2. Специальное математическое и программное обеспечение асу

Специальное математическое обеспечение АСУ - это совокупность описаний, математических методов и алгоритмов, необходимых для автоматизации процессов управления силами, средствами и оружием.

Специальное программное обеспечение АСУ - совокупность программных средств, предназначенных для реализации математических методов и алгоритмов СМО.

СМПО состоит из расчетных и информационных задач и моделей операций (боевых действий). Задачи и модели могут быть сведены в комплексы и подсистемы.

Если ОМПО при создании АСУ поступает на вооружение в составе ОПО ЭВМ, то СМПО разрабатывается в учреждениях и органах управления ВМФ при активном участии офицеров соответствующих специальностей. При создании СМПО офицеры оперативного состава выступают в роли первого руководителя.

Разработка СМПО начинается с формулирования требований к нему.

Требования к смпо

Основными требованиями, реализация которых определяет качество компьютерных продуктов, являются:

• полнота выполнения всех возлагаемых на СМПО задач;

• оперативность применения компьютерных продуктов - возможность получения результатов моделирования и обработки данных в заданные сроки;

• достоверность результатов моделирования и обработки данных предполагает достаточно точное отражение фактической информации об обстановке, наиболее существенных сторон моделируемых процессов и присущих им закономерностей;

• устойчивость компьютерных продуктов исключает возможность появления ошибок и сбоев при их применении в АСУ из-за сбоев технических средств, погрешностей в работе операторов, преднамеренных помех и программных вирусов;

• удобство использования компьютерных продуктов предполагает учет в разрабатываемых компьютерных продуктах особенностей работы офицеров-операторов соответствующего органа управления, содержания и форм обрабатываемой ими информации и разрабатываемых документов; обеспечение наглядности представления результатов моделирования и обработки данных в АСУ;

• модульный принцип построения компьютерных продуктов предусматривает создание их из отдельных частей (блоков, модулей) в целях обеспечения эффективности разработки, отладки, применения и сопровождения алгоритмов и программ без нарушения целостности их функционирования;

• применение базовых средств ОПО означает построение компьютерных продуктов на основе систем программирования, СУБД, ППП, унифицированных в ВМФ и обеспечивающих эффективную разработку, сопровождение и развитие СМПО;

• адаптируемость к среде функционирования означает наличие у компьютерных продуктов свойств настройки на определенный состав технического и ОПО АСУ;

• требование реального времени - способность выполнять расчеты с применением компьютерных продуктов в темпе времени, не задерживающем принятие решения;

• требование сопровождаемости означает обеспечение высокой степени приспособленности компьютерного продукта к длительной эксплуатации, к его доработке и совершенствованию в интересах улучшения качества функционирования или удовлетворения дополнительных требований пользователя;

• возможность развития как требование, предполагает наличие в компьютерных продуктах свойств модифицируемости, совершенствования и наращивания в соответствии с изменяющимися формами и способами использования сил и средств, методами управления, а также в целях дальнейшего расширения функций АСУ.

Качество СМПО во многом определяется качеством алгоритмов и программ информационных, расчетных и модельных задач.

Качество и эффективность алгоритмов и программ СМПО

Компьютерный продукт в результате реализации требований к СМПО приобретает определенные свойства. Совокупность свойств составляет качество компьютерного продукта и его основных компонентов: алгоритма и программы.

Качество компьютерного продукта раскрывается характеристиками, которые носят название “характеристик качества”.

Об эффективности компьютерного продукта говорят при применении его по назначению. В этом случае определенная совокупность характеристик качества приобретает роль показателей эффективности. Рассмотрим основные характеристики качества программ, определяющие качество СМПО в целом.

Вычислительная сложность программ - непосредственно связана с вычислительными ресурсами ЭВМ, необходимыми для получения совокупности искомых результатов. Она может быть представлена тремя компонентами: временной, программной и информационной сложностью.

Временная сложность отражает необходимую длительность исполнения программы или время обработки на ЭВМ совокупности исходных данных до получения требуемых результатов.

Программная сложность характеризуется длиной (емкостью) программы или объемом памяти ЭВМ, необходимой для размещения компьютерного продукта.

Информационную сложность можно представить как объем БД, обрабатываемых программой или как емкость оперативной и внешней памяти, используемой при исполнении программы.

Правильность программы предполагает отсутствие ошибок в ней. Программа считается правильной, если входным данным, удовлетворяющим спецификациям, соответствуют желаемые результаты.

Устойчивость программ. Программа считается устойчивой, если она не критична к ошибкам, возникающим от воздействия вычислительной и внешней сред. Вычислительная среда инициирует ошибки от появления следующих факторов: возникновение “больших” данных, “малых” данных, сбоев в функционировании аппаратных средств и ошибок округления. Большие и малые данные - это значения переменных и констант в программе, выходящие за пределы разрядной сетки ЭВМ. К воздействиям внешней среды относят погрешности в работе пользователя и программные вирусы.

Правильность и устойчивость программ характеризуют надежность компьютерного продукта.

Удобство применения программы. Сущность свойства программы, раскрываемого данной характеристикой качества, состоит в создании удобства работы пользователя с компьютерным продуктом.

Совместимость программ - пригодность программ к объединению друг с другом для выполнения более сложных функций и построения компьютерного продукта как сложной системы. Для совместимости программ должно быть выдержано соответствие стандартам по кодам символов, форматам и структурам данных, четкому обозначению входов и выходов, указанию их функционального назначения и т. п.

Структурированность и модульность - раскрывает свойство программы, формируемое в интересах выполнения многих требований к СМПО. Эта методология получила признание и распространение во всем мире.

Модифицируемость и расширяемость программы раскрывает два свойства программы, близкие по цели, средствам и содержанию.

Программа обладает свойством модифицируемости, если ее структура позволяет легко вносить требуемые изменения.

Программа обладает свойством расширяемости, если она позволяет увеличивать при необходимости объем памяти для хранения данных или расширять вычислительные функции отдельных модулей.

Сопровождаемость программы отображает два свойства программы: читаемость и доступность.

Свойство читаемости программ предполагает наглядное и информативное ее представление.

Свойство доступности программ может быть получено селективным применением и открытостью ее компонентов.

Машинонезависимость программ означает отсутствие в ней компонентов, характерных для конкретного типа ЭВМ и общих программных систем, отличных от принятых в ВМФ в качестве базовых.

Параметрическая настраиваемость программ отображает свойство программы, выражающееся в ее способности выполнять свои функции на любой конфигурации ЭВМ.

Функциональная избирательность программ раскрывает свойство тех программ, которые ориентированы на выполнение нескольких родственных функций, и характеризует способность программы настраиваться на выполнение заданной функции. Данная характеристика присуща компьютерным продуктам сложной структуры, например, моделям боевых действий.

Проектная сложность программ отображает свойство, связанное со сложностью проектирования и разработки программ. Характеристика проектной сложности программ складывается из трех компонентов: сложности программных модулей, структурной сложности программ и структурной сложности данных.

Сложность программных модулей характеризуется с позиции трудоемкости создания оформленного компонента программы и определяется сложностью внутренней структуры и преобразования переменных в каждом модуле.

Структурная сложность программ определяется числом взаимодействующих компонентов, числом связей между компонентами и сложностью их взаимодействия.

Структурная сложность данных определяется количеством и структурой локальных и глобальных переменных, регулярностью их размещения в массивах, а также сложностью доступа к этим переменным.

Рассмотренные характеристики всесторонне и достаточно глубоко раскрывают качество разрабатываемых программ, а следовательно, компьютерных продуктов в целом.

Многие свойства программ формируются на этапе алгоритмизации. Вместе с тем, алгоритм, как самостоятельный продукт имеет важную характеристику, известную под названием “независимость алгоритма от конкретной ЭВМ и конкретного языка программирования”. Данная характеристика содержит признаки, особенности и свойства, присущие только алгоритму.

Независимость алгоритма от конкретной ЭВМ проявляется в том, что в алгоритме не учитываются вычислительные ресурсы конкретной ЭВМ: объем памяти, быстродействие, состав терминальных устройств и другие ресурсы.

Независимость алгоритма от конкретного языка программирования выражается в том, что при изображении алгоритмов не допускаются символы и конструкции, характерные только для данного языка. Рассматриваемая характеристика качества предполагает изображение алгоритмов в общеизвестных математических символах и символах, общих для всех языков программирования.

Данная характеристика отображает и такое известное свойство алгоритма, как формальность. Формальность, как свойство, выражает способность алгоритма отвлеченно от содержания задачи (исследуемого процесса) четко предписывать вычислительный процесс. Согласно этому свойству алгоритм должен быть оформлен таким образом, чтобы по нему мог выполнять расчеты специалист любой квалификации.

Важность рассматриваемых характеристик состоит в том, что раскрываемые ими свойства обеспечивают программную совместимость и мобильность компьютерного продукта на алгоритмическом уровне.

При оценке эффективности объекта (продукта) в первую очередь выясняют цель и задачи его применения. Время решения задач и обработки данных в АСУ оказывает непосредственное влияние на основной параметр СУ ВМФ - оперативность. В свою очередь время решения задач и обработки данных как характеристика СМПО связаны с такими характеристиками качества программы, как вычислительная сложность программы и точность вычислений. Поэтому основной целью реализации программы считают обеспечение решения задач и обработки данных в АСУ без ошибок с определенной точностью в заданные сроки на конкретной конфигурации вычислительного комплекса. Исходя из основной цели реализации программ и учитывая такие ограниченные ресурсы ЭВМ, как быстродействие и емкость основной памяти, в качестве показателей эффективности программ используют следующие характеристики:

- время реализации программы;

- объем исходной программы;

- объем объектной программы;

- объем памяти под данные (базы данных) в программе;

- точность вычислений по программе.