Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
10. Организация вычислительного процесса
Процесс обработки предназначен для реализации с помощью ЭВМ функциональных задач той системы, в которой ведется управление.
Процесс обработки может быть разбит на ряд связанных между собой процедур: организацию вычислительного процесса (ОВП), преобразование данных и отображение данных
ПРОЦЕДУРЫ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
Процедура ОВП имеет различную функциональную сложность в зависимости от класса и количества реализуемых задач, режимов обработки данных, топологии системы обработки данных.
В наиболее полном объеме функции организации вычислительного процесса реализуются при обработке данных на больших универсальных машинах (мэйнфреймах), которые, как правило, работают в многопользовательском режиме и обладают большими ресурсами по памяти и производительности.
При обработке данных в зависимости от конкретного применения информационной технологии и решаемых задач различают три основных режима: пакетный, реального времени, разделения времени. При пакетном режиме обработки задания накапливаются на дисковой памяти ЭВМ образуя «пакет». Обработка заданий осуществляется в виде их непрерывного потока. Размещённые на диске задания образуют входную очередь, из которой они выбираются автоматически, последовательно или по установленным приоритетам. Используется для мультипроцессорных систем.
Режим разделения времени реализуется путем выделения определенных интервалов времени, называемых квантами. В течение одного кванта обрабатывается одно задание, затем выполнение первого задания приостанавливается с запоминанием полученных промежуточных результатов и номера следующего шага программы, и в следующий квант обрабатывается второе задание. Режим реального времени используется при обработке данных в информационных технологиях, предназначенных для управления физическими процессами, и в персональных компьютерах. В этом режиме данные обрабатываются по мере поступления.
Эффективность обслуживания задач зависит от среднего времени обслуживания,поэтому в вычислительной системе требуется минимизировать время обработки поступивших в систему заданий.
При решении задачи ЭВМ использует различные свои ресурсы (объемы оперативной и внешней памяти, время работы процессора, время обращения к внешним устройствам (внешняя память, устройства отображения). Естественно, что эти ресурсы ограничены. Поэтому и требуется определить наилучшую последовательность решения поступивших на обработку вычислительных задач. Такой процесс называется планированием.
Под организацией вычислительного процесса (ОВП) понимается управление ресурсами компьютера (памятью, процессором, внешними устройствами) при решении задач обработки данных.
На программно-аппаратном уровне эти функции выполняют специальные управляющие программы, являющиеся составной частью операционных системВ наиболее простой ВС, такой как персональный компьютер (ПК), не требуется управление очередями заданий и планирование вычислительных работ. В ПК применяют, в основном однопрограммный режим работы.
Но в более мощных ЭВМ, таких как серверы и, особенно, мэйнфреймы, подобные управляющие программы оказывают решающее влияние на работоспособность и надежность ВС. Для планирования последовательности решения задач используются специальные алгоритмы.
11. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ДАННЫХ.
Программа преобразования данных поступает в оперативную память ЭВМ и начинает исполняться после предварительной обработки управляющими программами процедуры ОВП.
Процедура преобразования состоит в том, что ЭВМ выполняет типовые операции над структурами и значениями данных в количестве и последовательности, заданными алгоритмом решения задачи, который на физическом уровне реализуется последовательным набором машинных команд (машинной программой).
На логическом уровне преобразования данных выглядит как программа, составленная алгоритмическом языке программирования.
Управление процедурой преобразования данных осуществляется с помощью операционной системы.
Если решается автономная задача, то никакого дополнительного управления процедурой преобразования не требуется.
Если решается комплекс функциональных задач, то необходимо оптимизировать процедуру преобразования данных, либо по критерию минимизации времени обработки, либо по критерию минимизации объёмов затраченных вычислительных ресурсов.
Процедура преобразования данных на физическом уровне осуществляется с помощью вычислительных машин различных классов. В настоящее время при создании информационных технологий применяются три основных класса ЭВМ:на верхнем уровне -большие универсальные ЭВМ (по зарубежной классификации - мэйнфреймы), способные накапливать и обрабатывать громадные объемы информации и используемые как главные ЭВМ; на среднем – абонентские вычислительные машины (серверы); на нижнем уровне - персональные компьютеры.
12.АЛГОРИТМЫ ПЛАНИРОВАНИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ РЕШЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ЗАДАЧ
Алгоритм SPT.В случае, когда времена решения задач известны, минимальное среднее время обслуживания заявок дает алгоритм SPT (Shortest-processing-task-first), (самая короткая задача обрабатывается первой).
Алгоритм RR. Для обслуживания отдельной заявки отводится постоянный квант времени q, достаточный для выполнения нескольких тысяч операций. Если работа была выполнена за время q, она покидает систему. В противном случае она вновь поступает в конец очереди и ожидает предоставления ей обслуживания.
Алгоритм Макнотона. Рассчитывается оптимальное среднее время обработки всех задач, и, если обработка задачи длиннее среднего времени, то ее обработку прерывают и перебрасывают на другой процессор и т.д. , в среднем ни один процессор не простаивает.
Алгоритм LPT (longest-processing task first) - самая длинная задача решается первой). Суть этого алгоритма заключается в назначении задач в порядке убывания времени решения на освобождающиеся процессоры.
13. ОТОБРАЖЕНИЕ ДАННЫХ
Цель процедуры отображения данных - как можно лучше представить информацию для визуального наблюдения.
В мультимедийных системах в настоящее время используются аудио-, видео- отображение данных. Однако при управлении предприятием наиболее важным является отображение данных в текстовой или графической форме.Основные устройства, воспроизводящие текст или графические фигуры – это дисплеи и принтеры. Чтобы получить изображение на экране дисплея (или на бумаге с помощью принтера) данные должны быть соответствующим образом преобразованы, затем адаптированы (согласованы) с параметрами дисплея, и наконец, воспроизведены.
Согласование операций процедуры отображения производится с помощью управляющей процедуры ОВП.
Отображение информации на экране дисплея (или на бумаге принтера) в виде графических объектов (графиков геометрических фигур изображений и т.д.) носит название компьютерной (машинной) графики, начало которой было положено в 1951 г инженером МТИ (Массачусетского технологического института) Джеем У. Форрестом.
На логическом уровне процедура отображения использует законы аналитической геометрии, разработанные французским философом и математиком Рене Декартом в XVII веке, согласно которой положение любой точки на плоскости (а экран дисплея – это плоскость) задаётся парой чисел – координатам.
Пользуясь декартовой системой координат любое плоское изображение можно свести к списку координат, составляющих его точек, и наоборот. Основой математических моделей компьютерной графики явл. аффинные преобразования и сплайн-функции.
На физическом уровне отображение производится в основном с помощью компьютерных дисплеев. При необходимости получения «твердой копии» используются принтеры и плоттеры.
Информационный процесс обработки данных на физическом уровне представляется аппаратно-программным комплексом включающим, ЭВМ и программное обеспечение реализующее модели организации вычислительного процесса, преобразования и отображения данных.
В зависимости от сложности и функций информационной технологии аппаратно-программный комплекс обработки данных строится на базе или одного персонального компьютера, или на базе специализированной рабочей станции, или на мейнфрейме, или на суперЭВМ, или на многомашинной вычислительной системе.
14.Назначение процесса накопления данных состоит в создании, хранении и поддержании в актуальном состоянии информационного фонда, необходимого для выполнения функциональных задач системы управления, для которой применяется ИТ.
Состав процедур процесса накопления данных
Накопление данных:1-выбор хранимых данных;2-хранене;3-актуализация;4-извлечение.
Информационный фонд систем управления должен формироваться на основе принципов необходимой полноты и минимальной избыточности хранимой информации.
Эти принципы реализуются процедурой выбора хранимых данных, в процессе выполнения которой производится анализ циркулирующих в системе данных и на основе их группировки на входные, промежуточные и выходные, определяется состав хранимых данных.
Входные данные - это данные, получаемые из первичной информации и создающие информационный образ предметной области.
Промежуточные данные - это данные, формирующиеся из других данных при алгоритмических преобразованиях. Как правило, они не хранятся, но накладывают ограничения на емкость оперативной памяти компьютера.
Выходные данные являются результатом обработки первичных (входных) данных по соответствующей модели, входят в состав управляющего информационного потока своего уровня и подлежат хранению в определенном временном интервале.
Структурная схема жизненного цикла существования данных
Процедуры хранения, актуализации и извлечения данных должны периодически сопровождаться оценкой необходимости их хранения, так как данные подвержены старению. Устаревшие данные должны быть удалены.
Процедура хранения состоит в том, чтобы сформировать и поддерживать структуру хранения данных в памяти ЭВМ.
Современные структуры хранения данных должны быть независимы от программ, использующих эти данные и реализовывать вышеуказанные принципы (полнота и минимальная избыточность). Такие структуры получили название баз данных (БД).
Осуществление процедур создания структуры хранения (базы данных), актуализация, извлечение и удаление данных производится с помощью специальных программ, называемых системами управления базами данных (СУБД).
Процедура актуализации данных позволяет изменить значения данных, записанных в базе, либо дополнить определенный раздел, группу данных. Устаревшие данные могут быть удалены с помощью соответствующей операции.
Процедура извлечения данных необходима для пересылки из базы данных требующихся данных либо для преобразования, либо для отображения, либо для передачи по вычислительной сети.
При выполнении процедур актуализации и извлечения обязательно выполняются операции поиска данных по заданным признакам и их сортировки, состоящие в изменении порядка расположения данных при хранении или извлечении.
15. Выбор хранимых данных.
Информационный фонд системы управления должен обеспечивать получение выходных данных из входных с помощью алгоритмов обработки и корректировки данных.
Сначала создается инфологическая (концептуальная) модель предметной области - описание предметной области без ориентации на используемые в дальнейшем программные и технические средства.
Однако, для построения информационной базы инфологической модели не достаточно. Необходимо провести анализ информационных потоков в системе с целью установления связи между элементами данных, их группировки в наборы входных, промежуточных и выходных элементов данных, исключения избыточных связей и элементов данных.
Получаемая в результате такого анализа безызбыточная структура носит название канонической структуры информационной базы.
Выделение наборов элементов данных по уровням позволяет объединить множество значений конечных элементов в логические записи и тем самым упорядочить их в памяти ЭВМ.
От канонической структуры переходят к логической структуре информационной базы, а затем - к физической организации информационных массивов.
Процедуры хранения, актуализации и извлечения данных непосредственно связаны с базами данных, поэтому логический уровень этих процедур определяется моделями баз данных.
16.База данных.
База данных (БД) определяется как совокупность взаимосвязанных данных, характеризующихся: возможностью использования для большого количества приложений; возможностью быстрого получения и модификации необходимой информации; минимальной избыточностью информации;
независимостью от прикладных программ; общим управляемым способом поиска.Независимость данных и использующих их программ является основным свойством баз данных. Независимость данных подразумевает, что изменение данных не приводит к изменению прикладных программ и наоборот.Модели баз данных базируются на современном подходе к обработке информации, состоящем в том, что структуры данных обладают относительной устойчивостью.
Взаимосвязи между элементами могут быть следующих видов:
„один к одному“, когда одна запись может быть связана только с одной записью;
„один ко многим“, когда одна запись взаимосвязана со многими другими;
„многие ко многим“, когда одна и та же запись может входить в отношения со многими другими записями в различных вариантах.
Применение того или иного вида взаимосвязей определило три основных модели баз данных:
П1
П2
П3
R1 (поставщики)
Т3
Т1
Т2
R2 (товары)
П1
Т1
П1
Т2
П1
Т3
П2
Т1
П2
Т3
П3
Т2
П3
Т3
R3 (поставка товаров)
Например необходимо разработать логическую структуру БД для хранения данных о трёх поставщиках - П1, П2, П3, которые могут поставлять товары - Т1, Т2, Т3 в следующих комбинациях:Поставщик П1 все три вида товара (Т1,Т2,Т3).Поставщик П2 – товары Т1 и Т3.Поставщик П3 – товары Т2 и Т3.
Сначала построим логическую модель БД, основанную на
иерархическом подходе. Иерархическая модель представляется
в виде древовидного графа, в котором
объекты выделяются по уровням соподчиненности (иерархии) объектов.
Рисунок-реляционная бд------------------------------------------------------------------------------
Для поиска необходимой записи нужно двигаться от корня к листьям, т.е.
сверху вниз, что значительно упрощает доступ. Недостатки: длительный
поиск от корня, после каждого поиска нужно снова возвращаться
в корень, по горизонтали нет связей.
В иерархической модели используется вид связи между элементами данных „один ко многим“.
Сетевая модель баз данных (СМД) также основана на графическом способе, но допускает усложнение «дерева» без ограничения количества связей, входящих в вершину. Это позволяет строить сложные поисковые структуры. Связь вида „многие ко многим“.
Сетевая модель БД хороша для небольших баз, в больших можно запутаться. Трудности заключаются также в отладке таких баз данных.
17.Реляционная модель баз данных (РМД) реализует табличный способ.
В реляционной модели базы данных взаимосвязи между элементами данных представляются в виде двумерных таблиц, называемых отношениями. Отношения обладают следующими свойствами: каждый элемент таблицы представляет собой один элемент данных (повторяющиеся группы отсутствуют);
элементы столбца имеют одинаковую природу, и столбцам однозначно присвоены имена;
в таблице нет двух одинаковых строк;
строки и столбцы могут просматриваться в любом порядке вне зависимости от их информационного содержания. Преимущества реляционной модели баз данных: Простота логической модели;
Гибкость системы защиты (для каждого отношения может быть задана правомерность доступа) ;
Независимость данных;
Возможность построения простого языка манипулирования данными с помощью математически строгой теории реляционной алгебры (алгебры отношений).
Математическим термином для обозначения таблицы является „отношение“ (relation) и реляционные системы берут свое начало в математической теории отношений. Основы реляционной модели данных были первоначально сформулированы доктором Э.Ф. Коддом из фирмы IBM, и опубликованы в 1970 году. С тех пор эти идеи оказали широкое влияние на технологию баз данных во всех её аспектах, а так же и на другие области информационных технологий (например, искусственный интеллект и обработку текстов на естественных языках).
При работе с реляционными моделями используется как математическая терминология, так и терминология исторически принятая в сфере обработки данных. При работе с реляционными моделями используется как математическая терминология, так и терминология исторически принятая в сфере обработки данных.
Реляционная модель БД имеет дело с тремя аспектами данных: со структурой данных, с целостностью данных и с манипулированием данными. Под структурой понимается логическая организация данных в БД, под целостностью данных понимают безошибочность и точность информации, хранящейся в БД, под манипулированием данными - действия, совершаемые над данными в БД. Эти три аспекта отражают и основные процедуры процесса накопления данных.
Структура базы данных определяет методы занесения данных и хранения их в базе.
Манипулирование реляционными данными
Виды действий (манипуляций) над данными в реляционной модели представляют собой множество операций, получивших в совокупности название реляционной алгебры.
Эдгар Ф. Тэд Кодд, математик, выпускник Оксфордского университета, занимаясь исследования в области ЭВМ, в 1970-м разработал понятие реляционной базы данных и определил 8 операций. Объединённых в две группы, по 4 операции в каждой.
Виды действий (манипуляций) над данными в реляционной модели представляют собой множество операций, получивших в совокупности название реляционной алгебры.
Эдгар Ф. Тэд Кодд, математик, выпускник Оксфордского университета, занимаясь исследования в области ЭВМ, в 1970-м разработал понятие реляционной базы данных и определил 8 операций. Объединённых в две группы, по 4 операции в каждой.
Первая группа - традиционные теоретико-множественные операции.
В каждой из этих операций используется два операнда (отношения-таблицы).
Для всех операций, кроме декартова произведения, эти два операнда должны быть одной степени (иметь одинаковое количество столбцов), и их атрибуты должны быть связаны с одним и тем же доменом. Доменом называют множество подобных значений одного и того же типа.