Зазначимо те що - що у сучасних розвинених інформаційних системах машинна обробка інформації передбачає послідовно-паралельне у часі рішення обчислювальних завдань. Це можливо за наявності певної організації обчислювального процесу. Обчислювальна задача, що формується джерелом обчислювальних завдань (ШВЗ), при необхідності рішення звертається із запитами до обчислювальної системи. Організація обчислювального процесу передбачає визначення послідовності вирішення завдань та реалізацію обчислень. Послідовність рішення задається, з їх інформаційної взаємозв'язку, тобто. коли результати вирішення однієї задачі можуть бути використані як вихідні дані для вирішення іншого. Процес вирішення визначається прийнятим обчислювальним алгоритмом. Обчислювальні алгоритми повинні об'єднуватися в основі з необхідною технологічною послідовністю вирішення завдань у обчислювальний граф системи обробки інформації. Тому в обчислювальній системі можна виділити систему диспетчування (СД), яка визначає організацію обчислювального процесу, та ЕОМ (можливо і не одну), що забезпечує обробку інформації.

Варто сказати, що кожна обчислювальна задача, що надходить в обчислювальну систему, може бути розглянута як незначна заявка на обслуговування. Послідовність обчислювальних завдань у часі створює поток заявок. У зв'язку з вимогами на організацію обчислювального процесу можливе перерозподіл завдань, що надходять на основі прийнятої схеми диспетчування. Тому в структурі обчислювальної системи повинні бути передбачені специфічні накопичувачі та пристрої диспетчування, які забезпечують реалізацію оптимальної організації обчислювального процесу.

На рис. 4.3 представлено узагальнену структурну схему обчислювальної системи. ШВЗ формує вхідний потік заявок з їхньої рішення.

За допомогою диспетчера Д1 реалізується обгрунтування заявки, що надійшла, і постановка її в чергу О1 ... ON, які реалізуються на осередках оперативної пам'яті. Заявки відображаються кодами та очікують на початок обслуговування залежно від інформаційного взаємозв'язку між завданнями. Диспетчер Д2 вибирає із черг заявку обслуговування, тобто. передає обчислювальну задачу обробки ЕОМ. Обслуговування зазвичай здійснюється у відповідності з прийнятим планом організації обчислювального процесу. Процес вибору заявки з множини називається диспетчуванням. Зазвичай вибирається заявка, що має право на обслуговування. При цьому ініціюється специфічна програма, що реалізує обчислювальний алгоритм розв'язання задачі. За відсутності заявок у чергах диспетчер Д2 переключає процесори ЕОМ у стан очікування. У випадку в обчислювальної системі реалізується паралельне обслуговування з допомогою наявності кількох ЕОМ (ЭВМ1...ЭВМS) Можна вважати, що обслуговування здійснюється в два етапи. Спочатку заявки ставляться у чергу з допомогою диспетчера Д1, але в наступному етапі вони обслуговуються шляхом вибору заявок із черги диспетчером Д2. Диспетчери Д1 і Д2 реалізуються програмним шляхом і є керуючими програмами. Інформаційні процеси в автоматизованих системах організаційного управління реалізуються з допомогою ЕОМ та інших технічних засобів. У результаті розвитку обчислювальної техніки удосконалюються і її використання. Існують різноманітні способи доступу та спілкування з ЕОМ. Індивідуальний та колективний доступ до обчислювальних ресурсів залежить від ступеня їхньої концентрації та організаційних форм функціонування. Централізовані форми застосування обчислювальних засобів, які існували до масового використання ПЕОМ, передбачали їх зосередження в одному місці та організацію інформаційно-обчислювальних центрів (ІВЦ) індивідуального та колективного користування (ІВЦКП)

Діяльність ІВЦ та ІВЦКП характеризувалася обробкою великих обсягів інформації, використанням кількох середніх та великих ЕОМ, кваліфікаційним персоналом для обслуговування техніки та розробки програмного забезпечення. Централізоване застосування обчислювальних та інших технічних засобів дозволяло організувати їхню надійну роботу, планомірне завантаження та кваліфікаційне обслуговування. Централізована обробка інформації поряд з низкою позитивних сторін (високий ступінь завантаження та високопродуктивне використання обладнання, кваліфікований кадровий склад операторів, програмістів, інженерів, проектувальників обчислювальних систем тощо) мала ряд негативних рис, породжених насамперед відривом кінцевого користувача (економіста, плановика) , нормувальника тощо) від технологічного процесу обробки інформації

Децентралізовані форми використання обчислювальних ресурсів почали формуватися з другої половини 80-х, коли сфера економіки отримала можливість перейти до масового використання персональних ЕОМ (ПЕОМ) Децентралізація передбачає розміщення ПЕОМ у місцях виникнення та споживання інформації, де створюються автономні пункти її обробки. До них належать абонентські пункти (АП) і автоматизовані робочі місця.

Малюнок №4.3. Узагальнена структура обчислювальної системи: ШВЗ - інформаційно-обчислювальна заявка; Д - диспетчер; О — черга заявок на обслуговування

Обробка економічної інформації на ЕОМ проводиться традиційно централізовано, а на міні- та мікроЕОМ - у місцях виникнення первинної інформації, де організуються автоматизовані робочі місця фахівців тієї чи іншої управлінської служби (відділу матеріально-технічного постачання та збуту, відділу головного технолога, конструкторського відділу, бухгалтерії планового відділу і т.п.) Автоматизоване робоче місце (АРМ) спеціаліста включає персональну ЕОМ (ПЕОМ), що працює автономно або в обчислювальній мережі, набір програмних засобів та інформаційних масивів для вирішення функціональних завдань. Обробка економічної інформації на ПЕОМ починається за повної готовності всіх пристроїв машини. Доречно відзначити, що оператор або користувач під час виконання роботи на ПЕОМ керується спеціальною інструкцією з експлуатації технічних та програмних засобів.

На початку роботи в машини завантажуються програма і різні інформаційні масиви (умовно-постійні, змінні, довідкові), кожен з яких спочатку традиційно обробляється для отримання будь-яких результатних показників, а потім масиви об'єднуються для отримання подібних показників.

При обробці економічної інформації на ЕОМ виконуються арифметичні та логічні операції. Арифметичні операції обробки даних в ЕОМ включають усі види математичних процесів, зумовлених програмою. Логічні операції забезпечують специфічне впорядкування даних у масивах (первинних, проміжних, постійних, змінних), що підлягають подальшій арифметичній обробці. Значне місце у логічних операціях займають такі види сортувальних робіт, як упорядкування, розподіл, підбір, вибірка, об'єднання. У результаті вирішення завдань на ЕОМ, у зв'язку з машинної програмою, формуються результатні засоби, які друкуються машиною. Друк підпису може супроводжуватися процедурою тиражування, якщо документ із результатною інформацією дуже важливо надати кільком користувачам.

Зазначимо, що технологія електронного оброблення інформації— людино-машинний процес виконання взаємозалежних операцій, які у встановленої послідовності з метою перетворення вихідної (первинної) інформації на результатную. Доречно відзначити, що операція є комплекс здійснюваних технологічних процесів, у результаті яких інформація перетворюється. Зазначимо, що технологічні операції різноманітні за складністю, призначенням, технікою реалізації, виконуються на різному устаткуванні, багатьма виконавцями. В умовах електронної обробки даних переважають операції, що виконуються автоматично на машинах і пристроях, які зчитують дані, виконують операції за заданою програмою в автоматичному режимі за участю людини або зберігаючи за користувачем функції контролю, аналізу та регулювання.

Побудова технологічного процесу визначається такими факторами: особливостями оброблюваної інформації, її обсягом, вимогами терміновості та точності обробки, типами, кількістю та характеристиками застосовуваних технічних засобів. Варто зауважити, що вони лягають в основу організації технології, включаючи встановлення переліку, послідовності та способів виконання операцій, порядку роботи фахівців та засобів автоматизації, організацію робочих місць, встановлення тимчасових регламентів взаємодії і т.п. Організація технологічного процесу має забезпечити його економічність, комплексність, надійність функціонування, високу якість робіт. Це досягається використанням системотехнічного підходу до проектування технології та вирішення економічних завдань. При цьому має місце комплексне взаємопов'язане розгляд всіх факторів, шляхів, методів побудови технології, застосування елементів типізації та стандартизації, а також уніфікації схем технологічних процесів.

Зазначимо, що технологія автоматизованого оброблення інформації будується на принципах:

• інтеграції обробки даних та можливості роботи користувачів в умовах експлуатації автоматизованих систем централізованого зберігання та колективного використання даних (банків даних);
• розподіленої обробки даних на основі розвинених систем передачі;
• раціонального поєднання централізованого та децентралізованого управління та організації обчислювальних систем;
• моделювання та формалізованого опису даних, процедур їх перетворення, функцій та робочих місць виконавців;
• обліку конкретних особливостей об'єкта, в якому реалізується машинна обробка інформації.

Організація технології обробки інформації на окремих її етапах має свої особливості, що дає підставу для виділення позамашинної та внутрішньомашинної технології. Позашляхова технологія(її часто називають предбазовой) об'єднує операції збору та реєстрації даних, запис даних на машинні носії з контролем. Внутрішньомашинна технологіяпов'язана з організацією обчислювального процесу в ЕОМ, організацією масивів даних у пам'яті та їх структуризацією, що дає підставу називати її ще й внутрішньобазовою.

Основний етап інформаційного технологічного процесу пов'язані з рішенням функціональних завдань на ЕОМ. Внутрішньомашинна технологія розв'язання задач на ЕОМТрадиційно реалізує такі типові процеси перетворення економічної інформації:

формування нових масивів інформації; упорядкування інформаційних масивів;

вибірка з масиву деяких частин записи, злиття і поділ масивів;

внесення змін до масиву; виконання арифметичних процесів над реквізитами не більше записів, не більше масивів; над записами кількох масивів.

Розв'язання кожного окремого завдання або комплексу завдань вимагає виконання наступних операцій:

• введення програми машинного вирішення завдання та розміщення її в пам'яті ЕОМ;
• введення вихідних даних;
• логічний та арифметичний контроль введеної інформації;
• виправлення помилкових даних;
• компонування вхідних масивів та сортування введеної інформації;
• обчислення за заданим алгоритмом;
• одержання вихідних масивів інформації;
• редагування вихідних форм;
• виведення інформації на екран та машинні носії;
• друк вихідних даних.

Вибір тієї чи іншої варіанти технології визначається передусім як об'ємно-часовими особливостями розв'язуваних завдань, періодичністю, терміновістю, вимогами до швидкості зв'язку користувача з ЕОМ, і режимними можливостями технічних засобів — насамперед ЕОМ.

Розрізняють такі режими взаємодії користувача з ЕОМ: пакетний та інтерактивний (запитний, діалоговий) Самі ж ЕОМ можуть функціонувати в наступних режимах: одно- та багатопрограмному, розділення часу, реального часу, телеобробки. У цьому передбачається мета задоволення потреб користувачів максимально можливої ​​автоматизації рішення різноманітних завдань.

Пакетний режимбув найпоширеніший у практиці централізованого рішення економічних завдань, коли велику питому вагу займали завдання звітності про виробничо-господарську діяльність економічних об'єктів різного рівня управління. Організація обчислювального процесу при пакетному режимі будувалася без доступу користувача до ЕОМ. Його функції обмежувалися підготовкою вихідних даних по комплексу інформаційно-взаємопов'язаних завдань та передачею їх у центр обробки, де формувався пакет, що включає завдання для ЕОМ на обробку, програми, вихідні, нормативно-розцінні та довідкові дані. Пакет вводився в ЕОМ та реалізовувався в автоматичному режимі без участі користувача та оператора, що дозволяло мінімізувати час виконання заданого набору завдань. При цьому робота ЕОМ могла проходити в однопрограмному або багатопрограмному режимі, що краще, оскільки забезпечувалася паралельна робота основних пристроїв машини. В даний час пакетний режим реалізується стосовно електронної пошти.

Інтерактивний режимпередбачає безпосередню взаємодію користувача з інформаційно-обчислювальною системою, може мати характер запиту (як правило, регламентованого) або діалогу з ЕОМ.

Запитний режимнеобхідний користувачам взаємодії з системою через значну кількість абонентських термінальних пристроїв, зокрема. віддалені на значну відстань від центру обробки. Саме така необхідність обумовлена ​​вирішенням оперативних завдань довідково-інформаційного характеру, якими будуть, наприклад, завдання резервування квитків на транспорті, номери у готельних комплексах, видача довідкових відомостей тощо. ЕОМ у випадках реалізує систему масового обслуговування, працює у режимі поділу часу, при цьому кілька незалежних абонентів (користувачів) з допомогою пристроїв вводу-виводу мають у процесі вирішення своїх завдань безпосередній і майже одночасний доступ до ЕОМ. Цей режим дозволяє диференційовано в строго встановленому порядку надавати кожному користувачеві час спілкування з ЕОМ, а після закінчення сеансу відключати його.

Діалоговийрежим відкриває користувачеві можливість безпосередньо взаємодіяти з обчислювальної системою в допустимому йому темпі роботи, реалізуючи цикл видачі завдання, що повторюється, отримання та аналізу відповіді. При цьому ЕОМ сама може ініціювати діалог, повідомляючи користувачеві послідовність кроків (подання меню) для отримання шуканого результату.

Обидва різновиди інтерактивного режиму (запитний, діалоговий) ґрунтуються на роботі ЕОМ в режимах реального часу та телеобробки, які будуть подальшим розвитком режиму поділу часу. Тому обов'язковими умовами функціонування системи в даних режимах будуть, по-перше, постійне зберігання в запам'ятовуючих пристроях ЕОМ необхідної інформації та програм і виключно в мінімальному обсязі надходження вихідної інформації від абонентів і, по-друге, наявність у абонентів цього зв'язку для звернення до неї будь-якої миті часу.

Розглянуті технологічні процеси та режими роботи користувачів у системі «людина — машина» особливо чітко пробудуть при інтегрованій обробці інформації, яка характерна для сучасного автоматизованого вирішення завдань у багаторівневих інформаційних системах.

Розвиток організаційних форм обчислювальної техніки будується на поєднанні централізованої та децентралізованої – змішаної – форм. Причиною появи змішаної форми стало створення мереж ЕОМ з урахуванням різних засобів зв'язку. Мережі ЕОМ припускають об'єднання в систему за допомогою каналів зв'язку обчислювальних засобів, програмних та інформаційних ресурсів (баз даних, баз знань) Мережами можуть охоплюватися різні форми використання ЕОМ, причому кожен абонент має можливість доступу не тільки до обчислювальних ресурсів, але і до ресурсів всіх інших абонентів, що створює ряд переваг під час експлуатації обчислювальної системи.

Останнім часом організація застосування комп'ютерної техніки зазнає значних змін, пов'язаних із переходом до створення інтегрованих інформаційних систем. Інтегровані інформаційні системи створюються з урахуванням того, що вони повинні здійснювати узгоджене управління даними в межах підприємства (організації), координувати роботу окремих підрозділів, автоматизувати операції з обміну інформацією як у межах окремих груп користувачів, так і між декількома організаціями, що віддаляються одна від одної на десятки та сотні кілометрів.
Варто відзначити, що основою для побудови подібних систем є локальні обчислювальні мережі (ЛВС) Характерною рисою ЛВС буде надання можливості користувачам працювати в універсальному інформаційному середовищі з функціями колективного доступу до даних.

В останні 3 - 4 роки комп'ютеризація вийшла на новий рівень: активно створюються обчислювальні системи різної конфігурації на базі персональних комп'ютерів (ПК) та більш потужних машин. Що Складаються з декількох автономних комп'ютерів із спільними спільно використовуваними зовнішніми пристроями (диски, стрічки) і єдиним управлінням, вони дозволяють забезпечити більш надійний захист комп'ютерних ресурсів (пристроїв, баз даних, програм), підвищити стійкість до відмови, забезпечити простоту модернізації і нарощування потужності системи.

Дедалі більше уваги приділяється розвитку як локальних, а й розподілених мереж, без яких немислимо рішення сучасних завдань інформатизації.

З огляду на залежність від рівня централізації обчислювальних ресурсів роль користувача та його функції змінюються. При централізованих формах, коли в користувачів немає безпосереднього контакту з ЕОМ, його роль йде до передачі вихідних даних на обробку, отримання результатів, виявлення та усунення помилок. При безпосередньому спілкуванні користувача з ЕОМ його функції інформаційної технології розширюються. Варто зауважити, що він сам запроваджує дані, формує інформаційну базу, вирішує завдання, отримує результати, оцінює їхню якість. У користувача відкриваються реальні можливості вирішувати завдання з альтернативними варіантами, аналізувати та вибирати за допомогою системи у конкретних умовах найбільш прийнятний варіант. Все це реалізується в межах одного робочого місця. Від користувача при цьому вимагається знання основ інформатики та обчислювальної техніки.

На завершення даного параграфа зауважимо, що процес обробки інформації був описаний на верхньому рівні («вид зверху») Більш детальний розгляд цього процесу, вивчення його характеристик різних моделей обслуговування (диспетчування) буде змістом спеціальних дисциплін.

Файлом називається набір логічно пов'язаних даних, що знаходиться у формі, зручній для зберігання та обробки обчислювальної системи. Файл є сукупністю логічних записів.

Коли йдеться про записи, що входять до складу файлу, слово "логічна" часто опускають. Кожен запис файлу містить дані, що мають конкретне призначення. У файлах, які використовуються з метою обліку запасів, кожен запис може представляти сукупність даних, що стосуються одного найменування виробу. В організованому адміністрацією навчального закладу файлі успішності студентів запис може містити ім'я студента, його обліковий номер, номер курсу та екзаменаційні оцінки. Записи банківських облікових файлів можуть містити, наприклад, такі дані, як номер клієнта, його ім'я, поточний рахунок та відомості про виконані ним операції за останній місяць. Записи файлів податкового управління можуть складатися із сум, які стягуються з певних платників податків у поточному році. В даний час багато завдань програмування пов'язані з організацією та управлінням файлами.

Значна частина операційної системи призначена для полегшення користувача завдання управління та обробки даних. Проте операційній системі доводиться мати справу з великою кількістю іншої інформації. Сюди входять тексти вихідних програм машинною мовою, бібліотеки підпрограм, вхідні дані виконуваних завдань та їх виведення. Дані для обробки операційною системою можуть бути представлені у вигляді наборів даних. Набір даних є найбільшою сукупністю інформації, з якою оперує система, і являє собою безліч даних, представлене в пам'яті деяким спеціальним чином, разом з додатковою інформацією, що управляє, що забезпечує можливість доступу до довільного елементу цієї множини. Кожна операційна система працює з наборами, що мають одну з кількох допустимих структур.

Для керування власними файлами користувачі використовують можливості операційної системи. Тип використовуваної структури визначає спосіб організації набору даних. Ми коротко охарактеризуємо способи організації наборів даних, однак перш за все спробуємо уважніше розглянути відносини, що існують між окремими логічними записами файлу та операціями введення-виводу.

Блок та записи

Як згадувалося, файли складаються з однієї чи більше логічних записів. Як запис може виступати рядок, що виводиться на пристрій друку, або вміст однієї перфокарти. Якщо йдеться про програму мовою асемблера, то записом є пропозиція вихідної мови, що має довжину 80 байтів. Запис файлу, що містить інформацію про студента, може займати 500 байтів. Власне кажучи, довжина записів, як і і вміст, визначається призначенням файла.

Фізичний запис, або блок, є інформацією, що передається пристроєм введення або виведення за одну операцію. Для пристрою читання з перфокарти або вихідного перфоратора блок складається з 80 байтів, оскільки саме 80 байтів кодуються однією перфокартою. Блоком для друку зазвичай є 132-байтовий рядок. У такого роду пристроях, тобто пристроях, де розміри блоку суворо визначені самою апаратурою, кількість логічних записів у блоці не може змінюватися і на один блок завжди доводиться рівно один запис. Такі пристрої називаються пристроями для окремих записів. На інших пристроях, наприклад, таких, як магнітний диск і магнітна стрічка, розміри блоку строго не визначені. У таких випадках вони вибираються самими програмістами. Фізичні записи не обов'язково збігаються за розмірами з логічними. Формат записів у наборі даних визначається ставленням між розмірами відповідних записів і блоків.

Рис. 17.1. Формати записів.

У випадках, коли фізичні та логічні записи за розмірами збігаються, кажуть, що записи не заблоковані. Про блокований формат даних говорять у випадку, якщо на один фізичний запис припадає більше одного логічного. Може зустрітися випадок, коли розміри окремих записів перевищують розміри блоків. Записи у такому наборі називають перехідними.

Розмір блоку в наборі даних обов'язково є постійної величиною. І тут говорять про блоки змінної довжини, а значення величин, характеризуючих розміри блоків, записуються всередині самих блоків. Якщо всі блоки в наборі за розміром однакові, то говорять про набір даних із блоками фіксованої довжини.

Насправді зустрічаються різні комбінації розмірів блоків і окремих записів. Деякі можливі випадки наведено на рис. 17.1. Набір даних, зображений на мал. 17.1,а може відповідати, наприклад, файлу перфокарт. Довжина кожного блоку дорівнює 80 байтам, у кожному їх рівно по одному логічного запису. Набір наведений на рис. 17.1,6, складений із 100-байтових записів. Блоки цього набору мають довжину 300 байтів. Це означає, що в процесі введення або виведення даних цього набору в рамках однієї операції буде відповідно введено або виведено інформацію, що становить 300 байтів. При обробці набору програмою користувача або програмами операційної системи блоки розбиті на окремі записи. На рис. 17.1 зображений набір даних з перехідними записами постійної довжини. Введення або виведення довільного запису передбачає виконання двох операцій введення-виводу. Набір даних мал. 17.1,г складено із записів змінної довжини. Понад те, змінними у разі є і довжина окремого блоку, і кількість записів у ньому. Завдання розбиття кожного блоку запису знову покладається на обробну програму.

Способи організації наборів даних

Познайомившись з різними можливостями розбиття наборів даних на складові - блоки і записи, - перейдемо тепер до розгляду питань, пов'язаних із загальною структурою набору. Під організацією набору розуміється взаємне розташування складових його блоків та відносини, що пов'язують кожен із блоків та набір даних у цілому. Вибір певного способу організації набору залежить від кількох факторів. Сюди входять і тип пристрою, на якому зберігається набір, і порядок зчитування окремих записів і, нарешті, ціль, яка переслідується під час створення набору.

Послідовна організація. Деякі периферійні пристрої, наприклад, накопичувачі на магнітній стрічці або пристрої з одиничними записами, однозначно визначають спосіб організації відповідного набору даних. Записи у разі обробляються у тому порядку, у якому зберігаються. Пристрій читання з перфокарт вводить вихідний масив карту за картою саме в тій послідовності, якою він підготовлений для введення. Пристрій друку друкує рядок за рядком у порядку, в якому вони надходять до нього. На магнітну стрічку надходить інформація записується як блоків також у порядку надходження. Наступне введення зі стрічки буде проходити в порядку розміщення блоків на ній.

Рис. 17.2. Файл із послідовною організацією.

З іншого боку, пристрої прямого доступу, такі, як, наприклад, накопичувачі на магнітних дисках, дають можливість робити запис та зчитування блоків, що знаходяться в довільному місці. Для цього необхідно лише вказати адресу запису. Іншими словами, обробка записів набору може відбуватися в довільному порядку за умови, звичайно, що нам відомі адреси їх розміщення або адреси, якими вони повинні бути розміщені. Однак у більшості додатків фізичний порядок записів у наборі збігається з порядком, у якому бажано проводити їхню обробку. Вкрай рідко розгляд окремих записів, складових пропозиції вихідної програми, потрібно проводити над порядку, де вони написані. Те ж саме можна сказати стосовно написаних машинною мовою об'єктних і завантажувальних модулів.

Файли, у яких обробка окремих записів відбувається у порядку їх фізичного розміщення, називаються послідовними. При створенні послідовного файлу або додаванні нових записів порядок запису інформації збігається з порядком її надходження на периферійний пристрій. Зчитування записів послідовного файлу відбувається в порядку їхнього розташування в ньому. Обробка інформації в порядку її розміщення на пристрої або пам'яті носить назву послідовної обробки.

Послідовні файли зберігаються у наборах даних із послідовною організацією. На рис. 17.2 наведено приклад послідовно організованого набору даних. За останнім блоком набору слід спеціальний блок, званий стрічковою маркою і є ознакою кінця набору даних. При додаванні до послідовного набору чергового блоку стрічкова марка перекривається цим блоком і нова марка записується відразу за ним. При введенні деякого набору даних зчитування записів відбувається саме в тому порядку, в якому вони записані в наборі, введення відбувається доти, доки не буде зустрінута стрічкова марка.

Бібліотечна організація. Ми вже згадували існування деяких системних бібліотек, що мають велике значення для користувачів. Сюди належать системна макробібліотека, бібліотека каталогізованих процедур, бібліотеки системних програм та тестових прикладів. Кожен розділ бібліотеки є послідовним набором даних. Наприклад, бібліотека каталогізованих процедур системи OS містить такі розділи, як ASMFCLG, FORTGCLG та COBUCG.

Запит вмісту бібліотек відбувається за допомогою імен розділів. Наприклад, при обробці макрокоманди INITIAL асемблер запитує розділ з ім'ям INITIAL, що знаходиться в системній макробібліотеці. Набір даних, що складається з одного або декількох розділів і організований таким чином, що доступ до окремих його розділів здійснюється за їх іменами, називається бібліотечним набором.

Рис. 17.3. Структура бібліотечного набору даних містить спеціальні макро, що використовуються в цій книзі.

Бібліотечні набори даних зберігаються на пристрої прямого доступу. Це дозволяє вимагати окремі розділи, вказуючи лише адреси їх початку. Для полегшення пошуку розділу бібліотеки системою створюється спеціальна таблиця, яка називається змістом, у якій імені кожного розділу набору даних відповідає адреса його початку. На рис. 17.3 наведено приклад структури бібліотечного набору. Якщо запитується певний розділ бібліотеки, система переглядає зміст у пошуках відповідного імені. Потім визначається пов'язаний з цим ім'ям адресу і він безпосередньо використовується для визначення місцезнаходження послідовного набору даних, який представляє необхідний розділ.

Операційна система надає користувачеві спеціальні програми для створення та ведення власних бібліотечних наборів. OS також використовує бібліотечні набори для ведення власних бібліотек. Робота з бібліотеками в системі DOS мало чим відрізняється від передбаченої в OS, проте DOS не містить спеціальних засобів, що дозволяють користувачам створювати власні бібліотечні набори та виконувати роботи з їхнього ведення.

Індексно-послідовна організація. У деяких застосуваннях буває дуже зручно користуватися як послідовною обробкою набору, вибираючи окремі записи в тому порядку, в якому вони зберігаються в деякому пристрої, так і довільною обробкою поза зв'язком з розташуванням окремих записів, зчитуючи, додаючи і змінюючи записи. Згадаймо нашу програму обробки облікової інформації Ми повинні були зберігати в пам'яті записи, що відповідають кожному наявному найменуванню товару, по одному запису на кожне найменування. значення ключів Наприкінці кожного тижня видавалися звіти про стан файлу на поточний момент. ньому рядка, що відповідає певному найменуванню нію.

Протягом тижня ситуація, однак, могла змінюватися: компанія могла виробити або закупити нові товари, старі товари могли поступово продаватися. Це вимагає внесення змін до запису облікового файлу. Для того, щоб внести зміну до деякого запису, її спочатку потрібно знайти. Для знаходження запису можна організувати перегляд всього файлу з самого початку, поки необхідний запис не буде виявлено. Однак, якщо файл містить кілька тисяч записів, такий перегляд кожного разу, коли потрібно внести зміни в певний запис, може виявитися занадто марнотратним з точки зору машинного часу.

Рис. 17.4. Структура файлу з індексно-послідовною організацією.

Фактично потрібен такий спосіб організації набору даних, при якому доступ до окремих записів у ньому можна здійснювати як послідовно, так і з використанням ключів.

У такий спосіб організації даних є індексно-послідовна організація. При створенні індексно-послідовного набору даних спочатку запис файлу впорядковуються за ключами. У нашому прикладі, пов'язаному з обробкою облікової інформації, як ключ запису буде використовуватися відповідний обліковий номер. Потім проводиться послідовне виведення записів. Вони розміщуються системою на пристрій прямого доступу. У цьому будується один чи кілька індексів. Якщо це зручно, обробка створеного таким чином набору може проводитися послідовно порядку надходження записів на відповідний пристрій. З іншого боку, кожен конкретний запис можна запросити і по ключу, причому використовуються індекси, побудовані системою для прискорення пошуку необхідного запису.

На рис. 17.4 наведено приклад одноіндексної організації набору даних. Вихідний файл розбитий на підфайли, кожному з яких відповідає певний рядок таблиці індексів. У такому рядку міститься інформація про ключ останнього та адресу першого запису підфайлу. Якщо відбувається запит запису з деяким заданим значенням ключа, система спочатку переглядає таблицю індексів у пошуках першого рядка, що містить більше або рівне даному значення. Необхідний запис належить підфайлу, який відповідає цьому рядку, тому подальший пошук проводиться лише серед елементів цього підфайлу.

Система має можливість додавати нові записи у відповідне місце файлу та видаляти старі записи. Таким чином, індексно-послідовна організація значно розширює можливості обробки файлів. Записи можуть оброблятися як послідовно, і у довільному порядку. Все це передбачає, однак, упорядкованість записів у вихідному файлі.

Пряма організація. Якщо безпосередні адреси, за якими відбувається розміщення окремих записів файлу, задаються самим користувачем, говорять про пряму організацію набору даних. Зазвичай ключі служать для визначення точної адреси запису, або області, в межах якої запис може знаходитися. Пряма організація дає можливість якнайшвидшого доступу до окремих записів файлу, та заодно вся відповідальність створення і ведення набору даних доручається користувача. Пряма організація використовується у тих випадках, коли необхідно виконувати роботу з файлами, що мають відмінну від створюваних операційною системою структуру.

Методи доступу

У розд. 17.4 будуть описані периферійні пристрої та способи безпосереднього програмування роботи цих пристроїв. Проте насправді дуже рідко доводиться програмувати на такому низькому рівні. Замість цього для організації різноманітних обмінів між пам'яттю і периферійними пристроями, а також для створення та ведення наборів даних різної організації використовуються спеціальні системні програми, що мають назву методів доступу. Команда введення-виводу, що використовує методи доступу, є зверненням до деякого набору системних програм, званих супервізором введення-виводу. Самі операції введення-виведення виконуються безпосередньо супервізором введення-виведення з використанням пов'язаних з ним підпрограм. Фактично це означає, що при використанні методів доступу зникає необхідність дбати про конкретні деталі, пов'язані з виконанням операцій введення-виведення, про це піклуються самі методи доступу.

У кожній операційній системі передбачено кілька способів доступу. Вибір будь-якого конкретного методу залежить від операційної системи, від організації оброблюваного набору даних і, нарешті, від необхідного способу буферизації.

Рис. 17.5. (а) Проста буферизація затримує виконання програми до заповнення буфера; (б) Застосування декількох буферів забезпечує суміщення виконання програми та передачі даних.

Буфери Буферами називаються області пам'яті, призначені розміщувати введеної з периферійного пристрою інформації чи інформації, підготовленої виведення на периферійний пристрій. У найчастішому випадку разом із запитом на введення задається адреса буфера. Супервізор введення-виведення виконує безпосереднє введення блоку з деякого пристрою в буфер. Якщо ж ми хочемо зробити висновок, то нам самим потрібно подбати про вміст буфера. Коли дані підготовлені, надсилається запит на виконання виводу, з адресою буфера; сам висновок здійснюється безпосередньо системою.

На рис. 17.6 а зображена послідовність подій, що відбуваються при періодичному запиті введення в єдиний буфер. Введення запитується програмою користувача. Оскільки, швидше за все, робота програми користувача не може бути продовжена до закінчення обміну, супервізор тимчасово припиняє виконання до закінчення обміну.

Виконання операцій введення-виводу навіть найшвидшими пристроями проходить відносно повільно, цей час процесор зазвичай може виконати тисячі операцій. Таким чином, використання лише одного буфера значно уповільнює виконання програми. Однак не треба думати, що, поки проходить введення-виведення, процесор не в змозі виконувати будь-які інші операції. Як ми побачимо в розд. 17.4, ЕОМ Систем 360 та 370 допускають одночасну роботу процесора та периферійних пристроїв. У разі говорять про суміщення виконання операцій вводу-вывода із виконанням звичайних команд програми.

Можливість подібного суміщення можна успішно використовувати, виробляючи обміни, наприклад, з двома буферами. Приклад такого використання зображено на рис. 17.5,6. При послідовній обробці супервізор організує введення інформації у порядку, у якому вона у файлі. Таким чином, система фактично може, "передбачаючи" наступні запити, заповнювати буфер ще до отримання замовлення на введення. Фактично, якщо обробка даних проводиться програмою користувача не швидше, ніж система може заповнювати та звільняти буфери, то використання відразу кількох буферів дозволяє звести до мінімуму втрати, що виникають у зв'язку з необхідністю виконання операцій вводу-виводу. Використання декількох буферів також дає змогу збільшити загальну швидкість виведення інформації.

Однак лише при послідовній обробці даних використання кількох буферів може дати виграш у часі. Якщо обробка даних виробляється у довільній, випадкової послідовності, те, що ми назвали «передбаченням» системи, втрачає сенс.

Кожна операційна система передбачає наявність кількох методів доступу. Ступінь необхідної участі програміста у вирішенні багатьох питань, пов'язаних з використанням буферів, великою мірою залежить від застосовуваного методу доступу. Деякі методи доступу дозволяють користувачам взагалі не перейматися буферами, виконуючи всю необхідну роботу автоматично. В інших випадках управління буферами може повністю покладатися на користувача. Існують і методи, що надають користувачеві вибір щодо того, користуватися послугами системи управління буферами чи ні.

Методи доступу до системи DOS. Усі методи доступу Дискової операційної системи передбачають напівавтоматичне керування буферизацією. Для забезпечення можливості роботи системи необхідно зарезервувати всередині своєї програми одну або дві буферні області. Якщо робота проводиться з двома буферними областями, виконання всіх операцій введення-виводу при роботі з послідовними файлами проводиться системою ще до отримання реальних запитів. Користувач може замовити блокування даних під час виведення та розблокування під час введення. У системі DOS можливі такі способи організації наборів даних: послідовний, індексно-послідовний та прямий. Основними методами доступу системи DOS є:

Послідовний метод доступу (SAM)

Індексно-послідовний метод доступу (ISAM)

Прямий метод доступу (DAM)

Таблиця 17.1 Деякі методи доступу до системи OS

Найменування	Мнемоніка
Queued Sequential Access Method		Послідовна організація даних, спосіб доступу з чергами
Basic Sequential Access Method		Послідовна організація даних, базовий спосіб доступу
Queued Indexed Sequential Access Method		Створення та послідовна обробка індексно-послідовних файлів
Basic Indexed Sequential Access Method		Довільна обробка індексно-послідовних файлів
BasicPartitioned Access Method		Створення та обробка бібліотечних наборів даних
BasicDirect Access Method		Обробка файлів із прямою організацією
TelecommunicationsAccess Method		Взаємодія з віддаленими терміналами

Методи доступу до системи OS. Методи доступу операційної системи OS розпадаються на два класи: базисні методи доступу та методи доступу з чергами. Методи доступу із чергами забезпечують повністю автоматичне керування буферизацією. Система сама дбає про ведення буферних областей. Система ж здійснює блокування та розблокування записів. Методи доступу із чергами використовуються при обробці послідовних та індексно-послідовних файлів. Ці методи дозволяють досягти максимальної ефективності обробки при мінімумі вимог, що висуваються до програми користувача.

У порівнянні з методами з чергами базисні методи доступу набагато примітивніші. Тим не менш, вони дозволяють досягти більшої гнучкості роботи з даними. Частина обов'язків управління буферизацією тепер покладається на користувача, крім того, на користувача покладається і розблокування записів. Базисні методи доступу використовуються переважно, коли доводиться мати справу з непослідовною обробкою наборів даних. Список найбільш уживаних методів доступу системи OS наведено в табл. 17.1.

У своєму розгляді ми лише злегка торкнулися питань, пов'язаних із структурами даних та наданими операційною системою можливостями виконання операцій введення-виведення. Тим не менш, цього матеріалу достатньо для того, щоб розпочати обговорення використання методів доступу при програмуванні введення-виводу. Надалі нас цікавитимуть лише послідовні методи доступу із чергами систем OS та DOS. Незважаючи на те, що принцип використання послідовного методу доступу з чергами є загальним для двох систем, що вивчаються нами, конкретні деталі все-таки досить сильно різняться. Доцільно розглянути лише матеріал, пов'язаний із програмуванням введення-виводу у вашій конкретній системі. Після цього, однак, ви можете переглянути інший розділ з метою знайомства зі подібними моментами в роботі з двома системами.

Для обробки введеного тексту використовуються комп'ютерні видавничі системи (DTP) (DTP - Desktop Publishing). DTP - це технологія підготовки виданні?, за якої? повносторінкові? документ обробляється на автономному робочому місці, яким може бути персональні? комп'ютер чи робоча станція. Текст, графіка та зображення оформляються відповідно до макету та об'єднуються на смузі. Недорогі технології видавничих систем нині витіснили попередню фотонабірну техніку. Програмні засоби мають широкі можливості обробки текстової? інформації та великої? вибір шрифтів, тому дозволяють отримати результати, що не поступаються колишнім, що досягалися за допомогою фотонабірної? техніки. Провідними програмами верстки є Design (Adobe Systems) та QuarkXPress.

Кодування знаків

Кодування тексту - необхідна умова обробки в електронних системах. Кожному знаку шрифту відповідає цифровий? машинні? код. У всьому світі для текстів застосовується стандарт представлення символів ASCII (American Standard Code for Information Interchange). 7-бітовий опис символу є стандартом, за допомогою якого можна закодувати 128 різних знаків. При цьому ідентифікується 96 знаків, що використовуються для створення вмісту смуги, а 32 коди використовуються для контрольних знаків? інформації. Умлаути та спеціальні знаки визначаються комбінації? із восьмим бітом, спосіб застосування якого визначається виробником програмного продукту. Це часто призводить до проблем при конвертуванні у процесі пересилання даних.

Випадок на іспиті.
Професор.Як працює трансформатор?
Студент.У-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у...

Ми давно вже звикли до персональних. Включаємо їх і працюємо, власне кажучи, мало не замислюючись над тим, як вони влаштовані і як працюють. Все це завдяки тому, що розробники ПК і програмного забезпечення до них навчилися створювати надійні продукти, які не дають нам приводу вкотре замислитися над пристроєм комп'ютера або програм, що його обслуговують.

Тим не менш, ймовірно, читачам блогу цікаво дізнатися про принципи роботи комп'ютера і програмного забезпечення. Цьому і буде присвячена серія статей, що публікуються у рубриці «Як працює ПК».

Як працює ПК: Частина 1. Обробка інформації

Комп'ютер для автоматизації процесів обробки інформації. Він улаштований відповідним чином, щоб мати всі можливості для успішного виконання свого призначення.

Для того щоб обробляти в комп'ютері інформацію, з нею необхідно виконувати такі основні операції:

– вводити інформаціюв комп'ютер:

Ця операція потрібна для того, щоб комп'ютер був що обробляти. Без можливості введення інформації в комп'ютер він стає ніби річчю у собі.

– зберігати введену інформаціюу комп'ютері:

Очевидно, що якщо дати можливість вводити інформацію в комп'ютер, то треба мати цю інформацію в ньому зберігати, а потім використовувати в процесі обробки.

– обробляти введену інформацію:

Тут треба розуміти, що для обробки введеної інформації потрібні певні алгоритми обробки, інакше ні про яку обробку інформації не може бути мови. Комп'ютер повинен бути забезпечений такими алгоритмами і повинен вміти їх застосовувати до інформації, що вводиться, з тим, щоб «правильно» перетворювати її у вихідні дані.

– зберігати оброблену інформацію,

Так само як і зі зберіганням введеної інформації, в комп'ютері повинні зберігатися результати його роботи, результати обробки вхідних даних для того, щоб надалі ними можна було б скористатися.

– виводити інформацію з комп'ютера:

Ця операція дозволяє вивести результати обробки інформації в зручному для користувача ПК вигляді. Зрозуміло, що дана операція дає можливість скористатися результатами обробки інформації на комп'ютері, інакше ці результати обробки так і залишилися б усередині комп'ютера, що зробило їх отримання абсолютно безглуздим.

Найважливіше вміння комп'ютера – це обробка інформації, оскільки його принадність таки у тому, що може інформацію перетворювати. Весь пристрій комп'ютера обумовлено вимогою обробки інформації в найкоротші терміни, найшвидшим способом.

Під обробкою інформації на комп'ютері можна розуміти будь-які дії, що перетворюють інформацію з одного стану на інший. Відповідно, комп'ютер має спеціальний пристрій, званий , який призначений виключно для надзвичайно швидкої обробки даних, зі швидкостями, що сягають мільярдів операцій на секунду.

Процесор

Необхідні для обробки дані процесор отримує (бере) з - від пристрою, призначеного для тимчасового зберігання як вхідних, так і вихідних даних. Там же в оперативній пам'яті знаходиться місце для зберігання проміжних даних, що формуються в процесі обробки інформації. Таким чином, процесор отримує дані з оперативної пам'яті, так і записує оброблені дані в оперативну пам'ять.

Оперативна пам'ять (ОЗП)

Нарешті, для введення та виведення даних до комп'ютера підключаються , які дозволяють вводити інформацію, що підлягає обробці, та виводити результати обробки.

Зовнішній вінчестер, зовнішній DVD-пристрій, флешка, клавіатура, миша

Процесор та оперативна пам'ять працюють з однаково великою швидкістю. Як уже говорилося вище, швидкість обробки інформації може становити багато мільйонів і мільярдів операцій на секунду. Ніякий зовнішній пристрій введення та виведення інформації не може працювати на таких швидкостях.

Тому для їх підключення в комп'ютері передбачені спеціальні контролери пристроїв введення-виводу. Їхнє завдання полягає в тому, щоб узгодити високі швидкості роботи процесора та оперативної пам'яті з відносно низькими швидкостями введення та виведення інформації.

Ці контролери поділяються на спеціалізовані, яких можуть бути підключені лише спеціальні пристрої, і універсальні. Приклад спеціалізованого пристрою контролера служить, наприклад, відеокарта, яка призначена для підключення до комп'ютера монітора.

Людина виділяє в інформації щонайменше три компоненти: сенс (семантика); оформлення (синтаксис); особистісне значення (оцінка, прагматика). Іншими словами в будь-якому повідомленні можна виділити зміст, форму та наше ставлення до повідомлення.

Обробка(Перетворення) інформації - це процес зміни форми подання інформації або її змісту.

Зазвичай, обробка інформації – це закономірний, цілеспрямований, планомірний процес. Завжди є мета обробки.

Процеси зміни формиПодання інформації часто зводяться до процесів її кодування та декодування і проходять одночасно з процесами збору та передачі інформації.

Приклади зміни форми інформації в результаті обробки:

Спеціальне обладнання на метеостанції перетворює сигнали, отримані від метеозондів, графіки;

Дані анкет, отримані внаслідок психологічних досліджень, подаються у вигляді діаграм;

При скануванні малюнок перетворюється на послідовність двійкових цифр.

Процес зміни змістуінформації включає такі процедури, як чисельні розрахунки, редагування, упорядкування, узагальнення, систематизація тощо.

Приклади зміни вмісту інформації в результаті обробки:

Результатом обробки даних кількох метеостанцій виступає прогноз погоди;

Аналіз даних психологічних досліджень дозволяє дати узагальнену психологічну характеристику групи "випробуваних" та рекомендації щодо покращення психологічного клімату в цій групі;

Відсканований текст спочатку представляється як малюнка (у відповідному двійковому поданні). Після його обробки програмою оптичного розпізнавання символів він перетворюється на "текстові" коди.

Обробляти можна інформацію будь-якого виду та правила обробки можуть бути найрізноманітнішими. Загальна схема перетворення інформації наведено малюнку 6.

Малюнок 6. Процес перетворення інформації.

Нам не завжди відомо, як, за якими правилами вхідна інформація перетворюється на вихідну. Систему, в якій спостерігачеві доступні лише вхідні та вихідні величини, а структура та внутрішні процеси невідомі, називають чорним ящиком (рисунок 7).

Рисунок 7 Схема перетворення інформації за принципом "чорної скриньки"

Не буде перебільшенням сказати, що будь-який об'єкт, що пізнається, завжди спочатку виступає для спостерігача як "чорний ящик".

Але найчастіше без знання правил перетворення неможливо досягти мети, заради якої інформація обробляється. Якщо ці правила строго формалізовані і є алгоритм реалізації, можна побудувати пристрій для автоматизованої обробки інформації. Таким пристроєм обчислювальної техніки є процесор (рисунок 8).

Схема обробки інформації.

Обробка інформації завжди відбувається в деякому зовнішньому середовищі (обстановці), що є джерелом вхідної інформації та споживачем вихідної інформації. Безпосередня переробка вхідної інформації у вихідну здійснюється процесором. При цьому передбачається, що процесор має пам'ять.

Зауваження. Обробка інформації у випадку призводить до зміни стану самого процесора.

Процес обробки інформації в рамках даної схеми найчастіше зводиться до таких процедур:

Обчислення процесором значень вихідних параметрів як функції вхідних;

Накопичення інформації, тобто. зміна стану пам'яті під впливом вхідної інформації;

Реалізація причинного зв'язку між входом та виходом процесора;

Взаємодія процесора з середовищем, реакція зміни обстановки;

Управління поведінкою всієї системи загалом.

Обробка інформації – це процес, що у часі.

У ряді випадків він повинен підпорядковуватися заданому темпу надходження вхідної інформації та допустимій межі затримки у виробленні інформації на виході. У цьому випадку говорять про обробку інформації у реальному масштабі часу. Прикладом є управління роботою машин та пристроїв, у тому числі комп'ютера.

В інших випадках час розглядається як дискретний ланцюжок подій, що миттєво відбуваються. При цьому важлива лише їхня послідовність, а не значення тимчасових проміжків, що розділяють події. Такий підхід зазвичай застосовується при обробці інформації в моделюванні.

Найбільш простою формою обробки інформації є послідовна обробка, вироблена одним процесором, у якому будь-якої миті часу відбувається трохи більше однієї події. За наявності в системі кількох процесорів, що працюють одночасно, говорять про паралельну обробку інформації.

Обробка інформації є центральною процедурою управління будь-якою системою. Трактування управління системою як процесу обробки інформації одна із основних принципів кібернетики.

Обчислювальна техніка переважно призначена для автоматизованої обробки інформації різного виду. До неї відносяться: обробка запитів до баз даних, перекодування інформації, чисельні розрахунки за формулами, аранжування музичних творів, синтез нових звуків, монтаж анімаційних роликів та багато іншого.