冶金热力学数据库应用系统的系统构成

D0I:10.13374/j.issn1001053x.1986.s2.002 1986年9月 北京钢铁学院学报 SPecial issue Journal of Beijing University 古辑2 of Iron and Steel Technology No2,1986,9 治金热力学数据库应用系统的系统构成 王秀美 摘 要 本文从滑金热力学数据库应用系统如问在M一10计算机上现的鸭度，介绍它 的机器环境和系统构成。它由四部分构成： 1·数据库：存贮有399种二元系合金和2211种化合物（或元素）的热力学数据。 ?,数短管理系统：主要完成对数据库中所有数摇检案、修改、届入、删除等任务。 3,应用程序库：由七个复杂的计算程序组成，完成化学平衡体系的热力学性质的计算。 4,监控系统：协调整个系统，使'正常工作。 The Architecture of Metallurgical Thermodynamic Database Application System Wang Xiumei Abstract The environment and architecture of Metallurgical Thermodynamic Databa- se Application System (METHEDAS)which is implemented on the computer HITACH M-150 are described in this paper. This special database system consists of the following blocks, 1.a database,having memorized all the thermodynamic data of 2211 kinsd of inorganic substances (including elements)and 399 binary alloy systems; 2.a data management system,being able to provide users with four basic functions,namely Select,Update,Delete,Insert; 3.an application program library,having seven programs available for users to calculate the thermodynamic qroperties of the chemical equilibrium systems; 4.a monitor system,monitoring and coordinating the activities of METH- EDAS, 1

年 。 月 北 京 钢 铁 学 院 学 报 呈叼勺 。 专辑 ， 吕已 冶金热力学数据库应用系统的系统构成 丁里 禾 兰夕丈 摘 要 本文从 冶金热力学数 据库应用 系统如 何在 一 卜算 机上 实现 的 角度 ， 介绍 它 的 机器环境和 系统 构成 。 它 由四 部 分构成 。 数 据库 存贮有 种二 元 系合金和 种化 合物 或元 素 的热力学数 据 。 ￡ 数据 管理 系统 主要完成对数据库中所有数据检索 、 修改 、 插入 、 删除等任 务 。 应用程序库 由七个复杂的 计算程序组成 ， 完成化学平衡休 系的 热力学性质的 计算 。 监控系统 协调整个系统 ， 使 一 正常工 作 。 、 吻 了 呈 一 ， 了 ， ， ， ， ， ， ， 魂 ， 五 ， · DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1986．s2．002

治金热力学数据库应用系统（英文名：METALLURGICAL THERMODYNAMIC DATABASE APPLICATION SYSTEM,缩写名：METHEDAS)的功能及在物理化学 方面涉及到的原理在其它文章中做介绍。本文从METHEDAS如何在计算机上实现的角 度来介绍它的系统构成。 1 METHEDAS的机器环境 治金热力学数据库应用系统对计算机硬件的要求是： (1) 主机速度快。 (2) 内存贮器容量足够大。 (3)大容量直接存取的外存贮器 对软件的要求是： (1)既具备科学计算能力，又具备数据处理能力的高级程序设计语言。例如FORT- RANT (2)可供使用的数据库系统软件。 对工作方式的要求是：能以人机对话的Tss(Time一Shared System)分时系统为 佳。理想的情况是根据METHEDAS对机器硬件、软件及工作方式的要求去选择适当 的机器。然而，事实上只能用北京钢铁学院M-150机。M-150机在硬件方面支持MET- HEDAS基本达到要求，但是在软件方面支持METHEDAS则显出了先天不足。因此给实 现METHEDAS带来了下述困难： (1)目前北京钢铁学院M-150机不能提供FORTRAN77语言，因而不找到一种既能解决 科研计算问题，又能较好地处理数据的高级程序设计语言。在对几种语言进行比较之 后，选择了FORTRANIV做为语言工具。这样，用较低级的语言来模拟较高级语言的功 能，具体说，用FORTRANIV.来模拟FORTRAN77的数据处理功能就势在必行了。 (2)M-150机带有一个初级简单的网状数据库系统PDM,并且它只支持批处理的工作 方式，不能满足METHEDAS的要求。因此只能放弃使用PDM。在这特定的机器环境 下，METHEDAS除解决自身的数据存贮及建立应用程序库外，还必须编写一个数据管 理系统软件。 2 METHEDAS的系统构成 2.1系统构成框图 图1是METHEDAS的系统构成框图 一 图1 METHEDAS的系统构成图 1 oppy d1配 Fig,1 The systemic constitution Card Application pzogran Iibrery of METHEDAS Database Cine pring TSS HODE BATCH MODE I ·2·

冶 金 热 力学数据库 应用系统 英文 名 ， 缩写 名 的功能及在物理化学 方面涉及 到的 原理在 其它文章 中做介 绍 。 本文从 如何在计算机上实 现的角 度 来介绍 它的 系统构成 。 的机器环境 冶金热力学数据库应用系统对计算机硬件的要 求是 一 主机速度快 。 内存贮器容量足够大 。 大容量直接存取的 外存贮器 对软件的要 求是 既具备科学计算能力 ， 又 具备数据 处理能 力的 高级程 序设计语言 。 例如 可供使 用的数据库系统软件 。 对工作方式的要 求是 能以 人机对话的 一 分 时 系统为 佳 。 理想的情况是根据 对机器硬 件 、 软件及工 作 方式的要 求去选 择 适 当 的机器 。 然而 ， 事实 上 只能 用北京钢铁学院 一 机 。 一 机在硬件方 面 支持 基本达 到要 求 ， 但是在软件方面支持 则显 出了先天 不足 。 因此给实 现 带来了下述困难 目前北京钢铁 学院 一 机不 能提 供 语言 ， 因而不找 到一种既能解决 科研计算 问题 ， 又 能较好地处理数据 的 高级程 序设计 语言 。 在对几种语 言 进 行 比较之 后 ， 选 择 了 做 为 语言工具 。 这样 ， 用较低 级 的语言 来模拟较高级语言的功 能 ， 具 体说 ， 用 来模拟 的数据处理功 能就 势在必行 了 。 一 。机带有一个初级简单的 网状数据库系统 ， 并且它 只支持批 处理的工作 方式 ， 不能满 足 的要 求 。 因此 只能放弃 使用 。 在这 特 定 的 机器环境 下 ， 幻 除解决自身的数据存贮及建 立应用程 序库 外 ， 还 必须编写一个数据管 理系 。 一 一的系统构成 。 系统构成框图 图 是 的 系统构 成 框 图 图 的 系统 构成 图 川 。 ， 耐 日 片以建 ， 卜一 一 一 一 一 一 一 一 一 ‘ ， 一 ， 一 一 一 一 一 一

从图中可清楚地看到，METHEDAS是由数据库，数据管理系统、应用程序库和做 控系统构成。下面分别详述。 2.2数据库 数据库是存放数据的地方，将数据做成文件集中存入数据库。该数据库有两类文 件，数据文件和系统文件。数据文件存放热力学数据，系统文件存放系统的有关信息。 系统文件在监控系统部分再介绍，本节重点介绍数据文件。 METHEDAS选取了两类数据分别存放在两个文件中。2211种元素或化合物的数据 做为2211个记录存于文件1中，它的记录长为1736字节，总数量为3,848,712字节。记录 格式如下： 数据项名 字节数 数据含义 STE 20 分子式（关键字） STFJ 20 按元素原子数的分子式 ACC 4 数据级别 ZPH 4 数据按温度区间的档数 STB 40 物质的英文名称 PHA(n) 相 DH(n) 8 生成热与相变热 DS(n) 8 绝对熵 T1(n) 8 下限温度 T2(n) 8 上限温度 REF(n) 8 参考文献号码 A(n) 8 热熔公式中系数 B(n) 8 C(n) 6 D(n) 8 E(n) 8 REFCP(n) 8 热容的参考文献号 REM(n) 60 注释 REFBEM 注释的参考文献号 其中≤10 文件2中存放399种二元系合金的数据，每种合金的数据做为一个记录，记录长为 400字节，总数据量为159600字节，其记录格式为： 数据项名 字节数 数据含义 FML 12 合金的表示式（关键字） SFML 12 溶质的表示式 SFMLJ 12 溶质按原子数的表示式 UPDATE 8 日期 DFAC 4 溶质的分解因数 3

从图中可清楚地看到 ， 是 由数据库 、 数据管理系统 、 应 用程序库和监 控系统构成 。 下面分别详述 。 数据库 数据库是存放数据的地方 ， 将数据做成文件集 中存人数据库 中 。 该 数据库有两类文 件 ， 数据文 件和系统文 件 。 数据文 件存放热力 学数据 ， 系统文 件存放系统的有关 信息 、 。 系统文件在监控系统部分再 介绍 ， 本节重 点介绍数据文件 。 选 取 了两 类数据分别存放在两个文件 中 。 种元素或 化合物的数据 做为 个记录存于文件 中 ， 它的记录长为 字节 ， 总数量为 ， ， 字节 。 记录 格式如下 数据项名 字节数 数据含义 分子式 关键字 按元素原子数的分子式 数据级别 数据按温度 区间的档数 吐。 物质的英文 名称 相 生成热 与相变热 绝对嫡 下限温度 上限温度 参考文献号码 热熔公式 中系数 ， ， ’ ， 热容的参考文献号 注释 注释 的参考文献号 其中‘ 文件 中存放 ” 种二 元系合金的数据 ， 每种合金的数据做为一 个 记录 ， 记录长为 字节 ， 总 数据量 为 字节 ， 其记录格式为 数据项 名 字节数 数据含义 合 金 的表示式 关键字 溶质的 表示式 溶 质按原子数的表示式 日期 人 溶质的分解因数 ·

EPH 4 按不同温度区闯及按相的档数 CMMNT 100 数据依据的文献来源 PHA(n) 8 相 H(n) 8 超额焓 SE(n) 8 超额熵 T1(n) 8 下限温度 T2(n) 8 上限温度 CONC(n) 8 浓度范围 其中n≥5 2.3数据管理系统 文件1，文件2中的数据是经过再三选择的，能满足用户的-般要求。METHEDAS 允许用户根据自己的愿望修改数据。插入新数据后，再调用应用程序库中的计算程序进 行计算。为此必须提供工作区间，临时存放从文件1、文件2中检索出的数据，并在该空 间中进行数据的修改、插入、删除。这个空间在本系统中叫临时文件。与文件1相对应 的是临时文件1，与文件2相对应的是临时文件2。而文件1、文件2则是永久性文件。 数据管理系统的基本任务是：对二个永久性文件和二个临时文件以记录为单位进行 检索、修改、插入和删除。 TSS MODE BATCH MODE GET FILE GENERATION FRAMEI 图2数据管理系统的摇图 DATA SORT DEL Fig.2 The block diagram DATA LOAD REPL of data management system FILE COPY PURGE MOD ADD LMS 文件生成，数据分类、数据装载、文件复制等都是脱机的，相互独立的程序模块。 它们的功能如下： 文件生成：定义文件、指定记录长、关键字、做成主索引和次索引。 数据分类：把已穿在卡片或软盘上的数据按元素名（关键字）分类。 数据装载：把已分好类的数据存入文件中。 文件复制：把文件上的数据复制到磁带上，当文件受到破坏时用它恢复文件。 GET,FRAMEI,DEL,REPL,PURGE,MOD,ADD,LMS直接受控于监控系统。它 们处于同一级中，而又相互独立地完成各种功能。 GET,按用户指定的关键字在数据库中查找，查到的记录按一定格式打印输出。 ADD,在临时文件1、临时文件2中加人新记录。数据是通过人机对话从终端输入 4·

按不 同温度 区间及按相的档数 数据 依据的文献来源 相 超额烩 超额嫡 下限温度 上 限温度 〔 浓度 范围 其 中 之 数据 管理 系统 文 件 ， 文 件 中的数据是 经过再三选 择的 ， 能满足 用户 的一般要 求 。 允许用户根 据 自己的愿 望修改 数据 。 插人新 数据后 ， 再 调 用 应 用程 序库 中的计算程 序进 行计算 。 为 此必须提供工作 区 间 ， 临时存 放从文 件 、 文 件 中检素 出的 数据 ， 并 在该 空 间中进行数据 的修 改 、 插人 、 删 除 。 这个空 间在本系 统 中叫临时文件 。 与 文 件 相对应 的是 临时文 件 ， 与文 件 相 对应的是临时文 件 。 而文 件 、 文 件 则是 永久性文件 。 数据管理系统的基 本任务是 对二 个永久性文 件 和二个临时文 件以记录为单位进行 检索 、 修改 、 插入和删 除 。 啊 一 一 一 一 一 一 一 尸 一 一 一 一 一 下 图 数 据 管理 系统的 框图 坦 匕二鲜缪生 匕 巴 乌 另 文 件生成 ， 数据分 类 、 数据装载 、 文件 复制等都是 脱机的 ， 相互独立的程序模块 。 它们的功 能如下 文件生成 定义文 件 、 指定记录长 、 关 键字 、 做成主索 引和次索 引 。 数据分类 把 已穿在卡 片或 软盘上的数据 按元素 名 关键 字 分类 。 数据装 载 把 已分好类的数据存 人文 件 中 。 文 件复制 把文件上的数据复制 到磁带上 ， 当文 件受 到破坏 时用 它恢复文件 。 ， ， ， ， ， ， ， 直接受 控 于监控系统 。 它 们处 于 同一级 中 ， 而又 相互独立地完成各种功 能 。 按用户指定的关键字在数据库 中查找 ， 查 到的记录按一定格式打 印输出 。 在临时文 件 、 临时文件 中加人新记录 。 数据是通 过人机对话从终端输人

的。 MOD,对临时文件中的记录进行修改。 DEL:按用户指定的关键字在临时文件中删除记录。 LMS:把临时文件中所有的记录列表输出。 PURGE:按用户指定的关键字在永久性文件中删除记录。 REPL:把临时文件中的数据，复位可永久性文件中，利用REPL可达到对永久性： 文件修改、插人的目的FRAMEI,ADD,MOD,DEL,LMS,PURGE,REPL都做为ME- THEDAS的命令提供给系统管理员或用户使用。它们都采取人机对话方式对文件进行检 素、删、增、改等必要的操作。这种操作方式方便、灵活，适合在系统运行时对少量的 数据随机进行处理。而文件1、文件2的初始装载数据量太大，故采用批处理方式。 2.4应用程序库 应用程序库是集中存放计算程序的地方，图3是应用程序库的框图。REACTION, THERDYN,DELTA,HTBAL,EQUICOMP,EQUIFIL,PHASDIA,BINARY都是热力学 方面的计算程序。在METHEDAS中它们都做为命令提供给用户使用，方便而简单。不 具备计算机知识的用户也可使用各条命令。各计算程序的功能如下： THERDYN:对无机化合物在不同温度下计算热力学性质。 REACTION:配平化学反应方程式。 DELTA:计算化学反应的自由焓的变化、熵的变化、热焓的变化，热容的变化及 平衡常数。 HTBAL:求化学反应产物的理论燃烧温度。 EQUICOMP:找出平衡化合物，计算多元多相化学反应的平衡组成。 PHADIA:绘制优势区相图。 BINARY:绘制二元系合金相图。 'IHERDYN REACT ION DELTA HTBAL☐ 图3应用程序库框图 EQUICOMP Fig.3 The application program library EQUIFIL PHASDIA BINARY 从程序设计的角度看，由于该应用程序采用自上向下的设计方式，使其具备结构化 的特点.THERDYN,REACTION,DELTA,HTBAL,EQUICOMP,EQVIFIL,PHASDIA, BINARY分别做成模块，直接受控于监控系统，它们处于同一级，相互独立。其中任 何一模块出现故障无碍整个系统的正常运行。当METHEDAS.根据专业要求需要扩充功 。5·

的 。 对临时文件 中的记录进 行修改 。 按用户指定的关键字在临时文件 中删除记录 。 把 临时文件 中所 有的记录 列表输 出 。 按用户指定的关键字在永久性文 件 中删 除记录 。 彻右时文 件 中的数据 ， 复位 回永久性文件 中 ， 利 用 可达 到 对 永久性 文件修改 、 擂人 的 目的 。 ， ， ， ， ， ， 都做 为 的命令提供给系统管理 员或 用 户使用 。 它们都采 取人机对话方式 对文件进行检 索 、 删 、 增 、 改 等必 要的 操作 。 这种操 作方式方便 、 灵活 ， 适合在系统运 行时对少 量的 数据随机进行处理 。 而文 件 、 文件 的 初始装载数据量太大 ， 故采 用批处理方式 。 应 用程 序库 应用 程序库是 集 中存放计算程 序的地 方 。 图 是 应 用程序库的框 图 。 ， ， ， ， ， ， ， 都是热力学 方面的计算 程序 。 在 卜它 们都 做 为命 令提供 给 用 户使 用 ， 方便 而简单 。 不 具 备计算机知识的 用户也 可使用 各 条命 令 。 各计算 程序的功 能如下 对无机化合物在不 同温度 下计算热力学性质 。 配 平化学反应方程式 。 计 算化学反应的 自由烩的变化 、 墒的 变 化 、 热烩的 变化 ， 热容的变化及 平衡常数 。 求 化 学反 应产 物的理论燃烧 温度 。 找 出平衡 化合 物 ， 计算多元 多相化学反 应的 平衡 组成 。 绘制优势区相 图 。 绘制二 元 系合金 相 图 。 厂一 一 一 ‘ 一 下 一 一 一 下 又 之一 刊 州 口 图 应用 程序库 框图 主 从程序设计的 角度看 ， 由于该应用程 序采 用 自上 向下的 设计方式 ， 使其具 备结构化 的特点 。 ， ， ， ， ， ， ， 分别做成模块 ， 直接受控 于监控系统 ， 它们处于 同一 级 ， 相互 独 立 。 其中任 何一模块 出现 故障无碍整个系统的正 常运行 。 当 根据 专 业要 求需要 扩充功

能时，增加若干个功能模块也是容易实现的。 2.5监控系统和系统文件 监控系统是METHEDAS的最外层，它协调整个系统正常工作。如图4所示。 START PROGRAM INIT MNTR TXTDEC CS1 DATA MANAGEMENT SYSTEM APPLICATION PROGRAM LIBRARY ZUWSG 图4监控系统 Fig.4 The monitor system 起始程序(START PROGRAM):从系统文件中读出一系列控制信息，核实用户 的合法权及级别。 NIT:把临时文件初始化提供给用户使用。 MNTR:协调各部分之间的联系，按用户命令的要求调用数据管理系统和应用程序 库中的功能模块。 TXTDEC:解析字母、数字、符号串的通用了程序。在本系统中做为解析用户命令 的工具。 CSI:解析用户命令，指出错误命令的错误性质。 ZUWSG:把用户命令所提供的参数按规定位置装填到命令参数表中，以备在计算 过程中查用。 监控系统为完成监视、协调、控制工作需要一系列的控制信息。如：METHEDAS 的用户命令名表，参数格式控制字，参数类型控制字，命令与参数搭配的控制字表，参 数数据允许最大长度，在命令参数表中被指定的位置等等。这一系列的信息被组织成系 统文件，与数据文件一样存贮在数据库中。需要时监控系统从系统文件中读出这些信 息，借助于这些信息的帮助监控系统才能完成监视，控制、协调的任务，保证METH- EDAS正常工作。 3 METHEDAS在计算机中是如何工作的 用户使用METHEDAS一般有如下几个步骤： (1)用户从终端投入一个过程名，启动METHEDAS,申请使用METHEDAS, (2)监控系统审查用户的合法权和用户的级别，对通过者系统回答：“WELCO ME TO USE METHEDAS”, (3)用户从终端投入命令： (4)监控系统解析用户命令，把命令中的参数装填到命令参数表中，根据命今令名 称调用不同的功能模块： (5)执行功能模块，完成数据处理或计算任务，执行完毕后返回监控系统。系统 回答，“COMMAND,PLEASE!”示意用户继续投入命令， ·6*

能时 ， 增加若干 个功 能模块也是 容易实现的 。 监 控系统和系 统文件 监控系统是 的最外层 ， 它协调 整个系统正常工作 。 如 图 所示 。 图 监 控 系统 。 起始程 序 从系统文 件 中读 出一系 列控 制信息 ， 核实 用 户 的合法权及级别 。 把临时文 件初始化提供给 用户 使 用 。 协调 各部分之 间的联 系 ， 按用 户命令的要 求调 用数据管理系统和应用程序 库 中的功 能模块 。 解析字母 、 数字 、 符号 串的通 用 了程 序 。 在本系统 中做 为解析用户命令 的工具 。 解析用户命 令 ， 指 出错 误命令的错 误性 质 。 把用 户命 令所提供的 参数 按规 定位 置装填到命令参 数表 中 ， 以备在计算 过程 中查用 。 监控 系统 为完成 监视 、 协调 、 控制工作需要一 系列的控制 信息 。 如 的用户命令名 表 ， 参数格式控制 字 ， 参 数类型控制 字 ， 命 令与参数搭配的 控制 字表 ， 参 数数据允许最大 长度 ， 在命令参数表 中被指定的位置等等 。 这一系列 的信息被组 织成 系 统文 件 ， 与数据文件一样存贮在数据库 中 。 需要 时监控系统从 系统文 件 中 读 出 这些 信 息 ， 借助 于这 些 信息的帮助监控 系统 才能完成 监 视 ， 控制 、 协调 的 任务 ， 保证 正常工作 。 在计算机中是如何工作的 用 户 使用 一般有如下 几个步骤 用户从终 端 投入一个 过 程 名 ， 启动 ， 申请使 用 人 ， 监控 系统审查用户 的合 法权和 用户 的 级别 ， 对 通 过者系统 回答 “ ， ， 用 户从终端 投人命 令 监控 系统解析用 户命令 ， 把命令 中的 参数装填到命 令参数表 中 ， 根 据命令名 称调用不 同的功 能模块 执行功 能模块 ， 完成 数据处理或计算任务 ， 执行 完毕后返 回监控系统 。 系统 回答 “ ， ” 示意用户继续 投人命令 ， 尽

(6)用户继续使用METHEDAS,投入新命令，重复3、4、5步骤。 (7)完成任务后，用户投入END命令，结束使用METHEDAS。 METHEDAS是一个治金热力学方面的计算机应用软件。它有20条用户命令的接口， (第一期工程完成12条命令，第二期工程完成6条命令)4兆字节数据，到第二期工程 完成，整个系统约用15000条FORTRANIV语句。在我国计算机装备的现实情况下，它 便于移植、推广。把数据库中的数据和应用程序库中的应用程序改造成其它专业的数据 和计算程序，便可建成其它专业的数据库应用系统。因此，尽管它是治金热力学专用数 据库应用系统，对建立其它专业的计算机应用软件，在系统构成，数据处理、程序编制 等方面都能起到借鉴作用。 。7·

用户继续使用 ， 投入新命令 ， 重 复 、 、 步骤 。 完成任务 后 ， 用户 投入 命令 ， 结束使用 。 是一个冶金热力学方面的计算机应用软件 。 它有 条用户命令的接 口 ， 第一期工程完成 始条命令 ， 第二期工程 完成 条命令 兆字节数据 ， 到第二期工程 完成 ， 整个系统约 用 条 语句 。 在我国计算机装备 的现实情况下 ， 它 便于移植 、 推广 。 把数据库 中的数据和应用程 序库 中的应 用程序改造成 其它专业的数据 和计算程 序 ， 便可建成 其它专业 的数据库应用系统 。 因此 ， 尽管它是冶金 热力 学专用 数 据库应用系统 ， 对建 立其它专业的计算机应用软 件 ， 在系统构 成 ， 数据处理 、 程序编制 等方面都能起到借鉴作用