Беседы о поколениях ЭВМ

Н. Бусленко, В. Бусленко

©   Издательство "Молодая гвардия", 1977 г.

Все настойчивее вторгаются электронные вычислительные машины в науку и в народное хозяйство. О зарождении этих машин, принципе их действия, их развитии и влиянии на жизнь человека расскажут член-корреспондент АН СССР Н. Бусленко и его сын кандидат технических наук В. Бусленко.

- "Банк данных"? Это что-то новое в нашей теме об информации.

- Как известно, новое - это хорошо забытое старое. Помните, у Ч. Бебиджа хранилище информации называлось "складом". Позднее стали употреблять термин "архив". Этим подчеркивалось, что данные хранятся не кое-как, не навалом, а соответствующим образом организованы и взяты на строгий учет. Когда говорят "банк данных", то этим желают особо оттенить еще и динамизм информационного обеспечения, его документальную точность. Клиент, как и в обычном, финансовом банке, получает по первому требованию то, что ему нужно, строго по регламенту, и только в пределах разрешенного доступа.

Современные "банки данных" располагают совершенными техническими средствами. Среди них одна или несколько ЭВМ достаточно высокого быстродействия, полный комплект внешних устройств, характерных для ЭВМ третьего поколения. Их емкая память организуется на магнитных дисках или лентах. Объем ее - сотни миллионов и миллиарды байт. Внешние устройства для ввода массивов информации, поступающей на хранение, для информационных запросов, а также для выдачи сведений, организуются в виде выносных пультов и рабочих мест пользователей. Они содержат разнообразные средства - от устройств ввода-вывода на перфокартах и перфолентах и читающих автоматов до быстродействующих алфавитно-цифровых печатающих устройств и средств обмена данными с каналами связи. Многие "банки данных" оборудованы также дисплеями и другими средствами наглядного отображения информации.

Рабочие места пользователей "банка данных" могут быть вынесены на рвсстояния в сотни и тысячи километров, более того, в случае необходимости, различные 2банки данных" имеют возможность на огромном расстоянии обмениваться информацией между собой.

"Банк данных" обычно строится как система колллективного пользования, допускающая одновременное обращение к ней многих клиентов. Поиск информации и формирование справок для разных посетителей осуществляется в режиме разделения времени. Клиентам присваиваются приоритеты в соответствии с которыми организуется очередность обслуживания.

Важнейшим свойством "банка данных" является возможность работы с клиентами в режиме диалога, при котором машина может потребовать уточнения информационного запроса, а клиент - задать дополнительные или уточняющие вопросы. Словом, с "банком данных" можно вполне "поговорить по душам".

Математическое обеспечение "банков данных" представляет собой сложнейшее программное хозяйство. В него входят крупные комплексы программ, общим объемом в несколько сотен тысяч до миллионов команд. Естественно, что среди них имеются операционные системы и библиотеки стандартных программ. Кроме того, обычно требуется так называемая общесистемная операционная система, регламентирующая взаимодействие между всеми компонентами ЭВМ и внешними устройствами, в том числе, и удаленными на большие расстояния.

Другим комплексом программ являются программы, обеспечивающие работу "банка данных" как системы коллективного пользования в режиме разделения времени: прерывание операций при обращении клиентов с высшими приоритетами, планирование процесса обслуживания клиентов и равномерной загрузки технических средств, защита памяти, а также общение с клиентами а режиме диалога.

Но наиболее сложными являются комплексы программ, относящиеся, собственно, к сфере информационного поиска и обновления информации. Здесь обычно различают: программы грамматического анализа информационного запроса и его формализации; программы перевода запроса на искусственный язык, приспособленный к поиску данных в большой памяти; программы поиска информации; программы формирования справок для выдачи их клиенту. Каждый из этих комплексов состоит из нескольких десятков совместно работающих программ, содержащих тысячи команд.

Рассмотренные выше комплексы программ способны организовать составление так называемых простых справок, для формирования которых главное - это найти нужную информацию.

Однако, кроме простых справок, "банк данных" должен выдавать сложные ответы, для подготовки которых необходимо не только найти информацию, нередко в различных хранилищах и по разным признакам, но и провести достаточно сложные вычисления с многократным обращением к данным по ходу расчета. Для этой цели служат дополнительные комплексы программ решения информационно-расчетных задач. Комплексы эти являются обычно проблемно-ориентированными. Наличие их - неотъемлемое свойство и вернейший признак информационно-поисковых систем узкого направления или отраслевой профилизации.

Приведенное здесь описание "банков данных" дает, естественно, сильно упрощенную картину их организации. На практике это выглядит значительно сложнее. Тем не менее аналогия между обычными банками и "банками данных" теперь выглядит полнее.

Решая практические вопросы построения того или иного конкретного "банка данных", пользуются не только общими методами. В зависимости от назначения "банка данных", отраслевой принадлежности хранимой информации, специфики взаимоотношений с клиентами непрерывно вносятся усовершенствования, упрощающие работу ЭВМ и общение ее с пользователями. В частности, важное значение имеет использование так называемых стандартных запросов.

Стандартными запросами называются требования на поиск и выдачу предусмотренного заранее перечня сведений. Они прилагаются либо в тех случаях, когла специальным регламентом определена периодическая выдача некоторой совокупности сведений, либо в случаях часто встречающихся обращений к "банку данных". Стандартные запросы могут быть занумерованы, поэтому для их выдачи в памяти ЭВМ достаточно иметь дополнительную табличку с адресами документов, выдаваемых по каждому стандартному запросу. Тогда формирование справки будет происходить фактически без дополнительного поиска.

Для удобства клиентов создаются специальные справочники, в которых можно найти стандартный запрос, достаточно полно соответствующий потребностям клиента. Стандартные запросы не должны быть полностью фиксированы, они могут содрежать и переменную часть. Например, при сборе итоговых данных о выпуске продукции в фиксированную часть стандартного запроса удбно отнести перечень сведений, а к переменной - наименование предприятий, от которых необходимо получить информацию, а также период (сутки, месяц, квартал, год). Легко видеть, что стандартные запросы сокращают число операций ЭВМ не только на поиск документов, но и на перевод запроса с естественного языка на информационный.

Аналогично для стандартных запросов, а также для некоторых запросов, не включенных в перечень стандартных, могут быть заранее подготовлены формы и бланки выдачи информации и соответствующие им программы формирования фрагментов справок. Это также сокращает число операций ЭВМ при обслуживании каждого клиента.

В процессе эксплуатации любого "банка данных" возникает необходимость в обновлении информационных массивов. Появляются новые данные, которые целесообразно поместить для хранения в банк, некоторые сведения могут оказаться устаревшими, и их полезно изъять из хранилищ. Обновление информации, к сожалению, не сводится к простому стиранию или записи того или иного документа или дескриптора. При появлении в информационном массиве нового элемента информации необходимо создать соответствующие связи, устанавливающие его классификационные (лингвистические) и грамматические отношения с другими элементами информации. Аналогично при стирании элемента информации необходимо позаботиться о восстановлении такого рода связей, если они нарушены в результате изъятия одного из элементов.

Представленный краткий обзор структуры и принципов действия "банков данных" убеждает, что ЭВМ, работающие в информационно-поисковых системах, решают сложнейшую неарифметическую задачу при помощи программ, содержащих колоссальное число команд. Разветвленность и взаимосвязанность логических условий, многоаспектность и глубина анализа, огромное число сложнореализуемых связей между отдельными операциями машины приближают эту сферу применения компьютеров к неформальным процессам мышления. Если же учесть скорость выполнения операций и число одновременно участвующих в расчетах элементов информации, то вряд ли удастся найти человека, способного конкурировать в этом вопросе с ЭВМ.

"Банки данных" располагают мощными средствами защиты памяти от попадания посторонней информации и от обращения клиентов в зоны памяти, доступ к которым им не предусмотрен. Естественно, что в закрепленных за данным клиентом зонах памяти он является полным хозяином своей информации. "Постороннему" клиенту специальные программные средства дают возможность только считывать информацию.

- Где же на практике используются колоссальные возможности "банков данных"?

- Во-первых, так сказать, по прямому назначению в виде самостоятельных справочных систем разнообразного профиля. Во-вторых, они входят как подсистемы в другие крупные программные комплексы, например, в автоматизированные системы управления.

- Хорошо бы познакомиться хотя бы с самыми распространенными примерами использования "банков данных".

Вот современный "банк данных" научно-технической информации. Все документы - научные статьи, технические отчеты, описания изобретений, протоколы испытаний и т.д., подлежащие хранению в банке, помещаются в основное хранилище. Для этого документ фотографируется сначала на обычную фотопленку, а затем, при вводе в хранилище, переносится на специальный малоформатный микрофильм. Библиотека фотокопий основного хранилища размещается в барабанах кассетного типа. Такой барабан имеет 200 кассет, каждая кассета содержит 50 микрофильмов, а в микрофильме помещается примерно 100 страниц обычного текста. Другими словами, в барабане хранится информация, зафиксированная примерно на миллионе страниц. Хранилище же может состоять из 100-200 и более барабанов.

На каждый документ, вводимый в основное хранилище, составляется специальное описание, в котором содержатся сведения об авторах и названии документа, его номер, число страниц, адрес в библиотеке фотокопий, а также краткий реферат - конкретизация темы, используемые методы, физические характеристики, оборудование и аппаратура, способы исследования, условия испытаний и т.д. Описание документа на информационно-поисковом языке дескрипторного типа заносится в информационный массив (каталог) на магнитных дисках. Объем каталога может достигать нескольких миллиардов байт. Каталог разбит на предметные рубрики, составленные из дескрипторов, и упорядочен по алфавиту.

Система снабжена развитым программным хозяйством, обеспечивающим работу ЭВМ по выполнению всех необходимых функций информационно-поисковой системы.

Сформулированный информационный запрос вводится в ЭВМ с терминалов рабочего места пользователя. Далее следует грамматический анализ запроса и перевод его на информационно-поисковый язык - построение формального поискового предписания. В соответствии с этим предписанием ведется поиск в информационном массиве на магнитных барабанах в пределах предметных рубрик, соответствующих дескрипторам запроса. Скорость поиска - несколько тысяч записей в секунду. В результате поиска находятся описания документов и их адреса в библиотеке фотокопий. Описания документов выводятся на печать или на экран рабочего места пользователя. Пользователь просматривает описания документов, прочитывает рефераты и уточняет, какие именно документы ему нужны.

Адреса отобранных документов и индекс заказчика нажатием кнопки переводится в память ЭВМ. Происходит обращение к библиотеке фотокопий. В зависимости от желания заказчика и объема документа текст либо выводится на дисплей рабочего места, либо пересылается заказчику в виде фотокопий - 0,2 - 0,5 секунды (фотографирование в ультрафиолетовых лучах и сухое проявление).

Клиенты "банка данных" имеют возможность подавать заявки и на периодическое обслуживание без специального запроса. В заявке указываются лишь даты и описания необходимых им документов.

По данным, имеющимся в информационно-поисковых системах такого типа, могут составляться периодические аннотированные бюллетени по основным направлениям научно-технических областей. Система способна обслуживать десятки тысяч клиентов, обращающихся через сотни выносных рабочих мест. Информационно-поисковые системы такого типа создаются в крупных научно-исследовательских центрах, конструкторских бюро, университетах, учебных заведениях, научно-производственных объединениях. Подобной системой обладает, например, упоминавшийся уже ВИНИТИ.

Похожую структуру имеет и информационно-поисковая системв современной библиотеки, например, крупнейшего книгохранилища СССР - Библиотека имени В.И. Ленина.

Здесь по запросу читателя ЭВМ не только выполняет поиск конкретных книг. Она способна выдавать библиографические списки по новым поступлениям, различные указатели и справки, помогающие читателю быстрее сориентироваться в сложном библиотечном хозяйстве и океане книг основного хранилища.

ЭВМ решает также многие учетно-статистические задачи: накапливает сведения о движении книжного фонда, учитывает данные о контингенте читателей, готовит материалы для различного рода отчетов, которые библиотека должна представлять в вышестоящие инстанции как по территориальной, так и по вневедомственной принадлежности, а также в органы государственной статистики.

Большое распространение получили информационно-поисковые системы и в области сбора, хранения и обработки медицинской информации. Число таких систем только в нашей стране уже составляет несколько десятков.

Вот, например, информационно-поисковая система Киевского онокологического института. Она имеет следующую структуру: первичным элементом информации, помещаемым в основное хранилище (на магнитных лентах), является карта обследования больного - формализованная история болезни. Карта состоит из разделов; каждый раздел - из пунктов; некоторые пункты делятся на подпункты.

В разделе общих сведений о больном помещаются фамилия, имя и отчество больного, его возраст и пол, сведения о профессии и условиях труда, состав семьи и сведения о жилищных условиях, режим труда и отдыха, гигиенические пероприятия, занятия физкультурой и другие сведения - всего около 20 пунктов.

Раздел анамнеза (около 50 пунктов) содержит сведения о всех болезнях, которые перенес человек со дня рождения, характер их протекания, методы лечения, осложнения и последствия. Кроме того, сюда же занесены данные о состоянии здоровья родителей и ближайших родственников, помогающие составить представление о наследственности больного.

Раздел врачебных осмотров представляет заключения лечащих врачей в момент поступления больного на лечение и в последующие посещения врачей в течение всего периода лечения.

Раздел объективного исследования содержит данные всех анализов, электрокрдиограмм, рентгеноскопии, энцефалограмм, флюрографии, зондирования глазного дна и т.д.

Раздел "Диагноз" показывает динамику диагнозов на всех этапах заболевания, лечения и выздоровления больного.

Наконец, в разделе "Отдельные результаты" отмечаются данные о состоянии здоровья больного после окончания лечения в течение нескольких лет, если этот больной подвергался периодическому амбулаторному наблюдению или состоял на учете в диспансерах.

Формализованная история болезни размещается в памяти ЭВМ таким образом, чтобы поисковым признаком могли служить не только фамилия больного, но и любые части (пункты) различных разделов и их сочетания. Это требуется для того, чтобы ЭВМ могла найти не только историю болезни конкретного больного по его фамилии, но и выделять группы больных по сложным признакам, например, перенесших тот или другой курс лечения, имевших то или другое осложнение, а также группы больных по возрасту, по профессиям, по длительности протекания тех или других стадий болезни и т.д.

Основное хранилище системы содержит истории болезни нескольких тысяч больных, накопленные более чем за 20 лет. Математическое обеспечение системы имеет программы не только для поиска информации и формирования простых справок, но и для статистической обработки анализа всего информационного массива и его частей.

Одно из важнейших назначений системы - поиск медицинского перцедента. Суть его заключается в следующем. Допустим, в клинику поступил новый больной. Он прошел врачебный осмотр и объективные обследования (анализы, инструментальные измерения), известен также анамнез. На основании этих данных лечащий врач должен поставить окончательный диагноз и наметить план лечения - медикаментозного, физиотерапевтического, хирургического. Однако организм человека - объект чрезвычайно сложный, реакция отдельных людей на те или другие медикаменты, на те или другие воздействия лечебных мероприятий очень индивидуальна. Поэтому врачу подходить к лечению больного надо не формально, а стараться учесть некоторые малоприметные особенности данного индивидуума и специфические ньюансы разновидности заболевания. До последнего времени ему помогал лишь личный опыт и хорошая память. Теперь на помощь приходит ЭВМ.

Располагая информационно-поисковой системой, врач может опираться на коллективный опыт многих предшественников, зафиксированный в историях болезни и на грандиозную память современных компьютеров.

Сначала он должен познакомиться с историями болезни, хранящимися в памяти ЭВМ, больных, которые болели той же разновидностью болезни и имели близкие субъективные и объективные характеристики - медицинский прецедент. Затем поинтересоваться, что происходило у этих больных при употреблении тех или других медикаментов или применении физиотерапевтических методов лечения. Далее, он должен осмыслить осложнения и побочные действия, имевшие место при сходных обстоятельствах. Потом ему будет полезно сравнить отдаленные результаты при различных вариантах лечения и т.д. Изучение прецедентов, быть может, подскажет ему, какие еще анализы или обследования стоит сделать, на какие особенности организма больного или специфику заболевания необходимо обратить внимание, каких побочных действий лекарств следует остерегаться. Он сможет обдумать с учетом опыта своих предшественников показания и противопоказания к хирургическому вмешательству, применению других лечебных средств. Наконец, учитывая индивидуальный характер действия других лекарств, он может проанализировать результаты тех или других методов лечения "в среднем" по большому числу сходных больных и выявить возможные тенденции, полезные для окончательного назначения плана лечения или его корректировки, исходя из фактического течения болезни.

Поиск и анализ медицинского прецедента имеют большое теоретическое и практическое значение и интенсивно вторгаются в лечебную практику. Однако это не единственный путь использования информационно-поисковой системы.

Важное значение имеет и обработка и анализ всего массива истории болезни или его частей по характеристикам больных и разновидностям заболеваний. В частности, сопоставляя возраст людей в момент заболевания, можно понять, "помолодела" данная болезнь или "постарела" за последние 10, 20 и т.д. лет.

Можно узнать, влияет ли на заболеваемость данным недугом профессия человека, условия труда и отдыха, его пол, режим жизни и в какой степени это сказывается. Легко проследить, как меняется (или не меняется) с течением времени эффективность тех или иных препаратов или методов лечения, для каких возрастных стадий болезни более эффективны эти препараты и методы лечения. Важно также оценить, как сопоставляются изменения хода болезни в процессе лечения с отдаленными результатами, какое это оказывает влияние на сопутствующие заболевания. Много других интересных сведений сообщит банк медицинских данных, особенно если обращаться к нему со знанием дела и не жалеть труда и средств для его обновления и пополнения.

Весьма интересны и полезны "банки данных", используемые для управления предприятиями и отраслями народного хозяйства, для обслуживания аэродромов и бронирования авиабилетов, в сфере материально-технического снабжения, социального обеспечения и других.

Но "банки данных" входят как составные части в соответствующие автоматизированные системы управления (АСУ), созданные на базе ЭВМ третьего поколения. Их удобнее рассмотреть в следующей беседе.