Системы управления данными. Задачи и требования

Зуев В.И., Крюков В.М., Легоньков В.И.

Возрастание роли вычислительного эксперимента при проведении научных исследований и создании образцов новой техники и связанное с этим усложнение математических методов, увеличений количества проводимых расчетов, повышение требований к точности и сокращению сроков проведения расчетов, создание вычислительных кластеров, внедрение диалоговых форм взаимодействия пользователя с компютерной и контрольно-измерительной техникой привели к резкому увеличению объема данных в информационных базах вычислительных центров. В этих условиях большое значение и актуальность приобретает проблема автоматизации функций информационного обеспечения расчетов при решении разнообразных задач науки и техники.

Пути решения этих вопросов связаны с повышением уровня управления информацией, хранимой и обрабатываемой в вычислительной системе. Одним из таких путей является создание систем управления данными, основанных на наиболее эффективных способах организации, идентификации, классификации, запоминания и выборки данных, интеграция информационных баз вычислительных центров, внедрение единой технологии организации хранения данных и обращения к ним.

Постоянно возрастающая сложность научно-технических расчетов, связанная с возрастанием сложности решаемых задач, требует развития структуры вычислительных средств, оснащения их новыми устройствами внешней памяти с различными возможностями поиска и выборки данных, организации новых форм взаимодействия пользователя с компьютерами, совершенствования технологии хранения данных и обращения к ним. Все это в совокупности предъявляет к системам управления данными ряд требований, без учета которых немыслимо удовлетворительное решение указанной выше проблемы.

Усложнение решаемых задач и, как следствие этого, увеличение объема и усложнение структур обрабатываемых данных, массовость решения этих задач и информационная взаимосвязь между ними требуют:
— организации длительного хранения данных больших объемов и разнообразных структур;
— предоставления средств классификации и поиска данных по различным признакам;
— обеспечения одновременного использования общих данных несколькими задачами;
— различного представления данных в прикладной программе и во внешней памяти ЭВМ;
— унификации способов доступа к данным;
— простоты общения с системой при передаче данных на хранение или обращении н данного.

Создание вычислительных кластером с общим полем внешней памяти и общей терминальной сетью приводит к необходимости:
— обеспечения управления общими ресурсами памяти комплекса;
— организации единой информационной базы комплекса, когда данные, полученные одной вычислительной ячейкой, становятся одновременно доступными для всей системы.

Оснащенность информационной техники неоднородными по составу внешними устройствами предъявляет требования:
— обеспечения независимости прикладных программ от типов запоминающих устройств;
— обеспечения эффективной загрузки оборудования с учетом; технических возможностей каждого устройства;
— рационального размещения информационных массивов по физическим типам памяти.

Использование вычислительных систем в режиме диалога и пакетная форма эксплуатации предъявляют требования:
— высокой скорости доступа к данным;
— простоты языка общения с системой управления данными;:
— эффективной реализации процедур доступа к данным;
— обеспечения сохранности и защиты данных.

В масштабах вычислительного центра/кластера встает задача автоматизации ряда звеньев. В технологическом цикле подготовки и решения производственных задач возникает необходимость:
— создания единой технологии хранения данных и обращения к ним;
— автоматизации рутинной работы по учету ресурсов;
— оперативного предоставления пользователям справочной и организационной информации о наличии данных и т.п.

Перечисленные требования находят определенные решения в различных системах управления данными, разрабатываемых и работающих как в нашей стране, так и за рубежом.

Являясь посредником между прикладными программами и данными, системы управления данными разделяют логический и физический уровни представления данных.

Преимущества централизованного хранения данных состоят в относительной легкости и простоте поддержания информационной базы в непротиворечивом состоянии, экономии памяти, удобстве для пользователя и др. При организации централизованного хранения данных возникает задача управления общими информационными ресурсами. Главная трудность в управлении данными кластера заключается в упорядочении доступа к файлам и исключении конфликтных ситуаций при одновременном обращении к файлу из нескольких задач, т. е. в тех случаях,когда две или более задач одновременно модифицируют один и тот же файл.

Методы, реализующие распределенный доступ к данным, основаны на аппаратной и/или программной блокировке доступа к файлу. В случае возникновения аварийной ситуации предусматриваются специальные средства, обеспечивающие автоматический выход системы из состояния блокировки, не препятствующие при этом одновременному, доступу к файлам из нескольких точек.

Вопросам рационального размещения данных уделяется особое внимание. Поиск рационального размещения сводится в основном к решению двух задач: оптимизации размещения массивов данных на носителях и выбору оптимального распределения информаций по уровням памяти. Задача оптимального размещения информации во внешней памяти, состоящей из нескольких физических уровней, обычно решается путем разработки иерархических систем памяти. Рациональное размещение данных – важный аспект при разработках систем управления базами данных.

Одним из решений является набор прикладных программ, позволяющих решить задачу управления большой библиотекой. Совокупность сведений о всех данных библиотеки образует логический архив. Программная среда реализуют создание логического архива, его модификацию, выборку и накопление сведений о частоте обращений к томам, об использовании их, выдают справочную информацию. При этом предполагается полностью снять с пользователей заботу о распределении данных и упростить технологию рабаты с базой данных. Автоматическое ведение архива дает рад преимуществ: автоматизируется рабочий процесс, появляется возможность оперативного получения справки об общем состоянии фонда с различных точек зрения, упрощаются функции ведения архива (инвентаризация, учет свободных и занятых ресурсов и т. п.).

В связи со значительным влиянием технологии обработки данных на производительность труда пользователей и эффективность функционирования вычислительной среды возникает необходимость создания таких систем управления данными, которые способны обеспечить программную поддержку конкретной технологии обработки данных.

Рассмотрим общий круг вопросов, связанных с методами управления данных при проведении сложных физических расчетов и разработкой соответствующей системы управления данными. При этом необходимо учесть и свойства решаемых задач, и особенности модели, и технологии проведения экспериментов. Повышение производительности вычислительных средств и труда пользователей (программистов, вычислителей, операторов, администраторов данных), открывает возможности для решения сложных задач информационного обслуживания.

Задачи построения модели управления данными:
— логическая организация информационной базы;
— организация системы памяти;
— автоматическое распределение и перераспределение памяти и данных;
— организация совместного использования общих данных.

Этапы создания функциональной системы управления данными:
- разработка математического обеспечения;
- разработка и реализация конкретных модулей — компонентов системы;
- внедрение системы в промышленную эксплуатацию;
- обеспечение новой технологии управления информацией.

Внедрение систем управления данными в промышленную эксплуатацию позволяет:
— упростить технологию проведения вычислительного эксперимента на этапах программирования, отладки программ,
подготовки задач к решению, проведения расчетов;
— создать единую информационную базу;
— унифицировать работу с данными, находящимися на длительном хранении;
— иметь одновременный доступ к общим данным;
— автоматизировать функции учета данных;
— повысить готовность наиболее активных данных;
— эффективно использовать ресурсы памяти;
— осуществить централизованный контроль.

Задачи и требования систем управления данных в конкретных вычислительных экспериментах в области криогеники и низких температур представлены на сайте кафедры низких температур МЭИ:
Библиотека криофизика

Публикуется по изданию:
Зуев В.И., Крюков В.М., Легоньков В.И. Управление данными в вычислительном эксперименте. М., Наука., 1986. - 160 с.
Изображение: Gerd Altmann (pixabay)

Следующая страница: Системы управления данными. Проблема надежности