Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время одним из основных направлений научно-технического прогресса являются работы в области повышения эффективности использования ресурсов вычислительных комплексов, систем и сетей. Данные, которые хранится на магнитных дисках и лентах, а также передаются по каналам связи в промышленных информационных системах, как правило обладают значительной избыточностью. Преобразовывая данные к более компактной форме хранения, то есть устраняя их избыточность, можно добиться более эффективного использования имеющегося оборудования. Несмотря на то, что стоимость носителей информации неуклонно снижается в связи с развитием технологий их производства, она еще не настолько мала, чтобы можно было пренебречь ей. То же самое можно сказать и о передаче информации по каналам связи. Очевидно, что при сохранении тенденций роста объемов информации, обрабатываемых компьютерами, алгоритмы сжатия данных и программные сродства, реализующие эти алгоритмы, будут играть ключевую роль в развитии средств информатизации общества.
Сжатие данных может быть реализовано на разных уровнях иерархии программного » аппаратного обеспечения вычислительного, комплекса. Сжатие на уровне прикладной программы может быть достаточно эффективным, но приводит усложнению ео разработки и появлению закрытых форматов хранения данных. Сжатие на уровне системной утилиты, работающей в пакетном режиме, получило большое распространение; но требует достаточной квалификации пользователя. Размещение сжатия на аппаратном уровне хорошо зарекомендовало себя, но является достаточно дорогостоящим. Наиболее эффективным', с точки зрения автора, является размещение сжатия на уровне элемента операционной системы, так как оно лишено присущих предыдущим подходам недостатков, и хорошо вписывается в идеологию построения современных ОС, поддерживающих концепцию аппаратной независимости через программную прослойку между ОС и устройством, называемую драйвером устройства. Выполняя автоматическую компрессию/декомпрессию данных обмена ОС с устройством, драйвер может эмулировать устройство большего объема, нежели физический носитель. При таком подходе сжатие является невидимым ни для пользователей системы, ни для прикладных программ', работающих в ней, что позволяет значительно повысить эффективность использования пространства
носителя без ощутимых накладных расходов. В связи с этим, поставленная перед автором задача создания программного комплекса, реализующего автоматическое сжатие данных на уровне обмена с внешним устройством и не приводящего к значительному снижению производительности системы в целом, представляется актуальной и важной.
Цель работы. Целью настоящей диссертационной работы является исследование возможностей и разработка мотодов интеграции автоматического сжатия данных в структуру операционной системы, и создание на их основе программного комплекса. автоматического сжатия данных, находящихся на накопителе на магнитном диске.
Методы исследования. Основные . результаты диссертационной работы получены и математически обоснованы с использованием аппарата теории информации и кодирования, математического анализа и методоз математического программирования.
Научная новизна работы состоит в том, что впервые;
предложена классификация существующих схем сжатия данных;
предложена методика формальной оцонки мощности адаптивных схем сжатия;
предложен критерий оценки применимости схемы сжатия для работы в автоматическом режиме в компоненте ОС и критерий оценки сбалансированности реализации схемы сжатия;
сформулирована и решена задача выбора оптимальных параметров кодера в словарной схеме сжатия;
разработана и предложена адаптивная схема сжатия данных без потерь, определена ее мощность и проведено ее сравнение с существующими схемами по мощности;
предложена эффективная реализация разработанной схемы со временем выполнения одного шага 0{1).
На зашиту выносятся;
новая методика автоматического сжатия данных без потерь в вычислительных системах
новые методы формальной и экспериментальной оценки схем сжатия данных
программный комплекс автоматического сжатия данных для накопителя на магнитном диске и результаты его практического использования
Практическг.я ценность. Разработанные в диссертации адаптивная схема сжатия данных и ее эффективная практическая реализация могут
иметь широкий спектр практического применения: от прикладных программ и использования в компоненте ОС - до размещения в контроллерах внешних устройств, бортовых компьютерах и микропроцессорах. Реализованный на ПЭВМ IBM/PC программный комплекс автоматического сжатия данных на дисковом устройстве, позволяет в среднем удвоить эффективный объем накопителя на магнитном диске, при снижении средней производительности обмена с устройством на 20-30 процентов, позволяя таким образом программным путем увеличить "аппаратные" возможности вычислительного комплекса. Так как в настоящее время вычислительная техника устаревает морально значительно быстрее, чем физически, то использование разработанного комплекса позволяет продлить срок ее службы.
Внедрение. Эффективность разработанных в диссертационной работе методов интеграции автоматического сжатия в'структуру вычислительного комплекса подтверждена положительным опытом их практического использования. При непосредственном участии автора результаты работы были внедрены в вычислительном центре. ЦНИИ "Циклон", в конструкторских бюро электрозавода им. Куйбышева, а также в АОЗТ "Альтер Системы"
Личный вклад. Все основные положения и результаты, выносимые на заа(иту, получены автором самостоятельно.
Апробпция работы. Результаты работы докладывались на ежегодной международной конференции Technology of Object-Oriented Languages and Systems'14, Santa-Barbara, CA, 1994 год.
Публикации. Основные результаты, полученные автором, опубликованы з работах [5],[8]. Результаты исследований опубликованы в работах [1]-[4], [6]-[7]. Ссылки на указанные работы приведены в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 110 стр., в том числе 107 стр. машинописного текста, 24 рисунка, 8 таблиц, а также список литературы { 3 стр., наименования ).
