Информатика в сао

Информатика в САО

Предыстория

Строго говоря, история информатики в САО началась раньше создания самой обсерватории после принятия кардинального решения об азимутальном типе установки 6-м телескопа. Для управления телескопом необходим был компьютер и такой, в то время совершенно уникальный, отечественный компьютер – ЭЦУМ (Электронно-Цифровая Управляющая Машина) был создан. Наблюдения на антенне переменного профиля РАТАН-600 тоже были невозможны без предварительного расчёта координат для каждого элемента антенны. Сложность расчётов требовала применения больших по тем временам универсальных вычислительных машин. Кроме решения задач управления телескопом складывающемуся научному коллективу САО для обработки наблюдательных данных и решения научных задач был необходим переход от механических и электронных калькуляторов к современным средствам вычислительной техники.

Первой универсальной ЭВМ в САО был "МИР-1", затем в башне БТА была установлена одна из лучших отечественных - ЭВМ М-222. Надо отметить, что в эти годы даже вычислительные центры крупных университетов МГУ и ЛГУ имели в своём составе не более двух таких ЭВМ. Понятно, что для работы на вычислительных машинах требовалось разрабатывать и внедрять математическое и программное обеспечение, в большинстве случаев уникальное для каждой научной задачи. Чтобы поддерживать и развивать аппаратные и программные средства САО в составе обсерватории был создан Вычислительный центр под руководством Ю. Коровяковского. Небольшой коллектив инженеров, программистов и операторов во взаимодействии с научными сотрудниками и инженерами других подразделений создавал новые программы и алгоритмы для решения различных научных и научно-технических задач таких как исследование оптики БТА, цифровая обработка результатов фотометрических и спектральных наблюдений, моделирование процессов эволюции звёзд и звездных систем, изучение физических и статистических свойств небесных объектов. Много времени и сил отдавали программированию и решению задач на ЭВМ молодые тогда астрономы – В. Панчук, Г. Алексеев, А. Щербановский, В. Лебедев и другие. Трудно переоценить значение для ввода в действие и научной эксплуатации БТА комплексов программ исследования оптики и механики БТА разработанных Л. Снежко. Группой системных разработок РАТАН-600 на М222 была внедрена разработанная В. Витковским система расчета установки антенны РАТАН-600, которая с первого наблюдения обеспечивала работу радиотелескопа.

На М222 впервые в отечественной астрономии была установлена и широко использовалась для организации работы программ и программных комплексов операционная система пакетной обработки ОСПО – прообраз будущих универсальных операционных систем, без которых немыслима сейчас работа компьютеров от ноутбуков до суперкомпьютеров.

Однако специализация цифровых методов и техники на задачах научных вычислений и управления приборами определяла и область их применения. Основными средствами регистрации и носителями данных оставались в оптике – фотопластинка, в радиоастрономии – самописец и диаграммная лента. Но, если в радиоастрономии переход от аналогового сигнала к цифровому признавался естественной эволюцией систем регистрации, то в оптике разработка цифровых приборов и методов регистрации многими классическими астрономами принимались в штыки. Так разработка группой А. Фоменко 1000-канального сканера, впоследствии ставшего одним из основных спектральных приборов БТА, расценивалась некоторыми как пустая трата государственных средств.

Пионерские проекты цифровой регистрации наблюдений РАТАН-600 базировались на отечественной мини-ЭВМ – Электроника К200. Выходным носителем вначале была перфолента, замененная в дальнейшем на ленту магнитную. Какое-то время параллельная запись на самописцах сохранялась, но удобства переноса данных для обработки на универсальные ЭВМ и хранения на машиночитаемом носителе окончательно решили судьбу аналоговой формы регистрации. Принципиально новым аспектом, в информатическом смысле, была необходимость вмешиваться в работу программы в ходе её исполнения, что можно считать предвосхищением будущего интерактивного режима работы с компьютером. Использование ЭВМ позволяло, кроме того, производить в реальном времени регистрации некоторую первичную обработку данных, улучшая качество и уменьшая объем выходной информации.

В оптической астрономии переход к происходил более опосредованно через оцифровку фотопластинок с помощью автоматических микроденситометров. В САО для этой цели был приобретён отечественный АМД-1, с помощью которого сканировались отснятые на БТА фотопластинки. Кроме этого сотрудниками ВЦ САО была реализована цифровая регистрация данных на машинных носителях для некоторых измерительных приборов. Полученная в результате цифровая информация обрабатывалась на ЭВМ.

Однако не только удобный ввод и быстрая обработка информации определяли успешную экспансию ЭВМ в науку. Немаловажным фактором являлась возможность адекватного представления выходной информации – результатов обработки и расчётов. В обсерватории уже в конце 70-х годов было выполнено несколько пионерских работ по использованию графопостроителей и алфавитно-цифровых печатающих устройств для визуального представления астрономической информации – сложных графиков, карт и изображений.

К сожалению, произошедшее в те же годы изменение в СССР технической политики привело к прекращению развития хорошо зарекомендовавших себя отечественных ЭВМ и других средств вычислительной техники и ориентации промышленности на копирование линии ЭВМ IBM-360. Первой из таких машин была М4030, установленная на РАТАН-600, второй ЕС1035, ставшая на несколько лет основным компьютером обсерватории. Уже к моменту установки эти ЭВМ идеологически и технически отставали от компьютеров и суперкомпьютеров, используемых западной наукой. Тем не менее, с их помощью удалось решить ряд научных и методических задач, разработать некоторые алгоритмы и программы обработки астрономических данных. В частности, была разработана пакетная система обработки данных радиометров континуума РАТАН-600, а в части системных работ была впервые инсталлирована и испытана на ЕС1035 операционная система ДЕМОС – отечественная версия многопользовательской ОС Unix.

Более удачным оказалось освоение промышленностью серий PDP8 – "Электроника-100" и, в особенности, PDP11 – СМ4. Внедрение этих ЭВМ и измерительно-вычислительных комплексов на их основе привело к качественным изменениям.

Цифровой век

САО РАН в известном смысле сыграла роль начального запала в цифровом взрыве, изменившем лицо отечественной экспериментальной фундаментальной науки. Необычайная технологическая сложность уникальных телескопов БТА и РАТАН-600 дополненная вниманием к ним, как объектам национального престижа, власть предержащих привела к технологическому прорыву в производстве средств автоматизации для не прикладных (не оборонных) направлений науки. Прежде всего, это относится к началу массового производству модульной аппаратуры КАМАК, предложенной СКБ НП СОАН в качестве базы для создания систем управления и сбора РАТАН-600. В силу изотропной многоэлементности РАТАН речь шла не о штучных изделиях, а о серийном производстве. Применение в системах сбора и управления мини-ЭВМ "Электроника 100" и, в особенности, внедрение в эксперимент многочисленных микро-ЭВМ "Электроника 60" (аналог LSI-11) подтолкнули рост предложения и спроса на технику автоматизации научных исследований. Обсерватория явилась активным участником общесоюзных целевых программ 0.80.16 (76-80гг) и 0.Ц.027 (81-85гг), обеспечивших создание аппаратно-программной базы советской науки и существенный прогресс в автоматизации научных исследований. В 1983 году информатика в СССР была признана самостоятельной наукой, в АН СССР было создано Отделение информатики, вычислительной техники и автоматизации (ОИВТА), созданы институты информатики в Москве (ИПИАН) и Ленинграде (ЛИИАН). При Президиуме Академии наук был создан совет по автоматизации научных исследований, в деятельности которого обсерватория активно участвовала.

В 1981 году система пакетной обработки данных РАТАН-600 была внедрена на мощной ЭВМ САЙБЕР (CYBER) 172-6 ЛИИАН и успешно инсталлирована на VAX-11 в Радиоастрономическом институте Макса Планка в Бонне (ФРГ). Институтом теоретической астрономии во взаимодействии с САО был разработан и внедрен в обсерватории комплекс программ универсальных эфемеридных расчетов. Совместно с Институтом автоматики и электрометрии СО АН была создана и введена в рабочую эксплуатацию автоматизированная система управления РАТАН-600. Выполненная группой системных разработок в сотрудничестве с Университетом дружбы народов разработка структурно-алгоритмической модели системы коллективного пользования РАТАН-600 явилась пионерской работой в области создания территориально-распределенных систем автоматизации эксперимента. В те же годы были начаты работы по созданию архивов наблюдательных данных БТА и РАТАН-600 на машинных носителях.

Внедрение в эксперимент мини-ЭВМ Электроника 100 и, в особенности, микро-ЭВМ Электроника-60 – аналога LSI-11 произвели революцию в создании цифровых систем сбора наблюдательных данных. Быстродействие и память в сочетании с компактностью и расширенными аппаратурой КАМАК возможностями управления, преобразования сигналов и интерфейсами позволили оснастить БТА и РАТАН высокопроизводительными системами сбора, вытеснившими фото и аналоговые методы регистрации астрофизической информации.

Однако основной прогресс в автоматизации астрофизических исследований в обсерватории был связан с внедрением измерительно-вычислительных комплексов на базе ЭВМ СМ3 и СМ4. Обладающие высокими, по тому времени, быстродействием и памятью ИВК, снабженные контроллерами КАМАК, позволяющими подключать аппаратуру и нестандартную периферию, позволили создать многофункциональные системы сбора данных и управления экспериментом, такие как отмеченный Государственной премией СССР комплекс "КВАНТ", разработанный САО совместно с Всесоюзным институтом телевидения (ВНИИТ). Универсальные операционные системы RT-11 и NTS, поддерживающие языки программирования высокого уровня дали возможность разработки специализированных программ и программных систем обработки данных для БТА и РАТАН-600.

Особенно перспективной оказалась возможность интерактивной графической обработки. Появление в обсерватории графический дисплей "Альфа" и первых прецизионных графопостроителей позволило создать и внедрить в практику обработки наблюдений программные системы, позволявшие пользователю не только контролировать процесс обработки в реальном времени, но и вмешиваться в этот процесс, вводить коррективы и выполнять неформализованные или неформализуемые процедуры обработки, основанные на опыте и интуиции астронома-наблюдателя. Так созданная группой системных разработок РАТАН-600 базовая управляемая пользователем система обработки радиоастрономических данных данных BUMS (В. Витковский) не только сыграла основную роль в первичной обработке данных уникального эксперимента "Холод", но и в течение многих лет служила основой обработки наблюдений на радиометрах сплошного спектра РАТАН-600.

Переход к интерактивным методам обработки данных оптического диапазона происходил прежде всего для цифровых систем регистрации. Одной из первых была разработана система обработки данных Сканера БТА (Н. Сомов). Развитые в обсерватории методы оцифровки фотоматериалов на микроденситометрах АМД-1, АМД-2 позволили приметять интерактивные методы обработки к фотографическим данным. Однако массовое применение этих методов стало возможным только со сменой аппаратной платформы, появлением профессиональных персональных ЭВМ (ППЭВМ) на основе IBM PC и графических станций типа SUN SPARC.

Необходимо отметить, что, в отличие от более чем 10-летнего отставания обсерватории в получении эквивалентных западным технических средств, первый персональный компьютер IBM PC XT появился в САО всего спустя год после своего появления в мире. В дальнейшем временной разрыв с Западом в уровне аппаратно-программных средств, в немалой степени усилиями Лаборатории, а затем Отдела информатики, неуклонно сокращался. Что же касается идеологической, программной и системной областей, то САО РАН была и остается одним из лидеров разработки и внедрения информационных технологий в отечественной астрофизике.

Лаборатория Информатики

Всё возрастающее значение автоматизации научных исследований и необходимость объединения усилий разрозненных небольших подразделений привели в 1986 году к организации в САО Лаборатории информатики под руководством В. Витковского. Перед лабораторией были поставлены технические задачи эксплуатации, поддержки и развития аппаратно-программных средств обсерватории, научно-технические задачи автоматизации научных исследований и научные задачи информатики в приложении к астрофизическим исследованиям. Объединение в одном коллективе инженеров, программистов и научных сотрудников позволило решить значительное число насущных для развития обсерватории проблем.

Лаборатория участвовала в освоении и внедрении в практику астрономических наблюдений телевизионного цифрового вычислительного комплекса "Квант" в части освоения программного обеспечения и методики работы с комплексом. На основе разработанного А. Назаренко комплекса управляющих программ несколько прикладных систем обработки данных, включая систему обработки спектров "Спектр", системы регистрации и обработки данных магнитометра и полевого фотометра БТА. В. Плахотниченко были выполнены разработка и реализация алгоритмов поиска и анализа переменности для программы МАНИЯ, а также создан универсальный многоканальный прибор "Квантохрон-3". Совместно с Лабораторий перспективных разработок был создан первый отечественный комплекс регистрации изображений с матрицей ПЗС. Большая работа была проделана по модернизации комплекса БТА в части подготовки предложений по аппаратно-программной архитектуре и составу комплекса технических средств АСУ БТА. Разработана архитектура, программное обеспечение и аппаратура АСУ РАТАН-600 нового поколения (Г. Жеканис). Т. Пляскиной был разработан и внедрен комплекс программ расчета установки РАТАН-600 в ОС UNIX. Для расширения наблюдательных возможностей проводилась разработка и реализация алгоритмов расчета установки антенны РАТАН-600 для наблюдений в различных режимах.

Значительных успехов лаборатория добилась в создании новых алгоритмов и программ обработки наблюдательных данных. В. Шергиным были разработаны алгоритмы оптимальной цифровой фильтрации для спектров и радиосканов. Алгоритмы оптимального гаусс-анализа (Л. Иванов) и статистической обработки и анализа данных (В. Горохов) реализованы в нескольких программных комплексах и эффективно применяются по сей день для обработки наблюдательных данных. Разработаны алгоритмы и программы обработки наблюдений в континууме для облучателя N 1 РАТАН-600, а также программы моделирования радиоастрономических сигналов и комплекс программ отождествления радиоисточников. Программные и системные разработки используются астрономами САО и сторонними пользователями БТА и РАТАН-600. Некоторые из этих разработок внедрены в других научных институтах страны (ГАО, СибИЗМИР, ПГУ) и за рубежом (ФРГ, Аргентина). В то же время лабораторией информатики проводилось тестирование и внедрение зарубежных астрономических программ и систем. В частности, была выполнена постановка и освоение последовательных новых версий стандартной европейской системы обработки астрономических данных MIDAS, включая перенесение и адаптирование на ППЭВМ AT/386 системы MIDAS/portable.

Поскольку астрономические данные не теряют своей ценности со временем, одной из важнейших задач работы с данными является задача архивизации, хранения и обеспечения удобного доступа к ним. Для решения этой задачи были разработаны идеология и основные принципы построения банка астрономических данных (БАД) САО и концепция унифицированного формата данных систем сбора, обработки и архивизации. На их основе были созданы и введены в эксплуатацию локальные архивы наблюдательных данных РАТАН - ODA/E, ODA/P, ODA/R, ODA/S и ODA/U (В. Кононов). Кроме того, для автоматизации работы с уже опубликованными данными был разработан автоматизированный справочник астрономических каталогов САО. Был разработан комплекс программ для решения задачи оптического отождествления радиоисточников глубокого обзора "Холод" по картам PSS и наблюдениям на БТА.

В ходе модернизации аппаратуры системы регистрации данных радиометров сплошного спектра РАТАН-600 была разработана и внедрена на облучателе №1 иерархическая система автоматизации и сбора данных радиометрического комплекса (Б. Ерухимов, В. Черненков), на основе которой реализованы на базе различных программно-аппаратных средств последовательные модели иерархических многопользовательских систем. Следующим шагом был переход к разработке и внедрению иерархической многопользовательской системы централизованного сбора данных и разработка концепции и архитектуры локальных сетей для автоматизации научных исследований САО. Особое внимание уделялось созданию программных средств интерактивного управления наблюдательным экспериментом из центра сбора. Была выполнена существенная модернизация системы подготовки наблюдений облучателя № 1.

Одновременно с прикладными и системными разработками лаборатория информатики отслеживала мировые тенденции развития компьютерной техники, операционных систем и прикладного математического обеспечения. Были сделаны успешные попытки установки Unix-подобных систем на ЭВМ серии СМ и QNX - операционной системы реального времени на PC. В 1988 году в САО было проведено всесоюзное совещание-семинар по открытым системам с участием ведущих специалистов и разработчиков из академических и прикладных институтов (П. Антонов, В. Бардин, Д. Бурков, Д. Володин А. Руднев и другие). В качестве аппаратной платформы, на основе опыта применения ППЭВМ IBM PC и их аналогов – Правец-16 и ЕС1841, были выбраны персональные компьютеры РС АТ 286/386 с операционной системой MS DOS/Windows и рабочие станции SUN SPARCstation с операционной системой UNIX System 5.

Определенная лабораторией стратегия дальнейшего развития информатики в САО предусматривала для обеспечения научных исследований скорейшее развитие локальных вычислительных сетей.

  1. Информатика и информационные технологии (1)

    Документ
    Информатика и информационные технологии. Конец XIX — начало XX в. был отмечен научно-технической революцией, связанной с появлением и развитием квантово-механических представлений о материи и энергии.
  2. Информатика и информационные технологии (2)

    Документ
    Поколения, живущие в конце XX — начале XXI в., являются свидетелями (и участниками) новой научно-технической революции, вызванной противоречием между ограниченными возможностями человека и огромным объемом существующей и вновь появляющейся
  3. Информатика. (2)

    Документ
    Основными целями изучения предметной области «Информатика» являются: формирование у учащихся основ научного мировоззрения в области информатики, этических основ и нравственных норм использования компьютера и компьютерных информационных
  4. Информатика, вычислительная техника и инженерное образование. 2011. №2 (4) (1)

    Документ
    С целью обмена опытом в фундаментальных исследованиях и практической деятельности кафедра иностранных языков ТТИ ЮФУ проводит ежегодную научно-практическую конференцию, посвященную проблемам и перспективам развития неспециального языкового
  5. Информатика, вычислительная техника и инженерное образование. 2011. №2 (4) (2)

    Документ
    С целью обмена опытом в фундаментальных исследованиях и практической деятельности кафедра иностранных языков ТТИ ЮФУ проводит ежегодную научно-практическую конференцию, посвященную проблемам и перспективам развития неспециального языкового
  6. Информатика -метордикалық кешені «Тарих, қазақ тілі және әдебиеті, журналистика» мамандықтарының студенттеріне арналған

    Документ
    ОӘК аннотациясы «Информатика» пәні бойынша «Тарих, қазақ тілі және әдебиеті, журналистика» мамандықтарының студенттеріне арналған. Мұнда ақпарат ұғымы, информатика пәні, ЭЕМ даму тарихы, бағдарламалық жабдықтары, есептеу желісі жайлы мағлұмат берілген.
  7. Информатика (4)

    Документ
    В учебном пособии собран материал о ЭВМ, как комплексе программных и аппаратных средств. Изучаются основные внутренние и внешние устройства ЭВМ, их принцип функционирования.
  8. Рабочая программа по информатике и икт составитель: Голякова О. В

    Рабочая программа
    Информатика – это наука о закономерностях протекания информационных процессов в системах различной природы, о методах, средствах и технологиях автоматизации информационных процессов.
  9. Информатика (1)

    Пояснительная записка
    Программой дисциплины «Информатика» предусматривается изучение основных понятий об электронных вычислительных машинах (ЭВМ), основ программирования, решении задач на ЭВМ; формирование навыков работы с базовым программным обеспечением;

Другие похожие документы..