Работа с окнами

Многооконный организация Microsoft Word позволяет одновременно работать с декиль кома документами, каждый из которых расположен в своем окне.При вводе и редактировании текста пользователь работает с активным документом в активном окне. Для перехода к окну другого документа необходимо щелкнуть на его имени на панели задач или в меню Окно, которое содержит список открытых документов.

Панели инструментов

Под строкой меню расположены панели инструментов, которые состоят из кнопок с рисунками. Каждой кнопке соответствует команда, а рисунок на этой кнопке передает значение команды. Билл ь шесть кнопок дублирует наиболее часто употребляемые команды, доступные в меню.Для вызова команды, связанной с кнопкой, необходимо щелкнуть мышью на этой кнопке. Если навести указатель мыши на кнопку и немного подождать, п оруч появится рамка с названием команды.

Обычно под строкой меню находятся две панели инструментов – Стандартная и Форматирование.Чтобы вывести или убрать панель с экрана, следует выбрать в меню Вид пункт Панели инструментов, а затем нажать на имя нужной панели. Если панель присутствует на экране, то рядом с ее именем будет стоять отметка a.

Если для отображения всех кнопок на панели не достаточно места, то выводятся кнопки, которые были использованы последними. Если нажать на кнопку   в конце панели, то появятся другие кнопки.При нажатии на кнопку Добавить или удалить кнопки появится меню, в котором можно вывести или убрать кнопку с панели.

Также для изменения состава панели инструментов в меню Сервис выбрать пункт Настройка. В диалоговом окне необходимо выбрать вкладыш Команды.В списке Категории выбирается группа кнопок, после чего в списке Команды появляются кнопки этой группы.Чтобы добавить кнопку на панель инструментов, следует перетянуть ее из диалогового окна в нужную позицию меню. Процесс установления кнопки завершается нажатием кнопки Закрыть. Для удаления кнопки с панели инструментов нео бхидно перетянуть ее в диалоговое окно Настройка.

Управлять панелями инструментов удобно с помощью контекстного меню, вызываемое нажатием правой клавиши мыши на любой кнопке.

Режимы отображения документа

Редактор Microsoft Word позволяет просматривать документ в различных режимах:

­                 Обычный – наиболее удобный для выполнения большинства операций;

­                 Web-документ – отображает документ в виде Web-страницы;

­                 Разметка страниц – отображает документ в точном соответствии с тем, как он будет выведен на печать; в этом режиме удобно работать с колонтитулами, фреймами и многоколонного версткой документа; только в этом режиме отображается вертикальная координатная линейка;

­

­                 Структура – предназначен для работы со структурой документа, позволяет показывать и скрывать текст и заголовки определенной глубины заключения, создавать и работать с пиддокументамы.

Переключение между режимами осуществляется с помощью соответствующих команд меню Вид или кнопок, расположенных слева от горизонтальной полосы прокрутки.

Операции с документами

Создание нового документа

Для создания нового документа следует в меню Файл выбрать команду Создать. В диалоговом окне раскрыли Ося, (Рис.9) выбрать сначала вкладыш, а затем шаблон, на основе которого будет создан документ, после чего нажать кнопку OK. Шаблоны документов Microsoft Word имеют расширение dot и значки.Обычные документы создаются на основе шаблона Новый документ.Для создания документа на основе шаблона Новый документ можно нажать кнопку .

Открытие документа

Для открытия существующего документа необходимо в меню Файл выбрать команду Открыть или нажать кнопку , После чего откроется диалоговое окно Открытие документа.В поле Папка следует выбрать диск, на котором находится нужный документ.В списке, расположенном ниже, выбрать (двойным щелчком) папку с документом и сам документ. Документы Microsoft Word имеют расширение doc и значки.

В верхней строке окна находятся 4 кнопки, которые позволяют представить содержимое открытой папки в 4-х видах:

По умолчанию в списке выводятся только файлы с документами Microsoft Word. Для вывода других типов файлов или всех файлов необходимо выбрать соответствующий тип в поле жемчуга ику Тип файлов.

Сохранение документа

Для сохранения документа необходимо вызвать команду Сохранить меню Файл или нажать кнопку .

При первом сохранении появляется диалоговое окно Сохранение документа.В поле Папка следует выбрать диск, в перечне, расположенном ниже папку, в которой необходимо сохранить документ.В поле Тип файла – формат, в котором будет сохранен документ.В поле Имя файла – ввести имя файла документа и нажать кнопку Сохранить.

При повторном сохранении диалоговое окно Сохранение документа не выводится, документ автоматически сохраняется в том же файле.Чтобы сохранить документ под другим именем или в другой папке, следует в меню Файл выбрать команду Сохранить как, после чего появляется окно Сохранение документа.

Закрытие документа

Для закрытия документа необходимо выбрать в меню Файл команду Закрыть или щелкнуть кнопку r окна документа.

Похожие статьи

• Текстовый редактор Word (0)
• Файловая система Mac OS X (0)
• Табличные процессоры (0)
• Работа с файлами и папками (0)
• Типы данных Excel (0)

Через интерфейс пользователь управляет работой программы, получает от нее сообщение, отвечает на запросы программы и др.

Сейчас интерфейс имеет некоторые стандартные средства, основными эле ментами которых есть меню и окно диалога. В графической оболочке Windows и ее приложениях эти элементы дополнены панелями инструментов, полосами прокрутки и т.д.

Понятие меню интерфейса пользователя по своей сути соответствует загаль ноприйнятому понятию меню, например, меню кафе.Меню интерфейса польз тувача – это список некоторых объектов, из которых делается конкретный выбор.Объекты меню называют пунктами меню, или – командами.

Часто меню имеет многоуровневую структуру. Меню верхнего (первого) уровня называют главным. Интерфейс пользователя создают так, чтобы обеспечить свободный ступенчатый переход между пунктами меню сверху вниз и снизу вверх. Это означает, что из главного меню можно перейти в любой пункт меню второго уровня, от него к пунктам меню третьего уровня и т.д. Из любого пункта меню самого низкого уровня можно постепенно перейти в главное меню.

Некоторые меню допускают возможность одновременного выбора не одного, а нескольких пунктов меню. Встречаются также меню, в которых некоторые пункты в данной ситуации выбрать невозможно. Такие пункты называют недоступными. Но в других ситуациях они становятся доступными. Обычно недоступны пункты позна ­ чают светлым цветом по сравнению с доступными.Если после названия какого-то пункта меню расположены точки, то это означает, что после выбора этого пункта меню система сделает запрос о введении дополнительных данных для выполнения данного пункта.

Выберите любой пункт меню означает выделить его другим цветом, а затем нажать клавишу Enter или клавишу мыши.Выбрав пункт меню, выполняют соответствующую операцию или устанавливают соответствующий режим выпол ­ ние операции.Пункт меню, требующий ответа “да” или “нет”, называют переключателем.

По способу размещения меню на экране дисплея различают горизонтальное меню (menu bar), ниспадающее (pull-duwn), которые обычно появляются под соответствующим пунктом горизонтального меню, всплывающее (рор-UР) меню, которое часто появляется в позиции курсора мыши .

В графических системах меню – это не только список объектов.Меню может представлять собой панель инструментов в виде картинок (пиктограмм).

Важным элементом интерфейса пользователя есть окно диалога. Окно диалога представляется н а экран дисплея по программе.В нем или предлагается перечень объектов для выбора, например перечень файлов, шрифтов, или его нужно заполнить самому пользователю. Иногда окно диалога уже заполнено ответом, которую предлагает сама система. Пользователь должен либо согласиться с ней, или может заполнить окно диалога другими сообщениями.

Общепринятыми являются следующие правила работы с окнами диалога:

1. Если вариант заполнения окна диалога полностью удовлетворяет поль ча, он должен нажать на клавишу Еnter.

2. Если сообщение в окне диалога необходимо изменить, то нужно сначала нажать на любую клавишу со стрелкой перемещения курсора, а затем осуществить редактирования.

3. Если окно диалога нужно заполнить новой информацией, то необходимо набрать ее. При нажатии на клавишу с любым символом предложенное системой заполнения стирается.

4. Для отмены работы с окном диалога нажимается клавиша Е sc.Возможности окон диалога графических систем намного шире текстовых. Они включают дополнительное количество элементов, таких, например, как командные кнопки, флажки, поля выбора и др.

В графических технологиях отчетливее проявляется стандартизация интерфейса пользователя. Более того, для этих технологий уже сформулированы некоторые принципы интерфейса пользователя, которые будут рассмотрены при описании обо лонкы Windows.

Еще одним элементом интерфейса пользователя есть сообщения системы, которые отображаются на экране дисплея. Эти сообщения можно разделить на две группы.

1) Сообщения, которые не требуют от пользователя никаких ответных действий.Как правило, эти сообщения информируют пользователя о тот процесс, который проходит в компьютере. Например, процесс копирования файла может сопровождаться на экране заполнением цветной полосы. Или, например, при уничтожении файлов на экран выдаются имена этих файлов.

2) Это сообщения, которые требуют от пользователя ответных действий.К таким сообщений относятся сообщения о нормальном завершении прог рамы (в этом случае достаточно нажать на клавишу Еnter) и сообщения об особых ситуации.К последним относятся, например, сообщение об отсутствии дискеты в дисководе, сообщение о невозможности копирования файла из-за отсутствия свободной памяти на диске и др.

Похожие статьи

• Типы данных Excel (0)
• Системы управления базами данных (0)
• Система управления базами данных (0)
• Программное обеспечение ПК (0)
• Программное обеспечение (0)

Две трети рынка бытовой электроники создает аудио-, видео-и фото продукция и компьютерная техника, а остальную часть занимают информационные устройства двустороннего связи. Перспективные виды продукции, обеспечивающие доступ к информации и развлечений, д о позволю потребителю создавать, манипулировать, изменять, сохранять и передавать все виды информационного продукта.Разнообразные виды продукции проникают во все сферы быт в ту.Особое место занимают бытовые компьютеры, которые уже смогли интегрировать разнообразные возможности бытовой электроники. Их возможности быстро растут, что позволяет пер е носить выполнения некоторых работ из помещения офиса домой.Персональные компьютеры создают основу для внедрения интегральных информационных услуг. Массовое розп овсюдження бытовой электроники открывает широкие возможности для информационного досуга, самообразования и общения.

Сектор офисной техники.

Область офисного оборудования остается одной из секторов, где конкурентная борьба находится на достаточно высоком уровне. Традиционные, диверсифицированные и новоств Орене организации отстаивают свои позиции на рынке, достаточно быстро растет, но испытывает значительных колебаний.

Интеграция программного обеспечения и оборудования остается перспективным направлением, которому некоторые организации связывают получение добавленной стоимости. Однако многие из них почувствуют трудности, которые обуславливаются процессом уменьшения доходов, который будет прогрессировать при условии стабилизации экономических моделей и распределения добавленной стоимости. Успех таких организаций отражать рост добавленной стоимости за счет более тесной связи между программным обеспечением, другими информационными службами и аппаратными средствами.

Многие традиционные виды конторского оборудования является в достаточной степени разработанными и имеют высокую конкурентоспособность. Наибольшее распространение получили рабочие станции, копировальные машины и средства связи. Это можно объяснить следующим образом. Сфера интеллектуального труда на 80% состоит из трех видов профессионально-фундаментальной д ияльности: маркетинг и торговля, проектирование и анализ, управление операциями, на остальные 20% приходятся на такие сферы, как снабжение, кадры, финансы и право, которые естественно, ма ют различную атрибутику.Потенциальный экономический эффект для сферы маркетинга и торговли связана не только со снижением издержек и улучшением координации деятельности, но и с увеличением прибыльности и конкурентоспособности предприятия и лучшим уд о лением запросов потребителей.Кроме того, маркетинг и торговля остаются источниками и н формации, жизненно необходима для каждой организации, так, как деятельность практически всех отделов организации зависит от качества информации о состоянии на рынке и ее использования.Достижение успеха в обеспечении работников офисным оборудованием определяется не вот только правильным выбором конкретной сферы ее использования – в большинстве этот успех зависит от отношения пользователей.

Рынок бытовой электроники и офисной техники.

Две трети рынка бытовой электроники создает аудио-, видео-и фото продукция и компьютерная техника, а остальную часть занимают информационные устройства двустороннего связи. Перспективные виды продукции, которые обеспечат доступ к информации и развлечений, дают потребителю создавать, манипулировать, изменять, сохранять и передавать все виды информационного продукта. Разнообразные виды продукции проникают во все сферы быта. Особое место занимают бытовые компьютеры, которые в недалеком будущем смогут интегрировать разнообразные возможности бытовой электроники. Их возможности быстро растут, что позволяет переносить выполнение некоторых работ из помещения офиса домой. Персональные компьютеры могут создать основу для внедрения интегральных информ а ционных услуг.Массовое распространение бытовой электроники открывает широкие возможность ости для информационного досуга, самообразования и общения.

Значительную часть этого рынка занимает офисная техника, которая быстро автоматизируется и приобретает широкие возможности для взаимодействия. Многие традиционные виды конторского оборудования в достаточной степени разработанными и имеют высокую конкурентоспособность. Наиболее распространенными являются рабочие станции, копировальные машины и средства связи. В Украине на сегодня большую часть данного сегмента рынка занимают зарубежные т Овари.

Структура сектора информационных технологий обеспечения бизнеса.

Работа любой организации опирается на три функциональные участки управления: планирование деятельности организации, техническое проектирование и производственное планирование и контроль.Сама же организация выполняет четвёртого функцию – производство продукции или оказание услуг.Эти функции перекрываются, и обеспечение их интеграции путем адекватного обмена информационным продуктом может рассматриваться как пятая функция.

Рисунок 1.Структура взаимодействия функциональных областей управления организацией.

Эффективное и конкурентоспособное функционирования любой организации (предприятия, фабрики, завода, торговой организации, научно-учебных, медицинских или других учреждений) сегодня невозможно без вычислительной техники и программного обеспечения. Постоянное расширение сферы применения компьютерной техники приводит к появлению в елико количества программ и программных систем.В настоящее время в основном сформировался и на был четких очертаний рынок информационных технологий, который нужен для обеспечения трех первых функциональных участков.Этот рынок стандартных технических и программных средств и услуг предлагает информационные технологии общего назначения (например, компьютеры различной вычислительной мощности, автоматизированные рабочие места, локальные а б числювальни сети, стандартные программные средства).На этом рынке различные аппаратные средства одного класса, предлагаемых, практически взаимозаменяемы при условии наличия специализиро о ванного прикладного программного обеспечения.Вместе с этим, прикладные программные средства, разработанные в рамках одного стандарта, предусматривают широкие возможности для взаимодействия, хотя в большинстве случаев параллельно требуют у пользователя достаточно глубоких знаний в области использования программного обеспечения.

В четвертой участке физического производства существует дифференциация аппаратных средств, как с точки зрения назначения (определяется видом бизнеса), так и с точки зрения способности к взаимодействию интеллектуальных средств и устройств, используемых в процессах производства (обслуживания) и контроля. Такая специализация для поставщика информационных технологий означает заметный рост добавленной стоимости. Существующий уровень специализации обуславливает потребности в широком ассортименте и большом количестве интеллектуальных средств промышленного назначения, датчиков, программируемых контроллеров, регуляторов, роботот е хникы, автоматизированных систем обработки, систем тестирования и контроля.Специализированные с асобы и системы, а также соответствующие услуги становятся необходимыми для обеспечения всех фу нкций физического производства (обслуживания).Автоматизированные системы управления этого сектора должны оперативно на основе быстрой обработки информации представлять инфо рмацию об отклонении фактических показателей от запланированных.

Перспективы развития фирм-поставщиков информационных технологий обеспечения предпринимательства.

Лидирующее положение среди фирм-поставщиков в технологической области занимают те, которые предлагают информационные технологии на основе модульной архитектуры, которая обеспечивает способность к взаимодействию при переходе от одного поколения компонентов к другому. Ведь немного крупных фирм могут осуществлять одновременную широкомасштабную замену действующего оборудования. Большинство организаций предпочитает поэтапной замене или модернизации отдельных компонентов. Производители, которые не уделяют соответствующего значения проблемам создания модульной архитектуры и обеспечения способности к взаимодействию, не смогут долго удерживать свои позиции в этом секторе информационных технологий.

Два фактора наиболее существенно влияют на состояние рынка информационных технологий: во-первых, это создание мощных территориально распределенных организаций и во-вторых, появляется много владельцев этих организаций – профессионалов в применении информационных технологий. Оба фактора тесно связаны по совершенствованию управлением организаци семьей.Одним из направлений развития аналитических управленческих систем можно считать их инт е грацию в комплексную систему управления организацией.Хотя опытные руководители и без д о помоги аналитической информационной системы чувствуют, что приносит прибыль, а что – нет.Однако в условиях большой номенклатуры изделий (услуг) и значительных оборотах “отсев” Нере н табельных позиций или действий, с одной стороны, и выявление перспективных, с другой, не всегда может быть проведен “на глаз”.При высоком уровне рентабельности это не столь существенно есть во, но когда речь идет о незначительных влияния большой совокупности управляющих воздействий, в то время когда вмешательство требует оперативности, нужен тонкий и точный инструмент для управления.Возможно, именно поэтому роль пятой функции интеграции играет информационная система исп же менту, которая объединяет и координирует работу всех задействованных информационных технологий в данной организации.Говоря об интеграции, не следует забывать, для кого предназначены данные, Разреш в вани отдельными аналитическими системами.Информационную систему менеджмента (ИСМ – M anagement I nformation S ystem) рассматривают, как составную часть системы управления, которая включает сбор, анализ и обработку существующей или создания новой информации с возможным использованием самых современных достижений в области информационных технологий.

Если речь идет о рынке автоматизированных систем, то, как показывает практика, на рынке автоматизированных систем для средних предприятий в любой стране доминируют отечественные няни разработчики.Ведь только они могут учесть все особенности национальной спец ификы и предусмотреть возможные будущие изменения в законодательстве и политике.

Похожие статьи

• Шина USB (0)
• Центральный процессор (0)
• Разгон процессора (0)
• Появление и развитие персональных ЭВМ (0)
• Цифровые фотокамеры (0)

Операционная функция охватывает все действия, результатом которых являются товары, услуги, предлагаемые организацией на рынке.Без этой функции, разумеется, никакая организация существовать не может. Для осуществления операционной функции создается соответствующая операционная система.

Операционная система создается и функционирует, учитывая стратегию операционной деятельности, которая, в свою очередь, является одной из функциональных стратегий (субстратегий) развития организации.Что касается промышленного предприятия полная система производственной деятельности называется операционной системой. Банк или больница также имеют операционные функции, хотя не имеют ничего общего с технологией обработки материалов или конвейером. Поэтому управление операциями аналогично управления производством, за исключением того, что управление операциями охватывает более широкий круг проблем и используется в организациях, деятельность которых не имеет ничего общего с технологией предприятий обрабатывающей или любой другой отрасли промышленности. Однако есть определенное сходство в подходах, принципах деятельности менеджера промышленной фирмы, страховой компании, банка, клинической больницы и т.д.

Операционный менеджмент - это термин, происходящий от английского Production and Operations Management, что в переводе означает управление производством.

Американские профессора Ричард Чейс и Николас Аквилани определяют операционный менеджмент как управление всеми ресурсами, необходимыми для производства продукции и предоставления услуг организацией.Другие американские исследователи: СЕГ Ли и Марк Шнай-дерьянс определяют операционный менеджмент как науку о концепции, методы, процедуры, технологии, используемые управленцами в процессе создания и функционирования операционной системы

Русские профессора З. П. Румянцева и Н. А. Саломатин определяют производственный менеджмент как систему взаимосвязанных элементов, характеризующих производство, его организацию, техническое обслуживание, а также управление производственной стратегией, программой, производством в оперативном режиме, материальным обеспечением производства, ценообразованием, расходами в производстве ^144.Каждый из определенных элементов касается управления производством и требует соответствующего рассмотрения в их взаимосвязи и взаимодействия.

Следовательно, можно сделать вывод, что управление операциями по отношению к предприятию – это процесс проектирования, планирования, согласования, контроля всех средств, процессов и видов деятельности, необходимых для превращения труда, капитала, материалов, энергии и профессиональных навыков в товары и услуги для удовлетворения потребностей внешнего среды.

Система операционного менеджмента формируется, исходя из операционной стратегии (рис.1).

Рыночная среда

корпоративная стратегия

система планирования и контроля

операционный менеджмент

операционная стратегия

Персонал

составляющие продукта

процессы

предприятия (подразделения)

Рис.1. Порядок построения системы операционного менеджмента

Чаще операционную систему подают как совокупность трех взаимосвязанных подсистем: перерабатывающей, подсистемы обеспечения и подсистемы планирования и контроля (рис.2).

На выходе:

На входе:

подсистема планирования и контроля

подсистема обеспечения

перерабатывающая подсистема

Планы, решения, корректирующие действия

.

Информация по микросреды

Информация из внешней среды

труд

материалы

капитал

информация

энергия

продукция

услуги

Рис.2. Операционная система и ее подсистемы

Информация о состоянии системы

Перерабатывающая подсистема осуществляет продуктивную деятельность, связанную непосредственно с превращением входных величин в выходные результаты.

Подсистема обеспечения не связана напрямую с производством выходов, но выполняет необходимые функции обеспечения перерабатывающей подсистемы.

Подсистема планирования и контроля получает от перерабатывающей системы информацию о состоянии системы. Информация поступает из микросреды (цели, политика, персонал и т.п.) и из внешней среды (спрос на продукцию, стоимость ресурсов, тенденции развития техники и т.п.).

Основной целью операционного менеджмента является производство продукции своевременно и с минимальными затратами. Задача каждого производственного подразделения могут быть разными, но основная управленческая цель остается одной для всех: безусловное выполнение заданной производственной программы и достижение при этом минимальных затрат материалов, труда, времени и денежных средств.

На практике большинство зарубежных фирм использует дополнительные критерии оценки и контроля своих целей. Типичными критериями для оценки промышленной фирмы являются:

1. Количество изготовленной продукции.

2. Расходы на материалы, сырье, персонал и т.д.

3. Содержание оборудования.

4. Качество и надежность продукта.

5. Своевременность доставки.

6. Капиталовложения и их окупаемость.

7. Гибкость при смене продукта.

8. Гибкость изменения объемов производства.

Однако большинство из этих критериев характеризуют деятельность производителя и в меньшей степени направлена на потребителей. Поэтому Ричард Шонбергер, принимая во внимание опыт лучших компаний, выделяет следующие критерии оценки целей корпоративного уровня:

1. Расходы потребителя.

2. Выигрыш времени.

3. Качество продукции.

4. Гибкость.

Совершенно очевидно, что критерии Р. Шонбергера достаточно удачной попыткой реализовать маркетинговый подход в управлении.

В современных условиях хозяйствования специфика управления производством определяется с учетом рыночных условий, которые с середины 80-х годов характеризуются следующими факторами:

• сокращение жизненного цикла товара, расширение номенклатуры изделий при уменьшении их объемов (а не производство крупных партий стандартных продуктов);

• значительное усложнение технологических процессов (по сравнению с конвейерными пиниями), что обусловливает повышение требований к квалификации и уровня подготовки персонала;

• рост требований к уровню качества обслуживания и сроков выполнения заказов, что вызывает трудности в использовании традиционных производственных систем и в механизме принятия решений.

Совершенствование менеджмента в сфере производства предусматривает:

• ориентацию деятельности фирмы на длительную перспективу;

• проведение фундаментальных научных исследований:

• диверсификацию производства;

• интенсивную инновационную деятельность;

• максимальное использование творческой активности персонала.

Похожие статьи

• Формирование информационных систем (0)
• Формирование информационных потоков в организациях (0)
• Современные концепии и технологии проектирования Операционной Системы (0)
• Система управления базами данных (0)
• Работа с файлами и папками (0)

На практике информационные системы менеджмента создаются в процессе формирования интегрированных автоматизированных систем управления крупными экономическими объектами. Такие комплексы охватывают все уровни управления объекта от общего руководства к управлению производственными процессами. При этом все уровни управления тесно взаимосвязаны. Обратная связь, начинающийся с нижних уровней, способствует принятию решений на высших уровнях управления. Сверху вниз осуществляется объединение ресурсов, необходимых для выполнения работ, синхронизация комплексных программ, направленных на развитие системы. В состав таких систем могут входить несколько информационных центров – сотни сетевых компьютеров, тысячи персональных компьютеров, десятки тысяч пакетов программных комплексов, как высших форм использования информационного ресурса в менеджменте.

Рисунок 1. Модель решения задачи.

Системы поддержки принятия реше ­ шень.

Проблемы организационного управления в зависимости от уровня их формализации делятся на проблемы структурированные (полностью формализованы, количественно сформулированы), неструктурированные (неформализованные, качественно выраженные) и слабоструктуровани (смешанные), имеющие, как количественные, так и качественные элементы. В менеджменте автоматизированном решению подлежат, как структурированные, так и слабоструктуровани проблемы. Первый класс проблем решается в информационных системах традиционного типа, а второй – в компьютерных системах поддержки принятия решений (СППР). Системы поддержки принятия решений является сравнительно новым классом информационных систем, которые создавались для поддержания умственной деятельности человека, принимающего решения в многовариантных задачах с высокой степенью неопределенности. Такие системы, используемые в экономической области, имеют в своем распоряжении широкий диапазон специальных методов принятия решений и универсальных экономико-математических методов. Менеджеры в своей профессиональной деятельности достаточно часто сталкиваются с необходимостью принимать решения в проблемных ситуациях – в основном в плохо определенных (неструктурированных) условиях с неполной или нечеткой информацией. Поэтому применение компьютерных систем поддержки принятия решений в менеджменте обусловлено насущными потребностями управления.

Решение задачи принятия решений направлено на определение наилучшего (оптимального) или приемлемого рационального способа действия для достижения одной или нескольких целей. Конечным результатом задачи принятия решений является решение, которое может выступать, как направление действия, способ действия, план работы, вариант проекта, и т.п. Основными этапами процесса принятия решений является выявление проблемной ситуации, осуществление постановки задачи принятия решений, генерация или формирование решений, выбор оптимального решения, внедрение решения.

Для постановки задачи принятия решений для автоматизированного решения нет утвержденного стандарта. В общем случае постановка задачи принятия решений включает описание (возможно формальный) следующих составляющих:

¨                  начальная проблемная ситуация;

¨                  время, которое располагает лицо, принимающее решение, для принятия решений;

¨                  необходимые для принятия решений ресурсы (возможности осмысления, компьютерная техника, методы поддержки принятия решений, финансовые и материальные ресурсы);

¨                  конечная множество гипотетических ситуаций для доопределение начальной проблемной ситуации, а также вероятности их наступления;

¨                  множество целей, которых добивается руководитель при принятии решений;

¨                  множество ограничений (финансовых, материальных, правовых);

¨                  множество решений, из которых должно быть выбрано одно – оптимальное или приемлемое – решения;

¨                  функция преимущества, оценивающий полезность и ценность решение в данной ситуации для достижения данной цели, которая отражает качественный и количественный характер;

¨                  критерий выбора, по которым осуществляется выбор оптимального или приемлемого решения.

Наряду с системами поддержки принятия решений в отдельных областях менеджмента могут использоваться экспертные системы, являются системами искусственного интеллекта, копирующих ход рассуждений человека-эксперта. Основные сферы их использования – управление материальными ресурсами, оперативное управление производством, маркетинг.

Творческие информационные технологии – новый этап в менеджменте.

В последние десятилетия менеджмент в самых развитых странах переводится на творческие информационные технологии нового высшего уровня. Они охватывают полный информационный цикл – наработка информации (новых знаний), ее передачу, переработку, использование для преобразования объекта, достижения новых, высших целей. Их иногда называют информационно-динамическими технологиями, поскольку они обеспечивают развитие самих управляемых объектов. Творческие информационные технологии, которые означают высший этап компьютеризации менеджмента, характеризуются двумя важными особенностями:

• во-первых, возможностью переработки и использования информации в виде знаний, т.е. содержательной взаимодействия с объектом и социальной средой.
• во-вторых, информационно-динамические технологии охватывают весь информационный цикл – от материально-энергетических и трудовых затрат на создание информационных ресурсов до окончания их использования с целью перевода объекта в новое состояние.

В отличие от предыдущих уровней развития ИТ, составляли лишь управляющую часть кибернетической системы, не обращая внимание на объект, информационно-динамическая технология охватывает всю конкретную систему (организацию, предприятие, объединение). Именно это является основной причиной, почему современные информационные технологии радикально преобразуют различные сферы человеческой практики.

Творческие системы (Creative System) – это рассчитаны и спроектированы по принципам социальной инженерии “машины”, которые практически снимают ограничения на природные (физиологические и исторические) границы “информационной производительности” человека и усиливают творческую мощь человеческого интеллекта на несколько порядков. Интегральная функция таких систем заключается в том, чтобы автоматизированными способами аккумулировать весь потенциал знаний, относящихся к определенной отрасли, и превратить его в действующие алгоритмы и программы, а затем обеспечить их реализацию. Оснащение информационными технологиями позволяет экономить управленческие и накладные расходы, значительно повышает эффективность проектно-конструкторских работ, обеспечивает эффективное планирование. В то же время внедрение информационной системы менеджмента, как правило, приводит к синергическому эффекту в успешной деятельности организации за счет повышения эффективности управления, вызванной конвергенцией использованных информационных технологий.

Подключение информационных систем менеджмента к сети INTERNET.

Доступ к информационным продуктам происходит через компьютерную сеть и регламентируется правилами и нормативами данной организации. Кроме этого, информационные технологии обеспечивают динамическую координацию действий за счет современных средств связи и программных средств компьютерных сетей. Информационная компьютерная сеть организации может органично подключаться к всемирной компьютерной сети INTERNET. Подключение может производиться через соответствующие шлюзы с регламентированным доступом к внутренней информации. Таким образом организация получает прямой доступ к разнообразной информации с широким спектром по содержанию от законодательных актов в сведения о состоянии на рынках сырья и готовой продукции. Так, фирма IBM выдвигает практически внедряет, так называемую концепцию e-business, связанную с электронной коммерцией. Принципиальная разница между простой WEB-страницей компании и электронным бизнесом заключается в том, что первое является просто представлением информации об организации в сети INTERNET, второй позволяет активно включаться в деятельность организации, в том числе и финансовую, и объединяет бизнесы и ее клиентов. Она охватывает все возможные внутренние и внешние связи каждой компании, предоставляя ее сотрудникам, партнерам и заказчикам возможность осуществлять свободный обмен информацией в любой точке земного шара. Дальнейшее направление развития информационных услуг в мире предусматривает обеспечение проведения безопасных деловых операций в глобальной компьютерной сети. Повышение уровня рекламы своей продукции, получения информации специалистами из мирового банка информации по сети INTERNET, установка заграничных контактов, привлечение инвесторов, выявление актуальных новинок и их внедрения, выработка действенной ценовой политики – все это можно проводить через компьютерную сеть. Как показывает зарубежный опыт, такое использование информационных технологий является особенно выгодным для крупных предприятий и требует высокой квалификации кадров и достаточно дорогостоящего оборудования. Однако при централизованном использовании выхода в INTERNET этот проект быстро окупится. Компьютерные сети не дублируют разветвленную сеть телефона и телеграфа, которые, несмотря на внушительные размеры, не могут справиться с растущим информационным потоком деловой информации. Это нагрузки берут на себя компьютерные сети. Компьютеры и телекоммуникационные средства, объединенные в сети, дают возможность мгновенного доступа к мировым специализированных баз данных практически из любых мест земного шара. К основным причинам быстрого развития сетей передачи относятся, во-первых, возможность абонента базы данных вести с ней диалог, не выходя из своей организации, во-вторых, владельцы компьютеров могут осуществлять информационно-вычислительный сервис, включая продажу за границу своих услуг. Благодаря сетям возникла реальная основа для изучения информационной политики организаций и стран, которая в ближайшие годы станет доминирующей частью научно-технического прогресса.

Тенденции развития современных информационных систем.

Среди основных тенденций развития современных информационных систем менеджмента можно отметить следующие:

• создание единого объединенного информационной среды в организации;
• создание тесных информационных горизонтальных и вертикальных связей внутри организации для обмена информацией;
• конвергенция и интеграция специализированных информационных систем;
• возможности доступа к внешним источникам информации;
• внедрение интеллектуальных творческих средств обработки информации.

Таким образом, развитие информационных систем менеджмента позволит осуществлять эффективное управление при сравнительно незначительных затратах.

Функціональна структура інформаційної системи менеджменту в підприємстві.

Функциональная структура информационной системы менеджмента.

Информационная система менеджмента должна обеспечить поддержку основных (первичных) процессов управления предприятием, вспомогательных (вторичных информационных) процессов в таких классических специализированных функциональных участках: производственных всех задействованных профилей, инженерной, финансовой, бухгалтерской, маркетинговой, кадровой, внешне-информационных связях.

Одной из важнейших целей создания информационных систем менеджмента является обеспечение комплексного скоординированного автоматизированного выполнения расчетных, проектных и учетно-информационных работ, которые возникают в функционально-организационных системах предприятия. На рисунке 1 приводится пример типовой модульной структуры информационной системы менеджмента для предприятия.

Рисунок 2. Укрупненная функциональная декомпозиция информационной системы промышленного предприятия

Функциональная структура информационной системы менеджмента в организации может состоять из взаимодействующих подсистем различных направлений, реализованных в виде автоматизированных рабочих мест заданных тематических профилей и определенных рангов. Глубина иерархического углубления профилированных автоматизированных рабочих мест зависит от уровня иерархии объекта управления. Отдельные пiдрежимы в системе не изолируются друг от друга, а взаимодействуют между собой на уровне единой информационной среды, используя одни и те же данные. Взаимодействие между ними может носить, как косвенный, так и прямой характер. Важно, чтобы переходы между режимами в пределах одного слоя могли осуществляться только через высшие или их обобщающие слои. В рамках каждого пiдрежиму, как правило, должны предусматриваться следующие общепринятые вспомогательные пiдрежимы: обращение о помощи; работа со словарем; информация о создании нового объекта; виды объекта. Модульный принцип построения информационной системы менеджмента с максимально возможным использованием серийно производимых технических средств и использованием проблемно-ориентированных пакетов прикладных программ позволяет быстро адаптировать ее для конкретного использования в конкретной организации.

Рисунок 3.Функциональная структура информационной системы менеджмента

Подсистемы информационной системы менеджмента в свою очередь делятся на задачи, которые объединяются в комплексы в соответствии с их функциональной и информационной принадлежности. Вычленение функциональных составных элементов информационной подсистемы осуществляется по следующим основным признакам:

• фазы управления планирования – учет – контроль – анализ в совокупности образуют полный цикл управления;
• периоды (например, смена, сутки, неделя, декада, месяц, квартал, год, многолетний период);
• уровень управления (например, рабочее место, бригада, участок, цех, предприятие);
• вид управляемых ресурсов (например, материальные, трудовые, финансовые ресурсы и производственное оборудование);
• традиционный структурно-организационное разделение аппарата управления в соответствующих отделах, службах, подразделениях (например, планово-экономический отдел, отдел труда и заработной платы, бухгалтерия, планово-диспетчерский отдел);
• функциональная сфера управления (например, основное и вспомогательное производство, материально-техническое обеспечение, трудовые ресурсы, реализация и сбыт продукции, финансовая деятельность);
• единицы измерения объектов (например, общий объект учета, изделие или деталь, суммарная и специфицирована номенклатуры, поставщик и потребитель).

Составляющими информационной системы менеджмента являются подсистемы заданных профилей для определенных пользователей. Ниже рассмотрим ориентировочный перечень первичных функций, использование которых должно обеспечиваться специализированными подсистемами.

Система управления производством.

Система управления производством может включать целый нвабир встроенных подсистем, таких, как подсистема технико-экономического планирования, подсистема оперативного планирования производства, подсистема оперативного управления основным производством, подсистема управления материально-техническим обеспечением и другие. Структура этой системы формируется в соответствии с политикой и стратегией деятельности предприятия.

Подсистема технико-экономического планирования. Все задания подсистемы технико-экономического планирования, исходя из задач, состоящих из перспективного и текущего планирования, которые взаимосвязаны между собой.

Перспективное планирование носит ориентировочный характер, осуществляется на пять и более лет и корректируется в процессе выполнения, а также при возникновении дополнений в связи с развитием науки и техники. Перспективные планы предприятий представляется в небольшом количестве укрупненных показателей и обосновываются технико-экономическими расчетами.

Текущее планирование основной своей задачей имеет определение годовой производственной программы по выпуску продукции, как обоснование необходимых материальных, трудовых и денежных ресурсов для ее выполнения. Основная проблема, которая решается подсистемой, заключается в согласовании потребностей в выпуске продукции данного предприятия с его производственными возможностями и ресурсами. При этом должно обеспечиваться оптимальное планирование производства продукции и балансировки ресурсов, расходов, прибыли и рентабельности. Эффективная работа подсистемы обеспечивается за счет оптимизации производственной программы, рационального использования основных и оборотных фондов, установление оптимального уровня и объемов незавершенного производства, снижение непроизводственных затрат, повышение качества и оперативности управления.

Типовой план предприятия состоит из следующих разделов:

• план производства и реализации продукции;
• техническое и организационное развитие;
• показатели повышения экономической эффективности производства;
• расчет норм и нормативов;
• капитальные вложения и капитальное строительство;
• материально-техническое обеспечение;
• труд и кадры;
• себестоимость, прибыль и рентабельность;
• фонды экономического стимулирования;
• финансовый план.

Как видим, характерной особенностью подсистемы имеется большое количество задач. При этом в информационной системе обрабатывается большой объем информации, поскольку расчетные данные характеризуют всю производственно-хозяйственную деятельность предприятий и их производственных подразделений. Отметим, что задачи планирования используют нормативы всех других подсистем, обслуживающих техническое и организационное развитие, вопросы производства, сбыта и реализации продукции, материально-технического обеспечения, труда, кадров, финансов и другие важные для предприятия показатели (прибыль, рентабельность, себестоимость, фондоотдачу и другие).

Подсистема оперативного управления основным производством. Подсистемы оперативного планирования производства тесно связаны с выполнением функций оперативного управления. Оперативное или оперативно-производственное планирование предназначено для   заключения календарных планов на предприятии и в цехах.Решает задачи рационального распределения работ и составления сменно-суточных заданий.

Назначение подсистемы оперативного управления основным производством заключается в осуществлении координации хода производства с целью достижения положительных результатов деятельности предприятия. Эта подсистема обеспечивает:

• равномерное и комплексное выполнение плана производства на основе распределения плановых заданий между подразделениями, участками и рабочими местами при выполнении технологических производственных процессов;
• согласование всех элементов производства во времени;
• согласование оперативных планов производства с производительностью цехов и участков;
• согласование оперативных планов с запланированными технико-экономическими показателями;
• систематическое выявление резервов производства, повышение производительности труда, улучшение использования основных и оборотных фондов, создание условий, способствующих развитию передовых форм организации производства.

Подсистема выполняет следующие основные функции, как оперативный учет, оперативный анализ, оперативное регулирование производственного процесса. В ряде случаев подсистема выполняет функции оперативного планирования, тогда она отдельно не выделяется. Объектом анализа являются плановая и соответствующая учетная информация, а его результаты используются для решения задач оперативного управления ходом производства.

Подсистема управления материально-техническим обеспечением. Основное назначение подсистемы управления материально-техническим обеспечением – своевременное и комплексное обеспечение производства сырьем, материалами и комплектующими при соблюдении режима экономии в использовании материалов, осуществлении снабженческих операций и складировании. Подсистема имеет следующую функциональную структуру: планирование материально-технического обеспечения, обеспечения фондами и спецификация потребностей; доведение плана материально-технического обеспечения до потребителей и установления лимитов цехам и службам предприятия; учет, отчетность, статистическая отчетность.

Для выполнения двух первых этапов решаются следующие задачи расчета потребностей материальных и трудовых ресурсов на выполнение производственной программы:

• на задействование незавершенного производства;
• для функционирования основного производства;
• для внедрения новой техники;
• на создание переходящих запасов;
• на хранение ожидаемых остатков;
• соответствующие фонды (страхового и других).

На основе полученных результатов составляется план материально-технического обеспечения. Специальный класс задач посвященный оперативном и текущем учете, подготовке статистической отчетности, объемам реализации фондов, учета неликвидов.

Подсистема управления вспомогательным производством. Вспомогательное производство имеет важное значение. Затраты на его функционирования составляют около половины стоимости продукции, в нем, как правило, занято до 40% работников. В его состав входят ремонтное, информационное, энергетическое, транспортное и складское хозяйство. Для каждого комплекса характерны собственные задачи планирования, учета, контроля и анализа, регулирования.

Комплексы задач по обслуживанию энергетического и складского хозяйства включают задачи, связанные с производством отдельных видов энергии, энергообеспечением, организацией информационных потоков управления, ремонтом и надзором за энергоустановки и расходом энергоресурсов, хранением топлива, организацией хранения продукции на складах и управления погрузочными и разгрузочными работами .

Подсистема управления качеством продукции. Вопросам повышения качества продукции на предприятии должна предоставляться большое внимание. Это фактор повышения и интенсификации общественного производства. Управление качеством продукции расширяет функции контроля качества и заключается в определении показателей качества, контроле и анализе качества продукции и регулировании технологических процессов и методов стимулирования для повышения качества продукции до рационального уровня.

Подсистема управления капитальным строительством решает задачи, связанные с управлением общим ходом капитального строительства, строительством хозяйственным способом, подрядными работами.

Подсистема организации и развития управления предприятием решает задачи планирования, контроля и учета, анализа работы аппарата управления.В этой же подсистеме должна решаться задача непрерывного контроля работы системы управления предприятием и анализа уровня ее эффективности.

Подсистема информационной системы управления предприятием призвана повышать уровень и авторитет автоматизированных систем организационного управления.Для этого в первую очередь необходимо обеспечить со стороны информационной системы менеджмента информационное, причем выборочное профессионально оспрямоване обеспечения руководителей всех рангов и режим “запрос-ответ” из всех вопросов, касающихся деятельности предприятия. Второй, не менее важной функцией, является обеспечение подготовки и принятия управленческих решений. Для этого кроме управляющей информационной системы, которая реализует алгоритмы принятия решений, которые обеспечиваются экспертными системами, в составе информационной системы менеджмента должна быть создана база знаний.Пока такие базы еще не проектируются, поэтому полная реализация функций подсистемы находится в перспективе на ближайшие 10-15 лет.

Инженерная система состоит из двух типовых подсистем.

Инженерная подсистема выполняет функции, которые должны обеспечить техническую подготовку производства.Она охватывает выполнение научно-исследовательских и проектных работ, стандартизации, нормирования. Стандартизации подлежат конструкции изделий, технологические процессы, методы организации и управления службами технической подготовки производства. Для организации нормирования необходимо использовать соответствующие нормативы расхода материалов и инструментов, потребностей в оснащении, затрат времени и расценок. Автоматизация технической подготовки производства на уровне предприятия осуществляется в отделах главного конструктора и главного технолога. Обеспечивающие информационные технологии выполняют функции автоматизации проектирования новых изделий, спецоснастки, оптимальной технологии обработки деталей, расчета сводной применимости предметов в изделии, расчета норм расхода материальных и трудовых ресурсов на единицу изделия.

Подсистема управления технической подготовкой производства охватывает определения объемов потребления и потребностей, технологии и планирование вспомогательных мероприятий.Технологические процессы требуют определения технологических маршрутов и календарно-плановых нормативов. Вспомогательные мероприятия выполняются для подготовки процессов обслуживания производства и заключаются в решении задач управления транспортными и управления погрузочно-разгрузочными работами, хранения и выдачей материально-технических ценностей, поддержка оборудования и механизмов в рабочем состоянии, изготовления и ремонта инструмента и оснастки, контроля качества материалов и полуфабрикатов, управление энергообеспечением производства и организационно-технических работ. Кроме того, в рамках этой подсистемы решаются задачи планирования технологической подготовки производства, учета, контроля, анализ хода работ и информационное обеспечение служб подсистемы.

Ее основными задачами являются следующие:

• расчет сроков изготовления конструкторской и необходимой технологической документации;
• расчет сроков выполнения изделий и устройств в опытном производстве;
• заключения тематических планов и прогнозирование загрузки подразделений предприятия;
• прогнозирования невыполнение плана по особо важных пунктах;
• формирование месячных отчетов о выполнении планов по номенклатуре и объемах изготовления продукции.

Финансовая и бухгалтерская системы.

Подсистема управления финансами на предприятии выполняет функции автоматизации финансовых расчетов и принятия решений по управлению финансами предприятия.В состав задач входят анализ финансовой отчетности, управление выбором проектов инвестиций, управление выбором источников финансовых ресурсов и другие. Автоматизация анализа финансовой отчетности предприятия предусматривает проведение расчетов специальных показателей, характеризующих результаты хозяйственной и финансовой деятельности предприятия, определение на их базе показателей финансового состояния предприятия и выработка рекомендаций по дальнейшей стратегии его развития. Входной информацией для анализа служат такие данные баланса предприятия, как вот стоимость изготовленной продукции, запасы и затраты, клиентская задолженность, задолженность поставщикам, производственные инвестиции, продажа старого оборудования при замене на новое, изменение задолженности предприятия за отчетный период, сумма процентов за кредит, налог на прибыль, дивиденды рабочим и другие.

Автоматизация управления выбором проектов инвестиций осуществляется в условиях компьютерной системы принятия решений. Предметом принятия решений об инвестициях могут быть: материальные инвестиции (в материальные объекты – земельные участки, средства производства, оборудование, запасы); финансовые инвестиции (в ценные бумаги, в долю в другом предприятии, издание кредита за счет собственных средств); нематериальные инвестиции (в рынок – реклама, исследования, в квалификацию сотрудников, организацию предприятия, социальные мероприятия). Основное внимание в процессе управления уделяется материальным инвестициям. Принятие решений относительно инвестиций сопровождается инвестиционными расчетами, которые определяют количественные соотношения поступлений и расходов. Инвестиционные расчеты могут выполняться по двум моделям: по одной – в изолированном инвестиционном планировании сравниваются альтернативы инвестиций только друг с другом; по другой – в общем инвестиционном планировании учитываются переменные связи инвестиционных альтернатив с производственным процессом.

При проведении инвестиционных расчетов с помощью статических методов инвестиционные проекты сравниваются между собой по показателям суммарных расходов, расходов на единицу изделий, прибыли, рентабельности, времени амортизации. Входной информацией для проведения расчетов есть сведения о начальных расходы в определенном вариант инвестиций, заработную плату, стоимость материалов и энергии, амортизационные отчисления, расходы на аренду помещений, налоги, страхование, посторонние производственные услуги, сведения о количестве выпуска продукции и прибыль и другие.

Поддержка инвестиционных решений на основе динамических методов расчета инвестиций предусматривает определение стоимости капитала и аннуитета. Стоимость капитала инвестиции рассчитывается, как разница между суммой всех поступлений и суммой всех расходов по варианту инвестиций за период его эксплуатации. Аннуитет – это получаемое среднее значение излишков, которое определяется умножением стоимости капитала на коэффициент повторного прибыли от капитала. Входной информацией для расчетов являются сведения о сумме первоначальных затрат, остаточную цену инвестиционного объекта, текущие доходы и расходы, процентную ставку за кредит. С помощью динамических методов могут быть определены экономический срок использования инвестиции и оптимальный момент его возмещения.

Компьютерная поддержка принятия решений по выбору источников финансовых ресурсов обеспечивает анализ альтернативных форм финансирования, соотношение их объемов и выбор конкретных источников финансирования. Формы финансирования различаются: по частоте поступления (текущее, особенное), по продолжительности финансирования (краткосрочное, среднесрочное, долгосрочное), по правовым состоянием инвестора (собственно, заемное), по происхождению денежных средств (внешняя, внутренняя). Для выбора соотношения видов и объемов финансирования в условиях применения систем поддержки принятия решений рассчитываются специальные финансовые показатели, например, показатель эффекта финансового рычага.

Основной задачей подсистемы управления финансами является повышение роли финансов в хозяйственной деятельности предприятий через установление научно обоснованных нормативов использования финансовых ресурсов (выручки от реализации продукции, прибыли, капитальных вложений, фондов экономического стимулирования и других средств), широкое использование финансово-кредитных отношений с целью ускорения научно-технического прогресса и интенсификации производства.

Большинство задач, решаемых подсистемой, связанные с плановыми, контрольными и аналитическими функциями. Подсистема управления финансами имеет тесные информационные связи с подсистемами бухгалтерского учета и управления реализацией и сбытом продукции.

Подсистема комплексного экономического анализа.

Подсистема комплексного экономического анализа предназначена для постоянного совершенствования хозяйственного механизма путем повышения эффективности производства, рост объемов, ассортимента и качества продукции, ускорения оборачиваемости оборотных средств, создание и использование фондов экономического стимулирования на основе проведения анализа использования основных промышленно-производственных фондов, оборудования и использования материальных ресурсов , производительности труда и заработной платы, себестоимости продукции, прибыли и рентабельности, финансового состояния предприятия и эффективности хозяйственной деятельности.

Подсистема бухгалтерского учета.

Основное назначение подсистемы бухгалтерского учета заключается в автоматизированном выполнении бухгалтерского учета на предприятии. Подсистема выполняет функции обратной связи от объекта управления к системе управления путем наблюдения и контроля за состоянием и использованием всех средств предприятия. Она позволяет измерять, фиксировать и анализировать фактическое состояние производственных операций и затрат ресурсов на всех стадиях производства и во всех структурных подразделениях. В условиях автоматизации к подсистемы бухгалтерского учета относятся новые требования: повышение контрольных функций (расширение позиций учета), углубление аналитичности, повышение оперативности, достоверности и точности. Эти требования могут быть выполнены в условиях комплектного применения технических средств.

В подсистеме бухгалтерского учета решаются такие общепринятые комплексы задач:

• учет основных средств (фондов);
• учет материальных ценностей;
• учет труда и заработной платы;
• учет готовой продукции и ее реализации;
• учет затрат на производство и калькулирования себестоимости продукции;
• учет финансово-учетных операций;
• итоговый учет и составление отчетности.

Методическая единство учета и его базы определяют тесные связи между всеми задачами и комплексами задач подсистем бухгалтерского учета.Подсистема бухгалтерского учета имеет двухсторонние информационные связи со всеми подсистемами информационной системы менеджмента.

Подсистема управления трудом и заработной платой. Данная подсистема решает задачи расчета нормативной трудоемкости производственной программы в квартал, квартального плана уменьшения трудоемкости, фонда заработной платы и численности рабочих (сдельщиков и почасовиков), сводного квартального плана по труду и заработной плате.

Маркетинговая система.

Маркетинговая деятельность предприятия связана с обработкой разнообразных и достаточно больших объемов информации. Это обусловливает необходимость системного подхода к организации ее получения, обработки, анализа в процессе выработки управленческих решений. В соответствии с этим маркетинговая система должна строиться с учетом комплексного согласования всех компонентов маркетинговых исследований и должна выполнять такие функции, как планирование маркетинга, контроль маркетинга, ценообразования, обработки результатов маркетинговых исследований, управления реализацией и сбытом продукции.

Подсистема планирования маркетинга выполняет следующие функции:

1.Стратегическое планирование с целью комплексного планирования рыночной стратегии, определение объемов и сроков финансирования в зависимости от маркетинговых целей. дифференциация товаров в зависимости от выбранных сегментов рынка.

2.               Управление реализацией комплексной рыночной стратегии планирования ассортимента продукции; составление плана и бюджета маркетинга для отдельных товаров; согласование планов реализации товаров для отдельных сегментов рынка; управления сбытовой и производственной деятельностью региональных отделений и филиалов.

Подсистема контроля маркетинга должно выполнять следующие основные функции:

1.Учет и контроль выполнения запланированных задач на протяжении плановых периодов, отдельных видов товаров, целевых рынков (контроль объемов реализации товаров и услуг; учет и контроль доходов и прибыли, рентабельности; контроль соответствия фактической доли рынка производственным и коммерческим возможностям; анализ использования возможностей реализации продукции; контроль эффективности маркетинговых мероприятий). В этом же блоке автоматизируется обработка информации о степени удовлетворенности покупателей и потребителей коммерческой деятельностью предприятия на целевых рынках. Результаты решения названных задач используются в планово-экономических службах предприятия, а также руководителями среднего и высшего уровня.

2.               Учет и контроль эффективности (доходности) затрат в системе продвижения товаров, то есть транспортных расходов, расходов на промежуточное складирование, на каналы сбыта, организацию мест продаж. Пользователями информации этого участка контроля являются рабочие внутренней ревизионной службы предприятия.

3.               Стратегический контроль маркетинга – автоматизация расчетов, связанных с глобальным контролем эффективности маркетинговой деятельности в целом. Результаты используются высшим руководством предприятия.

Подсистема ценообразования в основном реализуется в виде компьютерной системы поддержки принятия решений.Это обусловлено определенными причинами. Становление цен на товары предприятия в условиях рыночной экономики является сложным многоэтапным процессом, определяется многими факторами, главными из которых являются конкурентная структура рынка, спрос на продукцию, уровень затрат и другие. Входная информация для определения уровня цен не всегда является полностью определенной и количественной, а чаще носит качественный характер и может быть неточной и неполной. На отдельных этапах ценообразования возможна многовариантность решения, то есть наилучшее решение выбирается из набора альтернативных вариантов. Такие черты проблемы характеризуют ее как задачу принятия решений, так автоматизацию определения цен следует осуществлять в условиях компьютерной системы поддержки принятия решений.

Главными этапами ценообразования в этих условиях являются: выбор цели ценообразования; определение спроса; анализ затрат; анализ цен конкурентов; выбор методов ценообразования; установление конечной цены.

Подсистема обработки результатов маркетинговых исследований охватывает вопросы обработки и анализа данных в таких направлениях, как от исследования рынка, потребителей, конкурентов, изучение товаропросування и продаж, изучение системы стимулирования сбыта и рекламы.Математическую основу автоматизации составляют методы линейного программирования, теория массового обслуживания, теория связи, теория вероятностей, сетевом планирование, методы математической статистики, экономико-математическое моделирование.

Маркетинговая система обеспечивает квалифицированное и оперативное исследование процессов сбыта и реализации готовой продукции. В условиях постоянного совершенствования хозяйственного механизма и перехода к рыночным взаимоотношений значение этой подсистемы постоянно растет, поскольку она определяет ориентацию политики предприятия на рынке, тем самым приводя в действие рычаги хозяйственного механизма в действие.

Подсистема управления реализацией и сбытом продукции. Основным фактором, влияющим на процесс сбыта и реализации продукции, является ритм производства и выпуска продукции, обеспечения своевременного, комплектного и ритмичного поставки ее потребителю.

Основной задачей подсистемы является обеспечение своевременной поставки потребителям продукции требуемого ассортимента и качества в полном объеме в соответствии с заключенными договорами при минимальных затратах на проведение сбытовых операций. В ее задачи также входят организация и ведения складского хозяйства и складских операций, представительство предприятия в вопросах сбыта готовой продукции, представление отчетности в соответствующие инстанции.

Сбыт и реализация готовой продукции включает следующие фазы. как планирование сбыта, складирования и отгрузки готовой продукции, контроль уровня запасов готовой продукции. В соответствии с этим организованные комплексы задач управления поставками продукции, отгрузкой готовой продукции, реализацией продукции.

Кадровая система.

Обеспеченность и правильный подбор кадров всегда были основными условиями эффективной работы предприятия. Задача подсистемы заключается в обеспечении правильного подбора и распределения кадров, непрерывном повышении их экономических и технических знаний, обеспечении готовности кадрового резерва, определении уровня необходимой квалификации кадров. Основными функциональными подсистемами информационной системы управления персоналом на предприятии являются: подсистема оформления и учета кадров; подсистема планирования, прогнозирования и маркетинга персонала; подсистема развития кадров; подсистема анализа и развития средств стимулирования труда. Важное значение для предприятия имеют показатели движения рабочей силы и использования рабочего времени.

Автоматизация планирования потребности в персонале охватывает расчеты затрат времени на выполнение плана производства продукции и планового фонда заработной платы, плановой потребности в основных рабочих и других категориях персонала и чистой потребности с учетом фактического наличия рабочих, приема и выбытия работников до начала планового периода. Для наблюдения за использованием рабочего времени осуществляется учет состава, численности и перемещений сотрудников. Подсистема решает задачи планирования, учета и анализа производственных процессов.

Информацию относительно фактического наличия персонала на предприятии предоставляет подсистема оформления и учета кадров, в задачи которой входят автоматизация документального оформления приема, увольнения, кадрового перемещения персонала, учет наличия и движения личного состава предприятия, оценка и анализ персонала. Аналитические сведения, которые формируются в этой подсистеме, содержат информацию о квалификационной структуре персонала, поло-возрастную структуру, структуру персонала по категориям, отчетную информацию о текучесть кадров на предприятии, продолжительность рабочего дня, социальные услуги и другие.

На этапе планирования производства решаются задачи, как вот расчет потребности в рабочей силе на квартал, месяц и формирования плана подготовки кадров. На этапе учета производственных процессов реализуются в частности такие задачи, как вот табельный учет личного состава, учет наличия и движения кадров, заключение статистической отчетности по кадрам. Процесс планирования обеспеченности кадрами следует из существующего дефицита или избытка персонала по тем или иным категориям, профессиям, разрядах. Автоматизация планирования обеспеченности кадрами осуществляется в условиях компьютерной системы поддержки принятия решений.

Использование средств автоматизации позволяет выполнять аналитические функции, для выполнения которых решаются следующие задачи: анализ использования рабочего времени рабочими, ИТР и служащими, анализ текучести кадров, анализ дефицита (излишка) кадров. Решаются также задачи корректировки плана потребности в рабочей силе.

В процессе принятия решений осуществляется, во-первых, выбор мер кадровой политики путем оценки преимуществ и недостатков каждого мероприятия и определения вероятности их осуществления, во-вторых, оценка кандидатов на принятие, перевод, увольнение, обучение по всем критериям с последующим возведением критериальных оценок в глобальную. Критериями оценки работников являются следующие признаки:

¨       предпосылки производительности (знания, интеллектуальные интеллектуальные способности, выносливость, готовность нести ответственность);

¨       производительность работника (количество выполненной работы, качество темы работы);

¨       поведение работника (способность к сотрудничеству, самостоятельность, способность к руководству);

¨       способность к развитию.

Однако решение задач оценок может быть автоматизированным путем широкого применения методов и тестов инженерной психологии и эргономики, баз знаний и экспертных систем. Оценкой работников пользуются при принятии решений об использовании персонала. Кадровые вопросы, как правило, всегда бывают в поле зрения первого руководителя.

Структура баз даних інформаційної системи менеджменту.

Совокупность первичной и вторичной информации разнопланового характера, предназначенной для принятия решений в сфере управления предприятием, можно считать информационной средой информационной системы менеджмента. Имеющаяся информация, используемая для управления, имеет две разновидности: о состоянии внешней среды и о состоянии организации (или имеющихся предпосылок ее создания). Сложность формирования и использования экономической информации заключается в том, что не все параметры организации легко поддаются формализации для количественного определения, а это требует определенного профессионального уровня для их систематизации и обработки. Поэтому в случае укрупненных расчетов некоторые виды информации используются косвенно путем определения логического влияния на целесообразность предпринимательского решения. Основу информационной среды информационных систем менеджмента составляют тематически ориентированные распределенные базы данных, каждая из которых тесно связана с соответствующей функциональной подсистемой. Физическая организация хранения информации базироваться на концепции распределенных баз данных. Объединение таких баз данных будет создавать первичное информационное среду, которая сможет обеспечивать согласованной информации систему управления на всех уровнях. В свою очередь, тематический распределение баз данных позволит закрепить ведение заданных баз данных с определенными функциональными отделами и повысить ответственность за внесение, хранение и обработку оригинальной информации. В то же время, задание правил пользования через внешней для каждой подсистемы администратора обеспечит использование базы данных в интересах всего предприятия. Доступ к информационным базам данных будет происходить через компьютерную сеть и регламентироваться правилами и нормативами данной организации.

Практика использования баз данных показала, что при их формировании целесообразно использовать определенные правила. Разработчики информационных систем предлагают ряд общих бизнес – правил формирования базы данных информационной системы менеджмента.

Перечисленные первичные функции информационной системы менеджмента могут использоваться автономно, либо входить составляющими подфункции в алгоритм решения сложных проблем. Например, функции высшего уровня информационной системы менеджмента с использованием элементов искусственного интеллекта в сфере производственно-экономической деятельности предприятия позволять:

• решать комплекс задач управления производством (планирование, учет, регулирование, контроль) во всех сферах хозяйственной деятельности;
• оперативно выявлять и помогать устранить неритмичность в работе цехов, подразделений;
• устранять несоответствия в работе взаимосвязанных производств;
• оперативно и правильно распределять энергетические, материальные и трудовые ресурсы;
• улучшать использование оборудования и улучшать качество продукции;
• уменьшить сверхнормативные запасы материальных ценностей предприятия;
• повысить производительность труда управленческого персонала предприятия.

Вопрос построения обычных арифметических устройств рассмотрены достаточно подробно.Однако проблема аппаратурной реализации арифметических операций конечных полей и колец еще окончательно не решена.

Раздел 1.Сумматоры и арифметически-логические устройства

1.1.Одноразрядных сумматоры

Основной арифметической операцией, выполняемой любой ЭВМ, является операция суммирования двух п-разрядных кодов (х _п, …, х ₁ и y _п, …, y _1).Суммирование во всех разрядах, начиная с младшего, происходит по единым правилам.В каждом и-м разряде осуществляется добавление х _и + y _и + р _{и -1,} где р _{и -1} – перенос с младшего i-1-го в старший i-й разряд.Результат представляется кодами суммы S _i и перенос р _и

Схему, выполняющий суммирование в одном разряде, называют одноразрядных Сумматор.Логика работы такого сумматора определяется таблицей истинности (табл.1.1).

Таблица 1.1

Условное графическое обозначение одноразрядных сумматора показано на рис.1.1.

Рис. 1.1. Условное графическое обозначение одноразрядных сумматора

Согласно таблице истинности легко определяются канонические уравнения сумматора:

Применяя к этим уравнениям аппарат минимизации логических функций, получим

Эти уравнения представлены в ДНФ. В базисе И-НЕ уравнения сумматора имеют следующий вид:

В уравнениях (1.2), (1.3) строятся схемы одноразрядных Сумматор.Так, на рис. 1.2 приведена схема сумматора, построенная по уравнениям (1.3).Данной схеме не свойственна функция хранения, поэтому она относится к комбинационных схем (в таких схемах сигналы на выходам присутствуют до тех пор, пока действуют сигналы на входах).

Рис. 1.2. Схема одноразрядных сумматора, построенная в базисе И-НЕ

Схемы одноразрядных сумматоре характеризуются:

1) время задержки распространения переноски;

2) объемом оборудование, которое оценивается числом входов логических схем, которые используются для построения (для схемы, изображенной на рис.1.2, этот параметр равен 25).

1.2.N-разрядные (параллельные) сумматоры

На основе одноразрядных сумматоре строятся n-разрядные (параллельные) сумматоры (рис.1.3, а).Временная диаграмма работы этого сумматора построена для случая суммирования кодов:

Рис. 1.3. Схема параллельного п-разрядного сумматора (а)

и временная диаграмма его работы (б)

После подачи указанных кодов на все сумматоры CM _i через t _зд.р (время задержки по выходу S _i) на выходах S _i устанавливается код 11 … 10 и появляется сигнал переноса P _i = l.Этот сигнал начинает распространяться по всей разрядной сетке.Если сигнал P _i = L поступает на вход сумматора СМ _2, на входах которого присутствуют сигналы х ₂ = 1 или y ₂ = l, то на выходе сумматора СМ ₂ вырабатывается сигнал р ₂ = 1 с задержкой t _зд.р относительно момента появления сигнала P _1.Аналогично, через время t _зд.р относительно момента появления сигнала Р ₂ появляется сигнал Р ₃ и т. д. до появления сигнала Р _п через время t _зд.р с момента одновременной подачи кодов х _и и y _i на входы CM _i.Распространение переноса будет сопровождаться установлением правильных сигналов на выходах S _i одноразрядных Сумматор.Самым последним сформируется сигнал на выходе S ₁ после прихода на вход сумматора СМ ₁ сигнала Р _n = 1.В течение всего времени распространения перенос и формирование сигналов на выходах S _и на входы сумматора СМ _и должны постоянно подаваться сигналы, соответствующие кодам, которые суммируются.

Основным параметром параллельного сумматора является его быстродействие t _s - максимальное время формирования кода суммы S _n …S ₁ с момента одновременной подачи кодов, суммируются.По максимальное время принимается время распространения перенос через все разряды кодов, суммируются.Временная диаграмма, приведенная на рис.1.3, б, построенная для случая суммирования в обратном коде, где перенос P _1, возникшее в младшем разряде, распространяется через все п разряды.С этой временной диаграммы следует, что

За время существования ЭВМ (особенно в период ЭВМ первых, частично второго поколений) интенсивно проводились поиски решений, обеспечивающих увеличение их быстродействия.Поиски проводились в двух направлениях:

1) уменьшение объема оборудования и t _зд.р сумматора;

2) уменьшение t _S.

Раздел 2.Основные микросхемы сумматоре

Первое направление в поисках решений, обеспечивающих увеличение быстродействия ЭВМ, – построение схемы сумматора с минимальными время t _зд.р и объемом оборудования.Такая постановка является классической задачей синтеза сумматора.Она до сих пор не решена. За все время существования ЭВМ эта задача решалась эмпирически.В результате получены удачные решения, которые широко использовались и продолжают использоваться на практике.Схемы сумматора, полученные эмпирически, имеют определенные отличия.Так, одни схемы сумматора требуют прямых и инверсных значений исходных кодов, другие – только прямых.Ряд схем имеют определенные преимущества реализации в том или ином базисе логических функций.В одних схемах S _i = f (x _i, в _i, p _i-1), в других S _i = f (x _i, в _i, p _{i -1,} р _е), что представляет определенные преимущества для контроля выполнения операции сложения.Для большинства схем сумматора, нашедших применения в ЭВМ, t _зд.р = t _{зд.р И-ИЛИ-НЕ,} т.е. время задержки распространения перенос ровно времени задержки распространения сигнала р _{и -1} через одну схему И-ИЛИ-НЕ.

В наше время широко распространено построение сумматоре согласно уравнений

Для такого сумматора справедливая свойство самоподвийности функций (значения функций инвертуються при инвертирования всех переменных, входящих в них).Используя данное свойство, получим

В соответствии с (2.2) строится схема, которая изображена на рис.2.1, б.Ее основные параметры:

1) время задержки распространения переноса определяется задержкой, вносимого одной схеме И-ИЛИ-НЕ, т.е. t _зд.р = t _{зд.р И-ИЛИ-НЕ;}

2) объем оборудования, оценивается количеством входов, равном 15 (это одно из лучших значений данного параметра).

Рис. 2.1. Схема (а) и условное графическое обозначение (б) одноразрядных сумматора (К155ИМ1)

Построение п-разрядных параллельных сумматоре на основе CM _i (см. рис.2.1) имеет определенную специфику. Так, объединение CM _i по схеме, показанной на рис.2.2, а, недопустимо, поскольку на вход CM _i будет поступать не прямой, а инверсный сигнал р _{и -1.}Учитывая самоподвийнисть функций S _i, P _i и , , На практике используется следующее решения (рис.2.2, (б): одноразрядных сумматор в одном (допустим, нечетной) разряде функционирует в соответствии с уравнений (2.1), а в соседнем (парном) – соответственно к уравнениям (2.2).При этом в нечетным разрядам нужно на входы сумматора CM _i-1 подавать прямые коды слагаемых через инверторы и в парных разрядах на выходах S _i одноразрядных сумматоре включать инверторы.

Рис. 2.2. Схемы объединения двух сумматоре: а – неправильная; б - правильная

В наше время в серии К133 и К155 выпускаются три микросхемы, функционирование которых происходит в соответствии с уравнениями (2.1) и (2.2).

Микросхема К155ИМ1. В этой микросхеме реализован один сумматор CM _и с чотиривходовимы логическими схемами на входе для х _и и м _и (см. рис.2.1). Логическая схема имеет восемь входов, четыре из них используются для подачи на входы сумматора СМ _и прямых или инверсных кодов, суммируются.Четыре входа оставшиеся используются как решая для передачи х _и или (или y _и или ) из регистра на сумматор.

2.1.Микросхемы К155ИМ2 – К155ИМ3

В первой микросхеме реализован 2-разрядный сумматор, в микросхеме К155ИМ3 – 4-разрядный.Условные графические обозначения этих микросхем и функциональная схема К155ИМ2 приведены на рис.2.3.

Рис. 2.3. Микросхема К155ИМ2 (а) и условное графическое обозначение микросхем К155ИМ2 (б) и К155ИМ3 (в)

Для этих микросхем легко реализуется наращиваемость.Так, увеличение разрядности параллельного сумматора осуществляется за счет последовательного подключения необходимого числа микросхем без каких-либо согласовывая элементов.

Задержка распространения типов микросхем, которые рассматриваются, показана в табл.2.1.

Таблица 2.1

Интересные результаты сравнения этих параметров. Чотирирозрядниий сумматор, построенный на микросхемах К155ИМ1, будет иметь t _зд.р. от Р _вх к Р _вых = 4 (17 ÷ 12) нс, а на микросхеме К155ИМ3 t _зд.р. от Р _вх к Р _вых = (48 ÷ 32) нс.Таким образом, повышение уровня интеграции сопровождается и улучшением временных параметров схем.

Микросхемы 2-разрядных сумматоре реализованы также в серии К500 (К500ИМ180 – сдвоенный высокоскоростной сумматор-вычислитель) и в серии К176 (К176ИМ1 – 4 – разрядный полный сумматор).

Второе направление - это поиск решений, обеспечивающих увеличение быстродействия ЭВМ за счет уменьшения значения t _S Такая цель достигается уменьшением или исключением влияния п (разрядность чисел, суммируются) на t _S Это направление связано с поиском решений, обеспечивающих повышение скорости распространения переноски.Предложена и обоснована организация группового переноса, при котором t _S = (п / 2) t _зд.р.

Начиная с ЭВМ второго поколения, при интенсивном развитии интегральной схемотехники, широкое распространение получила организация одновременного переноса, суть которого заключается в следующем.В каждом 1-м разряде сумматора при суммировании двух кодов сигнал переноса Р _и производится в соответствии с уравнением

Определив

а ,

получим

Уравнение (2.4) справедливо и для

.

Подставив это выражение в (2.4), определим, что

Продолжив подобную замену, получим

Уравнение (2.5) определяет логику работы цепи одновременного переноса в каждом 1-м разряде.Это уравнение в базисе И-НЕ имеет вид

С (2.5) и (2.6) следует, что при реализации одновременного переноса в каждом разряде нужно иметь i схем I или И-НЕ с числом входов от 1 до и и одну схему ИЛИ или И-НЕ с числом входов i.

Напишем логические уравнения для четырех младших разрядов сумматора:

Этим уравнениям соответствует схема, приведенная на рис.2.4. В ней заштрихованный прямоугольник в каждом разряде представляет собой схему, которая выполняет элементарные функции

Рис. 2.4. Схема одновременного переноса в четырех младших разрядах сумматора

Быстродействие сумматора с одновременным переносом оценивается по формуле t _S = 3 t _зд.р., где одна t _зд.р. – время задержки распространения сигнала схемами, обеспечивающими получение Σ _{и, и} D _i, второй t _зд.р. – время задержки, вносимой схемами выработки одновременного переноса, третий t _зд.р. – время задержки схем, обеспечивающих получение S _i.Время распространения перенос здесь практически исключен.Разрядность п чисел, суммируются не влияет на t _S.

Реализация таких сумматоре требует большого объема оборудования и элементов с большим коэффициентом объединения и разветвления.Несмотря на этот недостаток, одновременное переноса широко используется при построении параллельных Сумматор.При этом п-разрядный сумматор разбивается на k групп, содержащие m = n / k разрядов, и в каждой группе реализуется одновременное переноски.В каждой группе есть шины приема кодов, суммируются х _т … x ₁ и в _т … в _1, цепь приема сигнала переноса с младшей группы p _вх, схемы выработки Σ _и, D _i S _i и одновременного переноса в каждом разряде р _т, р _т-1, …, р _1.

Схемы выработки сигналов р _т, …, г ₁ реализуемые в соответствии с системой уравнений

Кроме указанных схем, в каждой группе сумматора есть схемы, обеспечивающие выработку сигналов Σ = Σ _m · Σ _{m -1} · …· Σ ₁ и Р _{декабря} = Р _m \ / Σ · Р _вх (это уравнение аналогичное уравнению (2.4), но касается не одного разряда, а в группу разрядов).Сигналы Р _{m -1, …,} Р ₁ производятся только внутри группы и на выходе не выводятся.На выход выводятся сигналы Р _т, Σ и Р _{декабря.}

Введем условное графическое обозначение рассматриваемой группы сумматора, содержащий m разрядов, с цепями одновременного переноса (рис.2.5, а).

Наличие в каждой группе схемы, реализующей Р _{декабря} = Р _m \ / Σ · Р _вх, позволяет без какого-либо дополнительного оборудования реализовать п-разрядный сумматор с последовательной передачей перенос между группами.Схема такого сумматора приведена на рис.2.5, б.Его быстродействие оценивается по формуле

где – Время выработки кода Σ _и, D _i во всех разрядах сумматора; – Время выработки Р _{декабря} в младшей группе; - Максимальное время распространения перенос (это перенос будет распространяться через п / т – 2 групп); – Время формирования кода суммы в старшей группе (во всех предыдущих группах код S _i сформируется раньше).

Рис. 2.5. Схема последовательного распространения перенос между группами сумматора с одновременным переносом (б) и условное графическое обозначений группы сумматора с одновременным переносом (а)

Примечание.В схеме на рис. 2.5, а и на других подобных схемах Р _т обозначается как Р.

Такая оценка быстродействия п-разрядного сумматора выходит из примера суммирование двух чисел.

Пусть две п-разрядных числа поступающих на k = n / m (n = 28, m = 4) выше рассмотренных сумматора, соединенных последовательно.

В момент времени t ₁ после одновременной подачи кодов составляющих x _i и y _i устанавливаются во всех 28 разрядах коды Σ _и и D _и.Затем в момент времени t ₁ в первой группе сумматора вырабатывается сигнал Р _{декабря} = 1.Этот сигнал распространяется через группы 2, 3, …, 6 (t ₃ – t _7).В момент времени t _3, после поступления сигнала Р _{декабря} = 1 из группы 6 на сумматоре, в группе 7 зафиксируется код S _и, (во всех предыдущих разрядах код суммы сформируется раньше).

Возможна многоступенчатая реализация одновременного переноса.Схема организации одновременного переноса с помощью трех уровней для 64-разрядного сумматора показана на рис.2.6.

Рис. 2.6. Схема 64-разрядного сумматора с одновременным переносом

Первый уровень сумматора построен на 4-разрядных (n = 4) группах сумматора с одновременным переносом; второй и третий уровни – на специальных схемах выработки одновременного переноса.Их размерность рассчитана на объединение переносов четырех групп первого или второго уровня.Логика работы всех схем второго уровня определяется уравнениями:

где j == 1, 2, 3, 4 для схем второго уровня.При j = 2, 3, 4 в (2.9) вместо p _вх должна быть логическая переменная Р _{(j-1) И, III.}

Логика работы схемы третьего уровня такая же, как и схем второго уровня, Согласно определенных входных и выходных сигналов система уравнений (2.9) для схемы третьего уровня имеет следующий вид:

Выходы схем второго уровня коммутируемым на входы рва соответствующих групп сумматора.Выходы схемы третьего уровня коммутируемым на входы p _вх схем второго уровня и на входы p _вх отдельных групп сумматора.С помощью указанных связей осуществляется передача распространяемого переноски.Быстродействие такого сумматора будет оцениваться по формуле

2.2.Микросхема К155ИП3

Сумматоры с одновременным переносом реализованы в виде специальных микросхем, выполняющих функции 4-разрядного арифметически-логического устройства (АЛУ (в серии К155 – микросхема К155ИП3).Условные графические обозначения микросхемы К155ИП3 приведены на рис. 2.7, где x _i – x ₁ и в _i – в ₁ – 4 – разрядные коды, поступающие на входы схемы; F ₄ – F ₁ – 4 – разрядный код результата (логической или арифметической операций, выполняемых схеме); υ ₄ – υ ₁ – код управляющих сигналов (возможны 2 ⁴ = 16 комбинаций управляющих сигналов, каждая из которых определяет логическую или арифметическую операцию, которая выполняется схеме); М - управляющий сигнал, который определяет режим работы схемы: выполнение логических или арифметических операций; г _вх, Р, Σ и Р _{декабря} - входы и выходы одновременного переноски; х _и – в _и – отдельный выход, что есть только в схеме К155ИП3, сигнал на котором появляется лишь в случае идентичности входных кодов при любом значении М.

Рис. 2.7. Условные графические обозначения микросхемы К155ИП3:

а – в режиме положительной логики, б – в режиме отрицательной логики

Рис. 2.8. Схема АЛУ (К155ИП3)

Микросхема К155ИП3. Микросхема может работать в режимах положительной логики и отрицательной логики (здесь верхнему уровню соответствует код «0», нижнем уровне-код «0»).Условные графические изображения микросхемы К155ИП3, используемого в режиме положительной и отрицательной логики, соответственно показаны на рис.2.7, а, б.Перечень всех логических и арифметических операций, выполняемых данной микросхемой, отраженный в табл.2.2.

Таблица 2.2

Операции суммирования в данной микросхеме выполняются с одновременным переносом.Реализация одновременного переноса в микросхеме выполнена по эквивалентных канонических уравнениях.

Рис. 2.9. Схема (а) ускоренного распространения перенос на АЛ П (К155ИП4)

и ее условное графическое обозначение (б)

В общем виде канонические уравнения одновременного переноса выглядят так:

В микросхеме рассматриваемом случае реализованы уравнения:

для положительной логики

для отрицательной логики

Реализация в микросхеме именно данных уравнений является результатом эмпирического подхода (направленного перебора вариантов). При этом учитывались вопрос технологичности изготовления микросхемы, уменьшение объема оборудование и времени задержки выходных сигналов при обеспечении выполнения всех предусмотренных арифметических и логических операций.

Схема АЛУ, приведенная на рис.2.8, реализована на одном кристалле, где использовано 5 инверторов; 33 схемы И с числом входов 2-4; 13 схем ИЛИ-НЕ с числом входов 2-4; 2 чотиривходови схемы И – НЕТ; 8 схем .

Рассмотрим временные параметры схемы.Код результата любой логической или арифметической операции появляется на выходе (с момента одновременной подачи входных сигналов) через 24 нс.Распространение перенос от р _вх к Р _{декабря} происходит за 10,5 нс; t _зд.р сигнала от х _и, в _и до Р _{декабря} равен 15 нс; t _зд.р от х _и, в _и до р _вх равен 23 нс; t _зд.р от р _вх к F _и равный 12 нс.На основе данной микросхемы легко реализуется п-разрядный сумматор с последовательным распространением перенос между группами (см. рис.2.5, б).Здесь не требуется дополнительного оборудования.Максимальное время суммирования п-разрядных кодов (п = 40) равен

Приведенная оценка показывает, что при разработке микросхемы минимизирована именно величина t _зд.р от р _вх к Р _{декабря,} влияющей определяющее образом на t _S.

Микросхема К155ИП4. В серии К155 для реализации п – разряд них сумматоре с одновременным многоступенчатым переносом выпускается специальная микросхема К155ИП4 – схема быстрого распространения переноса для арифметического узла.Условное графическое обозначение схемы, используемой в режиме положительной логики, приведенное на рис.2.9, б.Размерность этой схемы m = 4 и функции, выполняемые ею, определяются уравнениями (2.9).Эта микросхема, равно как и объединяемые с ней микросхема АЛУ, реализована не по канонических уравнениях.Работа микросхемы К155ИП4 в режиме отрицательной логики определяется уравнениями

и приведена на рис.2.9, а.Микросхема реализована, на 13 схемах И, одному инверторе, двух схемах ИЛИ и трех схемах ИЛИ – НЕТ. Временные параметры микросхемы t _зд.р от любого входа к любому выходу уровне 22 нс.

Схема 16-разрядного сумматора, построенная на микросхемах К155ИП3 и К155ИП4, приведенная на рис.2.10. Быстродействие данного сумматора

Рис. 2.10. Схема 16-разрядного сумматора,

построена на микросхемах К155ИП3 и К155ИП4

Рис. 2.11. Условные графические обозначения микросхем К500181 (а) и К500179 (б)

Микросхемы К500ИП181 и К500ИП179.

Микросхемы выпускаются в серии К500. Они выполняют функции, аналогичные микросхемами К155ИПЗ и К155ИП4 соответственно.Условные графические обозначения микросхем К500181 и К500179 приведены на рис.2.11. Функции, выполняемые микросхемой К500181 в режиме положительной логики, приведены в табл. 2.3.

Микросхемы серии К500 имеют некоторые отличия от соответствующих микросхем серии К155: микросхема К500181 в режиме положительной логики реализует функции Р, Σ, P _{декабря} = F (x _i, y _i, р _вх) и F = (x ₁ y ₁₎ р _{и -1;} микросхема К500179 – функции P _1, P _2, Р и Σ от Р _и, Σ ^и, 2 *, p _вх, микросхема К500179 имеет не три выхода P _1, P _2, P ₃ (как в микросхеме К155ИП4), а два.

Таблица 2.3

Канонические уравнения, согласно которым производятся сигналы на выходах P ₁ и P _2, имеют вид:

Схема 16-разрядного сумматора, построенная на микросхемах К500181 и К500179, приведенная на рис.2.12. Здесь наравне с одновременным переносом имеет место последовательное распространение перенос между АЛУ ₁ и АЛУ ₂ и между АЛУ _3, и АЛУ _4.

Рис. 2.12. Схема 16-разрядного сумматора,

построена на микросхемах К500ИП181 и К500ИП179

Быстродействие такого сумматора будет оцениваться формуле

Рассмотрим временные параметры микросхем.Для микросхемы К500179 время t _зд.р от входов x _i, у _i к выходам F _i равна 3-4 нс.Для микросхемы К500181 распространение перенос от входа p _вх к выходу Р _{декабря} равна 3,1 нс, время t _зд.р от входов x _i, у _i к выходам Р и Σ равен 5 нс, время t _зд.р от входов x _i, у _i к выходу Р _{декабря} равен 5 нс.

Микросхемы, выполняющие функции АЛУ и РП, является основой построения арифметически-логических блоков ЕС-1033 (серия К155), ЕС-1060 (серия К500).

Раздел 3.Модульная операции

Реализация арифметических операций конечного поля Галуа GF (р), конечного поля комплексных целых чисел , Конечных колец Z _М, , сводится к реализации модульных операций, т.е. операций сложения и умножения, которые выполняются по модулю некоторого простого (иногда сложного) числа.То же самое можно сказать о реализации операций расширенного поля Галуа GF (р ^ν), элементами которого являются многочлены, определенные над простым полем GF (р). Поэтому в основе арифметического устройства, выполняющего операции над этими многочленами, лежит устройство, выполняющее операции сложения и умножения по модулю р.Итак, эффективная реализация модульных операций определяет эффективность реализации системы ЦОС целом.

Пожалуй, впервые с проблемой аппаратурной реализации модульных операций столкнулись при построении ЦВМ, работающей в системе остаточных классов.Существует два основных метода реализации модульных операций: метод табличной арифметики и метод дополнительных связей переносов.

Метод табличной арифметики основан на табличной реализации модульных операций. Цифры в таблице сложения и умножения по модулю М записываются в двоичной системе счисления (или в k-значительной системе).Далее составляются таблицы истинности для цифр каждого разряда двоичных (k – значительных) эквивалентов М – значительных чисел, присутствующих в таблице, и проводится синтез соответствующих устройств.

Пример 3.1.Таблицы сложения по модулю 3 соответствует табл.3.1, в которой вместо чисел 0, 1, 2 записаны их двоичные эквиваленты. Из этой таблицы выходят две таблицы истинности для цифр первого разряда чисел табл.3.1 (табл. 3.2) и цифр второго разряда этих чисел (табл. 3.3). Далее проводятся оптимальное доопределение и минимизация функций алгебры логики, заданных в табл.3.2 и 3.3. После этого указанные функции реализуются с помощью двоичных компонент (логические элементы, реализующие операции любого из функционально полных логических базисов).Функции, подобные заданным в табл. 3.1 и 3.2, как правило, плохо минимизируются. Поэтому реализация всех разрядов модульного сумматора по сравнению с реализацией обычного двоичного сумматора, суммируя числа с таким же числом разрядов, оказывается более громоздким.Это относится и к модульным умножители.Однако появление ППЗП обусловила возможность эффективной реализации модульных операций с помощью метода табличной арифметики.Единственный недостаток этого метода – значительные аппаратурные расходы при реализации таблиц истинности, множество изменения переменных в которых превосходит множество изменения переменных ППЗП. Это означает, что при больших значениях модуля М аппаратурной реализацией модульных операций становится проблематичной.Последнее является ограничивающим фактором в использовании метода табличной арифметики при реализации модульных операций конечных колец, используемых в ЦОС.

Таблица 3.1

Сложения по модулю 3

х ₂х ₂х ₂

Таблица 3.2

Таблица истинности для цифр первого разряда значений из табл.3.1

х ₂х ₂х ₂

Таблица 3.3

Таблица истинности для цифр второго разряда значений из табл.3.1

х ₂х ₂х ₂

Однако нужно отметить, что развитие интегральной схемотехники и появление ППЗП большей вместимости в некоторой степени компенсируют указанный ограничивающий фактор.Но современные ППЗП не позволяют эффективно реализовать арифметические операции по модулю М при М > 2 ^12.Поэтому основным методом реализации модульных операций является метод дополнительных связей переносов, заключающийся в введении дополнительных переносов между разрядами сумматора с целью достижения заданной величины модуля М, отличной от величины модуля сумматора без дополнительных переносов, равной 2 ^п, где п – число разрядов сумматора.При этом наименьшее число дополнительных переносов для двоичного п-разрядного сумматора (всего одно дополнительное перенос из старшего разряда в младший) получается при выборе значения М, равном 2 ± 1.

Рис. 3.1. Схема сумматора по модулю М - 2 ^п ± 1.

На рис. 3.1 показана схема сумматора п-разрядных чисел А = а ₁ а ₂ … а _п и В = b ₁ b ₁ … b _n по модулю М = 2 ^п ± 1.Если суммирование производится по модулю М = 2 ^п – 1, то значение переноса с старшего разряда суммируется со значением младшего разряда суммы, если суммирование производится по модулю М = 2 ^п + 1, то значение переноса с старшего разряда вычитается из младшего разряда суммы.Поскольку при суммировании чисел по модулю М = 2 ^п + 1 приходится вычесть значение переноса, реализация операции суммы по этому модулю оказывается более сложной по сравнению с реализацией сделки суммы по модулю М = 2 ^п – 1.Фактически сумматор п-разрядных чисел по модулю М = 2 ^п + 1 должен состоять из полных одноразрядных Сумматор – виднимачив, в то время как сумматор п-разрядных чисел по модулю М = 2 ^п – 1 состоит из более простых элементарных звеньев – полных одноразрядных Сумматор.Поэтому арифметика по модулю М = 2 ^п – 1 более подавляющее, чем арифметика по модулю М = 2 ^п + 1.Однако выбор кольца вычеты по модулю М = 2 ^п + 1 обусловлен получаемыми звеньями объемов ТЧП, определенных над таким кольцом и равных степени 2.В этом случае при вычислении ТЧП можно использовать известные быстрые алгоритмы, основанные на проридженни по частоте или по времени.Известны также методы упрощения этой арифметики. Аппаратурной реализацией ТЧП, определенных над кольцом вычеты по модулю М = 2 ^п + 1, может упрощаться за счет выбора первоначального элемента, равного 2 или степени 2.При этом операции умножения заменяются операциями сдвига.Это касается ТЧП, определенных над кольцом вычеты по модулю любого вида.В общем случае при построении процессора ЦОС, ориентированной не только на реализацию ТЧП, необходимо реализовать операцию модульного умножения.

Умножитель п-разрядных чисел по модулю М = 2 ^п + 1 может быть построен на основе сумматора, показанного на рис.3.2. Однако в прямом виде использования модульного сумматора неэффективное за наличия циклического переноса, которое ухудшает быстродействие схемы.Учет циклического переноса лучше осуществлять в дальнейшем такте вычислений (см. рис.3.2). Переносы, возникающее при суммировании двух слов частичных произведений А = а ₁ а ₂ … а _п и В = b ₁ b ₁ … b _n подается на младший разряд сумматора, осуществляющего суммирования дальнейшего слова частичных произведений С = с ₁ с ₂ … с _п и результата суммы слов А и В.

Рис. 3.2. Схема матрицы сумматоре

Окончательная коррекция суммы, связанная с циклическим переносом, проводится на дополнительном (п + 1)-м шаге вычислений.Точно так же можно учитывать циклическое переноса при последовательном исчислении произведения.

Пример 3.2.Приведем укрупненную блок-схему матричного умножителя третьеразрядных двоичных чисел по модулю М == 2 ³ – 1.В матричном умножители операция умножения реализуется аппаратурным, а не микропрограммных путем.Выработка двух третьеразрядных чисел можно записать следующим образом:

Каждое слово частичных произведений необходимо привести по модулю М = 2 ³ - 1.Для этого разряды с весом, более 2 ^2, надо сложить с младшими разрядами.Тогда

Примерная блок-схема матрицы сумматоре умножителя показана на рис.3.3. Окончательная коррекция результата суммы частичных произведений осуществляется с помощью сумматора SM3.Только у этого сумматора является циклическое переноски.Полная блок-схема состоит из формирователя частичных произведений и матрицы Сумматор.

С примера 3.2 видно, что по сравнению с обычным умножитель третьеразрядных двоичных чисел модульный умножитель дополнительно содержит сумматор SM3.В процентном отношении – это небольшое увеличение расходов оборудования.К тому же при увеличении разрядности входных слов процент увеличения расходов оборудования снижается.

Рис. 3.3. Схема матрицы сумматоре умножителя чисел по модулю М = 2 ³ – 1

Модульный умножитель п-разрядных чисел можно использовать для обычного умножения n / 2-разрядных чисел.Легко убедиться, что при таком ограничении результат модульного умножения совпадает с результатом обычного умножения.

Выводы

Следовательно, основной арифметической операцией, выполняемой любой ЭВМ, является операция суммирования двух п-разрядных кодов (х _п, …, х ₁ и y _п, …, y _1).Суммирование во всех разрядах, начиная с младшего, происходит по единым правилам.В каждом и-м разряде осуществляется добавление х _и + y _и + р _{и -1,} где р _{и -1} – перенос с младшего i-1-го в старший i-й разряд.Результат представляется кодами суммы S _i и перенос р _и

Схему, выполняющий суммирование в одном разряде, называют одноразрядных Сумматор.

На основе одноразрядных сумматоре строятся n-разрядные (параллельные) сумматоры.

Первое направление в поисках решений, обеспечивающих увеличение быстродействия ЭВМ, – построение схемы сумматора с минимальными время t _зд.р и объемом оборудования.Такая постановка является классической задачей синтеза сумматора.Она до сих пор не решена. За все время существования ЭВМ эта задача решалась эмпирически.В результате получены удачные решения, которые широко использовались и продолжают использоваться на практике.Схемы сумматора, полученные эмпирически, имеют определенные отличия.Так, одни схемы сумматора требуют прямых и инверсных значений исходных кодов, другие – только прямых.Ряд схем имеют определенные преимущества реализации в том или ином базисе логических функций.В одних схемах S _i = f (x _i, в _i, p _i-1), в других S _i = f (x _i, в _i, p _{i -1,} р _е), что представляет определенные преимущества для контроля выполнения операции сложения.Для большинства схем сумматора, нашедших применения в ЭВМ, t _зд.р = t _{зд.р И-ИЛИ-НЕ,} т.е. время задержки распространения перенос ровно времени задержки распространения сигнала р _{и -1} через одну схему И-ИЛИ-НЕ.

Похожие статьи

• Шина USB (0)
• Цифровые шифраторы (0)
• Цифровые фотокамеры (0)
• Центральный процессор (0)
• Функции, основные характеристики и классификация концентраторов (0)

Одновременное использование многих файлов с текстами различных частей программы – раздельная компиляция – одно из крупнейших достижений систем программирования. Благодаря ему мы делим программу на файлы, которые называются единицами трансляции (translation unit), группируя в одном файле тесно связаны друг с другом части программы. Таким образом, большие по размерам программы делятся на части, которыми легче управлять.

Программирование – это деятельность, которая требует большой организованности. Поэтому при составлении программ придерживаются определенных правил хорошего тона, одно из которых заключается в разделении определений и вычислений между файлами двух типов: файлов заголовков (header) и файлы реализации. Файлы заголовков обрабатываются препроцессором, файлы реализации готовятся препроцессором для дальнейшей обработки компилятором. Поэтому их обычно называют исходными файлами (source file, исходный файл). Совокупность связанных друг с другом заголовочных и исходных файлов составляют входную программу для системы программирования. Входную программу размещают в программном проекте, в рамках которого система программирования строить объектные коды и исполнительную программу.

Система программирования (programming system) – 1) то же что и инструментальная система, 2) система автоматического программирования, состоящий из языка программирования, компилятора или интерпретатора программ, которые написаны на этом языке, соответствующей документации, а также вспомогательных средств для подготовки программ к исполнения;

Инструментальная система (development environment) – комплекс программных или программных и технических средств, который используется специалистами по программированию в качестве инструмента для разработки программного обеспечения (программ, программных комплексов и систем и т.п.).

Язык программирования – формальный язык представления программ для системы программирования.

Языки программирования низкого уровня ориентированы на конкретный тип процессора и учитывают его особенности.

• Преимущества

с помощью языков низкого уровня создаются эффективные и компактные программы, поскольку разработчик получает доступ ко всем возможностям процессора.

• Недостатки

Программист, работающий с языками низкого уровня, должна быть высокой квалификации, хорошо понимать устройство компьютера.

результирующая программа не может быть перенесена на компьютер с другим типом процессора.

Языки низкого уровня, как правило, используют для написания небольших системных приложений, драйверов устройств, модулей стыков с нестандартным оборудованием, когда важнейшими требованиями являются компактность, быстродействие и прямой доступ к аппаратным ресурсам.

Ассемблер

Языки программирования высокого уровня можно сказать более понятными человеку, чем компьютеру.Особенности конкретных компьютерных архитектур в них не учитываются, поэтому созданные приложения легко переносятся с компьютера на компьютер, где установлена транслятор этого языка. Разрабатывать программы на таких языках значительно проще и ошибок допускается меньше.

• Фортран
• Кобол
• Алгол
• Pascal
• Java
• C
• C + +
• C #
• Objective C
• SmallTalk
• J + +
• Delphi

Пять поколений языков программирования

1 поколение:

начало 1950-х годов – языка первой компьютеров. Первый язык ассемблера, созданный по принципу “одна инструкция – одна строка”.

2 поколения

конец 1950-х – начало 1960-х г.г. Разработан символьный ассемблер, в котором появилось понятие переменной. Это первый полноценный язык программирования.

3 поколения

1960-е г.г. – Языки программирования высокого уровня. Их характеристики:

относительная простота;

независимость от конкретного компьютера;

возможность использования мощных синтаксических конструкций.

Простота языков дает возможность писать небольшие программы и людям, которые не являются профессиональными программистами.

4 поколения

начало 1970-х г.г. до наших дней. Создаются языка, предназначенные для реализации крупных проектов. Проблемно-ориентированные языки, оперирующие конкретными понятиями узкой отрасли. Как правило, в такие языки встраивают мощные операторы, позволяющие одной строкой описывать функции, для описания которых языках младших поколений потребовалось бы сотни-тысячи строк исходного кода.

5 поколения

с середины 1990-х г.г. – До настоящего времени. Это системы автоматизированного проектирования (САПР ПО). Создание приложений, редакторов, САПР для людей, которые не знакомы с программированием: Word, Excel, PcAD, OrCAD, PSPICE, MathCad, ACAD и т. д.

Компилятор (англ.Compiler от англ. to compile собирать в целое) – компьютерная программа (или набор к. программ), превращает (компилирует) программный код, написанный на определенном языке программирования (язык источника, англ. source language), на семантически эквивалентных нтний код в другом языке программирования (речь цели, англ. target language).Что, как правило, необходим для выполнения программы на машине, например: на компьютере.

Коротко компилятор можно определить, как программа или техническое средство, которое выполняет компиляцию.

Исторически компилятором называлась программа связывавшая подпрограммы, чем и обусловлено происхождения слова. Сегодня эту задачу выполняет консолидатор или линкер (англ. Linker).

Для того чтобы быть выполненной программа не всегда должна быть переведена К., существует также другой принцип: интерпретатор (англ. Interpreter).

Компилятор – это программа, читающая программу записанную начальной языке и записывает целевой языке. Этот процесс называют компиляцией (трансляцией, переводом). Он состоит из двух частей

Анализ (parsing) – разбивка исходной программы на составные части и создания промежуточного представления

Синтез – построение целевой программы по промежуточного представления

Начальная язык определяется ее синтаксисом – описанием того, из каких конструкций состоит язык, и семантикой – набором правил, определяющих суть этих конструкций.

Фазы компиляции

Концептуально компилятор работает фазово, в процессе каждой фазы происходит преобразование исходной программы с одного представления к другому. На практике фазы могут объединяться и некоторые промежуточные представления могут не строиться в явном виде. Типичное разбиение компилятора на фазы:

• Лексический анализатор
• Синтаксический анализатор
• Семантический анализатор
• Генератор промежуточного кода
• Оптимизатор
• Генератор целевого кода

Лексический разбор выделяют для упрощения построения компилятора.Это линейное сканирование входящей программы, при котором символы группируются в токены – последовательности символов, имеющих определенное совокупное значение. Следующая строка языке Паскаль

len: = 3.14 * r;

состоит из следующих токенов

Идентификатор len

Символ присвоения: =

Числовая стала 3.14

Знак умножения *

Идентификатор r

Разделитель операторов;

Синтаксический разбор

Последовательность машинных символов, образующих токен, называют лексемой токена. Токены имеют тип (например, идентификатор, числовая стала – это типы токенов). Некоторые токены имеют лексическое значение (например, значение числовой или строчной константы образованной из лексемы токена). Задача лексического анализатора – выделить лексемы токенов и сообщить синтаксический анализатор о типе токена и его лексическое значение.

Иерархический анализ называется разбором (parsing) или синтаксическим анализом, в ходе которого происходит группировка токенов программы.В синтаксическом анализе символом называют токены (терминалы) и группы токенов объединенных в логическое целое в процессе анализа (нетерминалы).

Синтаксис обычно определяется контесктно-независимой грамматикой, состоящий из символов – терминалов и нетерминалив, стартового символа принадлежащего множестве нетерминалив и контесктно-независимых продукций.

Программа является последовательностью терминалов, которую можно вывести из стартового символа последовательно применяя правила вывода (продукции). Продукция – это замена последовательности символов S1 на последовательность символов S2 (Позначаеться. S1: S2 или S1 -> S2). Продукция называется контесктно-независимой, если S1 – один символ. Обычно рассматриваются только контесктно-независимые продукции.

Задача синтаксического анализатора – установить путь, которым входная программа выводится из стартового символа.

Например, следующая грамматика из трех продукций описывает выражения (expression), которые могут содержать идентификаторов (identifier), чисел (number), и знака сложения +

expression: identifier

expression: number

expression: expression + expression

Первая строка означает что любой идентификатор является выражением. Вторая строка означает что любое число является выражением. Третья строчка означает что любая последовательность из двух выражений разделенных знаком сложения тоже является выражением.

В этой грамматике символами являются expression, number, identifier и +. Expression является стартовым символом и нетерминалом, остальные символы являются терминалами.

Классификация компиляторов

Известные компиляторы

GCC

Генераторы анализаторов

Построенные алгоритмы, преобразующие описание входного языка в программу, выполняет анализ и есть множество реализаций этих алгоритмов. Есть также утилита, автоматизирующих остальные фаз компиляции и системы создания компиляторов в целом

В Unix распространены генератор лексических анализаторов (F) Lex, и генераторы синтаксических анализаторов Bison и Yacc.

Интерпретатор (interpreter) – программа или технические средства, необходимые для выполнения других программ; вид транслятора, осуществляющего пооператорну (покомандну) обработку, превращение в машинные коды и выполнение программы или запроса (в отличие от компилятора, который транслирует в машинные коды всю программу без ее выполнения).

Интерпретаторы могут работать как с исходным кодом программы, написанным на языке программирования, так и с байт-кодом (интерпретаторы байт-кода).

Похожие статьи

• Структурное программирование (0)
• Секреты и приемы использования компьютерной графики в кино и на телевидении (0)
• Принципы проектирования программ (0)
• Прикладное программное обеспечение (0)
• Концептуальное моделирование управления (0)

Среди множества принципов, используемых при построении ОС, перечислим наиболее важные:

Принцип модульности

Под модулем в общем случае понимают функционально законченный элемент системы, выполненный в соответствии с принятым межмодульных интерфейсами.По своему определению модуль предполагает возможность без труда заменить его на другой при наличии заданных интерфейсов. Способы отделения составных частей ОС в отдельные модули могут существенно различаться, но чаще всего деление происходит именно по функциональному признаку. В значительной степени разделение системы на модуле определяется используемым методом проектирования ОС (снизу или вверх наоборот).

Принцип модульности отражает технологические и эксплуатационные свойства системы. Наибольший эффект от его использования достижим в случае, когда принцип распространен одновременно на ОС, ПП и аппаратуру.

Принцип функциональной избирательности

В ОС выделяется некоторая часть важных модулей, которые должны постоянно находиться в оперативной памяти для более эффективной организации вычисляя процесса. Эту часть в ОС называют ядром, потому что это действительно основа системы. При формировании состава ядра нужно учитывать два противоречивых требования. В состав ядра должны войти наиболее часто используемые системные модули. Количество модулей должно быть таким, чтобы объем памяти, занимаемый ядром, был бы не слишком большим. В состав ядра, как правило, входят модули по управлению системой прерываний, средства по переводу программ из состояния счета в состояние ожидания, готовности и обратно, средства по распределению таких основных ресурсов, как ОП и процессор. Кроме программных модулей, входящих в состав ядра и постоянно располагаются в ОП, может быть много других системных программных модулей, которые получают название транзитных. Транзитные программные модули загружаются в ОП только при необходимости и в случае отсутствия свободного пространства могут быть замещены другими транзитными модулями.

Принцип формирования ОС

Основное положение этого принципа определяет таким образом выходного представления центральной системной управляющей программы ОС (ее ядра и основных компонентов, которые должны постоянно находиться в ОП), который позволял бы настраивать эту системную супервизорну часть, исходя из конкретной конфигурации конкретного вычислительного комплекса и круга решаемых задач. Эта процедура проводится редко, перед достаточно протяженным периодом эксплуатации ОС. Процесс генерации осуществляется с помощью специальной программы-генератора и соответствующей входного языка для этой программы, что позволяет описывать программные возможности системы и конфигурацию машины. В результате генерации получается полная версия ОС. Генерирующая версия ОС представляет собой совокупность системных наборов модулей и данных.

В наши дни при использовании персональных компьютеров с принципом формирования ОС можно столкнуться разве что только при работе с Linux. В этой UNIX системы имеют возможность не только использовать какое-нибудь готовое ядро ОС, но и самому сгенерировать (скомпилировать) такое ядро, которое будет оптимальным для данного конкретного ПК и решаемых на нем задач.

Принцип функциональной избыточности

Этот принцип учитывает возможность проведения одной и той же работы личными средствами. В состав ОС может входить несколько типов мониторов (модулей супервизора, управляющих тем или иным видом ресурса), различные средства организации коммуникаций между вычислительными процессами. Наличие нескольких типов мониторов, нескольких систем управления файлами позволяет пользователям быстро и наиболее адекватно адаптировать ОС к определенной конфигурации вычислительной системы, обеспечить максимально эф обьективно загрузки технических средств при решении конкретного класса задач, получить максимальную производительность при решении заданного класса задач.

Принцип виртуализации

Построение виртуальных ресурсов, их распределение и использование теперь используется практически в любой ОС. Этот принцип позволяет представить структуру системы в виде определенного набора планировщиков процессов и распределителей ресурсов (мониторов) и использовать единую централизованную схему распределения ресурсов.

Наиболее естественным и законченным проявлением концепции виртуальности является понятие виртуальной машины (ВМ). В сущности, любая ОС, являясь средством распределения ресурсов и организовать по определенным правилам управления процессами, прячет от пользователя и его приложений реальные аппаратные и иные ресурсы, заменяя их некоторой абстракцией. В результате пользователи видят и используют ВМ как некое устройство, способное воспринимать их программы, написанные определенным языком программирования и выдавать результаты. При таком языковом представлении о совсем не интересует реальная конфигурация вычислительной системы, способы эффективного использования ее компонентов и подсистем. Он мыслит и работает с машиной в терминах используемого им языка и тех ресурсов, которые ему предоставляются в рамках виртуальной машины.

Чаще ВМ, предоставленная пользователю, воспроизводит архитектуру реальной машины, но архитектурные элементы в таком представлении выступают с новыми или улучшенными характеристиками, часто упрощают работу с системой. Характеристики могут быть произвольными, но зачастую пользователи желают иметь собственную «идеальную» по архитектурным характеристикам машину в следующем составе:

à                  одинаковую по логике работы память (виртуальная) практически неограниченного объема.Среднее время доступа сравним со значением этого параметра ОП. Организация работы с информацией в такой памяти производится в терминах обработки данных – в терминах работы с сегментами данных на уровне выбранного пользователем языка программирования;

à                  произвольное количество процессоров (виртуальных), способных работать параллельно и взаимодействовать во время работы.Способы управления процессорами, в том числе синхронизация и информационные взаимодействия, реализованы и доступны пользователям на уровне используемого языка в терминах управления процессами;

à                  произвольное количество внешних устройств (виртуальных), способных работать с памятью ВМ параллельно или последовательно, асинхронно или синхронно относительно работы того или иного виртуального процессора, которые инициируют работу этих устройств.Информация, передаваемая или сохранена на виртуальных устройствах, не ограничена допустимыми размерами. Доступ к такой информации осуществляется на основе либо последовательного, либо прямого способа доступа в терминах соответствующей системы управления файлами. Предусмотрено расширение информационных структур данных, хранящихся на виртуальных устройствах.

Степень приближения к «идеального» в ВМ может быть больше или меньше в каждом конкретном случае. Чем больше ВМ, реализованная средствами ОС на базе конкретной аппаратуры, приближена к «идеального» по характеристикам машины и, следовательно, чем больше ее архитектурно-логические характеристики отличные от реально существующих, тем больше степень виртуальности в полученной пользователем машины.

Одним из аспектов виртуализации является организация возможности выполнения в данной ОС приложений, которые разрабатывались для других ОС. Другими словами, речь идет об организации нескольких операционных сред. Реализация этого принципа позволяет такой ОС иметь очень сильное преимущество перед аналогичными ОС, не имеющие такой возможности. Примером реализации принципа виртуализации может служить VDM-машина (Virtual DOS machine) – защищенная подсистема, обеспечивает полную среду MS-DOS и консоль для выполнения VS-DOS приложений. Одно ­ временно может выполняться практически любое число VDM-сессий.Такие VDM-машины имеются и в системах Microsoft Windows и в OS / 2.

Принцип независимости программ от внешних устройств

Этот принцип реализуется сейчас в подавляющем большинстве ОС общего назначения. Мы уже говорили о нем, рассматривая принципы организации в / в. Пожалуй, впервые наиболее последовательно данный принцип был реализован в ОС UNIХ. Реализован он и в большинстве современных ОС. Напомним, этот принцип состоит в том, что связь программ с конкретными устройствами производится не на уровне трансляции программы, а в период планирования ее выполнения. В результате перекомпиляция при работе программы с новым устройством, на котором располагаются данные, не нужно.

Принцип позволяет одинаково осуществлять операции управления внешними устройствами независимо от их конкретных физических характеристик. Например, программы, содержащие операции обработки последовательного набора данных, безразлично, на каком носителе эти данные будут располагаться. Смена носителя и данных, размещаемых на них (при неизменности структурных характеристик данных), не принесет каких-либо изменений в программу, если в системе реализован принцип независимости.

Принцип совместимости

Одним из аспектов совместимости является способность ОС выполнять программы, написанные для других ОС или для более ранних версий данной ОС, а также для другой аппаратной платформы.

Необходимо разделять вопросы двоичной совместимости и совместимости на уровне исходных текстов приложений. Двоичная совместимость достигается в том случае, когда можно взять программу, которая выполняется, и запустить ее на выполнение на другой ОС. Для этого необходимы: совместимость на уровне команд процессора, совместимость на уровне системных вызовов и даже на уровне библиотечных вызовов, если они являются связок.

Совместимость на уровне исходных текстов требует наличия соответствующего транслятора в составе системного ПО, а также совместимости на уровне библиотек и системных вызовов. При этом необходима перекомпиляция имеющихся исходных текстов в новый исполняемый модуль.

Одним из средств обеспечения совместимости программных и пользовательских интерфейсов является соответствие стандартам РОSIX. Использование стандарта РОSIХ позволяет создавать программы в стиле UNIX, которые впоследствии могут легко переноситься из одной системы в другую.

Принцип открытой и наращиваемая ОС

Открытая ОС доступна для анализа как пользователям, так и системным специалистам, обслуживающих вычислительную систему. Наращиваемая (что модифицируется развивающейся) ОС позволяет не только использовать возможности генерации, но и вводить в ее состав новые модули, совершенствовать существующие и т.д. Иными словами, необходимо, чтобы можно было легко внести дополнения и изменения, если это потребуется, и не нарушить целостность системы. Прекрасные возможности для расширения предоставляет подход к структурированию ОС по типу клиент-сервер с использованием микроядерной технологии. В соответствии с этим подходом ОС строится как совокупность привилегированной управляющей программы и набора непривилегированных услуг – «серверов». Основная часть ОС остается неизменной и в то же время могут быть добавлены новые или серверы улучшены старые.

Этот принцип иногда трактуют как расширяемость системы. До открытых ОС, прежде всего, следует отнести UNIX-системы и, естественно, ОС Linux.

Принцип мобильности (переносимости)

ОС относительно легко должна переноситься с процессора одного типа на процессор другого типа и с аппаратной платформы (которая включает наряду с типом процессора и способ организации всей аппаратуры компьютера, иначе говоря, архитектуру вычислительной системы) одного типа на аппаратную платформу другого типа. Заметим, что принцип переносимости очень близок принципу совместимости, хотя это и не то же.

Написание переносимой ОС аналогично написанию любого переносимого кода – нужно следовать некоторым правилам. Во-первых, большая часть ОС должна быть написана языком, что есть на всех системах, на которых планируется в дальнейшем ее переносить. Это, прежде всего, означает, что ОС должна быть написана на языке высокого уровня, преимущественно стандартизированному, например на языке С. Программа, написанная на ассемблере, не является в общем случае сносно. Во-вторых, важно ли минимизировать, если возможно, исключить те части кода, которые непосредственно взаимодействуют с аппаратными средствами. Зависимость от аппаратуры может иметь много форм. Некоторые очевидные формы зависимости включают прямое манипулирование регистрами и другими аппаратными средствами. Наконец, если аппаратно-зависимый код не может быть полностью исключен, то он должен быть изолирован в нескольких хорошо локальных модулях. Аппаратно-зависимый код не должен быть распределен по всей системе. Например, можно спрятать аппаратно-зависимую структуру в данные абстрактного типа, задаются программно. Другие модули системы будут работать с этими данными, а не с аппаратурой, используя набор некоторых функций. Когда ОС переносится, то изменяются только эти данные и функции, что ими манипулируют.

Введение стандартов РОSIХ имело целью обеспечить переносимость создаваемого ПО.

Принцип обеспечения безопасности вычислений

Обеспечение безопасности при выполнении вычислений является желательным свойством для любой многопользовательской системы. Правила безопасности определяют такие свойства, как защита ресурсов одного пользователя от других и установление квот по ресурсам для предотвращения захвата одним пользователем всех системных ресурсов (таких, как память).

Обеспечение защиты информации от несанкционированного доступа является обязательной функцией сетевых ОС. Во многих современных ОС гарантируется степень безопасности данных, что соответствует уровню С2 в системе стандартов США. Основы стандартов в области безопасности были заложены в документе «Критерии оценки надежных компьютерных систем». Этот документ, выданный Национальным центром компьютерной безопасности (NCSC – National Computer Security Centre) в США в 1983 году, часто называют Оранжевой книгой.

В соответствии с требованиями Оранжевой книги безопасной считается система, «с помощью специальных механизмов защиты контролирует доступ к информации таким образом, что только имеют соответствующие полномочия или лица процессы, выполняемые от их имени, могут получить доступ на чтение, запись, создание удаление информации ».

Иерархия уровней безопасности, приведенная в оранжевом книге, помечает низший уровень безопасности как D, а высший – как А.

В класс D попадают системы, оценка которых выявила их несоответствие требованиям всех других классов.

Основными свойствами, характерными для систем класса C, является наличие подсистемы учета событий, связанных с безопасностью, и избирательный контроль доступа. Класс (уровень) C делится на 2 подуровня: уровень С1, обеспечивающий защиту данных от ошибок пользователей, но не от действий злоумышленников, и более строгий уровень С2. На уровне С2 должны присутствовать:

à                  средства секретного входа, обеспечивающие идентификацию пользователей путем ввода уникального имени и пароля перед тем, как им будет разрешен доступ к системе;

à                  избирательный контроль доступа, что позволяет владельцу ресурса определить, кто имеет доступ к ресурсу и что он может с ним делать.Владелец делает это путем предоставленных прав доступа или пользователю группе пользователей;

à                  средства учета и наблюдения (auditing) обеспечивающие возможность найти и зафиксировать важные события, связанные с безопасностью, или любые попытки создать, получить доступ или удалить системные ресурсы;

à                  защита памяти, который заключается в том, что память инициируется перед тем, как повторно используется.

На этом уровне система не защищена от ошибок пользователя, но поведение его может быть проконтролировано по записям в журнале, оставленным средствами наблюдения и аудита.

Системы уровня В основаны на помеченных данных и распределении пользователей по категориям, т.е. реализуют мандатным контроль доступа. Каждому пользователю присваивается рейтинг защиты, и он может получать доступ к данным только в соответствии с этого рейтинга. Этот уровень в отличие от уровня С защищает систему от ошибочного поведения пользователя.

Уровень А является самым высоким уровнем безопасности, он требует в дополнение ко всем требованиям уровня B выполнения формального, математически обоснованного доказательства соответствия системы требованиям безопасности. Различные коммерческие структуры (например, банки) особо выделяют необходимость учетной службы, аналогичной той, что предлагают государственные рекомендации С2. Любая деятельность, связанная с безопасностью, может быть видслиджена и тем самым учтена. Это именно то, чего требует стандарт для систем класса С2, и что обычно нужно банкам. Однако коммерческие пользователи, как правило, не хотят расплачиваться производительностью за повышенный уровень безопасности. А-уровень безопасности занимает своими управляющими механизмами до 90% процессорного времени, которое, безусловно, в большинстве случаев уже неприемлемо. Более безопасные системы не только снижают эффективность, но и существенно ограничивают число доступных прикладных пакетов, которые соответствующим образом могут выполняться в подобной системе. Например, для ОС Solaris (версия UNIX) есть несколько тысяч приложений, а для ее аналога В уровня – только около ста.

2. Особенности методов построения

При описании ОС часто указываются особенности ее структурной организации и основные концепции, положенные в ее основу.

К таким базовых концепций относятся:

- Способы построения ядра системы – монолитное или ядро микроядерной подход.Большинство ОС использует монолитное ядро, которое компонуется как одна программа, работающая в привилегированном режиме и использует быстрый переход с одной процедуры на другую, не требующие переключения из привилегированного режима в пользовательский и наоборот. Альтернативой является построение ОС на базе микроядра, работающего также в привилегированном режиме и выполняющего только минимум функций по управлению аппаратурой, в то время как функции ОС более высокого уровня выполняют специализированные компоненты ОС – серверы, работающие в пользовательском режиме. При таком построении ОС работает более медленно, так как часто выполняются переходы между привилегированным режимом и пользовательским, зато система получается более гибкой – ее функции можно наращивать, или модифицировать сужать, добавляя, или модифицируя кроме серверов пользовательского режима. Кроме того, серверы хорошо защищены друг от друга, как и любые пользовательские процессы.

- Построение ОС на базе объектно-ориентированного подхода дает возможность использовать все его достоинства, хорошо зарекомендовавшие себя на уровне приложений, внутри ОС, а именно: аккумуляцию удачных решений в форме стандартных объектов, возможность создания новых объектов на базе имеющихся с помощью механизма наследования, хорошую защиту данных за счет их инкапсуляции во внутренние структуры объекта, что делает данные недоступными для несанкционированного доступа извне, структуризованность системы, состоящей из набора хорошо определенных объектов.

- Наличие нескольких прикладных сред дает возможность в рамках одной ОС одновременно выполнять приложения, разработанные для нескольких ОС. Многие современные ОС поддерживают одновременно прикладные среды MS-DOS, Windows, UNIX (POSIX), OS / 2 или хотя бы некоторого подмножества из этого популярного набора.Концепция множественных прикладных сред наиболее просто реализуется в ОС на базе микроядра, над которым работают различные серверы, часть которых реализуют прикладное среду той или иной ОС.

- Распределенная организация ОС позволяет упростить работу пользователей и программистов в сетевых средах.В распределенной ОС реализованы механизмы, позволяющие пользователю представлять и воспринимать сеть в виде традиционного однопроцессорном компьютера. Характерными признаками распределенной организации ОС являются: наличие единой справочной службы распределенных ресурсов, единой службы времени, использование механизма вызова удаленных процедур (RPC) для прозрачного распределения программных процедур по машинам, многонитевой обработки, что позволяет розпаралелюваты вычисления в рамках одной задачи и выполнять эту задачу одновременно на нескольких компьютерах сети, а также наличие других распределенных служб.

3. Особенности областей использования

Многозадачные ОС подразделяются на три типа в соответствии с использованного при их разработке критерия эффективности:

· Системы пакетной обработки (например, OC EC),

· Системы разделения времени (UNIX, VMS),

· Системы реального времени (QNX, RT/11).

Системы пакетной обработки предназначались для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов. Главной целью и критерием эффективности систем пакетной обработки является максимальная пропускная способность, то есть решение максимального числа задач в единицу времени. Для достижения этой цели в системах пакетной обработки используются следующая схема функционирования: в начале работы формируется пакет заданий, каждое задание содержит требования к системным ресурсам; из этого пакета заданий формируется мультипрограммном смесь, то есть множество одновременно выполняемых задач. Для одновременного выполнения выбираются задачи, которые предъявляют требования, отличающиеся, к ресурсам, так, чтобы обеспечивалось сбалансированное загрузки всех строений вычислительной машины; так, например, в мультипрограммной смеси желательно одновременное присутствие вычислительных задач и задач с интенсивным в / в. Таким образом, выбор нового задания из пакета заданий зависит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, то есть выбирается “выгодное” задание. Следовательно, в таких ОС невозможно гарантировать выполнение того или иного задания в течение определенного периода времени. В системах пакетной обработки переключение процессора с выполнения одной задачи на выполнение другой происходит только в случае, если активная задача сама отказывается от процессора, например, из-за необходимости выполнить операцию в / в. Поэтому одна задача может надолго занять процессор, что делает невозможным выполнение интерактивных задач. Таким образом, взаимодействие пользователя с вычислительной машиной, на которой установлена система пакетной обработки, сводится к тому, что он приносит задание, отдает его диспетчеру-оператору, а в конце дня после выполнения всего пакета заданий получает результат. Очевидно, что такой порядок снижает эффективность работы пользователя.

Системы разделения времени призваны исправить основной недостаток систем пакетной обработки – изоляцию пользователя-программиста от процесса выполнения его задач. Каждому пользователю системы разделения времени предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей программой. Так как в системах разделения времени каждой задаче выделяется только квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа оказывается приемлемым. Если квант выбран достаточно небольшим, то у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же машине, складывается впечатление, что каждый из них единолично использует машину. Ясно, что системы разделения времени обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как на выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, которая “выгодна” системе, и, кроме того, имеются накладные расходы вычислительной мощности на более частое переключение процессора с задачи на задачу. Критерием эффективности систем разделения времени является не максимальная пропускная способность, а удобство и эффективность работы пользователя.

Системы реального времени применяются для управления различными техническими объектами, такими, например, как станок, спутник, научная экспериментальная или установка технологическими процессами, такими, как гальваническая линия, доменный процесс и т.п. Во всех этих случаях существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная программа, управляющая объектом, в противном случае может произойти авария: спутник выйдет из зоны видимости, экспериментальные данные, поступающие с датчиков, будут потеряны, толщина гальванического покрытия не будет соответствовать норме. Таким образом, критерием эффективности для систем реального времени является их способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (управляющего воздействия). Это время называется временем реакции системы, а соответствующее свойство системы – реактивностью. Для этих систем мультипрограммном смесь представляет собой фиксированный набор заранее разработанных программ, а выбор программы на выполнение осуществляется исходя из текущего состояния или объекта в соответствии с расписанием плановых работ.

Некоторые ОС могут совмещать в себе свойства систем разных типов, например, часть задач может выполняться в режиме пакетной обработки, а часть – в режиме реального времени или в режиме разделения времени. В таких случаях режим пакетной обработки часто называют фоновым режимом.

3.1. Требования к ОС реального времени.

Как известно система реального времени должен давать отзыв на любой не предсказуем внешнее влияние за определенное время. Для этого она должна обладать следующими свойствами:

–                    ограниченное время отклика;

–                    одновременная обработка данных.

Основные требования к ОС реального времени:

1. Мультипрограмнисть и многозадачность.

ОС должна быть мультипрограммном и многозадачной и активно использовать прерывания для диспетчеризации.

2. Приоритеты задач (потоков).

В ОС должно существовать понятие приоритета потока.

3. Присвоение приоритета.

В ОС должна существовать система присвоения приоритетов.

4. Синхронизация процессов и задач.

ОС должна обеспечить сильный, надежный и удобный механизмы синхронизации задач.

5. Предусмотрительность.

Поведение ОС должна быть известной и довольно точно прогнозируемой.

4. Микроядерной ОС

4.1. Микроядерной архитектура

Суть микроядерной архитектуры заключается в следующем. В привилегированном режиме остается работать только очень небольшая часть ОС, называемая микроядром (рис.39). Микроядро защищено от других частей ОС и приложений. В состав микроядра обычно входят машинно-зависимые модули, а также модули, выполняющие базовые (но не все) функции ядра по управлению процессами, обработке прерываний, управлению ОП, пересылке сообщений и управлению устройствами в / в, связанные с загрузкой или чтением регистров устройств. Набор функций микроядра обычно соответствует функциям слоя базовых механизмов обычного ядра.

Утилиты ОС

Программы Утилиты ОС Программы

о пользователей

Микроядро

Серверы ОС

Режим пользователя Режим пользователя

Ядро ОС

Режим привилеевий Режим привилеевий

а б

Рис. 39 Перенес основного объема функций ядра в пользовательский пространство

Все другие более высокоуровневые функции ядра оформляются в виде приложений, работающих в пользовательском режиме. Однозначного решения о том, какие из системных функций нужно оставить в привилегированном режиме, а какие перенести в пользовательский, не существует. В общем случае многие менеджеры ресурсов, которые являются неотъемлемыми частями обычного ядра – ФС, подсистемы управления ОП и процессами, менеджер безопасности и т.п., – становятся «периферийными» модулями, работающими в пользовательском режиме.

Работающие в пользовательском режиме менеджеры ресурсов имеют принципиальные отличия от традиционных утилит и обрабатывающих программ ОС, хотя при микроядерной архитектуре все эти программные компоненты также оформлены в виде приложений. Утилиты и обрабатывающие программы вызываются в основном пользователями. Ситуации, когда одному приложению требуется выполнение функции (процедуры) другого приложения, возникают крайне редко. Поэтому в ОС с классической архитектурой отсутствует механизм, посредством которого одно приложение мог бы вызвать функции другого.

Совсем другая ситуация возникает, когда в форме приложения оформляется часть ОС. По определению, основным предназначением такого приложения является обслуживание запросов других приложений, например создание процесса, выделение памяти, проверка прав доступа к ресурсу и т.д.Именно поэтому менеджеры ресурсов, внесенные в пользовательский режим, называются серверами ОС, т.е. модулями, основным назначением которых является обслуживание запросов локальных приложений и других модулей ОС. Очевидно, что для реализации микроядерной архитектуры необходимым условием является наличие в ОС удобного и эффективного способа вызова процедур одного процесса с другой.Поддержка такого механизма и является одной из главных задач микроядра.

Схематически механизм обращения к функциям ОС, оформленным в виде серверов, выглядит следующим образом (рис.40). Клиент, собственный или ЧП, или другой компонент ОС, спрашивает выполнения некоторой функции у соответствующего сервера, посылая ему сообщение.Непосредственная передача сообщений между приложениями невозможна, так что их адресные пространства изолированы друг от друга.Микроядро, выполняемой в привилегированном режиме, имеет доступ к адресных пространств каждого из этих приложений и поэтому может работать как посредник.Микроядро сначала передает сообщение, содержащее имя и параметры вызывая процедуры нужному серверу, затем сервер выполняет запрошенную операцию, после чего ядро возвращает результаты клиенту с помощью другого сообщения.Таким образом, работа микроядерной ОС соответствует известной модели клиент-сервер, в которой роль транспортных средств выполняет Микроядро.

Сетевой сервер

Программы пользователей

Сервер безопасности

Файловый сервер

Сервер процессоров

Связанная Связанный запрос

ответ

Режим пользователя

Микроядро

Режим привилегий

Рис. 40. Реализация системного вызова в микроядерной архитектуре

4.2. Преимущества и недостатки микроядерной архитектуры

ОС, основанные на концепции микроядра, в высокой степени удовлетворяют большинству требований, предъявляемых к современным ОС, обладая переносимостью, расширяемостью, надежностью и создавая хорошие предпосылки для поддержки распределенных приложений.За эти преимущества приходится платить снижением производительности, и это является основным недостатком микроядерной архитектуры.

Высокая степень переносимости и обусловлен тем, что весь машинно-зависимый код изолирован в микроядре, поэтому для переноса системы на новый процессор требуется меньше изменений и все они логически сгруппированы вместе.

Расширяемость присутствует в микроядерной ОС в очень высокой степени.В традиционных системах даже при наличии многослойной структуры нелегко удалить один слой и поменять его на другой через множественность и размытость интерфейсов между слоями. Добавление новых функций и изменение существующих требует хорошего знания ОС и больших затрат времени. В то же время ограниченный набор четко определенных интерфейсов микроядра открывает путь к упорядоченного роста и эволюции ОС. Добавление новой подсистемы требует разработки нового приложения, что никак не затрагивает целостности микроядра.Микроядерной структура позволяет не только добавлять, но и сокращать число компонентов ОС, что также бывает очень полезно. Например, не всем пользователям нужны средства безопасности или поддержки распределенных вычислений, а удаление их из традиционного ядра зачастую невозможно.Конечно традиционные ОС позволяют динамически добавлять в ядро или удалять из ядра только драйверы внешних устройств – через частые изменения в конфигурации подключенных к компьютеру внешних устройств подсистема в / в ядра допускает загрузку и выгрузку драйверов «на ходу», но для этого она разрабатывается особым образом (например, среда STREAMS в UNIX или менеджер в / в в Windows NT).При микроядерной подходе конфигурованисть ОС не вызывает никаких проблем и не требует особых мер – достаточно изменить файл с настройками начальной конфигурации системы или же остановить не нужны больше серверы в ходе работы обычными для остановки приложений средствами.

Использование микроядерной модели повышает надежность ОС. Каждый сервер выполняется в виде отдельного процесса в своей собственной области памяти и таким образом защищен от других серверов ОС, не наблюдается в традиционной ОС, где все модули ядра могут влиять друг на друга.И если отдельный сервер терпит крах, то он может быть перезапущен без остановки или повреждение других серверов ОС. Более того, поскольку серверы выполняются в пользовательском режиме, они не имеют непосредственного доступа к аппаратуре и не могут модифицировать память, в которой хранится и работает Микроядро.Другим потенциальным источником повышения надежности ОС является уменьшен объем кода микроядра по сравнению с традиционным ядром – это снижает вероятность появления ошибок программирования.

Модель с микроядром хорошо подходит для поддержки распределенных вычислений, так как использует механизмы, аналогичные сетевым: взаимодействие клиентов и серверов путем обмена сообщениями.Серверы микроядерной ОС могут работать как на одном, так и на разных компьютерах. В этом случае при получении сообщения от приложения Микроядро может обработать его самостоятельно и передать локальном сервера или же переслать по сети микроядра, работающей на другом компьютере.Переход к распределенной обработки требует минимальных изменений в работе ОС – просто локальный транспорт заменяется на сетевой.

Производительность.При классической организации ОС (мал.41, а) выполнение системного вызова сопровождается двумя переключением режимов, а при микроядерной организации (рис. 40, 6) - четырем.Таким образом, ОС на основе микроядра при прочих равных условиях всегда будет менее продуктивной, чем ОС с классическим ядром.Именно по этой причине микроядерной подход не получил такого широкого распространения, что ему пророчили.

Утилиты

Ядро

а

Программы t t Сервер ОС Программы

Микро ядро Микроядро

б t t t t

Рис. 40. Смена режимов при выполнении системного вызова

Серьезность этого недостатка хорошо иллюстрирует история развития Windows NT. В версия 3.1 и 3.5 диспетчер окон, графическая библиотека и высокоуровневые драйверы графических устройств входили в состав сервера пользовательского режима, и вызов функций этих модулей осуществлялся в соответствии с микроядерной схемы.Однако очень скоро разработчики Windows NT поняли, что такой механизм обращений к часто используемым функциям графического интерфейса существенно замедляет работу приложений и делает данную ОС уязвимой в условиях острой конкуренции.В результате в версию Windows NT 4.0 прошлого внесены существенные изменения – все вышеперечисленные модули были перенесены в ядро, отдалило эту ОС от идеальной микроядерной архитектуры, но зато резко повысило ее производительность.

Этот пример иллюстрирует главную проблему, с которой сталкиваются разработчики ОС, решили применить микроядерной подход, – что включать в Микроядро, а что выносить в пользовательский пространство. В идеальном случае Микроядро может состоять только из средств передачи сообщений, средства взаимодействия с аппаратурой, в том числе средств доступа к механизмам привилегированной защиты. Однако многие разработчики не всегда жестко придерживаются принципа минимизации функций ядра, часто жертвуя настоящим ради повышения производительности. В результате реализации ОС образуют некоторое спектр, на одном из края которого находятся системы с минимально возможным микроядром, а на другом – системы, подобные Windows NT, в которых Микроядро выполняет достаточно большой объем функций.

4.3. Ядро и вспомогательные модули ОС

Наиболее общим подходом к структуризации ОС является разделение всех ее модулей на две группы:

q                    ядро – модули, выполняющие основные функции ОС;

q                    модули, выполняющие вспомогательные функции ОС.

Модули ядра выполняют такие базовые функции ОС, как управление процессами, памятью, устройствами в / у и т.п. Ядро составляет сердцевину ОС, без него ОС является полностью нетрудоспособным и не сможет выполнить ни одну из своих функций.

В состав ядра входят функции, решающие внутрисистемные задачи организации вычислительного процесса, такие как переключение контекстов, загрузка / выгрузка, обработка прерываний.Эти функции недоступны для приложений. Другой класс функций ядра служит для поддержки приложений, создавая для них так называемое прикладное программное среду.Приложения могут обращаться к ядру с запросами – системными вызовами – для выполнения тех или иных действий, например для открытия и чтения файла, вывод графической информации на дисплей, получения системного времени и т.д. Функции ядра, которые могут вызываться приложениями, образуют интерфейс прикладного программирования – API.

Функции, выполняемые модулями ядра, являются наиболее часто используемыми функциями ОС, поэтому скорость их выполнения определяет производительность всей системы в целом.Для обеспечения высокой скорости работы ОС все модули или ядра большая их часть постоянно находятся в ОП, то есть являются резидентными.

Ядро является движущей силой всех вычислительных процессов в компьютерной системе, и крах ядра равносилен краху всей системы. Поэтому разработчики ОС уделяют особое внимание надежности кодов ядра, в результате процесс их отладки может растягиваться на многие месяцы.

Поскольку некоторые компоненты ОС оформлены как обычные приложения, то есть в виде модулей, которые выполняются, стандартного для данной ОС формата, то часто бывает очень сложно провести четкую грань между ОС и приложениями (рис. 41).

Рис. 41. Нечеткость границы между ОС и приложениями

Вспомогательные модули ОС обычно подразделяются на следующие группы:

q               утилиты - программы, решающих отдельные задачи управления и сопровождения компьютерной системы, такие, например, как программы сжатия дисков, архивирование данных на магнитную ленту;

q               системные обрабатывающие программы - текстовые или графические редакторы, компиляторы, компоновщикы, отладчиком;

q               программы предоставления пользователю дополнительных услуг - специальный вариант пользовательского интерфейса, калькулятор и даже игра;

q               библиотеки процедур различного назначения, упрощающие разработку приложений, например библиотека математических функций, функций в / у и т.д.

Как и обычные приложения, для выполнения своих задач утилиты, обрабатывающие программы и библиотеки ОС, обращаются к функциям ядра посредством системных вызовов (рис. 42).

Разделение ОС на ядро и модули-приложения обеспечивает легкую расширяемость ОС. Чтобы добавить новую высокоуровневую функцию, достаточно разработать новое приложение, и при этом не нужно модифицировать ответственные функции, образующие ядро системы.Однако внесение изменений в функции ядра может оказаться гораздо сложнее, и сложность эта зависит от структурной организации самого ядра.В некоторых случаях каждое исправление ядра может потребовать его полной перекомпиляции.

Рис. 42. Взаимодействие между ядром и

вспомогательными модулями ОС

Модули ОС, оформленные в виде утилит, системных обрабатывающих программ и библиотек, обычно загружаются в ОП только на время выполнения своих функций, то есть являются транзитными.Постоянно в ОП располагаются только самые необходимые коды ОС, составляют ее ядро. Такая организация ОС экономит ОП компьютера.

Важным свойством архитектуры ОС, основанной на ядре, является возможность защиты кодов и данных ОС за счет выполнения функций ядра в привилегированном режиме.

4.4. Многослойная структура ОС

Вычислительную систему, работающую под управлением ОС на основе ядра, можно рассматривать как систему, состоящую из трех иерархически расположенных слоев: нижний слой образует аппаратура, промежуточный – ядро, а утилиты, обрабатывающие программы и приложения, составляют верхний слой системы (рис.43). Слоистую структуру вычислительной системы принято изображать в виде системы концентрических окружностей, иллюстрируя тот факт, что каждый слой может взаимодействовать только со смежными слоями.Действительно, при такой организации ОС приложения не могут непосредственно взаимодействовать с аппаратурой, а только через слой ядра.

Рис. 43.Трехслойная схема вычислительной системы

Многослойный подход является универсальным и эффективным способом декомпозиции сложных систем любого типа, в том числе и программных.Согласно этому подходу система состоит из иерархии слоев.Каждый слой обслуживает вищележачий слой, выполняя для него некоторый набор функций, образующих межслойной интерфейс (рис.44). На основе функций нижчележачого слоя следующий (вверх по иерархии) слой строит свои функции – более сложные и более мощные, которые, в свою очередь, оказываются примитивами для создания еще более мощных функций вищележачого слоя. Строгие правила касаются только взаимодействия между слоями системы, а между модулями внутри слоя связи могут быть произвольными.Отдельный модуль может выполнить свою работу либо самостоятельно, либо обратиться к другому модулю своего слоя, или обратиться за помощью к нижчележачого слоя через межслойной интерфейс.

Такая организация системы имеет много преимуществ. Она существенно упрощает разработку системы, так как позволяет сначала определить «сверху вниз» функции слоев и мижшарови интерфейсы, а затем при детальной реализации постепенно наращивать мощность функций слоев, двигая «снизу вверх».Кроме того, при модернизации системы можно изменять модули внутри слоя без необходимости делать какие-либо изменения в других слоях, если при этих внутренних изменениях мижшарови интерфейсы остаются в силе.

Рис. 44. Концепция многослойной взаимодействия

Поскольку ядро представляет собой сложный многофункциональный комплекс, то многослойный подход обычно распространяется и на структуру ядра.

Ядро может состоять из следующих слоев.

q               Средства аппаратной поддержки ОС. Сих пор об ОС говорилось как о комплексе программ, но, вообще говоря, часть функций ОС может выполняться и аппаратными средствами. Поэтому иногда можно встретить определение ОС как совокупности программных и аппаратных средств, что и отражено на рис. 45. К ОС относятся, естественно, не все аппаратные устройства компьютера, а только средства аппаратной поддержки ОС, то есть те, которые напрямую участвуют в организации вычислительных процессов: средства поддержки привилегированного режима, систему прерываний, средства переключения контекстов процессов, средства защиты областей памяти ‘памяти и т.п.

q               Машинно-зависимые компоненты ОС. Этот слой образуют программные модули, в которых отражается специфика аппаратной платформы компьютера. В идеале этот слой полностью экранирует вищележачи слои ядра от особенностей аппаратуры. Это позволяет разрабатывать вищележачи слои на основе машинно-независимых модулей, существующих в единственном экземпляре для всех типов аппаратных платформ, поддерживаемых данной ОС. Примером слоя, который экранирует, может служить слой HAL ОС Windows NT.

q               Базовые механизмы ядра.Этот слой выполняет наиболее примитивные операции ядра, такие как программное переключение контекстов процессов, диспетчеризацию прерываний, перемещение страниц из памяти на диск и обратно и т.п. Модули данного слоя не принимают решений о распределении ресурсов – они только отрабатывают принятые «наверху» решения, что и дает повод называть их исполнительными механизмами для модулей верхних слоев. Например, решение о том, что в данный момент нужно прервать выполнение текущего процесса А и начать выполнение процесса В, принимается менеджером процессов на вищележачому слое, а слоя базовых механизмов передается только директива о том, что нужно выполнить переключение из контекста текущего процесса на контекст процесса В.

q               Менеджеры ресурсов.Этот слой состоит из мощных функциональных модулей, реализующих стратегические задачи по управлению основными ресурсами вычислительной системы. Обычно на данном слое работают менеджеры (называемые также диспетчерами) процессов, в / в, ФС и ОП. Разметка на менеджеры может быть и несколько иным, например менеджер ФС иногда сочетают с менеджером в / в, а функции управления доступом пользователей к системе в целом и ее отдельных объектах поручают отдельному менеджеру безопасности. Каждый из менеджеров ведет учет свободных и используемых ресурсов определенного типа и планирует их распределение в соответствии с запросами приложений. Например, менеджер ОП управляет перемещением страниц с ОП на диск и обратно. Менеджер должен отслеживать интенсивность обращений к страницам, время пребывания их в памяти, состояния процессов, использующих данные, и многие другие параметры, на основании которых он время от времени принимает решение о том, какие страницы необходимо выгрузить и какие – загрузить. Для выполнения принятых решений менеджер обращается к нижчележачого слоя базовых механизмов с запросами о загрузке (выгрузки) конкретных страниц.Внутри слоя менеджеров существуют тесные взаимные связи, отражающие тот факт, что для выполнения процесса требуется доступ одновременно к нескольким ресурсов – процессора, области памяти, возможно, до определенного файла или устройства в / в.Например, при создании процесса менеджер процессов обращается к менеджеру памяти, который должен выделить процесса определенную область памяти для его кодов и данных.

q               Интерфейс системных вызовов.Этот слой является самым верхним слоем ядра и взаимодействует непосредственно с приложениями и системными утилитами, образуя прикладной программный интерфейс ОС. Функции API, обслуживающие системные вызовы, предоставляющих доступ к ресурсам системы в удобной и компактной форме, без указания деталей их физического расположения.Например, в ОС UNIX с помощью системного вызова fd = open ( “/ doc / a.txt”, 0_RDONLY) приложение открывает файл a.txt, хранящийся в каталоге / doc, а с помощью системного вызова read (fd, buffer, count ) читает из этого файла в область своего адресного пространства, которое носит имя buffer, некоторое количество байт.Для осуществления таких комплексных действий системные вызовы обычно обращаются за помощью к функциям слоя менеджеров ресурсов, причем для выполнения одного системного вызова может потребоваться несколько таких обращений.

Рис. 45.Многослойная структура ядра ОС

Приведенная разбивка ядра ОС на слои достаточно условно. В реальной системе количество слоев и распределение функций между ними может быть и другим.В системах, предназначенных для аппаратных платформ одного типа, например ОС NetWare, слой машинно-зависимых модулей обычно не выделяется, сливаясь со слоем базовых механизмов и, частично, со слоем менеджеров ресурсов.Не всегда оформляются в отдельный слой базовые механизмы – в этом случае менеджеры ресурсов не только планируют использование ресурсов, но и самостоятельно реализуют свои планы.

Способ взаимодействия слоев в реальной ОС также может отклоняться от описанной выше схемы. Для ускорения работы ядра в некоторых случаях происходит непосредственное обращение с верхнего слоя в функции нижних слоев, минуя промежуточные. Типичным примером такой «неправильной» взаимодействия является начальная стадия обработки системного вызова. На многих аппаратных платформах для реализации системного вызова используется инструкция программного прерывания.Этим приложение фактически вызывает модуль первичной обработки прерываний, находящийся в слое базовых механизмов, а уже этот модуль вызывает нужную функцию из слоя системных вызовов.Сами функции системных вызовов также иногда нарушают субординацию иерархических слоев, обращаясь прямо к базовым механизмов ядра.

Выбор количества слоев ядра является ответственным и сложным делом: увеличение числа слоев ведет к некоторому замедлению работы ядра за счет дополнительных накладных расходов на межслойной взаимодействие, а уменьшение числа слоев ухудшает расширяемость и логичность системы.Конечно ОС, прошли долгий путь эволюционного развития, например много версий UNIX, имеют неупорядоченная ядро с небольшим числом четко выделенных слоев, а в сравнительно «молодых» ОС, таких как Windows NT, ядро разделено на большее число слоев и их взаимодействие формализована в гораздо большей степени.

5. Монолитные операционные системы

Монолитные ОС является прямой противоположностью микроядерной ОС. При этом можно согласиться с тем, как трактуется архитектура монолитных ОС. В монолитной ОС, несмотря на ее возможную сильную структуризацию, очень трудно удалить один из уровней многоуровневой модульной структуры.Добавление новых функций и изменение существующих для монолитных ОС требует очень хорошего знания всей архитектуры ОС и чрезвычайно больших усилий.Поэтому более современный подход к проектированию ОС, которая может быть условно назван как «клиент-серверная» технология, позволяет в большей мере и с меньшими трудозатратами: реализовать вышеперечисленные принципы проектирования ОС.

Модель клиент-сервер предполагает наличие программного компонента, который является потребителем какого-либо сервиса – клиента, и программного компонента, который служит поставщиком этого сервиса – сервера.Взаимодействие между клиентом и сервером стандартизируется, так что сервер может обслуживать клиентов, реализованных различными способами и, может быть, разными разработчиками.При этом главным требованием является использование одинакового интерфейса.Инициатором обмена обычно является клиент, который посылает запрос на обслуживание сервера, который находится в состоянии ожидания запроса.Тот самый программный компонент может быть клиентом относительно одного вида услуг и сервером для другого вида услуг.Модель клиент-сервер является скорее удобным концептуальным средством ясного представления функций того или иного программного элемента в какой-либо ситуации, чем технологии.Эта модель успешно применяется не только при построении ОС, но и на всех уровнях ПО и имеет в некоторых случаях более узкий, специфический смысл, сохраняя, естественно, при этом все свои общие черты.

При поддержке монолитных ОС возникает ряд проблем, связанных с тем, что все функции макроядра работают в едином адресном пространстве.Во-первых, это опасность возникновения конфликта между различными частями ядра, во-вторых – сложность подключения к ядру новых драйверов.Преимущество микроядерной архитектуры перед монолитной заключается в том, что каждый компонент системы представляет собой самостоятельный процесс, запуск или остановка которого не отражается на работоспособности других процессов.

Похожие статьи

• Формирование информационных систем (0)
• Суть и методологические основы управления операционной системы (0)
• Принципы построения автоматизированных систем (0)
• Концептуальное моделирование управления (0)
• Центральный процессор (0)

- Независимость данных от программ;

- Для поиска и модификации данных используются общие механизмы;

- Как правило, в составе БД существуют средства для поддержания ее целостности и защиты от несанкционированного доступа

Прокомментируем дополнительно подчеркнуты слова и выражения в приведенном описании, сравнивая в основном с близким предшественником БД – файловыми системами (ФС).

В отличие от файловых систем БД ориентирована для поддержки данных для нескольких приложений. На практике это свойство иногда нарушается.  Иногда такое нарушение можно объяснить тем, что проект вводится в действие поэтапно, и в определенный момент действительно функционирует только одно применение. Иногда отход от указанного свойства обусловлен другими важными причинами, но, к сожалению, не редкость просто ошибка в выборе средств для реализации проекта и ситуация напоминает известную пословицу о стрельбе из пушки по воробьям.

Взаимосвязанность данных заключается в том, что доступ к определенной группы данных какого применения целом облегчает доступ к другим группам данных этого же применение. В условиях ориентации БД на большое количество приложений возникает необходимость в поддержке значительного числа разнообразных связей между данными. Именно в понимании тесной логической связи использованы слова о сохранении вместе данных.

База данных – это набор данных со следующими свойствами:

• данные логически связаны между собой и несут соответствующую информацию;
• структура баз данных обычно соответствует тому специфическому набору данных, которые она содержит;
• базы данных отражают только отдельные аспекты реального мира, что позволяет определить их как “микромир”.

2. Сущность системы управления базами данных

Системы управления базами данных – это программные средства, с помощью которых можно создавать базы данных, заполнять их и работать с ними. В мире существует много различных систем управления базами данных. Многие из них на самом деле являются не законченными продуктами, а специализированными языками программирования, с помощью которых каждый, кто изучит данный язык, может сам создавать такие структуры, которые ему нужны, и вводить в них необходимые элементы управления. К таким языкам относятся Clipper, Paradox, FoxPro и другие.

Необходимость программировать всегда содержала оборудование баз данных в малом бизнесе. Крупные предприятия могли позволить себе сделать приказ на программирование специальной системы “под себя”. Малым предприятиям обычно не по силам было не только решить, но и правильно сформулировать эту задачу.

Положение улучшилось с появлением в составе пакета Microsoft Office системы управления базами данных Access. Ранние версии этой программы имели номера Access 2.0 и Access 95.

С помощью Access 9x обычные пользователи получили удобное средство для создания и эксплуатации достаточно прочных баз данных без необходимости что-то программировать. В то же время работа с Access 9x не вычеркивают возможности программирования. При желании систему можно развивать и настраивать своими силами. Для этого нужно владеть основами программирования на языке Basic.

Еще одним дополнительным достижением Access 9x является интегрированность этой программы с Excel 9x, Word 9x и другими программами пакета Office 9x. Данные, созданные в различных приложениях, образующих этот пакет, легко импортируются и экспортируются из одного приложения в другое.

Системы управления базами данных (СУБД) представляет собой набор программных средств, необходимых для создания, использования и поддержки баз данных.

Система управления базами данных (СУБД) объединяет сведения из разных источников в одной реляционной базе данных. Создаваемые формы, запросы и отчеты позволяют быстро и эффективно обновлять данные, получать ответы на вопросы, осуществлять поиск нужных данных, анализировать данные, печатать отчеты, диаграммы и почтовые наклейки.

Организация единой базы данных стало возможным лишь благодаря тому, что были созданы специальные программные продукты – системы управления базами данных (СУБД).

Основное назначение СУБД – создание и поддержка в актуальном состоянии базы данных, а также связь ее с программами решения экономических задач (приложения пользователей).

База данных – это компьютерный термин, используемый для обозначения совокупности информации по отдельной теме или сведений, связанных с некоторой прикладной задачей. Хранение информации в виде базы данных облегчает доступ к ней, поиск и извлечение необходимых фрагментов.

На магнитном диске база данных может храниться в виде одного файла (базы данных MS Access, Informix и др.) или в виде папки с файлами базы данных Interbase, Paradox и др.).
3. Разновидности систем управления базами данных, их обзор

Системы управления данными первого поколения

СУБД первого поколения характерны тем, что каждая группа разрабатывала свое собственное программное обеспечение по управлению данными. Последствиями такой сепаратизации стало чрезмерное дублирование программных кодов и данных.

Системы управления данными второго поколения

Файлы взаимосвязанных данных объединяются в базы данных. СУБД создаются для таких опытных пользователей, как программисты.

Системы управления данными третьего поколения

Возможности СУБД расширились. Созданы развитые интерфейсы, обеспечивают интерактивный доступ обычным посетителям.

Преимущества СУБД:

• Сокращение избытка данных;
• Без баз данных невозможно избежать хранения избыточных данных;
• При наличии центрального контроля баз данных некоторые избыточные данные можно устранить;
• Избыточные данные не могут быть полностью устранены, так как большую роль в СУБД играют вопрос времени и достоверности.

В мире существует множество СУБД. Несмотря на то, что они могут по-разному работать с разными объектами и предоставляют пользователю различные функции и средства, большинство СУБД опираются на единый устоявшийся комплекс основных их понятий.Это дает нам возможность рассмотреть одну систему и обобщить ее понятия, приемы и методы на весь класс СУБД.

Самыми распространенными СУБД является Visual FoxPro и Microsoft Access.

Система управления базами данных VISUAL FOX PRO (VFP)

СУБД VFP – это реляционная база данных. Каждая таблица соберет ­ медлит в отдельном файле с расширением dbf.Все остальные объекты – формы (form), запросы (query), отчеты (report), программы (program), меню (menu), представление (view) тоже хранятся в отдельных файлах с соответствующими типами.

Данные делятся на переменные базы данных (поля), переменные памяти (используются для промежуточного хранения да них) и массивы переменных памяти.Имя переменной может иметь длину до 10 символов, содержать буквы от A до Z, все цифры и знак под креслювання (-).В таблице 1 перечислены типы данных, которые могут принимать переменные.

Таблица 1

СУБД FoxPro – это реляционная СУБД. При работе в СУБД FoxPro пользователь может работать в интерактивном и программном режимах.В памяти хранятся базы данных и переменные которые могут быть записаны в файлах.

Система управлшня базами данных MICROSOFT ACCESS

Система управления базами данных Microsoft Access входит в состав пакета Microsoft Office.Она позволяет решать широкий круг задач пользователей без программирования и доступной для широкого круга непрофессиональных пользователей персональных компьютеров.

Система управления базами данных (СУБД) Access разработана для эксплуатации в компьютерных сетях в среде Windows.

Одно из основных преимуществ СУБД Ассеss заключается в том, что она имеет простые и удобные средства обработки нескольких таблиц в одной базе данных. Таблица является основным объектом базы данных. В одной базе данных хранится несколько таблиц и средства связывания таблиц.

В системе Acсess есть разные способы управления данными, а именно:

• система меню;
• панели инструментов;
• контекстивне меню;
• указатель мыши;
• комбинации клавиш.

СУБД Access имеет значительное количество специальных программ – “мастеров”. Есть мастер таблиц, мастер кнопок, мастер форм и др. Мастера осуществляют диалог с пользователем, в процессе которого определяются данные, необходимые для решения соответствующей задачи. Для удобства работы каждый мастер имеет определенные этапы (шаги). Любой этап можно пропустить или обратиться к предыдущим.

Формой выдачи данных на экран пользователь может управлять. Важно правильно конструировать формы, поскольку именно с ними работает пользователь при вводе и редактировании записей базы данных. Кроме того, формы можно использовать для сбора и вывода информации.

Этапы создания базы данных в среде Microsoft Access:

• определение цели создания базы данных;
• определение таблиц, которые должна содержать база данных;
• определения структуры таблиц (полей и их типов);
• назначение ключей таблиц и создания необходимых индексов;
• определение связей между таблицами;
• загрузка данных;
• создание других объектов базы данных: запросов, форм, отчетов, макросов и модулей;
• анализ эффективности базы данных с помощью мастера таб лицевые (меню СЕРВИС> АНАЛИЗ> ТАБЛИЦА) и анализатора быстрых коде (меню СЕРВИС> АНАЛИЗ> БЬИСТРОДЕЙСТВИЕ).

Заключение

Итак, основное назначение системы управления базами данных (сокращенно – СУБД) – создание и поддержка в актуальном состоянии базы данных, а также связь ее с программами решения экономических задач (приложения пользователей).

Организация единой базы данных стало возможным лишь благодаря тому, что были созданы специальные программные продукты – системы управления базами данных (СУБД).

В мире существует множество СУБД. Несмотря на то, что они могут по-разному работать с разными объектами и предоставляют пользователю различные функции и средства, большинство СУБД опираются на единый устоявшийся комплекс основных понятий. Это дает нам возможность рассмотреть одну систему и обобщить ее понятия, приемы и методы на весь класс СУБД. Самыми распространенными СУБД является Visual FoxPro и Microsoft Access.

Система управления базами данных (СУБД) объединяет сведения из разных источников в одной реляционной базе данных. Создаваемые формы, запросы и отчеты позволяют быстро и эффективно обновлять данные, получать ответы на вопросы, осуществлять поиск нужных данных, анализировать данные, печатать отчеты, диаграммы и почтовые наклейки.

Похожие статьи

• Системы управления базами данных (0)
• Типы данных Excel (0)
• Табличные процессоры (0)
• Сервисное программное обеспечение (0)
• Программное обеспечение ПК (0)

Диапазон Зви достаточно широк – от огромных устройств коллективного пользования, подобных стадионных вокзальным и другим информационным табло, большим экранам и многочисленным разновидностям световой рекламы, до миниатюрных индикаторов, которые встроены в приборы преимущественно личного пользования, такие, как электронные часы, карманные калькуляторы и компьютерная ютери, электронные игры и даже электронных переводчиков (эти словари размером с портсигар помогают преодолеть языковой барьер).Еще более заманчивым выглядит ближайшее будущее Зви – плоский телевизионный экран во всю стену и он же – универсальный домашний дисплейный терминал, который заменит газету, почту, видеотелефон и даже позволит, не выходя из дома, контактировать с большой ЭВМ.

Раздел 1.Системы индикации

1.1.Виды и основные характеристики индикаторов

Универсальные дисплейные терминалы - устройства, присоединенные к ЭВМ или вычислительной сети и предназначены для выдачи визуальной информации или для ее обратного ввода в систему.Такие интерактивные терминалы позволяют организовать обмен информацией – диалог между человеком и ЭВМ. Диапазон их применений охватывает как чисто инженерные задачи, например, автоматизации проектирования, так и задачи более гуманитарного характера: проектирование архитектурных сооружений, обработку текстов, которым вынуждены заниматься журналисты, редакторы и частично писатели, и даже рисования (например, мультфильмов).

Встроенные индикаторы для электронных часов, калькуляторов, микро-ЭВМ, электронной игры, переводчиков, пишущих машинок и т.д.Такие индикаторы, как правило, работают в малогабаритных переносных электронных устройствах и должны поэтому потреблять чрезвычайно малую мощность.

Экраны коллективного пользования - информационные табло и т. п., отличительной особенностью которых являются большие размеры и часто необходимость работы и на свету и в темноте.

Основная задача Зви – отображение на экране информационной модели. Примеров информационных моделей можно назвать множество: от простейшей – чисел на индикаторах электронных часов или калькуляторов до самой сложной – многоцветного чертежи архитектурного сооружения в перспективе, да еще и с надписями, характеризующих свойства отдельных его частей.

Различают три категории информационных моделей: наглядные, абстрактные и смешанные. Пример информационной модели, которая приближается по наглядности к идеалу, – это яркое цветное объемное телевизионное изображение с высокой разрешающей способностью, что позволяет воспроизводить самые мелкие детали.Несомненно, что чем сильнее мы насыщаем наглядную информационную модель деталями и свойствами, тем быстрее у наблюдателя может возникнуть иллюзия, что он имеет дело с реальным объектом.Однако это вовсе не означает, что «идеальная» наглядная модель абсолютно подходит специалисту, работающему с системой автоматического проектирования (САПР), или оператору, взаимодействующей с системой автоматического управления (САУ).Ведь некоторые свойства объекта лучше передать в виде цифр или символов, а лишние детали наглядной модели могут отвлекать внимание и мешать правильно и быстро оценивать реальную ситуацию и принять нужное решение.Поэтому и пришли к тому, что в САПР и САУ чаще используют абстрактные или смешанные информационные модели.

В абстрактных моделях изображение формируется из таких «абстрактных» элементов, как цифры, буквы, геометрические фигуры, условные знаки и т.д., заменяющие объекты наглядной информационной модели и одновременно описывают наиболее важные в данном применении их свойства.Для отображения свойств объекта используют также изменение размера, цвета, яркости, ориентации элементов информационной модели.В смешанных моделях комбинируют элементы наглядной и абстрактной модели таким образом, чтобы использовать лучшие свойства каждой из них.

Одной лишь удачной информационной модели недостаточно для эффективной работы Зви: необходимо, чтобы такая модель превращалась в высококачественное изображение.Однако судить о качестве изображения, надо хотя бы примерно представлять параметры и характеристики, определяющие правильность восприятия-информации человеком.

Форма и размер символов. В современных Зви символы зачастую синтезируются из простых элементов: точек, отрезков прямых или кривых (рис.1.1). Самый простой 7-сегментный формат позволяет получить все арабские цифры и некоторые буквы, например А, С, Е, Г, Н. Значительно более широкие возможности дает 35 (5 × 7)-точечный формат – его можно применять для синтеза цифр, букв, разных знаков препинания, математических символов и др.Кроме длинного набора (алфавита) знаков, 35-точечный формат характеризуется более удачным изображением знаков и, что особенно важно, более высокой устойчивостью к помехам.

Рис. 1 1.

Действительно, эффективность функционирования индикатора можно определить его способности обеспечить прочтение информации при отказе одного или нескольких элементов индикации.Для отдельных знаков 7-сегментного формата отказ даже одного компонента может привести к освещению ошибочного символа (например, неввимкнення одного сегмента превращает «8» в «б» или «9»).Надежнее изображают букву или цифру 35-точечным форматом, где исчезновение одной точки никак не мешает правильному восприятию (но все же может вызвать раздражение, а значит, и утомление оператора, то есть косвенно снизить надежность восприятия).В ситуации, где на индикатор возлагаются ответственные задачи, если, например, надо показывать расстояние до посадочной полосы, всегда берут избыток элементов изображения.

Минимальный размер символа. Как и острота зрения, то есть способность различать две точки изображения, минимальный размер символа определяется углом.Если рассматриваются цифры или буквы, то минимальный угловой размер составляет 30-40 ‘, для последнего значения соотношения между высотой знака h и расстоянием до наблюдателя I дается формулой:

Полезная площадь экрана и ее использования.Искажение изображения на краях телевизионного экрана неприятны, но с ними можно мириться. При отображении текстовой информации никаких потерь быть не должно.Поэтому, если индикатором Зви будет электронно-лучевая трубка, то диагональ прямоугольника «полезной» площади экрана принимается равной 0,9 от диагонали трубки.Когда внутри такого прямоугольника с отношением ширины, рекомендуемая к высоте 4:3 располагаются группы знаков, то его называют формуляром.

Если принять, что интервал между символами составляет 0,25 от высоты знака h, то для точечной матрицы 5 × 7 высота знакомест А _зн = 1,25 h. а его ширина h _зн = 0,9 А. Это означает, что при расстоянии между наблюдателем и экраном 0,5 м (500 мм) геометрические размеры знакомест, рекомендуемые: h = 0,01 × 500 = 5 мм, b = (5 / 7) × 5 = 3,5 мм, h _зн = 1,25 × 5 = 6,25 мм, b _зн = 0,9 × 5 мм = 4,5 мм.Для формуляра с 80 знаками в текстовой строке мы получим ширину b _ф = 80 × 4,5 = 360 мм.С рекомендованного отношение ширины к высоте 4: 3 следует, что h _ф = 360 × (3 / 4) = 270 мм и число текстовых строк ровно h _ф / h _зн = 270: 6,25 = 43, то есть информационная емкость поля составит 3440 знаков.

Углы наблюдения и обзора.Известно, что лучше рассматривать экран, находясь точно напротив его центра.При отклонении от идеального положения острота зрения наблюдателя падает.Для того чтобы компенсировать это уменьшение, приходится брать угловые размеры объекта с запасом.Так, если минимальный угловой размер 10 ‘позволяет наблюдать и различать знак только напротив центра экрана, то уже при угловом размере 30′ можно спокойно (т.е. без опасности потери информации) смотреть на экран (или двигать головой) под углами до ± 15 ° в горизонтальном и до ± 10 ° в вертикальном направлениях.

Излучение индикатора в любой плоскости имеет форума лепестки, причем максимум его интенсивности совпадает с перпендикуляром к экрану.Некоторые индикаторы, например газоразрядные или электронно-лучевые, дают сравнительно широкий пелюсок, другие (ЖК) – очень узкий. При отклонении от нормали происходит спад яркости излучения, что, в свою очередь, ограничивает углы обзора и наблюдения.

Светотехнические параметры не менее важны для качественного восприятия, чем геометрические размеры частей изображения или взаимное расположение наблюдателя и экрана.Сюда, во-первых, относится так называемая адаптируя яркость – яркость окружающей среды, к которой приспосабливается глаз.Для быстрой адаптации необходимо, чтобы при переводе глаз с окружающих предметов на индикатор или обратно не возникал очень большой скачок ощущение яркости.Для хорошей адаптации помещение, где находится отсюда, не должно быть ни совсем темным, ни слишком светлым, то есть уровень адаптируя яркости ограничен и сверху и снизу.

Известное соотношение между яркостью L и освещенностью Е позволяет всегда найти одну величину по другой:

Здесь ρ – коэффициент отражения света от поверхности стремится к нулю для черных (поглощающие) поверхностей и приближается к единице для светлых (отражающие) поверхностей.

Однако, видимость объекта сильнее всего зависит не от яркости, а от яркостной ого контраста.Для положительного (черное на белом фоне) изображения задается так называемый прямой контраст, который определяется по формуле

где L _о – яркость объекта, L _ф – яркость фона.Для отрицательного (светлое на темном фоне) изображения в соответствии задается обратный контраст:

Приемлемые значения контраста для воспроизведения текстовой информации 0,65-0,85.

Попробуем найти комфортные условия для помещения, в котором находится Зви Если задаться освещенностью 100 лк, коэффициентом отражения фона индикатора 0,3, для предметов в помещении 0,5 и, считая индикатор светоизлучающих, выбрать К _об = 0,7, то по формулам (1.2) и (1.4) мы получим яркость фона L _ф = 10 кд / м ^2, яркость знака L _o = 30 кд / м ² и уровень адаптируя яркости L _a == 16 кд / м ^2.Однако психологи установили, что максимальная острота зрения получается только, когда отношение яркости индикатора и яркость окружающей среды не превышает двух.Чтобы приблизиться к таким условиям, нужно, например, сильнее осветить помещение.Соответственно при освещенности помещения 200 лк мы получим L _a = 33 кд / м ^2, L _ф = 20 кд / м ² и L _o = 60 кд / м ^2, т.е. удовлетворим все поставленные требования.

Еще одним важным психофизиологическим параметром является критическая частота мелькань – минимальная частота вспышек (кадров), при которой изображение воспринимается как слитное.Механизм слитого восприятия связан с инерционностью зрительной системы человека – пока частота вспышек выше примерно 45 Гц, изменения яркости незаметны.Именно поэтому старые киноленты, снятые при частоте 16 Гц, мы воспринимает не непрерывно, а как ряд часто повторяющихся мгновенных фотографий.

Мелькание изображения вызывает сильное зрительное утомление и раздражает наблюдателя (особенно если это не телезритель, а оператор за пультом дисплея). Профессиональную вредность приходится ликвидировать или повышая частоту кадров повторения изображения, либо с помощью других технических средств, о чем мы поговорим далее.

Цвет.Достоинства цветного телевидения не требуют доказательств. Однако с применением цвета в других системах отображения информации дело обстоит не так просто – всегда приходится взвешивать, или окупается высокая стоимость цветных терминалов, а также их более низкая позволяющая способность и информационная емкость теми новыми возможностями, которые дает цветное изображение.Эффективность цвета как способа кодирования информации не всегда доказана.Достаточно вспомнить, что дальтоники составляют сравнительно высокую (8%) часть населения.Во многих случаях вместо кодирования цветом можно успешно использовать модуляцию яркости элементов информационной модели.

Объемность. Создание объемного изображения – это один из тех проблем, решение которой еще впереди.Не касаясь ценности стереотелебачення, следует отметить важность получения объемных изображений для ряда технических и медицинских целей.К их числу относятся моделирования при автоматизированном проектировании и производстве, а также в командно-управляющих комплексах, регулирования воздушного движения, нефтяная разведка и, наконец, томография в реальном времени (под последним понимается получение, изображений внутренних органов в различных сечениях и в разные моменты времени .Сегодняшняя электроника делает создание объемного изображения на экране дисплея вполне возможным, хотя и процессом, что дорого стоит.В ряде случаев цель несомненно оправдывает средства.

1.2.Дисплей как средство общения

Достоинства системы человек – машина при решении многих задач общепризнанные.В одном из вариантов такой диалоговой системы машина рисует картинку, а человек их рассматривает, оценивает и анализирует.К сожалению, ответить взаимностью, рассматривая рисунки человека, машина сегодня может с большим трудом.Поэтому для ввода информации в Зви приходится использовать как различные устройства задачи положения, типа «светового пера», так и «рисующие» приборы, подобные координатной ручке.

Эти общие соображения во многом определяют устройство дисплейного терминала.Блок-схема этой достаточно сложной интерактивной системы отображения информации и ее связи с внешними источниками и приемниками информации изображена на рис. 1.2. Сердцем такой системы, что накладывает отпечаток на все его части, есть блок индикации.В традиционной системе этот блок содержит электронно-лучевую трубку и усилители отклонения луча по горизонтали и вертикали, а также усилитель видеосигналов, управляющий с помощью модуляторов ЭЛТ током луча.В блок индикации непосредственно примыкает преобразователь данных, назначение которого легко понять, если вспомнить, что в современных цифровых системах данные записаны в двоичных кодах, а на экране – привычными для человека символами.Когда с помощью таких данных закодирована какая-нибудь буква, то преобразователь должен выдать на блок индикации сигналы, обеспечивающие формирование ее контуру.Блок управления согласовывает и синхронизирует работу других блоков, а также передачу потоков информации.

Рис. 1. 2.

Особенностью большинства экранов Зви является то, что изображение, формируемое в них, не сохраняется в течение длительного времени.Поскольку обычно сам индикатор не может запомнить изображения, эту необязательную (пунктир на рисунке) функцию приходится возлагать на запоминающее устройство (ЗУ) регенерации изображения.Оттуда информация подается на экран с частотой, превышающей критическую частоту мелькань.

Блок интерфейса (от английского interface – поверхность раздела) связывает между собой блоки индикатора как с внутренними устройствами ввода, подобными световому перу или клавиатуре, так и с внешними источниками и приемниками данных.Кроме главной ЭВМ, к последним относятся печатающее устройство большой емкости (внешняя магнитная память) и др.

Световое перо, по сути, представляет собой фотоприемник и усилитель-формирователь электрических сигналов.Таким образом, если преподнести такое перо к какой-либо точки поверхности ЭЛТ, то в момент попадания луча и возбуждения люминофора генерируется электрический импульс.Подав этот импульс и импульс начала развертки в процессор блока управления, можно вычислить координату точки и затем нажатием клавиши что-нибудь записать в это место.В наиболее гибких системах отображения информации для создания клавиатуры применяют сам дисплей. Если на его экране высветить клавиши, то вместо нажатия достаточно указать на соответствующую область световым пером.

Еще один электронный метод локализации положение на экране заключается в создании световой метки, положение которой на экране меняется оператором (например, с помощью координатной ручки).

Вернемся теперь к основе системы – индикатора. До сих пор главным типом индикатора, который используется в дисплейных терминалах для отображения информации в виде текста, графиков и изображений, продолжает оставаться электронно-лучевая трубка.Класс электронно-лучевых приборов весьма широк и включает в себя монохромные и цветные варианты, запоминают или требуют регенерации изображения трубки, наконец, ЭЛТ прямого видения, изображение на экране которых рассматривается непосредственно, или же проекционные ЭЛТ.

В ЭЛТ с магнитным отклонением применяют два основных метода организации движения луча: произвольную развертку, на базе которой строятся так называемые векторные дисплеи, и развертку согласно определенному законом, который используется в растровых дисплеях.Различие между векторной и растровой разверткой видно из рис.1.3. В первом случае использован набор из восьми векторов, в направлениях которых может двигаться луч (рис.1.3, а).Когда при движении луча по вектору на модулятор подан отпирая сигнал, на экране появляется световой сегмент.Если же нужно только переместить луч в новое положение, то на модулятор подают запирающий потенциал.Увеличив количество векторов в наборе, можно добиться высокого качества изображения символов.При растровой системе луч всегда движется по одному и тому же пути (растра), а меняются только моменты включения модулятора, то есть засветки (рис.1.3, б).

Вернемся теперь к структурной схемы Зви, изображенной на рис. 1.2, и посмотрим, каким образом она позволяет воспроизвести цифры, буквы, знаки препинания и, если это необходимо, другие печатные или специальные знаки.Информация, поступающая с главной ЭВМ или вычислительной сети, закодирована в виде двоичных чисел.Для обычного украинского или латинского алфавита и наиболее прикладного знаков набор символов не превышает 128 (иногда 256), т.е. для их кодирования достаточно использовать 7-8 – разрядные двоичные числа.Если бы мы захотели применить китайскую иероглифическую азбуку Кандзи, включающей до 4000 знаков, то в ход пошли бы 11-12 – разрядные двоичные числа.Надо сказать, что японские фирмы выпустили и такие дисплеи, причем в них для формирования знака приходится использовать уже матрицу не 8 × 7, а 15 × 20 элементов.Но ограничимся европейских языках.Закодирована текстовая информация с главной ЭВМ передается в запоминающее устройство регенерации изображения (ранее для этой цели применяли ЗП главного компьютера, но потом это стало неоправданной роскошью – так дорог вычислительное устройство нужно занимать своими, а не чужими делами).Необходимо, чтобы ЗП регенерации не только имел информационную емкость, достаточную для хранения полного изображения, но и был достаточно быстродействующим для выдачи этой информации с кадровой частотой.Например, при отображении украинских и английских надписей, цифр, математических и некоторых специальных знаков на дисплее на 4800 знакомест необходима полная емкость ЗП 33600 бит (точнее, 4800 × 7, что означает наличие 4800 адресов, – причем при выборе любого адреса на выходе появляется 7-разрядное двоичное число).ЗП такой информационной емкости легко выполняется с помощью нескольких крупных полупроводниковых интегральных схем.Для быстродействующего ЗП довольно 4 мкс, что практически всегда обеспечивается полупроводниковыми ЗП.

Рис. 1. 3.

В векторном дисплее луч перемещается произвольно.Поэтому в элементе памяти должен быть записан не только код знака, но и адрес его положение на экране.Простой подсчет показывает, что для кодирования номера знакомест в строке и с 80 знаков требуется 7 двоичных разрядов, а для кодирования номера одного с 60 текстовых строк – 6 разрядов.Таким образом, один ячейка ЗП векторного текстового дисплея должна иметь в нашем случае емкость 6 +7 +7 = 20 бит, и, следовательно, при воспроизведении одного и того же числа знаков растровый метод позволяет применить ЗП в 3 раза меньшей емкости.Однако ситуация в корне меняется при неполном заполнении экрана.Например, если на экране показываются произвольно расположены надписи, общее число букв в которых равна 100, то для векторного дисплея понадобится ЗП емкостью 2000 бит, а для растрового – по-прежнему 33600 бит.

Качество информации на экране Зви сильно зависит от блока преобразования данных, преобразующий двоичную информацию от ЗП регенерации в сигналы возбуждения отклоняющих катушек и модулятора ЭЛТ. Алгоритм работы преобразователя определяется способом развертки (векторным или растровым) и методом синтезирования знака, используется.Как решается эта задача, рассмотрим на примере микрорастрового способа развертки при формировании букв или цифр с помощью точечной матрицы 5 × 7.Структурная схема преобразователя данных для этого случая показана на рис. 1.4. Знакогенератор содержит наборы знаковых плоскостей (по числу символов, которые формируются.Каждая из этих плоскостей представляет собой матрицу из семи строк и пяти столбцов, причем схемы совпадения (схемы «И») включены только в те узлы матрицы, которые соответствуют точкам, высвечиваются.Выходы всех схем «И» подключены к багатовхиднои схемы сбора (по терминологии радиоэлектроники – схеме «ИЛИ»).

Преобразователь данных получает командные воздействия от блока управления.Сначала с ЗП регенерации вызывается двоичный код знака, отображается, который, поступая на дешифратор знака, расположенный внутри знакогенератора, обеспечивает выбор плоскости нужного знака.Оба счетчики (X и Y) установлены в исходное положение.При поступлении на знакогенератор сигнала «инициации» схема «И», включенная между 1-м столбцом и 1-й строкой, выдает сигнал на вход схемы «ИЛИ».Этот сигнал через видеопидсилювач попадает на модулятор и открывает электронный луч.

Рис. 1 4.

Выходы счетчиков Х и У сопряжены не только с входами соответствующих дешифратор, но и с цифро-аналоговыми преобразователями ЦАП _х и ЦАП _y.Преобразователи преобразуют цифровой сигнал счетчиков в аналоговые сигналы, которые подаются на усилители отклонения УС _х и УС _у.В начальный момент отклоняющие сигналы равны нулю, и луч попадает в точку начала координат, обозначенную цифрами 11.Поскольку при этом модулятор открыт, то точка высвечивается.

Первый импульс, поступающий на счетчик Х от блока управления, влечет за собой увеличение числа, записанного в этот счетчик, на единицу.При этом выходы дешифратора влияют на схему совпадения, включенную во 2-й столбец 1-й строки, а ЦАП _х обеспечивает отклонение луча в положение 21.Точка на экране высвечивается. Дальнейшая развертка изображения по первой строке происходит аналогичным образом.

Переход во 2-ю строчку исполнится, когда счетчик Х получит пятую синхроимпульсов и вернется в исходное состояние, а сигнал переноса с его выхода переведет счетчик В во 2-й состояние.При этом ЦАП _х и ЦАП _в установят луч в положение 12.Однако в соответствующем узле матрицы схема «И» отсутствует, так как луч останется замкнутым и точка 12 на экране не высвечивается. Легко видеть, что после 35-го синхроимпульса схема знакогенератора вернется в первоначальное состояние и окажется готовой к воспроизведению очередного знака, когда код последнего поступить с ЗП регенерации и снова будет подан сигнал инициирования.Естественно, что для воспроизведения каждого очередного знака необходимо сдвинуть начало координат знакомест или только на текстовой строке, или одновременно и по строке и по вертикали (см. рис.1.4). Для этого достаточно выполнить усилители УС _х и УС _в качестве суммирующие.На второй вход УС _х подается преобразован ЦАП _х сигнал со счетчика знакомест в текстовой строке, а на второй вход усилителя УС _у – аналогично преобразован сигнал со счетчика текстовых строк.

Такое длинное описание дает возможность почувствовать, насколько сложна схема знакогенератора.Однако современная электронная техника позволяет выполнить ее на одном кристалле большой интегральной схемы постоянного запоминающего устройства – ПЗУ.

Если такой знакогенератор рассчитан на алфавит 256 символов по 35 точек в каждом, то его полная информационная вместимость составит 256 × 35 = 8920 бит, что не очень много.Для цифрового дисплея необходимое быстродействие ПЗУ знакогенератора соответствует 60 нс.

Наконец, нужно сказать, что растровые знаковые терминалы вообще проще (и, следовательно, дешевле), они позволяют отобразить на экране большее число знакомест, чем векторные дисплее.В наше время растровые дисплеи наиболее распространены. Однако, если необходимо создать дисплей с высоким качеством знаков и текста (например, когда используются как прописные, так и маленькие буквы, курсив, акцент и другие каллиграфические приема), приходится обращаться в векторных систем.

Обычная буквенно-цифровая система отображения информации способна решать сравнительно простые задачи: воспроизводить данные, поступающие с клавиатуры или с ЭВМ, либо последовательно с начала страницы (под страницей будем понимать рабочую область экрана), или от световой метки или точки соприкосновения светового пера.Однако, если ввести в состав блока управления микро-ЭВМ, то систему можно будет превратить в «умный» (интеллектуальный) дисплей, способный разгрузить человека от выполнения большого количества рутинных задач при работе в диалоговом режиме.Вот некоторые из услуг, предоставляемых умным дисплеем: протяжка изображения вверх или вниз (так называемый режим «свитка») или по команде, или в случае переполнения экрана, введение разрядки или Петит, формирование таблиц с столбцов данных, управления движением курсора (световой или мигая метки), подчеркивание слова, стирание текста от метки до конца строки или страницы, заполнение стертого промежутке, вставка заплаты (куска текста) и т. п.Существенно, что объем предоставляемых услуг, ограниченное только производительностью микро-ЭВМ и объемом ее памяти.

Обратимся теперь еще к двум типам приборов, расширяющих возможности систем отображения информации, – запоминающими и цветными ЭЛТ. Через ограниченный объем курсовой работы опустим описания двух таких важных типов ЭЛТ, как знаковые и проекционные.

Типовая запоминающие ЭЛТ содержит две электронные пушки: одна из них создает гостросфокусований пучок и используется для записи изображения, а другая (воспроизводящий) создает рассеянный поток электронов, заполняет весь люминесцентный экран.Непосредственно перед люминофором помещена еще одна важная деталь запоминающих трубки – дрибноструктурна сетка, поверхность которой, обращенная к лучу, покрыта диэлектриком.Сначала поверхность диэлектрика воспринимает заряд, который создаст тормозя поле и не пропускает новых электронов к экрану. Затем с помощью гостросфокусованого пучка электронов участки диэлектрика, соответствующие светлым частям изображения на экране, заряжаются положительно.Чтобы понять, как пучок отрицательно заряженных частиц (электронов) может создать положительный заряд, надо вспомнить о существовании повторной электронной эмиссии.При достаточной энергии один первичный электрон может выбить несколько вторичных и тем самым участок диэлектрика получит положительный заряд.После создания на диэлектрике потенциального рельефа изображения включается воспроизводящий поток электронов.Эти электроны проникают к экрану только в тех местах, где потенциал положительный, воспроизводя тем самым рельеф потенциала на экране.

Выгода применения запоминающих ЭЛТ прежде всего связана с тем, что нет необходимости регенерировать изображение с частотой, превышающей частоту мелькань.В случае запоминающего экрана изображение необходимо обновлять в темпе поступления новой информации.Для текстовой информации этот темп не очень большой. Например, при обычном чтении скорость может составлять 1 страницу в минуту.Естественно, что такая низкая кадровая частота (1 / 60 с = 0,016 Гц) позволяет отказаться от использования Сверхбыстродействующие или быстродействующих схем в Зви, т.е. упростить и удешевить систему.

Казалось бы, использование запоминающих ЭЛТ позволяет вовсе отказать ся от ЗП регенерации.Однако так будет только в том случае, когда изображение на экране не претерпит изменения, то есть записи части информации с оставлением другой без изменения.К сожалению, обычная запоминающие ЭЛТ не позволяет сделать избирательное стирание информации – она работает по принципу «все или ничего», причем на полное стирание изображения приходится тратить достаточно много времени – порядка 200 мс.К недостатку запоминающих ЭЛТ относится и размывания с течением времени изображения.Происходит это потому, что электроны, создающие потенциальный рельеф, мигрируют по поверхности диэлектрика.Поэтому каждые 15-20 с изображения приходится восстанавливать, для чего опять же необходимо ЗП регенерации.

Для формирования цветных изображений применяют или цветные ЭЛТ с теневой маской (примерно такие же, как в цветных телевизорах), или цветные ЭЛТ, действие которых основано на изменении глубины проникновения луча в люминофор.

Кинескоп с теневой маской содержит три геометрически разнесены электронные пушки для разных цветов.Если лучи свести таким образом, чтобы они проходили через одно отверстие маски, то на экране лучи снова разойдутся и попадут в места, где находятся пятна люминофора трех основных (красного, зеленого и синего) цветов.Недостатки такой ЭЛТ: теневая маска, задерживая электроны, уменьшает яркость, рассогласования пучка приводит к потере чистоту цвета, а мозаичная структура экрана ограничивает позволяющую способность индикатора.Именно поэтому цветные Зви на базе ЭЛТ с теневой маской имеют меньшую информационную емкость, яркость и контрастность, чем их черно-белые аналоги.

Электронно-лучевая трубка типа Пенетрон (от английского penetration – проникновение) имеет простую конструкцию, почти не отличающуюся от обычной монохромной ЭЛТ, но при этом позволяет менять цвет свечения экрана.Как известно, глубина проникновения электронных пучок в твердое тело приблизительно пропорциональна квадратному корню из ускоряя напряжения.Если нанести на экран несколько слоев люминофора разных цветов, то, меняя ускоряя напряжение, можно заставить светиться разные слои.Казалось бы, задача получения различных цветов решена самым простым образом.Есть только одна трудность – необходимость коммутировать достаточно быстро ускоряя напряжение.Например, для возбуждения красного люминофора нужно напряжение 6 кВ, а для зеленого – уже 12 кВ. Если бы мы захотели перейти от друга напряжения до другой с частотой телевизионной развертки, нас почти наверняка бы постигла неудача.Именно поэтому, несмотря на такие достоинства ЭЛТ типа Пенетрон, как высокая яркость и позволяющая способность, они применяются не в телевидении, а только там, где нужно переключать цвет не так часто, например, при переходе от вы креслювання одного слова к другому.

В системах автоматизации проектирования или автоматического управления на экран выводят не столько текст или отдельные группы цифр (хотя и это может пригодиться), сколько разнообразные графики, схемы, чертежи, диаграммы и т. п.Эту задачу выполняют графические дисплейные терминалы, устройства настолько более сложные, чем знаковые дисплеи, насколько техника рисования сложнее печатание на машинке.

Именно исходя из многообразия возможных составляющих элементов рисунка, можно выделить два типа графических дисплейных терминалов: с ограниченными и с полными графическими возможностями.Дисплеи первого типа довольно близки к алфавитно-цифровых: у них просто набор символов дополнен различными графическими элементами, а размер знакомест (или, вернее, графического места) уменьшен для лучшего составления изображения из элементов.Часто размер знакомест выбирается 5 × 5 – это позволяет, правда ценой ухудшения внешнего оформления, сформировать почти все буквы и тем более цифры и в то же время достаточно гибко создавать изображения.Как графические элементы применяют наборы отрезков прямых и кривых, а также заштрихованы или закрашенные области.

Чаще Зви с ограниченными графическими возможностями используют для представления информации о непрерывные состояния объектов, меняющихся во времени.Примеры таких систем – диспетчерские пульты в химической, газовой или нефтедобывающей промышленности, а также в энергетике.Экран содержит 3000-4000 графических мест, причем на каждом из них можно создать любой и из 256-512 знаков.Для таких систем очень важна высокая надежность, ведь любая авария за неправильных действий диспетчера – это не только огромные материальные убытки, но здоровье и жизни людей. Высокая же надежность определяется условиями работы оператора даже в большей степени, чем по электронной аппаратурой, – удачной информационной моделью, оптимальными условиями восприятия изображения, максимальным комфортом.

Дисплейные терминалы с полными графическими возможностями – основной рабочий инструмент человека в системе автоматического проектирования.Несмотря на сложность таких устройств, колоссальный рост производительности труда, которое они дают, оправдывает любые затраты.Процесс автоматического проектирования с использованием Зви выглядит примерно так. По заданию человека ЭВМ выводит на экран предыдущий проект.Пользуясь световым пером и клавиатурой, разработчик видоизменяет положение отдельных элементов, вводит дополнительные детали.На любом этапе можно заставить ЭВМ оценить движения, которые предлагаются, а в заключение ввести цифровые данные чертежи во внешнюю память, чтобы потом использовать их для управления системой автоматического изготовления.

В дисплеях с полными графическими возможностями применяются векторные или растровые способы развертки ЭЛТ. Растровая система развертки была нами уже рассмотрено для знаковых дисплеев, поэтому поговорим теперь о векторную систему, которая как раз очень широко используется в повнографичних дисплеях.На экране ЭЛТ произвольно перемещается электронный луч.Если трубка замкнута, то мы как бы переносим карандаш с одной точки в другую.Если же трубка включена, рисуем линию (чтобы сделать линию жирнее, достаточно подать на модулятор ЭЛТ более высокий потенциал), а чтобы изменить цвет – включаем другую электронную пушку кинескопа с теневой маской или меняем Ускоряющее напряжение Пенетрон.

Возникает вопрос – как управлять электронным лучом для рисования вектора?Наиболее простой способ – это перемещение луча по координатам точек, образующих кривую или прямую.Однако если прикинуть, что для формирования рисунка с 1000 векторов по 100 точек в каждом для настройки положение каждой точки на экране 1024 × 1024 понадобится 10 + 10 = 20 бит, то потребуется ЗП вместимостью 1000 – 100 – 20 = 2 Мбит, а для последовательного вывода из такого ЗП надо будет сделать его быстродействие больше 100 МГц.Придется сразу отказаться от этого способа, по крайней мере, как от универсального.

Значительно меньше информации надо хранить в ЗП, если задавать кривую двумя координатами, начала и конца, и кодом типа кривой – выпуклой, угнутои, с разной кривизной и т. п.Если ограничиться 16 типами кривых, то необходим объем памяти для одного вектора 20 + 20 + 4 = 44 бит.

Для создания на усилителях сигналов, обеспечивающих линейное или криволинейное отклонения луча от начальной точки до конечной, используется векторный генератор. Он представляет собой сравнительно сложный и быстродействующий вычислительное устройство, которое по начальной и конечной координатах вектора и его коде не только формирует отклоняющие напряжения с соответствующими временными законами изменения но и учитывает, что при различной длине вектора скорость движения луча меняется.Чтобы при этом сохранить одинаковую яркость различных векторов, векторный генератор формирует закон изменения модулирующим напряжения в зависимости от скорости движения луча.

Графические дисплейные терминалы в еще большей степени, чем алфавитно-цифровые, требуют интеллекта.Современные графические дисплеи со встроенной микро-ЭВМ способны на многое: в их памяти хранится до трех плоских изображений (графических плоскостей), причем возможна выборка данных из любой плоскости; они позволяют считывать, записывать и стирать данные как со всего экрана , так и из любой его части; сдвигать и поворачивать изображение; выбирать цвет переднего плана и фона; создавать спецзнаки любого вида (пользователь сам программирует комплект символов); выбирать любые из цветов или оттенков элементов изображения.Интеллектуальные графические дисплеи отличаются и разнообразием режимов работы: графического, текстового, знакографичного, построения графиков.Есть дисплеи, формирующие чисто электронными и оптико-механическими методами (с помощью колеблющиеся зеркала) объемное изображение, которое можно рассматривать под разными углами и даже с обратной стороны.

Такие сложные и гибкие графические терминалы применяют не только в системах автоматического проектирования и автоматизированного управления, но и в архитектуре, создании рисунков для тканей и даже для рисования мультфильмов.

1.3.Конкуренты электронно-лучевых трубок

Бурное развитие интегральной электроники привел к созданию нового поколения радиоэлектронной аппаратуры, основные черты которой – миниатюрность, низкие рабочие напряжения и малые потребляемые мощности.Достаточно назвать таких представителей нового поколения, как карманные калькуляторы и ЭВМ, электронные часы в различных модификациях с календарем, термометром и т. д., автономные (то есть не требующие присоединения к телевизору) электронные игры, миниатюрные измерительные приборы, осциллографы, микро-ЭВМ, чтобы понять, насколько необходимы в них плоские индикаторы для отображения информации.Именно в этих приложениях сказываются противоречия между некоторыми принципами действия ЭЛТ, тенденциями и требованиями в современной электронике.Одна из основных требований – это миниатюрность (поскольку размер экрана уменьшать не надо – он определяется условиями наблюдения, – то миниатюрность применимо к индикаторам означает малую толщину прибора), цифровая обработка информации и, наконец, низкий уровень питающих напряжений, что согласен с уровнями распространенных интегральных схем .К сожалению, сшить по этим меркам одежду на ЭЛТ пока не удается.

Во-первых, лучевая развертка (по крайней мере, в классическом варианте) требует большой глубины индикатора. Действительно, при угле отклонения даже 110 ° и размере экрана 65 см глубина конуса получается 23 см и к этому надо еще добавить хотя бы 10 см на горловину, в котором размещены системы генерирования, формирования, фокусировки и отклонения-луча.

Во-вторых, обычная ЭЛТ по самой своей природе аналоговый прибор, в котором как интенсивность луча, так и его траектория регулируются сигналами, непрерывно меняются.Именно поэтому значительная часть электронной начинки Зви – это аналоговые схемы, которые хоть и проще цифровых, но отличаются значительно хуже помехоустойчивостью и стабильностью.Вспомним о часто возникающие на экране телевизионного приемника препятствия и число ручек подстройки, для которых иногда даже не хватает передней панели прибора.

Применение цифровых схем позволяет подавить препятствия и избежать подстройки.На выходе правильно работающей цифровой системы всегда появляется однозначно определенный цифровой код, а не приблизительное значение, как это бывает в аналоговой системе.Например, результат арифметических, операций, выполняемых электронным калькулятором, не зависит от экземпляра прибора (пока он исправен), чего нельзя сказать о логарифмическую линейку.

Наконец, последний недостаток ЭЛТ – это то, что она по своим электрическим параметрам не очень хорошо согласуется с интегральными схемами.Чтобы обеспечить изменение потенциала модулятора до сотен вольт или амперные токи магнитной отклоняющей системы, как правило, применяют отдельные полупроводниковый приборы.Конечно, нет предела возможностям современной интегральной электроники и можно делать то же с помощью специальных интегральных схем, однако технология таких схем значительно сложнее, чем обычных, а их стоимость гораздо выше.

Что же представляет собой этот индикатор, который не имеет недостатков ЭЛТ?Чтобы лучше понять это, определим функции, которые должен выполнять любой электронный индикатор.Будем рассматривать его как некий черный ящик.Независимо от своего содержания такой ящик должен решать две задачи: распределять электрические сигналы по индикаторной полю, таким образом, чтобы включались определенные элементы индикации, и обеспечивать электрическое преобразование этих сигналов в излучение.

Можно назвать три основных способа решения этих задач.При лучевой адресации, которая использована в ЭЛТ, входная информация преобразуется и в виде тока или напряжения поступает на отклоняя систему трубки.Достоинства лучевой адресации – это ограниченное число каналов управления (для простейшей монохромной ЭЛТ три координаты: отклонения по X, по Y и модуляции по Z), высокий коэффициент преобразования электрической энергии в световую, возможность получения цветных и полутоновых изображений высокая позволяющая способность и большая информационная емкость.Недостатки лучевой адресации – большая глубина прибора и необходимость закачивать в луч высокую удельную энергию.

В двух других вариантах используются так называемые дискретные индикаторы. Основное их отличие от ЭЛТ сводится к выполнению экрана в виде отдельных светоизлучающих элементов, точно фиксированных по индикаторной полю и непосредственно возбуждаются при приложения к ним напряжения или пропускании тока.

При индивидуальной адресации, что иллюстрируется рис.1.5, двоичный код поступает с ЗП в блок преобразования – знакогенератор, на выходе которого формируется код символа, который синтезируется.Поскольку знакогенератор обычно представляет собой интегральную схему, напряжения и токи которой могут и не подойти для возбуждения индикатора, в систему почти всегда вводят блок согласования электрических уровней.

Достоинство индивидуальной адресации в том, что все элементы индикации независимы и могут включаться одновременно.Благодаря этому от элемента индикации не нужно ни точных электрических параметров, ни способности работать при коротких, но мощных импульсах, а простые требования к параметрам – это простая конструкция элемента.

Рис. 1 5.

Однако индивидуальная адресация имеет и очень слабое место: для управления каждым знаком нужно один ЗП, один знакогенератор и одна схема согласования.Что еще более неприятно, перечисленные блоки должны быть соединены многочисленными проводниками.Например, для создания текстовой строки и с 80 знакомест с форматом 5 × 7 по принципам индивидуальной адресации потребовалось бы включить 35 × 80 = 2800 проводов только между схемой управления и индикатором.Однако, при ограниченном числе знакомест система индивидуальной адресации перестает выглядеть такой ужасающей.Например, по рис. 1.5 легко подсчитать, что для отображения четырех цифр при семисегментный формате понадобится общее число проводников между всеми блоками 4 – 4 + 4 – 7 + 4 – 7 = 72, а это уже приемлемо.Если же выполнить ЗП, знакогенератор и блок согласования одной полупроводниковой интегральной схеме (что легко сделать, поскольку все эти блоки состоят из ключевых схем), то число проводников уменьшится до 4 – 7 = 28.Можно, естественно, задать вопрос: нельзя ли включить в состав упомянутой интегральной схемы и сам индикатор?К сожалению, сделать это гораздо сложнее: цифровые схемы изготавливаются из кремния, а как материал индикатора максимум (с точки зрения совместимости технологий) можно применить арсенид – фосфид галлия.Хотя обе эти вещества – полупроводники, технология их изготовления сильно отличается. Однако индикаторы, которые объединяют и схему управления и электрооптический преобразователь, все же созданы, но только в виде так называемых гибридных, т.е. объединяющих различные технологии схем, значительно сложнее и дороже.

Пример использования индивидуальной адресации для индикации цифр выбран не случайно, именно здесь достоинства образа оказываются наиболее отчетливо, а недостатки замаскированы.Однако разработчики давно стремятся использовать так называемые мозаичные экраны, содержащие большое число элементов индикации, равномерно распределенных по экрану.Наличие отдельного вывода у каждого элемента индикации позволяет использовать индивидуальную адресацию, что обеспечивает надежную работу практически независимо от характеристик.Для того чтобы решить проблему присоединения большого числа проводников, индикатор выполняют по гибридной технологии. Наиболее популярная здесь пленочная технология, при которой на стеклянную подложку напыляется множество транзисторов.Соединяя эти транзисторы между собой пленочными проводниками, можно создать интегральные ЗП и схемы согласования (знакогенератор здесь не нужен, поскольку мозаичные индикаторы применяют конечно, для воспроизведения не текстов, а изображений).

На сложившуюся таким образом тонкопленочная структуру наносится светоизлучающие (ЭЛ) слой.Один из электродов тонкопленочного транзистора сталкивается с этим слоем, так что множества транзисторов на стеклянной подложке соответствует множество элементов индикации в светоизлучающих слое.Сверху структура накрывается стеклянной пластиной с прозрачным электродом, нанесенным на внутреннюю поверхность.Число ячеек ЗП и ключей согласование в такой системе равна числу элементов индикации.Таким образом, введение информации в интегральный мозаичный индикатор сводится к записи этой информации в ячейки ЗП.

Необходимо все же заметить, что освоение серийного производства таких гибридных индикаторов при разумной стоимости довольно сложный.Казалось бы, разработчики обычных сверхбольших интегральных схем (таковыми считаются схемы, содержащие от 10 до 100 тысяч элементов) уже решили проблему производства бездефектной приборов.Однако применить их опыт непосредственно в индикаторах не удается, поскольку такие интегральные схемы называются сверхбольшим только в смысле числа элементов, а вовсе не размеров.Размеры кристалла СБИС не превышают нескольких квадратных сантиметров, тогда как площадь интегрального мозаичного индикатора может достигать сотен квадратных сантиметров.

Другой способ адресации дискретных индикаторов – это матричная (или, как ее еще называют, мультиплексная) адресация.Термин «мультиплексный» означает с уплотнением каналов, в данном случае имеется в виду уменьшение числа подведения к индикатору.Этот способ адресации позволяет сильно сократить число подводов тока, необходимых для управления индикатором.

В отличие от индивидуальной адресации, где все элементы высвечиваются одновременно, при матричной адресации элементы разбиваются на группы, причем элементы, входящие в группу, высвечиваются одновременно, а сами группы – последовательно.Другими словами, можно сказать, что при индивидуальной адресации информация выводится параллельно, а при матричной – параллельно-последовательно.Группировка элементов проведено по знакомест (на группу общий электрод), и поэтому для освещения двух знакомест достаточно двух последовательных тактов.

Изображенная на рис 1.6 такая система работает следующим образом. Пусть, например, отображается цифра 75.В первом такте селектор выбирает ячейку ЗП, в которую записан двоичный код цифры 7.Знакогенератор превращает этот код и обеспечивает замыкание ключей схемы согласования 1, возбуждающих шины, подключенные к сегментам индикатора а, в, с.Для того чтобы обеспечить освещение цифры 7 на установленном ей левом знакомест, тот же селектор подает возбуждающий сигнал на схему согласования 2, включающая напряжение на общий электрод левого знакомест.

Рис. 1 6.

Для освещения цифры 5 в правом знакомест используется второй такт.Селектор выбирает ячейку ЗП, в которой записан двоичный код цифры 5, а знакогенератор перекодирует эту информацию таким образом, чтобы возбуждались шины, соединенные с сегментами а с, d, f, g.Одновременно селектор подает возбуждающее напряжение, которое включает правое знакомест индикатора.

Достоинства матричной адресации по сравнению с индивидуальной объяснить очень легко. Достаточно подсчитать число схем управления и соединений в том и в другом случаях.Пусть отображается число из восьми цифр (распространен для калькуляторов случай).При индивидуальной адресации понадобится по восемь штук ЗП, знакогенератор и схем согласования.При матричной адресации можно обойтись только одним знакогенератор и одним ЗП. Правда, информационная емкость последнего равна суммарной емкости всех ЗП аналогичной схемы индивидуальной адресации, но тем не менее число внешних выводов ЗП и в том и в другом случае одинаково.Поскольку в интегральной электронике сложность и стоимость схемы в большей степени определяется числом внешних выводов, чем числом элементов в полупроводниковом кристалле, отличие между ЗП оказывается не слишком большой.С другой стороны, схема матричной адресации дополнительно требует второго блока согласования для выбора знакомест, селектора для управления этим блоком и выбора ячеек ЗП. Даже, если в случае индивидуальной адресации ЗУ, знакогенератор и блок согласования выполнены как одно целое, все равно число корпусов интегральных схем при индивидуальной адресации оказывается почти в 2 раза больше, чем при матричной.

Еще больше разница в числе выводов. Присоединение индикатора в схему управления при индивидуальной адресации требует 8 – 7 = 56 выводов, а при матричной адресации 8 – 1 – 7 = 15 выводов.Существенно и то, что матричная адресация позволяет не делать отдельных выводов от каждого элемента индикации. Индикатор для такой адресации часто выполняется в виде так называемого монодисплея – множества знакомест, сегменты которых объединены шинами внутри общего корпуса, причем наружу выводятся только эти шины и общие электроды знакомест; (можно считать, что на рис.1.6 показаны два знакомест такого монодисплея).В результате оказывается, что индивидуальную адресацию выгодно применять только в цифровых индикаторах на 3-4 знакомест, при большей разрядности числа или более сложном знака лучшей оказывается матричная адресация.

Казалось бы, преимущества матричной адресации должны возрастать при увеличении числа знакомест.Однако на практике все обстоит не так просто. Для того чтобы осознать это, рассмотрим несколько более сложный случай матричной адресации.

Настоящий матричный экран, который позволяет отобразить любую, в принципе даже телевизионную, информацию, выполненный в виде слоистой структуры (рис.1.7). На подложке 1 расположена серия параллельных горизонтальных (строчных) электродов 2, а на передней (обращенной к наблюдателю) прозрачной пластине 3 – другая серия вертикальных (столбовых) электродов 4.Между электродами находится слой оптически активного (т.е. может либо генерировать свет, или регулировать его пропуска) материала 5.Таким материалом может быть вещество в любом из трех физических состояний: жидком, твердом, газообразном.

Как и в случае монодисплея, включение элемента индикации происходит при совпадении импульсов, которые прикладываются к строки и столбца.Поэтому матричный способ адресации накладывает определенные и достаточно жесткие требования на свойства вещества.Прежде всего, возбуждение должно происходить только в том случае, когда стимулирующее воздействие превысит определенное пороговое значение.Другими словами, элемент индикации должен светить только при одновременном приложением сигналов и в строку и в столбец.

Не менее важны временные свойства среды.Действительно, если в матричном экране, содержащий 100 · 100 элементов индикации, возбуждать их последовательно во времени, то при кадровой частоте 50 Гц на каждый элемент придется всего 1 / (50 · 100 · 100) = 2 мкс.Большинство оптически активных веществ (газороз рядная плазма, жидкие кристаллы, електролюминофоры) очень инерционные, чтобы реагировать за столь малое время.Кроме того, при последовательном возбуждении к элементу необходимо приложить большую мгновенную мощность, в нашем примере примерно в 10000 раз больше средней.Напомним, что из свойства глаза воспринимается не мгновенная, а мнимая, то есть усредненная во времени яркость, которая как раз примерно пропорциональна средней мощности.

Именно поэтому введение информации почти во все матричные экраны большой информационной емкости проводят не последовательно во времени, а параллельно-последовательно.Так, в распространенном методе параллельной строчной адресации в первом такте включаются все образующие изображение элементы индикации первой строки, во втором такте – второй строки и т. д.Легко видеть, что в таком случае время включенного состояния элемента индикации достигает 200 мкс и придется прикладывать мощность в 100 (а не в 10000) раз превышающую среднюю.

Сказанное можно обобщить в простых формулах для определения времени включенного состояния и яркости элемента индикации при параллельной строчной адресации;

τ = А / (F · N _стр)

L _{представлений} = L _пошлин · N _ряд

Здесь индексы представлений, пошлин соответствуют воображаемой и мгновенной яркости, N _ряд – число строк индикатора.Практика показывает, что в системе параллельной строчной адресации число строк не должно превышать 100-200, иначе не удастся обеспечить достаточную яркость изображения.В результате индикатор можно использовать для отображения только ограниченного объема информации. (Экран на 500 знаков).

Рис. 1 7.

Именно поэтому разработчики матричных экранов попытались обойти ограничения, вытекающие из этих формул, что, в общем-то, им удалось, хотя и не бесплатно.Найдено решения заключается в том, что ячейка индикатора не только включается при совпадении сигналов строки и столбца, но и остается в включенном состоянии до тех пор, пока не понадобится обновить информацию, то есть индикатор должен запомнить информацию.При этом приведены формулы модифицируются таким образом, как если бы N _ряд = 1.Кадровую частоту можно принять равной частоте обновления информации.Размеры и информационная емкость запоминающего матричного индикатора ограничиваются только конструктивно-технологическими факторами.

1.4.Встроенные индикаторы

До сих пор наше внимание было сосредоточено на первой задачи – распределении информации по матричном полю. Поговорим теперь о том, как решается вторая задача – электрооптические преобразования подведенных к ячейке сигналов, Мы коснемся «трех китов», на которых стоит Мир встроенных индикаторов: светодиодов, газоразрядных и жидкокристаллических индикаторов.Эти приборы как раз и используют основные состояния вещества – твердое тело, газ, жидкость (а также четвертое состояние – плазму.Список следовало бы дополнить вакуумными люминесцентными индикаторами, которые представляют собой модернизацию вакуумного триода, индикаторами накаливания, в которых светит раскаленная нить, ЭЛ-индикаторами (в них так же, как и в ЭЛТ, использованный люминофор, но его возбуждают не электроны, а электрическим полем) , електрохромнимы индикаторами, в которых вследствие протекания тока в одном направлении вещество окрашивается, а в обратном направлении – обесцвечивается, и электрофорезные индикаторами, которые используют для создания изображения миграцию окрашенных частиц к лицевой поверхности прибора, а для стирания – миграцию в обратном направлении.

Светодиодный индикатор - это полупроводниковый р-n-переход; то есть в принципе он устроен так же, как выпрямительный диод.Иллюстрировать работу светодиода можно с помощью зонной диаграммы, изображенной на рис.1.8. На верхней части рисунка показано возникновения потенциального барьера в отсутствии внешнего напряжения между П - (от английского positive – положительный) и n — (от английского negative – отрицательный) областями.Из-за избытка электронов в n-области они диффундируют в р-область, делая последнюю более негативной.Вследствие возникновения тормозящего поля дальнейшее движение электронов из n-области в р-область прекращается.Аналогичные процессы происходят с положительными зарядами – дырками, для простоты мы их рассматривать не будем.

Нижняя часть рисунка показывает, что происходит в переходе, когда к нему прикладывается прямое смещение, то есть к р-области – плюс источника, а к n-области – его минус.При этом высота потенциального барьера снижается и с n-области в р-область проходят избыточные электроны.Теперь в р-области начинается процесс рекомбинации (повторного объединения) электронов и дырок, при котором выделяется избыточная энергия, примерно равна разности энергий (е) между уровнями электронов и дырок.Поэтому длину волны света, выпускаемой можно определить по формуле

λ _им = 1238 / ε.

С этой формулы следует, что для генерирования даже наиболее длинноволнового красного излучения необходима энергия е = 1,7 эВ. Такое или большую ширину запрещенной зоны обеспечивают сравнительно редкие полупроводниковые материалы: фосфид галлия или фосфид – арсенид галлия.Использовать в свитлоодиодах популярные кремний или германий не удается, поскольку для кремния е = 1,1 эВ, а для германия е = 0,7 эВ.

Редкость и дороговизна исходных материалов определила существование двух конструктивных разновидностей светодиодных индикаторов – монолитных и гибридных.Монолитные индикаторы изготавливаются по обычной полупроводниковой технологии в виде монокристаллов.Поскольку этот метод связан с большим расходом материалов, то он применяется только для создания индикаторов малых размеров. При изготовлении индикаторов больших размеров используют гибридную технологию – на диэлектрическую подложку наносят слой пластмассы, в нем делают углубление, покрывают их отражательных слоем и помещают в углубления светоизлучающие кристаллы (рис.1.8, б).

Серийно выпускаются цифровые или буквенные светодиодные индикаторы, содержащие одно или несколько знакомест, иногда в том же корпусе размещена схема управления или даже микропроцессор (последнее добавляет индикатору «интеллект»).Основной цвет свечения светодиодов – красный, реже можно встретить индикаторы с зеленым, желтым, оранжевым цветом свечения.

Большим достоинством светодиодов являются низкие управляющие напряжения (5 В), что соглашаются с питанием популярных цифровых интегральных схем, недостатками – дороговизна при больших размерах и относительно большой потребляемый ток (десятки миллиампер), ограниченный набор цветов.

Для возбуждения светодиодных индикаторов очень часто применяется матричная система.Этому способствуют две особенности светодиодов.Во-первых, надлинийна зависимость яркости от тока (с увеличением тока КПД преобразования электрической энергии в излучение растет), что делает использование импульсного режима энергетически выгодным.Во-вторых, пороговые свойства индикатора – в полупроводниковом переходе при подаче прямого напряжения ток нарастает очень резко по экспоненте, в свою очередь при увеличении тока яркость также круто нарастает.

Рис. 1 8.

Газоразрядных индикатор почти такой же древний по масштабам электроники прибор, что и ЭЛТ (неоновая лампа была изобретена в 1910 г.), и можно сказать, что он, как ЭЛТ, сохранил молодость и сегодня.Первый цифровой индикатор был создан в конце 1950-х годов в виде неоновой лампы, содержащий пакет из 10 катодов в форме арабских цифр, до сих пор эти приборы широко используются в автоматах по продаже билетов или в торговых автоматах.В цифровых индикаторах использована одна особенность слабостроумового тлеющего разряда – световая область плотным чехлом окружает катод, в результате при соответствующей форме катода человек воспринимает ее как цифру.Были разработаны и другие типы газоразрядных цифровых и знаковых индикаторов, изображение в которых синтезируется из отдельных элементов, а не является монолитным.Для управления часто применяются матричные схемы, чему способствуют пороговые характеристики возбуждения разряда.Важный недостаток приборов тлеющего разряда – высокие рабочие напряжения – привел к тому, что они были вытеснены из многих областей применения своими более удачливыми по параметрам конкурентами.Так, светодиоды прочно захватили область отображения знаковой информации для размеров символов до 10 мм, вакуумные люминесцентные индикаторы – до 15-20 мм.Головокружительную карьеру сделали жидкокристаллические индикаторы – идеальные приборы для устройств автономного питания, где требуется минимальная потребляемая мощность.Поэтому в наше время газоразрядные знаковые индикаторы находят только ограниченное применение для воспроизведения цифр или букв с размерами более 10-15 мм.Здесь недостатки других типов приборов сказываются сильнее, чем их достоинства.

Однако изобретательность разработчиков газоразрядных индикаторов помогла смягчить горечь частичного поражения в одной области успехом в другой.Благодаря ряду уникальных свойств газового разряда были созданы плоские газоразрядные матричные экраны (панели) большой информационной емкости, способные в определенных приложениях успешно конкурировать с ЭЛТ. В отличие от большинства плоских экранов на новых физических принципах эти приборы вышли за стены лабораторий и выпускаются серийно.

Газоразрядные индикаторные панели можно условно разделить на два больших класса: что возбуждаются постоянным током и переменным.Конструкция газоразрядной индикаторной панели постоянного тока иллюстрируется тем же рис.1.7, причем оптически активное вещество в этом случае – это инертный газ или смесь нескольких газов (часто основу газового наполнения образует неон, дающая яркое оранжево-красное свечение).При приложения напряжения в несколько сотен вольт до строки и столбца такого индикатора на их пересечении возникает яркая световая область.Для формирования изображения применяется параллельная строчная адресация, уже описанная выше. Газоразрядных индикаторные панели постоянного тока удачно используют этот метод, поскольку они имеют четкий порог зажигания разряда и время включения порядка десятка микросекунд.

Однако самой простой конструкции газоразрядных индикаторной панели постоянного тока присущи два крупных недостатки.Во-первых, световую точку не так просто ограничить местом пересечения, она расползается по электродах, в результате чего вместо световой точки появляется крест.Чтобы ограничить размеры элемента индикации, приходится вводить в конструкцию еще одну деталь – перфорированную диэлектрическую пластину, отверстия которой должны совпадать с сечениями электродов.При больших размерах индикатора очень трудно совмещать отверстия в пластине с местами пересечений электродов.Другое слабое место системы связано с тем, что зажигание разряда представляет собой статистический процесс, то есть размазаны во времени.Для того, чтобы газ пробивался сразу после подачи напряжения на электроды, нужна достаточная начальная ионизация в данном месте.Способов ее создания много: введение радиоактивного добавки, облучение газа ультрафиолетом, использование постоянного разряда (подготовительного).Только последний из них применяется на практике, причем чтобы не мешать наблюдению, подготовительный разряд располагают по периферии экрана в виде рамки или используют его как координатную сетку (в осциллографе).Недостатком первого и в меньшей мере второй размещения является то, что расстояние от подготовительного разряда до ячейки, подготавливается ним, не постоянная.

Этого нет в панели с самоскануванням, где подготовительный разряд пробегает (сканирует) поле индикатора.

Для создания сканирующего подготовительного разряда, используется дополнительная система электродов, которая отделена от основной системы пластиной с крошечными отверстиями (диаметром около 50 мкм).Через эти отверстия в основной промежуток проникают заряженные частицы в количестве, достаточном для снятия статистики зажигания. В то же время отверстия настолько малы, что свечение подготовительного разряда практически не видно.

Самосканування не только обеспечивает надежное зажигание разряда, но и упрощает адресацию элементов индикации.Функционально работа такого прибора чем-то напоминает действие ЭЛТ – сканирование подготовительного разряда соответствует отклонению луча вдоль строки, а подача возбуждающего сигнала на электрод индикации – отпирая сигнала на модуляторе.

Конечно, конструкция панели с самоскануванням сложнее, чем в простой панели постоянного тока, однако это осложнение окупается повышением надежности функционирования и упрощением управляющей схемы.Достаточно сказать, что для адресации 200 столбцов обычной панели постоянного тока понадобится 200 ключей, в то время как при сканировании для этого достаточно 3-5 ключей и 1-2 цифровых интегральных схем.Все же нужно отметить, что из-за сложности конструкции и некоторые ограничения, панели с самоскануванням позволяют отображать не очень много знаков.Самая большая панель с самоскануванням, описанная в литературе, содержит 480 знакомест, каждое из 5 × 7 точек.

Наиболее универсальным типом газоразрядной панели для отображения и алфавитно-цифровой и графической информации является газоразрядная индикаторная панель переменного тока.Ее основное отличие от панели постоянного тока в том, что электроды не соприкасаются непосредственно с газом, а покрытые тонким диэлектрическим слоем.

Чтобы представить себе работу такой панели, изобразим ее ячейку в виде двух конденсаторов, соответствующих диэлектрическим слоям, покрывающих электроды, и емкости газового промежутка (рис.1.9, а). Параллельно емкости газового промежутка показано источник тока, включается, когда напряжения на газовом промежутке превысит напряжения зажигания.

Рис. 1 9.

С помощью источника Е к ячейке прикладываются три вида напряжений: поддерживающая знакопеременные напряжение U _под, амплитуда которого достаточна для поддержания разряда, но недостаточное для его возбуждения в начале цикла; записывающая напряжение U _ю, способная пробить газовый промежуток, и стирая напряжение U _ст, предназначенная для тушения разряда.Напряжение U _под приложенное между всеми строчными и всеми стовпчиковимы электродами, а напряжения (U _ю и U _ст подаются выборочно, чтобы записать или стереть информацию только в элементе индикации, что находится на пересечении строки и столбца.

Диэлектрические слои, введенные в панель переменного тока, в основном предназначены для того, чтобы добавить воротнички свойство запоминать информацию.Рассмотрим процессы, происходящие в ячейке при воздействии на нее различных напряжений (рис.1.9, б). Первый импульс U _под … не меняет состояние ячейки.Однако когда импульс U _ю вызовет пробой, емкости С _g зарядяться.Характерно, что ток и через ячейку всегда носит импульсный характер, поскольку по мере заряда емкостей напряжение U _g, приложенная к газовому промежутке, уменьшается, что в конечном итоге повлечет за собой прекращение разряда.

Поскольку очередной импульс U _под, который поступает на ячейку после зарядки емкости, имеет противоположную U _ю полярность, то под действием суммы U _под + U _ю ячейка опять пробивается, а емкости C _g перезаряжаемых к противоположной полярности.Процесс перезапалювань и сопровождающие его вспышки свечения продолжаются до тех пор, пока не снимется напряжение U _под или в данную точку не поступит стирающее сигнал U _ст.Он выбирается таким образом, чтобы разрядить, а не перезарядить емкость.При снятии U _под происходит общее стирание информации на индикаторной поле, при подаче U _ст – избирательное стирание в данной точке.

Самые крупные по размерам образцы панелей переменного тока содержат 1024 × 1024 элементы изображения и позволяют отображать сложную знакографичну информацию с высоким разрешением и без мелькань.Так большая информационная емкость получается не только благодаря «памяти», но и потому, что толщина газового зазора в приборах очень мала.Это позволяет отказаться от перфорированной пластины и облегчает создание экранов больших размеров.

Описанные до сих пор типы индикаторов: ЭЛТ, светодиодный, газоразрядных являются активными, поскольку они сами генерируют свет.Общепризнанные достоинства таких индикаторов – это легкость чтения текстов, особенно при низкой и средней внешней освещенности, большое быстродействие, что позволяет формировать динамические информационные модели.

В отличие от активных пассивные индикаторы сами не излучают, а только меняют прохождения или отражения света, на что тратиться имела мощность.Поскольку пассивные индикаторы создают изображение изменением контраста, они сохраняют работоспособность при очень высокой внешней освещенности и даже при прямом солнечном свете.При низкой же освещенности такие индикаторы перестают работать через собственную низкую яркость.

Наиболее распространенные из пассивных индикаторов жидкокристаллические.Хотя много говорится о перспективности електрохромних и электрофорезные индикаторов, фактически работы по ним не вышли из стен лаборатории.

Жидкие кристаллы были открыты в конце XIX века, однако широкое промышленное их применения началось только в 1970-х годах.Сигарообразных молекулы, из которых состоит жидкокристаллическая вещество, в определенных условиях приобретают упорядоченной ориентации, а жидкость – кристаллическую структуру.В частности, эта ориентация сохраняется только в определенном температурном диапазоне. При низких температурах жидкость замораживается (превращается в твердое тело), и молекулы хотя и сохраняют упорядоченную структуру, но теряют способность перемещаться.При высоких температурах через тепловое движение молекул возникает обычный изотропных состояние.

Обычная конструкция жидкокристаллического индикатора напоминает бутерброд, в котором на одну стеклянную пластину намазанный слой жидкого кристалла, который, в свою очередь, закрытый второй стеклянной пластиной.Чтобы дополнить это описание, надо вспомнить, что на внутренние поверхности пластин нанесены электроды.Например, в знаковом индикаторе на одной пластине лежат 7 сегментов, а на противоположной – общий электрод.Толщина жидкокристаллического слоя составляет 10-20 мкм или меньше.Определенная ориентация молекул достигается специальной обработкой подложки: натиранием ее в определенном направлении или направленным нанесением дополнительных слоев.Один из электродов всегда прозрачен, а другой – или прозрачный или отбивные.

Применение жидких кристаллов в индикаторах основано на использовании электрооптических эффектов.Наиболее широко применяются два эффекты: динамическое рассеяние, возникающее при протекании через среду тока, и эффект закрутки, называемый также твист-эффект (от английского twist-закрутки), возникающий под действием электрического поля.

Эффект динамического рассеяния иллюстрируется на рис.1.10. Без электрического поля молекулы жидкого кристалла ориентированы параллельно поверхности подложек и благодаря регулярности структуры среду прозрачное (рис.1.10, а). При наложении умеренной напряжения прежде возвращаются слабо закреплены молекулы в середине зазора, диполи которым стремятся ориентироваться в направлении электрического поля (рис.1.10, б).При большом напряжении сквозь ячейку начинает протекать ток.Взаимодействие зарядов, образующих этот ток, с молекулами вызывает вихревое движение, и ориентированная структура распадается на отдельные группы молекул (рис.1.10, в).Эти группы образуют множество рассеивающих свет поверхностей, т.е. среда перестает быть прозрачной.

Рис. 1 10.

Первые серийные ЖК, индикаторы использовали именно эффект динамического рассеяния.Однако в дальнейшем выяснилось, что из-за протекания тока в приборах происходят интенсивные электрохимические реакции и одновременно увеличивается потребляемая индикатором мощность.

От этих недостатков лишены индикаторы, использующих твист-эффект (рис.1.11). Без поля молекулы ориентированы параллельно подложке, однако их оси на различных подложках перпендикулярны (подложки устанавливаются так, чтобы их направления натирания оказались перпендикулярны) и жидкий кристалл приобретает винтовой структуры.Чтобы пропускать свет только по определенным направлениям поляризации, используются скрещенные поляризаторы.

Рис. 1 11.

В результате свет поляризуется нижним поляризатором в направлении стрелки на чертеже, при прохождений