Учебно-методический комплекс по дисциплине “Моделирование процессов бурения ” (стр. 7 )

Оптимизационная модель в общих чертах разрабатывается при бурении первой скважины. В ходе бурения специально осуществляется варьирование (периодическое изменение) факторов технологии, с целью установления влияния этих изменений на принятый критерий оптимизации в лучшую или в худшую сторону. На этой основе программа разрабатывает и фиксирует в памяти компьютера уравнения статистических зависимостей. Последние и представляют собой адаптивную оптимизационную модель. При бурении следующих скважин начальная модель корректируется с учетом изменяющихся условий (породы, глубины, диаметры скважины и т. д.)

Подобные модели могут иметь своим критерием и такой параметр, как безаварийность. В этом случае собранный в ходе предварительного бурения материал в дальнейшем используется для своевременного распознавания возникающих опасных ситуаций (совокупность признаков которых уже зафиксирована в памяти компьютера). Немедленно после распознавания опасности аварий компьютер подает сигнал на автоматическое управляющее устройство которое принимает необходимые меры (от корректировки режима бурения или закрытия превенторов до извлечения бурового инструмента из скважины). Таким образом авария предотвращается и экономятся средства (часто очень большие) на ее ликвидацию.

Внедрение компьютерных моделей обеспечило резкое повышение качества результатов работы целых отраслей. Известно, что скачкообразно возросла сбываемость метеорологических прогнозов. Их разработка требует выполнения многочисленных вычислений и в случае, когда из-за дефицита времени (например при частой сменные погоды) такие вычисления выполнялись счетным персоналом не в полном объеме, прогнозы оказывались ошибочными, что наносило ущерб всему народному хозяйству. По этой причине бюро метеорологические прогнозов были в числе первых организаций, где в СССР еще в начале 50-х годов прошлого века начали внедряться компьютеры.

Рекомендуемая литература: Осн. 4 с. 10-17

Контрольные вопросы

1 Что представляет собой компьютерная модель?

2 Пользовательские и машинные языки программирования. Различия

3 Что такое операционная система?

4 Что такое транслятор?

5 Что дает быстродействие компьютерной модели

6 Что дает точность компьютерной модели?

7 Что такое оператор цикла и для чего он используется?

8 Адаптивная оптимизационная управляющая модель. Применение в

бурении

ЛЕКЦИЯ 5. Общие сведения о компьютере

Компьютер – это устройство для переработки информации по заданной программе (рис. 5.1) Для своей работы компьютер нуждается во входной информации в виде цифр, букв или линий (буквы и линии, попадая в компьютер, также преобразуются в цифры). В компьютере в соответствии с заданной моделью (пользовательской программой) входная информация перерабатывается с целью получить уже другую информацию, а именно, ту которая представляет решение поставленной проблемы

Рис. 5.1 Сущность компьютера

1 – входная информация; 2 – компьютер с программой; 3 – выходная информация

Входная информация представляет собой “сырье”, а выходная – конечный продукт. С этой точки зрения компьютер может быть представлен в виде – мясорубки. На вход подается сырье – мясо, на выходе имеем фарш, потребный для изготовления котлет. В зависимости от вида сырья и способа его переработки меняются ножи мясорубки (они как бы задают ту или иную “программу” переработки сырья).

Данная примитивная модель компьютера помогает понять тот важный факт, что качество конечного продукта зависит не только от его переработки, но и от качества сырья. Если качество мяса низко, то как бы хорошо оно ни было переработано, фарш все-таки будет опасен для употребления. Аналогично: несмотря на высочайшую точность вычислений (переработки), точность конечного результата будет неудовлетворительной, если низка точность исходных данных (чисел, характеризующих входные параметры). Компьютер может лишь не ухудшить точность результата, в основном зависящего от точности исходных данных, которые необходимо тщательно проверять.

Общая структура компьютера показана на рис 5.2 . Входная информация подается через устройство ввода УВ. У современного компьютера это, как правило, клавиатура. В прошлом для этой цели использовались печатающая машинка (типа “Консул”), перфолента или набор перфокарт с соответствующими загрузочными устройствами.

Информация с клавиатуры попадает в монитор (указано стрелкой), включающий обладающее относительно малой памятью буферное запоминающее устройство БЗУ, а также экран (дисплей). Выведенная на экран информация дает возможность проконтролировать правильность ввода. Если введены неправильные данные, то они удаляются из буферной памяти нажатием клавиши “delete” (вычеркнуть). Если же данные верны, то с помощью курсора проводят операцию “сохранить”, тем самым направляя входную информацию в оперативное запоминающее устройство ОЗУ. Оперативная память у современных компьютеров огромна (до триллиона “машинных слов” – байтов). В ОЗУ информация может храниться неопределенно долго, пока по каким-то причинам не возникает необходимость ее удалить.

Входная информация подразделяется на пользовательскую программу (компьютерную модель) и данные, которые с ее помощью перерабатываются. Если требуется запустить процесс переработки данных, то подают команду RUN и тогда и программа и данные поступают в АЛУ (процессор). Результаты обработки возвращаются в ОЗУ и далее подаются на УВЫВ –устройство вывода (принтер, экран).

Рис. 5.2 – основные блоки компьютера и их взаимодействие

УВ – устройство ввода; УВЫВ – устройство вывода; БЗУ – буферное запоминающее устройство; ОЗУ –оперативное запоминающее устройство; ВЗУ – внешнее запоминающее устройство; АЛУ– арифметическое и логическое устройство; УУ– устройство управления

Кроме упомянутого устройства ввода, информация для обработки может еще поступать с внешних запоминающих устройств ВЗУ (дисков различного типа), через специальные дисководы. На ВЗУ могут также быть выведены результаты обработки (вычислений). К ВЗУ можно отнести и ИНТЕРНЕТ. Весь описанный путь обрабатываемых данных на схеме показан сплошными линиями.

В компьютере имеется устройство управления УУ. Это программа, образующая операционную систему, которая, как и пользовательская программа, размещается в ОЗУ (но на рис. 5.2 для удобства рассмотрения. вынесена в отдельный блок). От всех блоков УУ получает сигналы, информирующие о состоянии этих блоков на каждый такт тактовой частоты компьютера. Соответственно ко всем блокам от УУ поступают команды, обеспечивающие согласованную работу. Команды УУ (в отличие всех прочих связей) изображены на схеме пунктирными линиями.

Компьютеры в их теперешнем понимании появились сразу после второй мировой войны, однако их прототипы известны задолго до этого времени.

Человечество с давних пор использовало различные приспособления, облегчающие счет. В первобытные временя это были собственные пальцы (по 5 на каждой руке и ноге), потом для этой цели стали использовать наборы камешков и палочек. Позднее появились счеты, которые представляли настолько значительный прорыв в “вычислительной технике”, что просуществовав много столетий, сохранились кое-где еще и сейчас.

Знаменитый французский физик Паскаль является создателем первого арифмометра (1641 г). Этот арифмометр усовершенствовал другой крупнейший ученый Лейбниц (1673). В начале 19 века улучшением арифмометра занимался и русский математик Чебышев. В наше время потомком арифмометра Паскаля можно считать широко применяемый калькулятор.

Первое устройство, сходное с современным компьютером по цели (автоматические вычисления по заданной программе) и обладающее многими из наиболее характерных черт появилось еще в 1833 г. Его автором был англичанин Бэббидж. “Компьютер” Бэббиджа состоял целиком из механических элементов (зубчатых шестерен, кулачков, толкателей, рычагов и т. п.) и занимал большую комнату. В своем составе этот компьютер имел память (называвшуюся складом), которая могла содержать до 100 чисел. Для обработки числовой информации имелся аналог современного процессора, называвшийся “фабрикой”. Процессор мог работать со скоростью 1 вычислительная операция в мин. Программу вычислений задавало устройство управления – “контора”. Успешную работу своего изобретения Бэббидж демонстрировал английскому двору. Ему было решено выделить средства для строительства более мощного устройства, работы были начаты но довести их до конца не удалось. Изобретение было забыто.

Работы, приведшие к созданию компьютера в современном понимании, начались в США во время войны, с целью повышения эффективности борьбы с вражескими подлодками. В 1941 г под руководством инженера Цузе был построен предшественник компьютеров – машина Марк I (см. табл. 5.1 – нулевое поколение). Машина включала 2600 электро-механических реле, замыкавших и размыкавших питающую линию и тем передававших двоичные числа. Так-как механические реле обладают инерционной массой и на них действует трение, то время каждой операции было довольно продолжительным. Тем не менее машина сыграла существенную роль в повышении эффективности военных действий и стало ясно, что работы по ее совершенствованию должны быть продолжены.

Уже после войны пришла идея использовать в вычислительной машине электронные реле, созданные на основе давно применявшихся в радио электронных ламп. Такие реле не имеют обладающих массой элементов, сила трения на них не действует, а скорость электронов приближается к скорости света. Так в 1946 г под руководством Дж. Эккерта был создан первый настоящий компьютер (компьютер первого поколения), основанный на электронике. Он носил название Эниак. Из таблицы видно, что по сравнению с Марк I быстродействие удалось повысить более, чем в 10000 раз. Уже в 1950 г подобный компьютер под маркой МЭСМ (малая электронная счетная машина) появился и в СССР и стал применяться в Минобороны и в некоторых других отраслях.

Таблица 5.1 Поколения компьютеров

	Поколения
0	1	2	3	4
Начало эксплуатации, год	1941	1946	1955	1965	1975
Материальная основа	Механо- электри-ческие. реле	Элект-ронные лампы	Тран- зисторы	Интег- ральные схемы	Большие интег-ральные схемы
Объем оперативной памяти, байт	2000	5000	2 х 10	2 х 10	10
Быстродействие, операций/с	0.2	5000	2 х 10	2 х 10	10
Тип программирования	Ручное	Автоматическое
Мощность, квт	100	150	10	2	1
Занимаемая площадь, м	100	1500	50	20	До 1
Представители	Марк I	Эниак	БЭСМ	ЕС - ЭВМ	IBM-PC

Однако эффективность компьютеров 1-го поколения резко снижала малая надежность в работе. Электронные лампы (как и осветительные) имеют способность перегорать и при огромном их количестве (несколько тысяч) в среднем от перегорания одной лампы до перегорания следующей компьютер мог работать лишь короткое время. Компьютер 1-го поколения находился в ремонте дольше, чем в работе.