Программы профессиональных математических расчетов к какому программному обеспечению относится

Содержание

Математическое и программное обеспечение – совокупность математических методов, моделей, алгоритмов и программ для реализации целей и задач информационной системы, а также нормального функционирования комплекса технических средств.

К средствам математического обеспечения относятся:

· средства моделирования процессов управления;

· типовые задачи управления;

· типовые математические методы: методы математического программирования, математической статистики, теории массового обслуживания и т.д.

Организационное обеспечение

Организационное обеспечение (ОО) – совокупность методов и средств, регламентирующих взаимодействие работников с техническими средствами и между собой в процессе разработки и эксплуатации ИС.

ОО реализует следующие функции:

· анализ существующей системы управления организацией, где будет использоваться ИС, и выявления задач, подлежащих автоматизации;

· подготовку задач к решению на компьютере, включая техническое задание на проектирование ИС и технико-экономическое обоснование ее эффективности;

Какая математика нужна в анализе данных? Для обучения нейронной сети?

· разработку управленческих решений по составу и структуре организации, методологии решения задач, направленных на повышение эффективности системы управления.

Правовое обеспечение

Правовое обеспечение (ПрО) – совокупность правовых норм, определяющих создание, юридический статус и функционирование ИС, регламентирующих порядок получения, преобразования и использования информации.

Главной целью ПрО является укрепление законности. В состав ПрО входят законы, указы, постановления государственных органов власти, приказы, инструкции и др. нормативные документы министерств, ведомств, организаций, местных органов власти.

В ПрО можно выделить общую часть, действительную для любой ИС, и локальную часть, регулирующую функционирование конкретной системы.

ПрО этапов разработки ИС включает нормативные акты, связанные с договорными отношениями разработчика и заказчика и правовым регулированием отклонений от договора.

ПрО этапов функционирования ИС включает:

· статус ИС (условия придания юридической силы документам, полученным с помощью ИС);

· права, обязанности, ответственность персонала, в том числе за своевременность и точность информации;

· правовые отношения отдельных видов процесса управления;

· порядок создания и использования информации, а также порядок разрешения споров по поводу ее достоверности.

Программное обеспечение

Под программным обеспечением (ПО) ИС понимается совокупность программных и документальных средств для создания и эксплуатации систем обработки данных средствами вычислительной техники.

В зависимости от функций, выполняемых ПО, его можно разделить на два вида: базовое (системное) и прикладное.

Базовое ПО организует процесс обработки информации в компьютере и обеспечивает нормальную рабочую среду для прикладных программ. Базовое ПО тесно связано с аппаратными средствами, поэтому его иногда считают частью компьютера.

Квантовое программирование. Пример нескольких квантовых алгоритмов и общая инфа без математики.

Прикладное ПО предназначено для решения конкретных задач пользователя и организации вычислительного процесса ИС в целом.

Базовое программное обеспечение

В состав базового (системного) ПО входят:

· трансляторы языков программирования;

· программы технического обслуживания.

Операционные системы

Операционные системы (ОС) обеспечивают управление процессом обработки информации и взаимодействия между аппаратными средствами и пользователем. Одной из важнейших функций ОС является автоматизация процессов ввода/вывода информации, управление выполнением прикладных задач, решаемых пользователем.

Все ОС можно разбить на три группы:

Однозадачные ОС позволяют одному пользователю работать только с одной задачей (программой). (Пример: ОС MS DOS).

Многозадачная ОС обеспечивает коллективное использование компьютера в мультизадачном режиме разделения времени. Типичными представителями таких ОС являются ОС UNIX, ОС семейства Microsoft Windows.

Сетевые ОС связаны с появлением локальных и глобальных сетей и предназначены для обеспечения доступа пользователя ко всем ресурсам вычислительной сети. (Пример: ОС Windows NT).

Сервисное ПО

Сервисное ПО – это совокупность программных продуктов, предоставляющих пользователю дополнительные услуги в работе с компьютером и расширяющие возможности ОС.

По функциональным возможностям сервисные средства можно разделить на средства:

· улучшающие пользовательский интерфейс;

· защищающие данные от несанкционированного доступа и разрушения;

По способам реализации этих функций сервисные программы можно разделить на:

Оболочки (операционные оболочки) — программы – надстройки над операционной системой. Их главное назначение – предоставить пользователю качественно новый интерфейс, освобождающий его от детального знания операций и команд ОС. Как правило функции большинства оболочек направлены на упрощение и ускорение работы с файловой системой компьютера. Типичные примеры оболочек – Norton Commander в среде MS DOS и Far или WinCommander – в среде Windows.

Утилиты в отличие от оболочек имеют узкоспециализированное назначение и выполняют каждая свою функцию. В отличие от автономных программ могут выполняться в среде соответствующих оболочек. Чаще всего утилиты предназначены для обслуживания дисков и файлов и выполняют следующие функции:

· дисковый сервис (форматирование, обеспечение сохранности данных, восстановление данных и т.д.);

· обслуживание файлов и каталогов (быстрый поиск, копирование, удаление файлов и т.д.);

· предоставление информации о ресурсах компьютера (наличие свободного дискового пространства, распределение ОЗУ, виды подключенных устройств и т.д.);

· вывод на печать содержимого файлов;

(Пример: в MS DOS – пакет утилит Norton Utilites, в Windows – утилиты папки «Панель управления», независимые пакеты утилит Sandra, Norton Utilites.)

Трансляторы

Транслятором языка программирования называется программа, осуществляющая перевод текста программы с языка программирования в машинный код (исполняемый файл). В настоящее время трансляторы самостоятельно не используются, а входят в состав систем программирования, куда кроме транслятора входят другие сервисные средства для разработки программ: библиотеки стандартных программ, отладчики, компоновщики и т.д. (Пример: системы программирования на базе языка Паскаль – Turbo Pascal, Delphi, на основе языка С – C++Builder, на основе языка BASIC – Visual Basic.)

Программы технического обслуживания

Программы технического обслуживания – совокупность программно-аппаратных средств для диагностики и обслуживания ошибок в процессе работы компьютера или вычислительной системы в целом. (Пример: программы тестирования накопителей на жестких магнитных дисках.)

Прикладное программное обеспечение

Прикладное ПО предназначено для разработки и выполнения конкретных задач (приложений) пользователя. Прикладное ПО работает под управлением базового ПО, в частности операционных систем. В него входят:

· пакеты прикладных программ различного назначения;

· рабочие программы пользователя и ИС в целом.

Пакеты прикладных программ

Пакет прикладных программ (ППП) – это комплекс программ, предназначенных для решения задач определенного класса.

Различают следующие виды ППП:

· общего назначения (универсальные);

ППП общего назначения – универсальные программные продукты, предназначенные для автоматизации разработки и эксплуатации задач пользователя и информационных систем в целом. К этому классу ППП относятся:

· редакторы текстовые и графические;

· системы управления базами данных;

· оболочки экспертных систем и систем искусственного интеллекта.

Редактор – ППП, предназначенный для создания и изменения текстовых документов и графических изображений. В основном, предназначены для автоматизации документооборота в фирме. По своим возможностям делятся на:

Текстовые редакторы предназначены для обработки текстовой информации и выполняют следующие основные функции:

· запись текста в файл;

· вставку, удаление, замену символов, строк, фрагментов текста;

· подготовку оглавлений, разбиение текста на страницы;

· включение в текст иллюстраций;

(Пример – редактор MS Word).

Графические редакторы предназначены для обработки графических документов, включая диаграммы, иллюстрации, чертежи. (Пример: Paint, Corel DRAW, Adob Photoshop).

Издательские системы объединяют в себе возможности текстовых и графических редакторов. Позволяют создавать продукцию с полиграфическим качеством оформления. (Пример: PageMaker фирмы Adobe).

Электронные таблицы (табличные процессоры) – ППП, предназначенные для обработки таблиц данных. (Пример: MS Excel).

Системы управления базами данных (СУБД). База данных представляет собой совокупность специальным образом организованных наборов данных, хранящихся на диске. Управление БД включает в себя ввод данных, их коррекцию и манипулирование данными, т.е. добавление, удаление, извлечение, обновление и т.д. Как правило, СУБД имеют встроенные языки программирования, позволяющие создавать приложения для ведения БД. (Пример: FoxPro, Access (имеет встроенный язык на основе Visual BASIC).

Под CASE (Computer-Aided System Engineering) – технологией понимается совокупность средств автоматизации разработки ИС, включающих в себя методологию анализа предметной области, проектирования, программирования и эксплуатации ИС. CASE-технологии применяются при создании сложных ИС в условиях коллективной реализации проекта, в котором участвуют различные специалисты: системные аналитики, проектировщики, программисты. CASE-технологии позволяет отделить проектирование ИС от собственно программирования и отладки. Некоторые CASE-системы позволяют автоматически генерировать код программы, соответствующий созданному с их помощью проекту ИС.

Применение CASE-технологий выходит за рамки проектирования и разработки ИС. Технология дает возможность оптимизировать модель организационных и управленческих структур компании и позволяет последней лучше решать такие задачи, как планирование, финансирование, обучение. Таким образом, CASE-технология позволяет произвести радикальное преобразование деятельности компании, направленные на оптимальную реализацию того или иного проекта или повышение общей эффективности бизнеса.

Современные CASE-технологии успешно применяются для создания ИС различного класса: банки, финансовые корпорации, крупные фирмы. Однако они имеют высокую стоимость и требуют длительного обучения и кардинальной реорганизации всего процесса создания ИС. (Пример: BPWin, ERWin).

Экспертные системы (ЭС) представляют собой попытку использования компьютера для решения неформализованных (эвристических) задач типа «что будет, если». Основу ЭС составляет база знаний, в которую закладывается информация о данной предметной области. Знания в базе представлены в виде фактов и правил. Факты фиксируют количественные и качественные показатели явлений и процессов, а правила описывают отношения между фактами, обычно в виде логических условий, связывающих причины и следствия.

Экспертные системы – это системы обработки знаний в узкоспециализированной области подготовки решений пользователей на уровне профессиональных экспертов.

ЭС используются с целью:

· интерпретации состояния системы;

· прогноза ситуаций в системах;

· диагностики состояния системы;

· управления процессом функционирования системы и устранения ее нарушений и т.д.

Метод-ориентированные ППП отличаются тем, что в их алгоритмической основе реализован какой-либо экономико-математический метод решения задачи. К таким пакетам относятся пакеты:

· математического программирования (линейного, динамического, статистического);

· сетевого планирования и управления;

· теории массового обслуживания;

Проблемно-ориентированными ППП называются программные продукты, предназначенные для решения какой-либо задачи в конкретной функциональной области. Это наиболее широкий класс ППП. Такие пакеты программ используются как в промышленной сфере (связанной с материальным производством), так и в непромышленной (банки, биржи, торговля и т.д.). Сюда же относятся ППП для различных предметных областей, например, бухгалтерский учет, финансовый менеджмент, правовые справочные системы. (Пример: 1С бухгалтерия).

Компьютерные сети

Распределенная обработка

Первое поколение ИС строилась на базе центральных ЭВМ по принципу «одно предприятие – один центр обработки». Один мощный компьютер (майнфрейм) имел множество терминалов (терминальную сеть) для работы с конечными пользователями, выходящими за пределы вычислительного центра. Терминалы — устройства, имеющие клавиатуру и дисплей, которые могут быть достаточно сложны, но вне сети их работа или невозможна, или вообще теряет смысл. (Например, сеть банкоматов или касс по продаже авиабилетов.) Таким образом, терминальная сеть обеспечивала только распределенный ввод/вывод данных, но не их обработку. (Высокая стоимость первых ЭВМ, невысокая эффективность при решении простых задач, невысокая надежность).

В 70-80-х годах появились мини- и микро-ЭВМ, которые можно было устанавливать в офисах и отделениях компании. Это дало толчок развитию новой технологии обработки данных – распределенной (децентрализованной).

Распределенная обработка данных – обработка данных, выполняемая на нескольких компьютерах, связанных между собой каналами передачи данных.

Благодаря этому организация вычислительного процесса приобрела двух- и трехуровневую схему.

Понятие компьютерной сети

В настоящее время главной особенностью использования компьютеров становится работа их в составе сетей, обеспечивающих единое информационное пространство для многих пользователей.

Компьютерной сетью (распределенной вычислительной системой или сетью) называется совокупность взаимосвязанных через каналы передачи данных компьютеров, обеспечивающих пользователей средством обмена информацией и коллективного использования ресурсов сети: аппаратных, программных и информационных.

Основное назначение сети — предоставление информационных и вычислительных ресурсов подключенным к ней пользователям. Основные компоненты сети — компьютеры, каналы передачи данных и сетевое программное обеспечение (ПО).

Терминология, используемая в компьютерных сетях:

Среда передачи – физическая среда, по которой распространяется сигнал в линии связи (может представлять собой кабель, земную атмосферу и т.д.).

Канал связи – линии связи вместе с устройствами передачи и приема данных.

Рабочая станция — компьютер, подключенный к сети.
Может быть клиентом или сервером.

Клиент — пользуется ресурсами сети.

Сервер — поставщик ресурсов сети, высокопроизводительный компьютер.

Протокол коммуникации — это согласованный набор конкретных правил обмена информацией между разными устройствами передачи данных.
Протоколы описывают скорости передачи данных, форматы данных, способы контроля ошибок и др. При передаче информации весь объем данных разбивается на пакеты — блоки фиксированного размера. Пакеты нумеруются, чтобы их после приема можно было собрать в нужной последовательности. К каждому пакету добавляется служебная информация примерно следующего формата:
| Адрес получателя | Адрес отправителя | Длина | Данные | Контрольная сумма |

Контрольная сумма содержит информацию для контроля ошибок при передаче данных. Первый раз она вычисляется передающим компьютером, а затем повторно принимающим компьютером после приема данных. Если контрольные суммы не совпадают, следовательно, данные были повреждены при передаче и направляется запрос на повторную передачу пакета

Классификация сетей

Для классификации сетей могут использоваться разные признаки. Чаще всего используется территориальный (географический признак).

По степени территориальной распределенности компьютерные сети делятся на глобальные, региональные и локальные.

Глобальные сети (WAN – Wide Area Network) объединяют пользователей, расположенных по всему миру. Абоненты сети связаны друг с другом с помощью телефонных линий связи, радиосвязи, систем спутниковой связи и могут находиться на расстоянии до 10-15 тыс.км друг от друга.

Региональные сети (MAN – Metropolitan Area Network) объединяют пользователей города, области, небольшой страны. В качестве каналов связи чаще всего используются телефонные линии. Расстояние между абонентами – 10-1000 км.

Краткий обзор математического программного обеспечения Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Михайлов Дмитрий Юрьевич

Инженерная сфера требует использования программных средств моделирования, тестирования и отладки управляющих программ. Критериями выбора являются возможности ПО, его ресурсные ограничения, стоимость, доступность справочного материала. Проводится краткий обзор используемых для этих целей приложений.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

BRIEF REVIEW OF MATHEMATICAL SOFTWARE

Engineering requires software tools for modeling, testing and control program debugging. The selection criteria are software capabilities, software resource limitations, cost, availability of reference materials. The article provides brief review of applications used for these purposes.

Текст научной работы на тему «Краткий обзор математического программного обеспечения»

КРАТКИЙ ОБЗОР МАТЕМАТИЧЕСКОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Ключевые слова: компьютерное моделирование, программное обеспечение, инженерные расчеты.

В настоящее время технические устройства любых назначений и свойств широко распространены во всем мире. В качестве одного из наиболее распространённого способа для отработки модели изделия, удешевления производства, а также для упрощения процесса испытаний используют компьютерное моделирование.

Важными критериями выбора необходимого программного обеспечения (ПО) являются функциональные возможности, ресурсные ограничения, стоимость продукта, лицензионные ограничения, доступность литературы. Существует множество математических программ, позволяющих заниматься совершенно разными техническими задачами — от калькулятора, работающего с числами и буквенными выражениями, до приложений, позволяющих смоделировать целые динамически изменяющиеся системы. Остановимся на некоторых из них.

Программа Macsyma (Massachusetts computation symbolic algebra) (рис. 1) — одна из первых оперирующих символьной математикой математических программ, что позволяет вести расчеты не только численно, но и аналитически. Приложение является развитым аппаратом линейной алгебры и дифференциальных уравнений, ориентированным не на теоритиче-ские исследования, а на прикладные расчеты. Следствием этого является отсутствие (сокращение) разделов, связанных с теорией (теория групп, теория чисел и др.).

В качестве одного из главных преимуществ этого приложения можно отметить возможность пользователем решать аналитически и численно большое количество различных типов уравнений в частных производных [4].

Macsyma работает в интерактивном режиме — команды и результат отображаются в командной строке.

Рис. 1. Интерфейс пользователя в виде рабочей тетради

Для решения специализированных задач программа имеет специальные пакеты расширений: графика, геометрический пакет, прикладная математика, векторное исчисление, интегральные преобразования, обыкновенные дифференциальные уравнения, интегральные уравнения, а также обработка данных [4].