Парадигма развития науки (стр. 23 )

С учетом задач и функций, выполняемых различными компонен­тами ПО (рис. 20.4), его можно разделить на две группы: системное (общее) и специальное (прикладное).

Рис. 20.4. Схема структурная программного обеспечения АСНИ

К системному программному обеспечению относятся системы программирования (трансляторы, редакторы, стандартные про­граммы) и программы операционной системы, включающие управ­ляющие программы, которые выполняют планирование использования ресурсов и координацию работы отдельных устройств, входя­щих в состав вычислительной системы АСНИ.

Операционная система (ОС) — это программный комплекс, раз­работанный специально для управления ресурсами ЭВМ, автомати­зации разработки прикладных программ и управления процессом их выполнения.

Существуют три основных типа ОС: мультипрограммирования, с разделением времени и реального времени.

Мультипрограммирование — это способ организации работы вычислительной системы, который позволяет нескольким заданиям совместно использовать ее ресурсы. Задание на обработку данных передается ОС из пакета заданий в по­рядке очереди с учетом присвоенного ему приоритета.

Особенностью мультипрограммирования является то, что после того, как какое-либо задание начинает выполняться, оно полностью занимает ЭВМ до тех пор, пока не будет выполнено, либо не будет вынуждено остановиться по ка­кой-то причине. Такой режим использования ЭВМ, называемый обычно пакет­ным, позволяет максимально загружать машину, однако создает трудности в организации единого разветвленного вычислительного процесса, когда в системе должно выполняться несколько заданий.

В ОС с разделением времени все задания выполняются одновременно пу­тем циклического выделения ресурсов машины каждому из заданий. Поскольку этот процесс происходит весьма быстро, у пользователей создается иллюзия их одновременного обслуживания.

В тех случаях, когда обработка данных должна проводиться в реальном масштабе времени прохождения какого-либо процесса, применяются ОС реаль­ного времени.

Специальное программное обеспечение (СПО) предназначено для решения конкретных исследовательских задач. В основе прикладных программ лежат конкретные методы научных дисциплин, исполь-ауемых в ходе исследования, а также методы вычислительной математики и программирования. Состав СПО всегда индивидуа­лен и зависит от исследуемой проблемы, специфики и объема за­дач, решаемых конкретной АСНИ.

Разработка прикладных программ проводится на основе мате­матического обеспечения и является одной из наиболее трудоемких и ответственных задач при создании АСНИ.

В результате разработки ПО, входящего в АСНИ, должна быть оформлена документация, необходимая для разработки, составле­ния и сопровождения программ. Такие документы носят название программных документов. В их состав входят:

- спецификация — состав программ и документация на них;

- текст программ — запись программ на некотором языке про­граммирования с необходимыми комментариями;

- описание программ — сведения о логической структуре и функ­ционировании программ;

- программа и методика испытаний — требования, поэтапная про­верка при испытании программ, а также порядок и методы их кон­троля;

- техническое задание — назначение и область применения про­граммы, технические, технико-экономические и специальные требо­вания, предъявляемые к программе, необходимые стадии и сроки разработки, виды испытаний;

- пояснительная записка — схема алгоритма, общее описание ал­горитма и функционирования программ, а также обоснование при­нятых технических и технико-экономических решений;

- эксплуатационные документы — сведения для обеспечения функ­ционирования и эксплуатации программы.

Техническое обеспечение (ТО). Это совокупность устройств, вы­числительной и организационной техники, предназначенных для выполнения автоматизированного исследования или исследовательского процесса. Это ТО представляет собой физическую интеграцию всех компонентов АСНИ в единое целое, обеспечивающее функциониро­вание АСНИ.

В техническое обеспечение АСНИ входят универсальные ЭВМ, персональные ЭВМ, средства представления и переработки информации, средства дистанционной передачи данных и др.

Минимальный набор технических средств, позволяющий эффек­тивно решать задачи исследования при непосредствен­ном участии человека, называют базовыми конфигурациями АСНИ. Базовые конфигурации АСНИ могут быть одно - и многоуров­невые.

Одноуровневой базовой конфигурацией является автоматизированное рабочее место исследователя (АРМИ).

Технические средства АРМИ состоят из мини ЭВМ (компьютера) с расширенным составом периферийного оборудования. Последовательность действий пользователя АРМИ обусловлена спецификой задач, решаемых в исследуемой области, набором директив и используемых прикладных программ, а также характером требуемой конечной документации (чертежи, таблицы, графики).

Многоуровневые конфигурации АСНИ включают кроме одного или нескольких АРМИ центральную универсальную ЭВМ средней или высокой производительности, связанную с АРМИ средствами передачи данных. Обычно центральная ЭВМ используется для ре­шения сложных исследовательских задач. Вместо нее могут использоваться многопроцессорные вычислительные комплексы или универсальная ЭВМ, соединенная с высокопроизводительными спецпроцессорами, например, логического моделирования.

Организационное обеспечение. Это обеспечение включает в себя положения, инструкции, приказы, штатные расписания и другие документы, регламентирующие организационную структуру подразделений и их взаимосвязь с комплексом средств автоматизирован­ного исследования.

Рассмотрим более подробно такие, важные на наш взгляд для исследователя, виды обеспечений: лингвистическое, информационное и техническое.

21. Лингвистическое обеспечение АСНИ

21.1. Назначение, классификация языков исследования и требование к ним

Лингвистическое обеспечение АСНИ представляет собой совокупность языков исследования, включая термины и определения, правила формализации естественного языка и методы сжатия и развертывания тек­стов, необходимых для выполнения автоматизированного исследования, представленных в заданной форме.

Языки исследования предназначены для представления и преобра­зования описаний в процессе автоматизированного исследования. Основ­ными объектами описаний в АСНИ являются: исследуемые проблемы, задание на исследования, исследовательские процедуры, операции и процессы, результаты исследования и научные рекомендации (начальные, промежуточные, конечные, типовые) и исследовательские документы. Языки исследования являются важнейшей составной частью АСНИ и должны обладать как многи­ми качествами универсальных языков программирования в представле­нии данных и действий над ними, так и достаточными уровнями вырази­тельности, гибкости и проблемной ориентации в построении языковых конструкций, привычных исследователю.

Универсальные алгоритмические языки типа АЛГОЛ, ФОРТРАН, ПЛ/1, Паскаль, Ада, С достаточно эффективно используются для реали­зации АСНИ, так как обладают развитыми возможностями для описания разнообразных алгоритмов, характерными для программного обеспече­ния АСНИ. Однако при их использовании в качестве языков исследования программа, как правило, громоздка и неудобна. Это объясняется, во-первых, необходимостью специальной подготовки в области програм­мирования и, во-вторых, сложностью самих процессов трансляции, гене­рации и отладки программ для управления последовательностью исследовательских процедур и операций в соответствии с заданием на исследование, которое составляется на этих языках.

Альтернативой этому подходу является создание специализирован­ных проблемно-ориентированных языков исследования и трансляторов к ним.

Языки исследования будем классифицировать по следующим основным признакам: месту в процессе автоматизированного исследования; связи с универсальными языками программирования; оперативности; преимущественному способу представления информации.

По месту в процессе автоматизированного исследования будем различать языки входные, внутренние, промежуточные, выходные, сопровождения и управления.

Входные языки предназначены для задания исходной информации об исследуемой проблеме и целях исследования и представляют собой совокупность языков описания исследуемой проблемы (ЯОКП) и языков описания задания (ЯОЗ).

Под описанием исследуемой проблемы понимают описание структуры исследуемой проблемы, ее свойств и характеристик, включая опи­сание взаимодействия между частями исследуемой проблемы и ее взаимодействия с внеш­ней средой, а также описание схемы функционирования исследуемой проблемы. Описа­ние процесса как объекта исследования включает также описание результата процесса и заданных характеристик его выполнения во времени и пространстве.

Для задач анализа и оптимизации с помощью ЯОКП описываются струк­тура и исходные параметры исследуемой проблемы, а для задач структурного синтеза — задание на исследование и, возможно, исходный вариант исследуемой проблемы или ее ана­лога. Для описания процессов используются специальные классы про­цедурных языков — языки моделирования.

Язык ЯОЗ предназначен для идентификации заданий, описания их характеристик и указания последовательности выполнения исследовательских процедур на ЭВМ.

Внутренние и промежуточные языки предназначены для представле­ния информации на определенных стадиях ее обработки в ЭВМ. Появле­ние этих языков объясняется выделением в АСНИ некоторых подсистем (например, графического ввода, графического документирования, архива, чертежей и т. п.), инвариантных к классам исследуемых проблем, и необходимостью унификации представления входных или (и) выходных данных для этих подсистем.

Промежуточные языки позволяют легко включать инвариантные под­системы в различные АСНИ путем разработки специальных программ, называемых конверторами, которые выполняют преобразование данных из входных языков различных систем в единый унифицированный проме­жуточный язык определенной инвариантной подсистемы. Или, наоборот, промежуточный язык может быть преобразован во входной язык какой-либо другой специализированной подсистемы.