На главную Написать сообщение Поиск по сайту Новости публикаций Плакаты и знаки по охране труда и БЖД Видео по охране труда и технике безопасности Зарубежные средства индивидуальной защиты Юридическая консультация онлайн
В начало разделаМикробиология и биотехнологии → Автоматизация биотехнологических исследований

Работа ЭВМ в режиме разделения времени


Работа ЭВМ в режиме разделения времени заключается в систематическом, последовательном опрашивании всех каналов, записи информации обратившихся абонентов и обслуживании их в той же последовательности (либо с приоритетом). Как и мультипрограммная ЭВМ, вычислительная машина с разделением времени обрабатывает программы последовательно, но время на обработку каждой программы отводится ограниченное (несколько секунд).


Простые задачи решаются сразу, а программы, требующие большего машинного времени, оставшись незаконченными, отстраняются от счета и становятся в конец очереди, их решение продолжается по достижении очереди. Однако при работе даже на мини-ЭВМ с количеством терминалов на одну вычислительную машину, достигающим 15, создается впечатление одновременной обработки всех программ. ЭВМ с разделением времени может работать и в мультипрограммном режиме, если она не загружена работой по запросам абонентов.


Таким образом, современные ЭВМ характеризуются следующими признаками: мультипрограммной обработкой; режимом разделения времени; диалоговым режимом; развитой системой прерывания; использованием таймера и др.


Такие машины сложны по устройству, могут иметь разветвленные сети терминалов и по своей функциональной структуре причисляются к сложным вычислительным системам. В настоящее время ЭВМ третьего поколения применяются во всех областях народного хозяйства. Проектирование этих вычислительных машин осуществляется в рамках международного сотрудничества стран СЭВ в виде серий больших (ЕС ЭВМ), малых (СМ ЭВМ) и микро-ЭВМ при стандартизации систем элементов, блоков и устройств.


Объединение нескольких ЭВМ позволяет создать многопроцессорные вычислительные комплексы, на базе которых строится вычислительная сеть, обеспечивающая работу в режиме разделения времени.


Существенные изменения претерпевает программирование для таких многопроцессорных ЭВМ, входные языки предоставляют возможности для описания сложных структур данных, для параллельной обработки информации. Создаются ЭВМ с нетрадиционной структурой и схемой работы: потоковые ЭВМ, однородные вычислительные среды ЭВМ с программно-перестраиваемой структурой.


Появляется новая технология использования вычислительной техники: ЭВМ стали объединять в комплексы и сети. Вычислительный комплекс — объединение нескольких территориально близко расположенных одинаковых (однородный) или разных (неоднородный) ЭВМ. Вычислительные комплексы и отдельные вычислительные машины объединяются в более крупные системы — сети ЭВМ, охватывающие машины, отстоящие на тысячи километров и связанные высокоскоростными линиями связи.


Создание систем и сетей ЭВМ является важным шагом в решении давно назревшей проблемы — повышения интеллектуальных возможностей компьютера. Именно в этом, а не в каких-либо особых конструктивных преимуществах по сравнению с современными вычислительными машинами и состоит идея компьютеров пятого поколения.


Академик В. М. Глушков писал, что в истории развития управления экономикой человечество столкнулось с двумя информационными барьерами. Первый возник при переходе от ремесла к крупному промышленному производству, он был преодолен разделением задач управления, планирования и корректирования. Второй барьер создала научно-техническая революция, когда стремительно, скачком, увеличилось число производимых устройств и аппаратов, новых и новейших технологических процессов и материалов.


Преодолеть этот информационный кризис можно, лишь широко используя вычислительную технику в планировании и управлении, а также в исследованиях и разработках; другими словами, если снабдить всех конечных пользователей компьютерами разного класса, объединенными в соответствующие сети. Но для этого нужно решить проблему общения с вычислительными машинами людей, не обученных программированию, — необходима новая информационная технология.


Появление автоматизированных баз знаний и систем управления базами знаний (СУБЗ), сводящих воедино данные, полученные не только в смежных, но и в далеких друг от друга областях науки и техники, имеет значение не меньшее, если не большее, чем появление книгопечатания. Ведь информация, хранимая в них, — это не просто конкретные факты, формулы, теоремы и т. п. (сведения, внутренне не связанные, интерпретированные, структурированные).


Создать такие базы знаний не просто — их надо уметь пополнять, обобщать хранимую в них информацию, заботиться о ее полноте и непротиворечивости и рассматривать еще много других задач, разрешимых лишь в совместных междисциплинарных исследованиях, в которых вместе со специалистами по искусственному интеллекту участвуют психологи, занимающиеся когнитивными (познающими, связанными с процессом познания) структурами в памяти человека, т. е. присущими ему способами запоминания, извлечения из памяти, группирования различных сведений и т. д.


В нашу жизнь все шире входят три вида систем нового типа: интеллектуальные информационно-поисковые, экспертные и расчетно-логические. Самые распространенные из них сегодня — это экспертные системы. Их задача — накапливать опыт специалистов, работающих в плохо формализуемых областях, таких, как биология, медицина и т. п. Конкретная экспертная система, ориентированная на жестко фиксированную проблемную область, — это автоматизированный справочник, советчик для специалиста. Экспертные системы обладают одним качественно новым и весьма психологически важным свойством — в них есть специальная схема объяснения, ее задача — разъяснить пользователю-специалисту те основания, на которых строится выдаваемая рекомендация.


В существующих системах ЭВМ для автоматизации научных исследований и разработок новой техники и технологических процессов между компьютером и конечным пользователем существует ряд посредников. Общая схема «специалист-пользователь — аналитик — прикладной программист» реализуется следующим образом. Конечный пользователь-специалист на основе своих биотехнологических знаний и опыта разрабатывает новый процесс, определяет необходимый набор агрегатов и способы объединения их в систему.


Аналитик, используя свои знания в области прикладной математики и изучив досконально предметную область, разрабатывает математические модели процесса и технологической системы и формулирует на языке математики задачи, которые необходимо решить с помощью ЭВМ. Деятельность аналитика — это не что иное, как переформулирование описания процесса и технической системы на предметном (биотехнологическом) уровне в их описание на математическом языке.


Далее, программист, получив задание от математика, используя свои специальные знания, вникает в суть математических моделей и задач и тем самым переформулирует проблему с математического уровня на программный. Затем программы вводятся в ЭВМ, где осуществляется автоматический перевод с языков высокого уровня в коды машины. Это единственная автоматическая трансляция из всех трех, и поэтому подготовка вариантных расчетов нового процесса крайне задерживается.


Если теперь обратиться к решению проблемы разработки нового биотехнологического процесса в целом, то нельзя не заметить крайне замедленную реакцию нашей системы проектирования на вмешательство человека, а оно неизбежно при любых исследованиях и разработках, так как какие-то поправки всегда необходимы. Конечная цель создания новой информационной технологии — это автоматизация перевода с предметного уровня на математический и с математического на программный. Становление такой технологии проектирования происходит в несколько этапов, отмеченных крупными качественными скачками принципиального характера и постепенным вытеснением посредников между ЭВМ и конечным пользователем.


Первый этап — это появление баз знаний вместе с системами управления, или СУБЗ. Отладка программ ускоряется при этом буквально в сотни раз, а это самый утомительный процесс. Расчеты биотехнологических систем протекают теперь следующим образом. На основе общих требований к системе рассчитываются на ЭВМ отдельные ее части (сам процесс, технические агрегаты), которые могут просчитывать разные исследователи (пользователи), затем они согласуются между собой, и с помощью грубых моделей определяются свойства сгенерированной системы. Если же характеристики ее оказываются неудовлетворительными, отдельные агрегаты вновь пересчитываются и процесс согласования повторяется, пока не будет получен приемлемый результат.


Осталось неавтоматизированным согласование между собой расчетов отдельных агрегатов. Нельзя ли объединить программы расчета составных частей биотехнологической системы на общей информационной основе — общей базе данных? Это второй качественный скачок, когда системное объединение отдельных прикладных программ привело к пакетам прикладных программ. Пакеты бывают двух видов: либо они ориентированы на методы решения, либо на некоторую проблемную область. Пакеты второго типа — проблемно-ориентированные — часто используются в системах проектирования и именуются САПР — система автоматизированного проектирования.


Третий качественный скачок в автоматизации проектирования состоит в том, чтобы избавиться от программиста, при этом развиваются два дополняющие друг друга направления:

  1. упрощается и формализуется язык человека, приближаясь к языку ЭВМ; тогда удается построить средства общения, пользоваться которыми без труда могут и непрофессиональные программисты;
  2. язык ЭВМ приближается к естественному; это более фундаментальное решение проблемы общения, характеризующей ЭВМ пятого поколения.


Средства общения ЭВМ этого второго направления по праву называются «интеллектуальными», поскольку они формируются из программно-аппаратных средств искусственного интеллекта, т. е. из тех программ, которые закладываются в базы знаний ЭВМ, и тех технических устройств (например, ввода и вывода информации с помощью подключенных к компьютеру голосового синтезатора и звукового приемника), которые начали создаваться. В результате мир компьютера объединяется с миром конечного пользователя и тем самым мы действительно переходим к новой информационной технологии.