) в виде последовательности КАМАК — команд, за­ данной экспериментатором. Серийно выпускаемые авто­ номные контроллеры допускают подключение до четы­ рех модулей ПЗУ объемом 64 КАМАК— команды каж­ дый (всего 256 КАМАК — команд) с возможностью организации программных циклов. Информация, снима­ емая с объекта, стыкующего по шинам данных магист­ раль крейта и канал (общую шину — ОШ) ЭВМ, пере­ дается в ЭВМ с помощью параллельного обмена данны­ ми по схеме, показанной на рис. 8.5. Для автоматизации экспериментов, требующих сложных программ управ­ ления, рекомендуется объектный терминал ТОТ-КАМАК на базе микроЭВМ «Электроника-60» с минимальным

во крейт-контроллера «Электроника-60» по схеме, при­ веденной на рис. 8.6.

В качестве объектных терминалов для автоматизации экспериментов с большим объемом передачи информа­ ции, сложной обработкой и комплексным отображением результатов эксперимента могут использоваться инфор­ мационно-вычислительные комплексы (ИВК) ИВК-2, HBiK-З и другие на базе международной системы СМ ЭВМ и КАМАК.

При использовании в АСНИ промышленных цифро­ вых приборов (вольтметр, частотомер, коммутатор и др.) при умеренных требованиях и скорости обработки ин­ формации целесообразно применение типового объекта

234

Канал ЭВМ

Рис. 8.5. Схема передачи информации в ЭВМ

терминала TOT-ПИ на базе «Электроника ДЗ-28» и средств приборного интерфейса-МЭК. Организация TOT-ПИ (приборный интерфейс) представлена на рис. 8.7.

Общей тенденцией развития АСНИ, связанной с ис­ пользованием средств вычислительной техники, являет­ ся повышение производительности и пользовательских возможностей объектовых машин. Это достигается уве­ личением объема их оперативных запоминающих уст­ ройств, оснащением микроЭВМ комплектными и емки­ ми накопителями на гибких магнитных дисках, кассет­ ными накопителями на магнитных лентах. Развитие средств технического обеспечения АСНИ идет в направ­ лении миниатюризации вычислительных систем при со­ хранении архитектуры и программного обеспечения. Учи­ тывая успех развития микроэлектроники и микропро­ цессорной техники, можно предположить, что эволюция АСНИ будет идти в направлении децентрализации тра­ диционных функций ЭВМ всех уровней, когда задачи многоцелевой обработки информации будут реализовы­ ваться на интерфейсном уровне путем применения мик­ роЭВМ и микропроцессоров, встроенных в интерфейс­ ные блоки.

235

К o h e m y исследовании

Рис. 8.7. Схема применения типового объектного термина* ла на базе микроЭВМ «Электроника ДЗ-28»

емости к возможным изменениям конфигурации аппа­ ратных средств, к введению новых программ, реализу­ ющих те или иные возможности.

В вычислительной системе возможно использование нескольких различных режимов работы, отличающихся друг от друга организацией вычислительного процесса, способом обмена информацией с объектами исследова­ ний, принципами взаимодействия исследователя с ЭВМ. Операционная система должна быть достаточно разви­ той, чтобы допускать реализацию нескольких различ­

ных режимов.

Требования, предъявляемые к операционным систе-

237

Проблемно-ориентированные программы разрабаты­ ваются для группы родственных систем автоматизации, предназначенных для работы в некоторых близких об­ ластях науки и техники.

Для обработки больших массивов эксперименталь­ ных данных и получения результатов с высокой точно­ стью используются комплексы на базе ЕС ЭВМ с соот­ ветствующими пакетами прикладных программ. Малые ЭВМ (СМ ЭВМ) используются для управления экспе­ риментом, сбора экспериментальных данных и выполне­ ния первичной их обработки. В специальное программ­ ное обеспечение малых ЭВМ входят как пакеты при­ кладных программ, так и диалоговые системы (см. рис'. 8.8). Ниже приводятся краткие сведения о пакете прикладных программ ПЛАНЭКС и диалоговой системе ДИПЛЕКС. Этот пакет предназначен для планирования эксперимента и статистической обработки эксперимен­ тальных данных в научных исследованиях. Модули па­ кета обеспечивают эффективное решение задач, связан­ ных с построением математических моделей объекта при разработке АСУ ТП (технологических процессов) и си­ стем управления качеством, позволяют оптимизировать технологические процессы. Пакет расширяет программ­ ное обеспечение автоматизированных систем научных ис­ следований на базе ЕС ЭВМ и может применяться при проверке статистических гипотез, изучении законов рас­ пределения случайных величин, анализе данных измере­ ний; при прохождении оценок параметров математиче­ ских моделей заданной структуры и статистическом ана­ лизе полученных оценок; при оптимальном планировании эксперимента для обеспечения желаемых свойств мо­ дели.

ПЛАНЭКС представляет собой комплекс программ, включающий управляющую программу, состоящую из анализатора входного задания и генератора рабочей программы, библиотеку модулей, архивы данных, про­ граммы обслуживания (рис. 8.9). В функции анализа­ тора входит ввод входного задания на проблемно-ори­ ентированном языке, идентификация поставленной за­ дачи, формирование данных во внутреннем представлении текста. Генератор рабочей программы осуществляет программирование и трансляцию новых модулей и сбор­ ку программы для решения поставленной задачи в соот­ ветствии с выбранной вычислительной схемой. Управля­ ющая программа текста включает блоки, осуществляю­

239

щие консультационную помощь при постановке задачи. В некоторых случаях решение задачи возможно даже при отсутствии в задании явного указания на требуе­ мый алгоритм расчетов: вычислительная схема выбира­ ется либо по имеющимся исходным данным, либо по от­ ветам пользователем на вопросы специальной анкеты.

Рис. 8.9. Структура пакета прикладных программ ПЛАНЭКС

Использование языков программирования при рабо­ те с пакетом прикладных программ ПЛАНЭКС не яв­ ляется обязательным. Простота и удобство применения достигаются благодаря записи заданий на расчеты в свободной неалгоритмической форме на проблемноориентированном языке, близком к естественному язы­ ку предметной области.

Диалоговая система ДИПЛЕКС предназначена для планирования эксперимента, обработки результатов из­ мерений методами математической статистики, оптими­ зации параметров и условий работы различных объек­ тов путем использования поисковых процедур, а также для обучения пользователей. Может использоваться при создании автоматизированных -систем эксперименталь­ ных исследований, разработке систем управления техно­ логическими процессами и т. д;

Система ДИПЛЕКС может работать в консультаци­ онном режиме, рассчитанном на пользователей, имею­

240