28

ЗМІСТ

	ВСТУП	5
1	ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ	7
1.1	Історія розвитку ЕОМ	7
1.2	Класифікація ЕОМ	9
1.2.1	Кластфікація ЕОМ по етапах створення	9
1.2.2	Класифікація ЕОМ за принципом дії	10
1.2.3	Класифікація ЕОМ за призначенням	11
1.2.4	Класифікація ЕОМ за розмірами і функціональними можливостями	12
1.3	Види ЕОМ	14
1.3.1	Малі ЕОМ	14
1.3.2	Великі ЕОМ (менфрейми)	15
1.3.3	Супер ЕОМ	16
1.3.4	Персональні комп’ютери	17
1.4	Автоматизована система управління	21
1.5	Автоматизована система керування технічним процесом	24
2	ФУНКЦІОНАЛЬНЕ ПРИЗНАЧЕННЯ	27
3	АНАЛІЗ ТА ОБГРУНТУВАННЯ ВИБОРУ МЕТОДА ВИРІШЕННЯ ЗАДАЧІ	28
4	ОБГРУНТУВАННЯ ТА ОПИС СТРУКТУР ДАНИХ, ВХІДНИХ ТА ВИХІДНИХ ФОРМ	29
5	ОПИС ЛОГІЧНОЇ СТРУКТУРИ ПРОГРАМИ
6	КЕРІВНИЦТВО ОПЕРАТОРА
7	ВИСНОВКИ
8	ЛІТЕРАТУРА
9	ДОДАТКИ
9.1	Додаток А (лістинг програми)

ВСТУП

Дисципліна «Обчислювальна техніка та програмування» входить до природничо-наукового циклу у системі підготовки бакалаврів за спеціальністю 6.051001 «Метрологія та інформаційно-вимірювальні технології» і вивчається в перших трьох семестрах відповідно до навчального плану. Мета дисципліни - оволодіння студентами сучасними інформаційними технологіями та набуття навичок програмування. Вивчення цієї дисципліни має виключне значення для успішної діяльності студентів на всіх наступних стадіях учбового процесу. На профілюючих курсах студент, а по закінченні навчання - молодий спеціаліст за фахом зустрінеться з засобами обчислювальної техніки та її використанням, як невід'ємною частиною вимірювальних приладів і систем автоматизації виробничих процесів та наукових досліджень, забезпечення підвищення продуктивності праці та прискорення науково-технічного прогресу.

Електронна обчислювальна машина (скорочено ЕОМ) — загальна назва для обчислювальних машин, що є електронними (починаючи з перших лампових машин, включаючи напівпровідникові тощо) на відміну від електромеханічних (на електричних реле тощо) та механічних обчислювальних машин. В часи широкого розповсюдження аналогових обчислювальних машин, що теж були в своїй переважній більшості електронними, для уникнення непорозумінь використовувалася назва «цифрова електронна обчислювальна машина» (ЦЕОМ) або «рахувальна» (рос. счётная) машина (задля підкреслення того, що цифрова електронна машина саме реалізує безпосередньо обчислення результату, в той час, як аналогова машина, фактично, реалізує процес фізичного моделювання з отриманням результату вимірюванням).

В наш час все частіше з’являється потреба у використанні ЕОМ. Унікальний винахід XX століття — електронну обчислювальну машину — останнім часом найчастіше називають за англійською манерою — комп'ютер (computer), що в перекладі дає те ж саме значення: обчислювач. Досвід широкого практичного застосування ЕОМ досить швидко вказав на несподівані і непередбачені можливості. З'ясувалося, що подібно числам можна ефективно перетворювати будь-яку іншу інформацію. Використання ЕОМ є у виробничій діяльності дає змогу швидко обробляти інформацію та інші дані на підприємстві. В даний час використання обчислювальної техніки в системах управління технологічними процесами, проектування, наукових досліджень, адміністративного управління, у навчальному процесі, банківських розрахунках, охороні здоров'я, сфері обслуговування є звичайною справою.

Майже кожен житель нашої планети користується електронними обчислювальними машинами: калькулятор, ПК, мобільні телефони, планшети і т.д. При цьому останні роки як за кордоном, так і в нашій країні характеризуються різким збільшенням виробництва міні-та мікро-ЕОМ (персональні ЕОМ). На основі міні і персональних ЕОМ можна будувати локальні мережі ЕОМ, що дозволяє вирішувати складні завдання з управління виробництвом. Дослідження показали, що з усієї інформації, що утвориться в організації, 60-80% використовується безпосередньо в цій же організації, циркулюючи між підрозділами й співробітниками, і тільки частина, що залишилася в узагальненому вигляді надходить до міністерства і відомства. Це означає, що кошти обчислювальної техніки, розосереджені по підрозділам і робочих місць, повинні функціонувати в єдиному процесі, а співробітникам організації повинна бути поставлена можливість спілкування за допомогою абонентських засобів між собою, з єдиним або розподіленим банком даних. Одночасно повинна бути забезпечена висока ефективність використання обчислювальної техніки. Вирішенню цього завдання в значній мірі сприяла поява мікроелектронних засобів середнього та великого ступеня інтеграції, персональних ЕОМ, обладнання з вбудованими мікропроцесорами. У результаті поряд з регіональними мережами ЕОМ, побудованими на базі великих ЕОМ і розподілених на великій території, з'явилися і знаходять все більше поширення так звані локальні обчислювальні мережі (ЛОМ), що представляють собою відкриту для підключення додаткових абонентських і обчислювальних засобів мережа, що функціонує відповідно до прийнятих протоколами (правилами).

1 Загальні відомості

1.1 Історія розвитку ЕОМ

Спроби створити механічну обчислювальну машину здійснювались ще в середні віки. Проект однієї з таких машин належить Леонардо да Вінчі (1452—1519). Перша рахункова машина, про яку збереглися відомості, була побудована в 1623 р. німцем В.Шикардом. У 1642 р. французький вчений Блез Паскаль сконструював механічний обчислювач, що дозволяє додавати і віднімати числа.

Наступним кроком було створення обчислювальної машини, яка мала виконувати всі 4 арифметичних дії. Такою машиною був арифмометр німецького математика Вільгельма фон Лейбніца, який він сконструював в 1694 році. У 1673 р. німецький вчений Г. Лейбніц (1646—1716) розробив рахунковий пристрій — арифмометр, який виконував не тільки додавання і віднімання, але й множення і ділення. Г.Лейбніц говорив: «… не гідно досконалості людської, подібно рабам, витрачати години на обчислення». Введенням в практику двійкової арифметики вчений заклав основу, на якій стоять всі кити сучасної обчислювальної техніки. Лейбніц запропонував також арифметизацію логіки. Однак центральною фігурою «алгебраїчного етапу» логіки був англійський вчений Дж. Буль (1815—1864). Він створив свою алгебру — алгебру Буля — яка оперує тільки двома поняттями: Істинно і Хибно. Роботи Г. Лейбніца і Дж. Буля заклали теоретичну базу для практичної реалізації обчислювальних пристроїв високої продуктивності.

Створена Паскалем і Лейбніцем обчислювальна машина серйозно вдосконалюється. Біля сорока моделей створив російський математик Чебишев (1821-1894) і серед них арифмометр. В 1878 році він передає свій пристрій у Паризький музей мистецтв і ремесел. Слідом за ним петербурзький інженер В.Т.Однер у 1890 році запропонував досить простий і зручний арифмометр, який за короткий час завоював весь світ і на Всесвітній виставці у Парижі був нагороджений золотою медаллю. Розповідаючи про історію розвитку ОТ, неможливо не згадати про великого вченого . англійський математик і економіст Чарльза Бебіджа (1792—1871). Його називають батьком сучасного комп’ютера, тому що він першим запропонував проект машини, яка би працювала по, наперед, складеній програмі. В 1834 р Бебідж уперше визначив склад і призначення функціональних засобів автоматичної обчислювальної машини в своєму нездійсненому проекті аналітичної машини. Велику допомогу Бебіджу надала його учениця Ада Августа Лавлейс — дочка відомого англійського поета Байрона. Леді Лавлейс вважається першою в історії програмісткою. Вона заклала основи теоретичного програмування, написавши перший підручник з цього предмета. Їй належить винахід оператора умовного переходу, саме вона ввела поняття робочої клітинки та циклу.

Варто відмітити, що майже до кінця 19 століття всі машини були механічними, тому, хоч вони і допомагали людям, але швидкість виконання операцій була дуже низькою. На цей момент починають назрівати серйозні зміни в розвитку обчислювальної техніки.

Перша релейна обчислювальна машина Z1 побудована Конрадом Цюзе в 1936 р. в Німеччині. В 1944 році в США була створена обчислювальна машина, яка використовувалася для розвитку задач в області балістики. І ця машина складалася з 13 тисяч електромагнітних реле.(слайд).В Марку 1 числа множились за 6с, ділилися за 11с. На зміну обчислювальним машинам з електромагнітним реле приходять машини з електронним реле.

Перший сучасний комп'ютер ENIAC винайдений у 1945 році в США під керівництвом Д. Маучлі і Д. Еккерта успішно використовувався для розрахунку артилерійських балістичних таблиць, замінивши сотні обчислювачів з арифмометрами. Він важив 30 тонн, займав велике приміщення. Складався ENIAC із 1500 електромеханічних реле і 17 тисяч електронних ламп, споживав 150 КВт електроенергії і при цьому зберігав обсяг інформації, еквівалентний усього лише 80 символам. Коштував ENIAC 2 млн. 800 тисяч доларів за цінами того часу.

Перша ЕОМ на території колишнього СРСР — МЕСМ була створена в 1950 р. у Києві за проектом С. О. Лебедєва.

В другій половині 60-х років великі продуктивні ЕОМ були застосовані в діяльності організацій, що дозволило змістити акценти в інформаційних технологіях з оформлення документів на обробку змісту певної інформації. Це стало початком формування «електронної» чи «комп’ютерної» технології. Як відомо, інформація технологія управління повинна містити щонайменше три базових компоненти обробки інформації: облік, аналіз і прийняття рішення. Проте значного ефекту в той час за рахунок впровадження інформаційних технологій досягнуто не було. Це обумовлювалось тим, що безпосередній користувач інформації був віддаленим від засобів вводу, обробки та виводу інформації. З появою персональних комп’ютерів, засоби спілкування з користувачем інформації, образно говорячи, «прийшли» на робочі місця користувачів. Це дозволило раціоналізувати повсякденну діяльність працівників управління. В результаті цього з одного боку на нижніх рівнях управління суттєво зміцнюється весь фундамент управління за рахунок посилення горизонтальних зв’язків, з іншого боку зменшується навантаження на верхні рівні управління, що дозволяє зосередити увагу останніх на вирішенні стратегічних довготермінових задач. Зростання можливостей інформаційних технологій дозволяє все ширше використовувати їх нові можливості.

1.2 Класифікація ЕОМ

1.2.1 Кластфікація ЕОМ по етапах створення

По етапах створення та використовуваної елементної базі ЕОМ умовно діляться на покоління:

а) перше покоління, 50-і роки; ЕОМ на електронних вакуумних лампах.

б) друге покоління, 60-і роки; ЕОМ на дискретних напівпровідникових приладах (транзисторах).

в) третє покоління, 70-і роки; ЕОМ на напівпровідникових інтегральних схемах з малої і середньої ступенем інтеграції (сотні - тисячі транзисторів в одному корпусі).

г) четверте покоління, 80-і роки – ЕОМ на великих і надвеликих інтегральних схемах - мікропроцесорах (десятки тисяч - мільйони транзисторів в одному

д) п'яте покоління, 90-і роки; ЕОМ з багатьма десятками паралельно працюють мікропроцесорів, дозволяють будувати ефективні системи обробки знань; ЕОМ на надскладних мікропроцесорах з паралельно-векторної структурою, одночасно виконують десятки послідовних команд програми;

е) шосте і наступні покоління; оптоелектронні ЕОМ з масовим паралелізмом і нейтронної структурою - з розподіленою мережею великого числа (десятки тисяч) нескладних мікропроцесорів, що моделюють архітектуру нейтронних біологічних систем.

Кожне наступне покоління ЕОМ має в порівнянні з попередніми істотно кращі характеристики. Так, продуктивність ЕОМ і ємність усіх запам'ятовуючих пристроїв збільшується, як правило, більше ніж на порядок.

1.2.2 Класифікація ЕОМ за принципом дії

Комп'ютер - комплекс технічних засобів, призначених для автоматичної обробки інформації в процесі вирішення обчислювальних та інформаційних задач. За принципом дії обчислювальні машини діляться на три великі класи: аналогові (АОМ), цифрові (ЦОМ) і гібридні (ГОМ). Критерієм поділу обчислювальних машин на ці три класи є форма подання інформації, з якою вони працюють. ЦОМ - обчислювальні машини дискретної дії, працюють з інформацією, представленою в дискретної, а точніше, у цифровій формі. АОМ - обчислювальні машини безперервної дії, працюють з інформацією, представленою в безперервній (аналогової) формі, тобто у вигляді безперервного ряду значень будь-якої фізичної величини (найчастіше електричної напруги). ГОМ – обчислювальні машини комбінованої дії працюють з інформацією, представленою і в цифровій, і в аналоговій формі; вони поєднують в собі достоїнства АОМ та ЦОМ. ГОМ доцільно використовувати для вирішення завдань управління складними швидкодіючими технічними комплексами. Аналогові обчислювальні машини дуже прості та зручні в експлуатації; програмування задач для рішення на них, як правило, не трудомістке; швидкість вирішення завдань змінюється за бажанням оператора і може бути зроблена як завгодно великий (більше, ніж у ЦОМ), але точність рішення задач дуже низька (відносна похибка 2-5%). На АОМ найбільш ефективно вирішувати математичні завдання, що містять диференціальні рівняння, що не вимагають складної логіки. Найбільш широке поширення одержали ЦОМ з електричним поданням дискретної інформації - електронні цифрові обчислювальні машини, зазвичай звані просто електронними обчислювальними машинами.

1.2.3 Класифікація ЕОМ за призначенням

За призначенням ЕОМ можна розділити на три групи: універсальні (загального призначення), проблемно-орієнтовані та спеціалізовані. Універсальні ЕОМ призначені для вирішення самих різних інженерно-технічних завдань: економічних, математичних, інформаційних та інших завдань, що відрізняються складністю алгоритмів і великим обсягом оброблюваних даних. Вони широко використовуються в обчислювальних центрах колективного користування та в інших потужних обчислювальних комплексах.

Характерними рисами універсальних ЕОМ є:

а) висока продуктивність;

б) різноманітність форм оброблюваних даних: двійкових, десятірічних, символьних, при великому діапазоні їх зміни і високого ступеня їх подання;

в) велика номенклатура виконуваних операцій, як арифметичних, логічних, так і спеціальних;

г) велика ємність оперативної пам'яті;

д) розвинена організація системи введення-виведення інформації, що забезпечує підключення різноманітних видів зовнішніх пристроїв.

Проблемно-орієнтовані ЕОМ служать для вирішення більш вузького кола завдань, пов'язаних, як правило, з управлінням технологічними об'єктами; реєстрацією, накопиченням і обробкою відносно невеликих обсягів даних; виконанням розрахунків за відносно нескладним алгоритмах; вони володіють обмеженими у порівнянні з універсальними ЕОМ апаратними та програмними ресурсами. До проблемно-орієнтованим ЕОМ можна віднести, зокрема, всілякі керуючі обчислювальні комплекси. Спеціалізовані ЕОМ використовуються для вирішення вузького кола завдань або реалізації суворо певної групи функцій. Така вузька орієнтація ЕОМ дозволяє чітко спеціалізувати їх структуру, істотно знизити їх складність і вартість при збереженні високої продуктивності і надійності їх роботи. До спеціалізованих ЕОМ можна віднести, наприклад, програмовані мікропроцесори спеціального призначення; адаптером і контролери, виконують логічні функції управління окремими нескладними технічними пристроями узгодження і сполучення роботи вузлів обчислювальних систем.

1.2.4 Класифікація ЕОМ за розмірами і функціональними можливостями

За розмірами і функціональними можливостями ЕОМ можна розділити на надвеликі, великі, малі, надмалі (мікро ЕОМ).

Функціональні можливості ЕОМ зумовлюють найважливіші техніко-експлуатаційні характеристики:

- швидкодія, вимірюване усередненим кількістю операцій, виконуваних машиною за одиницю часу;

- розрядність і форми представлення чисел, з якими оперує ЕОМ;

- номенклатура, ємність і швидкодію усіх запам'ятовуючих пристроїв;

- номенклатура та техніко-економічні характеристики зовнішніх пристроїв зберігання, обміну і введення-виведення інформації;

- типи і пропускна здатність пристроїв зв'язку і сполучення вузлів ЕОМ між собою;

- здатність ЕОМ одночасно працювати з декількома користувачами і виконувати одночасно кілька програм (багатопрограмного);

- типи і техніко-експлуатаційні характеристики операційних систем, що використовуються в машині;

наявність і функціональні можливості програмного забезпечення;

- здатність виконувати програми, написані для інших типів ЕОМ (програмна сумісність із іншими типами ЕОМ);

- система і структура машинних команд;

- можливість підключення до каналів зв'язку і до обчислювальної мережі;

- експлуатаційна надійність ЕОМ;

- коефіцієнт корисного використання ЕОМ в часі, який визначається співвідношенням часу корисної роботи і часу профілактики. Історично першими з'явилися великі ЕОМ, елементна база яких пройшла шлях від електронних ламп до інтегральних схем з надвисокою ступенем інтеграції.

Перша велика ЕОМ ЕНІАК була створена в 1946 році. Ця машина мала масу більш 50 т., швидкодія кілька сотень операцій в секунду, оперативну пам'ять ємністю 20 чисел; займала величезний зал площею 100 кв. м. Продуктивність великих ЕОМ виявилася недостатньою для ряду завдань: прогнозування метеообстановки, управління складними оборонними комплексами, моделювання екологічних систем та ін. Це стало передумовою для розробки і створення суперЕОМ, найпотужніших обчислювальних систем, що інтенсивно розвиваються і в даний час. Поява в 70-х роках малих ЕОМ обумовлено, з одного боку, прогресом у галузі електронної елементної бази, а з іншого - надмірністю ресурсів великих ЕОМ для ряду додатків. Малі ЕОМ використовуються найчастіше для управління технологічними процесами. Вони більш компактні і значно дешевше великих ЕОМ. Подальші успіхи в області елементної бази та архітектурних рішень призвели до виникнення суперміні ЕОМ - обчислювальної машини, що відноситься з архітектури, розмірам і вартості до класу малих ЕОМ, але по продуктивності порівнянної з великої ЕОМ. Винахід в 1969 році мікропроцесора призвело до появи в 70-х роках ще одного класу ЕОМ – мікроЕОМ. Саме наявність мікропроцесора служило спочатку визначальною ознакою мікроЕОМ. Зараз мікропроцесори використовуються у всіх без винятку класах ЕОМ. Можна навести наступну класифікацію мікроЕОМ:

а) універсальні:

1) Мережеві мікроЕОМ - це потужні мікроЕОМ, обладнані декількома відеотерміналами і функціонують в режимі поділу часу, що дозволяє ефективно працювати на них відразу декільком користувачам;

2) Персональні комп'ютери - однокористувацькі мікроЕОМ задовольняють вимогам загальнодоступності і універсальності застосування;

б) Спеціалізовані:

1) Робочі станції є однокористувацькі потужні мікроЕОМ, спеціалізовані для виконання певного виду робіт (графічних, інженерних, видавничих та ін);

2) Сервери – розраховані на багато потужні мікроЕОМ в обчислювальних мережах, виділені для обробки запитів від всіх станцій мережі.

Звичайно, вищенаведена класифікація дуже умовна, бо потужний сучасний персональний комп'ютер, оснащені проблемно-орієнтованим програмним і апаратним забезпеченням, може використовуватися і як повноправна робоча станція, і як багатокористувацька мікроЕОМ, і як хороший сервер, але за своїми характеристиками майже не поступається малим ЕОМ.

1.3 Види ЕОМ

Рисунок 1 – Види ЕОМ

1.3.1 Малі ЕОМ

Малі ЕОМ - надійні, недорогі і зручні в експлуатації комп'ютери, що володіють кілька більш низькими, в порівнянні з мейнфреймам, можливостями.

МікроЕОМ, мініЕОМ (і найбільш потужні з них супермініЕОМ) володіють наступними характеристиками:

- продуктивність до 100 MIPS;

- ємність основної пам'яті - 4-512 Мбайт;

- ємність дискової пам'яті - 2-100 Гбайт;

- число підтримуваних користувачів - 16-512.

Усі моделі мініЕОМ розробляються на основі мікропроцесорних наборів інтегральних мікросхем, 16 -, 32 -, 64-розрядних мікропроцесорів. Основні їх особливості: широкий діапазон продуктивності в конкретних умовах застосування, апаратна реалізація більшості системних функцій вводу-виводу інформації, проста реалізація мікропроцесорних та багатомашинних систем, висока швидкість обробки переривань, можливість роботи з форматами даних різної довжини. До достоїнств мініЕОМ можна віднести: специфічну архітектуру з великою модульність, краще, ніж у менфреймів, співвідношення продуктивність / ціна, підвищена точність обчислень. МініЕОМ орієнтовані на використання в якості керуючих обчислювальних комплексів. Традиційна для подібних комплексів широка номенклатура периферійних пристроїв доповнюється блоками між процесорного зв'язку, завдяки чому забезпечується реалізація обчислювальних систем із змінною структурою. Поряд з використанням для управління технологічними процесами мініЕОМ успішно застосовується для обчислень в багатокористувацьких обчислювальних системах, в системах автоматизованого проектування, в системах моделювання нескладних об'єктів, в системах штучного інтелекту.

1.3.2 Великі ЕОМ (мейнфрейми)

Великі ЕОМ (мейнфрейми) мають продуктивність в сотні мільйонів операцій за секунду (MIPS), оперативну пам’ять до 10 Гб, зовнішню пам’ять в сотні Гб, багатокористувацький режим роботи (обслуговують одночасно до тисячі користувачів). Основні напрямки використання мейнфреймів – це розв’язування науково-технічних задач, робота з великими базами даних, управління роботою мереж. На мейнфреймах зараз знаходиться до 70% комп’ютерної інформації.

До мейнфреймам відносяться, як правило, комп'ютери, що мають такі характеристики:

- продуктивність не менш 10 MIPS;

- основну пам'ять ємністю від 64 до 10000 MIPS;

- зовнішню пам'ять не менше 50 Гбайт;

- режим роботи (обслуговують одночасно від 16 до 1000 користувачів).

Основні напрямки ефективного застосування мейнфреймів - це рішення науково-технічних завдань, робота в обчислювальних системах з пакетною обробкою інформації, робота з великими базами даних, управління обчислювальними мережами та їх ресурсами. Останній напрям - використання мейнфреймів в якості великих серверів обчислювальних мереж часто наголошується фахівцями серед найбільш актуальних.

Родоначальником сучасних великих ЕОМ, за стандартами якої в останні кілька десятиліть розвивалися ЕОМ цього класу в більшості країн світу, є фірма IBM. Серед кращих сучасних розробок менфреймів за кордоном у першу чергу слід відзначити: американський IBM 390, IBM 4300, (4331, 4341, 4361, 4381), які прийшли на зміну IBM 380 в 1979 році, і IBM ES/9000, створені в 1990 році, а також японські комп'ютери M 1800 фірми Fujitsu.

1.3.3 Супер ЕОМ

Супер ЕОМ – це багатопроцесорні ЕОМ з швидкодією сотні млн, млрд. операцій за секунду. Оперативна пам’ять становить десятки Гбайт, зовнішня пам’ять – десятки Тбайт, розрядність суперЕОМ – 128 біт. Лідером в цій групі машин є машини фірми GRAY. В 2000 р. фірма GRAY випустила ЕОМ з 1012 операцій за секунду. До суперЕОМ відносяться потужні багатопроцесорні обчислювальні машини з швидкодією сотні мільйонів - десятки мільярдів операцій в секунду. Типова модель суперЕОМ 2000 р. по прогнозу буде мати такі характеристики:

- високопаралельна багатопроцесорна обчислювальна система з швидкодією приблизно 100000 MFLOPS;

- ємність: оперативної пам'яті 10 Гбайт, дискової пам'яті 1 - 10 Тбайт (або 1000 Гбайт);

- розрядність 64; 128 біт.

Фірма Cray Research має намір в 2000 р. створити суперЕОМ продуктивністю 1 TFLOPS = 1000000 MFLOPS.

Створити таку високопродуктивну ЕОМ за сучасною технологією на одному мікропроцесорі не представляється можливим на увазі обмеження, обумовленого кінцевим значенням швидкості розповсюдження електромагнітних хвиль (300000 км/с), бо час поширення сигналу на відстань кілька міліметрів (лінійний розмір сторони мікропроцесора) при швидкодії 100 млрд. оп/с стає порівнянним з часом виконання однієї операції. Поять супер ЕОМ створюються у вигляді високо паралельних багатопроцесорних обчислювальних систем (МПВС).

Високо паралельні МПВС мають кілька різновидів:

• магістральні (конвеєрні) МПВС, в яких процесори одночасно виконують різні операції над послідовним потоком оброблюваних даних; за прийнятою класифікацією такі МПВС відносяться до систем з багаторазовим потоком команд і однократним потоком даних (МКОД або MISD)

• векторні МПВС, в яких всі процесори одночасно виконують одну команду над різними даними - одноразовий потік команд з багаторазовим потоком даних (ОКМД або SIMD).

• матричні МПВС, в яких мікропроцесори одночасно виконують різні операції над декількома послідовними потоками даних (, МКМД або MIMD).

У суперЕОМ використовуються всі три варіанти архітектури МПВС:

• структура MIMD в класичному її варіанті (наприклад, в суперкомп'ютері BSP фірми Burroughs);

• паралельно-конвеєрна модифікація, інакше, MMISD, тобто багатопроцесорна MISD-архітектура (наприклад, в суперкомп'ютері «Ельбрус3»);

• паралельно-векторна модифікація, інакше, MSIMD, тобто багатопроцесорна SIMD-архітектура;

Найбільшу ефективність показала MSIMD-архітектура, тому в сучасних суперЕОМ найчастіше використовується саме вона (суперкомп'ютери фірм Cray, Fujistu, NEC, Hitachi і ін).

1.3.4 Персональні комп’ютери

Персональний комп’ютер (ПК) – це комп’ютер особистого використання. Можливості ПК щодо обробки інформації дуже широкі. Фірма IBM, яка випускала великі ЕОМ, в 1981 р. на базі 16-розрядного мікропроцесора Intel 8086 створила персональний комп’ютер, який згодом інтенсивно витіснив з ринку інші персональні комп’ютери. IBM PC став стандартом персонального комп’ютера. Зараз комп’ютери сумісні з IBM PC складають 90% усього парку ПК. В 1983 р. випущений ПК IBM PC XT з вбудованим жорстким диском. Згодом й інші фірми почали збирати ПК на базі мікропроцесорів Intel, Pentium, AMD. З виходом ПК з’явилися нові галузі застосування ПК. Основні напрямки використання ПК:

• математичні розрахунки;

• бази і банки даних;

• текстові редактори; видавництво і поліграфія;

• комп’ютерна та інженерна графіка, живопис;

• комунікація, обмін інформацією;

• Web-технології; моделювання об’єктів і явищ;

• навчання; розваги і дозвілля тощо.

Персональний комп'ютер для задоволення потреб загальнодоступності і універсальності повинен мати такі характеристики:

- малу вартість, що знаходиться в межах доступності для індивідуального покупця;

- автономність експлуатації без спеціальних вимог до умов навколишнього середовища;

- гнучкість архітектури, що забезпечує її адаптивність до різноманітних застосувань у сфері управління, науки, освіти, в побуті;

- «дружність» операційної системи та іншого програмного забезпечення, що обумовлює можливість роботи з нею користувача без спеціальної професійної підготовки.

За кордоном найпоширенішими моделями ПК в даний час є IBM PC з мікропроцесорами Pentium і Pentium Pro.

Персональні комп'ютери можна класифікувати по ряду ознак. За поколінням ПК діляться наступним чином:

- ПК 1-го покоління - використовують 8-бітні мікропроцесори;

- ПК 2-го покоління - використовують 16-бітові мікропроцесори;

- ПК 3-го покоління - використовують 32-бітові мікропроцесори;

- ПК 4-покоління - використовують 64-бітові мікропроцесори.

Класифікація ПК за конструктивними особливостями:

Мобільні комп'ютери – швидко розвиваючий підклас ПК. За прогнозом фахівців до 2001 р. понад 81% користувачів буде використовувати саме переносні машини. Більшість переносних комп'ютерів мають автономне живлення від акумуляторів, але можуть підключатися до мережі.

Мобільні комп'ютери вельми різноманітні від громіздких і важких (до 15 кг) портативних робочих станцій до мініатюрних електронних записників масою близько 100 г. Розглянемо коротко деякі типи переносних ПК:

Портативні робочі станції - найбільш потужні і великі переносні ПК. Вони оформляються часто у вигляді валізи. Їх характеристики аналогічні характеристикам стаціонарних ПК - робочих станцій: потужні мікропроцесори, часто типу RISC, з тактовою частотою до 300 МГц, оперативна пам'ять ємністю до 64 Мбайт, гігабайтні дискові накопичувачі, швидкодіючі інтерфейси і потужні відеоадаптери з відео пам’яттю до 4 Мбайт. Цей тип ПК може ефективно використовуватися для виїзних презентацій, особливо за наявності засобів мультимедіа, але може з успіхом застосовуватися і в стаціонарному варіанті, дозволяючи економити місце на робочому столі.

Портативні (наколінні) комп'ютери типу «Lap Top» оформляються у вигляді невеликих валізок розміром з «дипломат», їх маса звичайно в межах 5-10 кг. Апаратне і програмне забезпечення дозволяє їм успішно конкурувати з кращими стаціонарними ПК. У сучасних Lap Top часто використовуються мікропроцесори Pentium, Pentium Pro з великою тактовою частотою (до 200МГц); оперативна пам'ять до 64 Мбайт; накопичувач на жорсткому диску ємністю до 1200 Мбайт, часто знімний, можливе використання CD-ROM та іншого мультимедійного забезпечення.

Комп'ютери-блокноти (Note Book і Sub Book) виконують всі функції настільних ПК. Конструктивно вони оформлені у вигляді мініатюрного валізки розміром з невелику книгу. За своїми характеристиками у багато збігається з Lap Top, відрізняючись від них лише розмірами і дещо меншими обсягами оперативної і дискової пам'яті. Замість вінчестера деякі моделі, особливо серед Sub Note Book, мають енергозалежну Flash - пам'ять ємністю 10 - 20 Мбайт. Багато моделей комп'ютерів - блокнотів мають модеми для підключення до каналу зв'язку і відповідно до обчислювальної мережі.

Кишенькові комп'ютери (Palm Top) мають масу близько 300 г; типові розміри в складеному стані 150х80х25 мм. Це повноправні ПК, мають мікропроцесор, оперативну та постійну пам'ять, зазвичай монохромний рідкокристалічний дисплей, портативну клавіатуру портроз'єм для підключення з метою обміну інформацією до стаціонарного ПК.

Електронні секретарі (PDA або Hand Help) мають формат кишенькового комп'ютера, але більш широкі функціональні можливості, ніж Palm Top (зокрема: апаратне і вбудоване програмне забезпечення, орієнтоване на організацію електронних довідників, що зберігають імена, адреси і номери телефонів, інформацію про розпорядок дня і зустрічах, списки поточних справ, записи витрат тощо), вбудовані текстові, а іноді й графічні редактори, електронні таблиці. Більшість PDA мають модеми і можуть обмінюватися інформацією з іншими ПК, а при підключенні до обчислювальної мережі можуть отримувати і відправляти електронну пошту і факси. Деякі з них мають навіть автоматичні номеронабирачі. Новітні моделі PDA для дистанційного безперебійного обміну інформацією з іншими комп'ютерами обладнані радіомодемом і інфрачервоними портами. Електронні записні книжки (organizer) відносяться до «якнайлегшої категорії» портативних комп'ютерів (до цієї категорії крім них відносяться калькулятори, електронні перекладачі тощо); маса їх не перевищує 200 м. Органайзери користувачем не програмуються, але містять містку пам'ять, в яку можна записати необхідну інформацію і відредагувати її за допомогою вбудованого текстового редактора; в пам'яті можна зберігати ділові листи, тексти угод контрактів, розпорядок дня і ділових зустрічей. В органайзер вбудований таймер, який нагадує звуком про справу в заданий час. Є захист інформації від несанкціонованого доступу, звичайно за паролем.

1.4 Автоматизована система управління

Автоматизована система управління (АСУ) — автоматизована система, що ґрунтується на комплексному використанні технічних, математичних, інформаційних та організаційних засобів для управління складними технічними й економічними об'єктами.

АСУ - це сукупність керованого об’єкта й автоматичних вимірювальних та керуючих пристроїв, у якій частину функцій виконує людина (ДСТУ 2941-94).

АСУ являє собою систему управління, яка орієнтована на широке й комплексне використання технічних засобів і економіко-математичних методів для розв'язування інформаційних завдань управління.

Починаючи з 1963 в країні створено і функціонує приблизно 2500 АСУ різного рівня і проблемної орієнтації, у тому числі 500 АСУ підприємств і організацій, 36 міністерств і відомств, 62 територіальних організацій і т. ін.

Створені за, майже, п’ятдесятилітню історію впровадження ЕОМ у сферу управлінської діяльності численні АСУ різняться призначенням, проблемною орієнтацією, місцем застосування, автоматизованими функціями і т. ін. З метою підвищення ефективності витрат на розвиток діючих систем та проектування нових, усунення паралелізму і дублювання в проведенні наукових досліджень і проектно-конструкторських робіт, створення типових проектних рішень і типових АСУ зроблено їх класифікацію.

Автоматична система управління призначена для автоматизації процесів збирання та пересилання інформації про об'єкт керування, її перероблення та видавання керівних дій на об'єкт керування (ДСТУ 2226-93); сукупність економіко-математичних методів, технічних засобів (ЕОМ, пристроїв відображення інформації, засобів зв'язку та інші) і організаційної структури, що забезпечують раціональне керування складними об'єктами і процесами.

АСУ дає змогу розв'язувати задачі перспективного та оперативного планування виробництва, оперативного розподілу завантаження обладнання, оптимального розподілу обладнання та використання ресурсів і інше. АСУ належить до класу людино-машинних систем і складається з функціональної і забезпечувальної частин.

Функціональна частина АСУ включає систему моделей планово-економічних і управлінських задач, забезпечувальна частина — інформаційну і технічну бази, математичне забезпечення, економіко-організаційну базу та інше.

Інформаційна база АСУ — це розміщена на машинних носіях інформації сукупність всіх масивів даних, необхідних для автоматизації керування об'єктом або процесом.

Технічна база — комплекс технічних засобів збору, передачі, обробки, накопичення і видачі даних, а також пристроїв, що безпосередньо впливають на об'єкти управління. Математичне (програмне) забезпечення АСУ поділяється на системне і спеціальне. Перше включає операційні системи (ОС), призначені для управління роботою пристроїв обчислювальних машини, організації черговості виконання обчислених робіт, контролю й управління процесом обробки даних, а також для автоматизації роботи програмістів. За допомогою операційних систем здійснюється також звернення до ЕОМ з віддалених абонентських пунктів.

Спеціальне математичне забезпечення включає пакети прикладних програм, що здійснюють організацію й обробку даних з метою реалізації необхідних функцій управління в рамках певних економіко-математичних та організаційних моделей.

Найвищою класифікаційною ознакою АСУ є предметна сфера її застосування: економіко-організаційна, технологічна і проектно-конструкторська.

Згідно з цим безліч АСУ поділяється на три класи: економіко-організаційні (АСУП),керування технологічними процесами (АСК ТП),проектно-конструкторські (САПР).

Економіко-організаційні АСУ містять міжгалузеві АСУ (автоматизована система планових розрахунків, автоматизована система фінансових розрахунків, автоматизована система державної статистики, автоматизована інформаційно-пошукова система науково-технічної інформації, автоматизована інформаційно-управляюча система Держкомітету зі стандартів і т. ін.), виробничі АСУ (галузеві автоматизовані системи управління, АСУ акціонерних товариств і концернів, автоматизовані системи управління підприємствами та організаціями (АСУП), територіально-адміністративні АСУ (територіальні АСУ областей, АСУ міського господарства, адміністративних районів, територіально-виробничих комплексів).

До складу автоматизованих систем управління виробничими процесами належать системи, які призначені для управління безперервним виробництвом, автоматизованими потоковими лініями, комплексними лініями агрегатів і верстатів, верстатами з числовим програмним управлінням (ЧПУ). Останнім часом верстати з ЧПУ об'єднуються в оброблювані модулі і разом з транспортно-нагромаджувальними системами створюють гнучкі виробничі системи (ГВС).

Системи автоматизованого проектування використовуються для проектування деталей і вузлів машин, елементної бази, виробничого і технологічного проектування.

Нагромаджений досвід упровадження і використання автоматизованих систем довів порівняно високу ефективність багатьох із них.

Крім прямого економічного ефекту впровадження галузевих АСУ мало великий вплив на зміну характеру діяльності управлінського персоналу міністерств і відомств. У результаті автоматизації процесів інформаційного обслуговування підвищилась інформованість управлінського персоналу.

Досить ефективні інші автоматизовані системи управління (АСУП, АСУ ТП, САПР).

Розрізняють також такі типи АСК:

- системи організаційного (або адміністративного) керування (АСОК);

- керування технологічними процесами (АСК ТП).

До АСОК входять автоматизовані системи керування підприємством (АСКП), галузеві автоматизовані системи керування (ГАСК) і спеціалізовані автоматизовані системи керування функціональних органів управління господарством. До останніх належать автоматизовані системи планових розрахунків (АСПР), державної статистики (АСДС), керування матеріально-технічним постачанням (АСК МТП), керування науково-технічним процесом (АСК НТП) та інші. Відомі АСУ об'єктів гірничої промисловості, наприклад, збагачувальних фабрик, шахт, кар’єрів, АСК-Нафта, АСК виробничо-господарською діяльністю, АСК-газ, АСК газодобувним підприємством, АСК газотранспортним підприємством, АСК ТП головних споруд, АСК ТП компресорного цеху, АСК ТП компресорної станції, АСК ТП станції підземного зберігання газу, АСК ТП устаткування комплексної підготовки газу, АСК ТП устаткування попередньої обробки газу.

1.5 Автоматизована система керування технічним процесом

АСК ТП — комплекс програмних і технічних засобів, призначений для автоматизації керування технологічним обладнанням на підприємствах. Під АСК ТП зазвичай розуміється комплексне рішення, що забезпечує автоматизацію основних технологічних операцій на виробництві в цілому або якійсь його ділянці, що випускає відносно завершений продукт.

Призначення - автоматизована система, призначена для оптимізації керування технологічними процесами виробництва.

АСК ТП — це людино-машинна система, що забезпечує автоматизований збір інформації з вимірювальних перетворювачів сигналів і її первинну обробку (фільтрування сигналів, лінеаризація характеристик перетворювачів, «офізичення» сигналів, тобто перетворення та візуалізації сигналів у значеннях параметрів у фізичних одиницях вимірювання: °C, Па, В та ін.) для розрахунку, видачі та реалізації керувальних впливів на технологічне обладнання відповідно до прийнятих критеріїв керування.

АСК ТП здійснює реалізацію впливів на об'єкт керування в темпі перебігу технологічного процесу, тобто в реальному часі, при цьому забезпечує керування об'єктом в цілому, а її технічні засоби беруть участь у виробленні рішень з керування. Важливо зробити акцент на слові «автоматизована». Під цим мається на увазі, що система керування аж ніяк не повністю автономна (самостійна), і потрібна участь людини (оператора) для реалізації певних завдань. Зазначеними обставинами АСК ТП якісно відрізняється від традиційних систем автоматичного керування (САК), які представляють технічні засоби для автоматизації дій людини на окремих ділянках технологічного процесу і призначені для роботи без будь-якого контролю з боку людини та повністю автономні. На відміну від цього в АСК ТП реалізується автоматизований процес прийняття рішень з керування технологічним процесом як єдиним цілим, для чого в ній застосовують різне «інтелектуальне» автоматичне обладнання обробки інформації, в першу чергу сучасні багатофункціональні, високопродуктивні промислові комп'ютери.

Структура АСК ТП:

АСК ТП характеризується єдністю і взаємодією трьох основних складових:

а) об'єкта керування — це технологічні процеси з агрегатами, апаратами, установками та ін. із засобами забезпечення матеріальних потоків, що з'єднують все устаткування;

б) технічні засоби — автоматичне обладнання обробки інформації на базі мікропроцесорної техніки;

в) оперативний персонал — оператори-технологи, диспетчери, експлуатаційний персонал.

Класифікація АСК ТП:

Усі АСК ТП діляться на три глобальні класи:

а) SCADA (англ. Supervisory Control And Data Acquisition) — диспетчерське управління і збір даних. Основне призначення системи — контроль і моніторинг об'єктів за участю диспетчера. У вузькому сенсі під терміном «SCADA» розуміють програмний пакет візуалізації технологічного процесу. У широкому розумінні — це клас автоматизованих систем керування технологічним процесом;

б) DCS (англ. Distributed Control System) — розподілена система керування (РСК). Це система керування технологічним процесом, що характеризується побудовою розподіленої системи вводу/виводу та децентралізацією обробки даних. РСК застосовуються переважно для керування неперервними і гібридними технологічними процесами. У першу чергу це стосується процесів, що тривають місяцями і навіть роками, при цьому зупинка процесу, навіть на короткочасний період, може привести до псування продукції, що виготовляється, поломки технологічного устаткування чи нещасних випадків;

в) PLC (англ. Programmable Logic Controller) — програмований логічний контролер (ПЛК). У вузькому розумінні це — апаратний модуль для реалізації алгоритмів автоматизованого керування з використанням логічних операцій, таймерів, і (в деяких моделях) неперервне регулювання відповідно до заданого закону. У широкому розумінні під ПДК розуміється клас систем. Хоча ПЛК може управляти компонентами системи, що використовуються в SCADA і DCS систем, вони часто є основним компонентом у структурах невеликих систем керування у багатьох галузях виробництва.