Реферат: Информатика
ТЕКСТОВЫЕ ПРОЦЕССОРЫ
1. Виды текстов.
Все современныевычислительные машины имеют пакеты прикладных программ. На автоматизированныхрабочих местах пользователей происходит централизация пакетов и их интеграция.
Интеграция ППП требует отпользователя достаточно высокой квалификации. Многие пакеты содержат не толькоприкладные проги, но и имеют встроенные средства разработки приложений.
Изначально все ВМ создавалисьдля автоматизации вычислителей. Однако в настоящее время доля чистых вычислениймала — 9-10%, а остальное время уходит для обработки специфических видовинформации. Доля обработки текстов, справок — 20% — для обработки графики.
Для обработки специфическойинформации (текстовой, графической, рисунков, фотографий) современныеклассические структуры ЭВМ подходят плохо. Только в последних разработках CPUPentium MMX включены 57 новых команд для обработки специальной информации.
Суть команд: большой операцией можно обрабатывать большоеколичество точек находящихся на экране.
Программное обеспечениесвязанное с обработкой текстов получило название текстовых процессоров.
С каждым текстом связаныопределенные особенности.
Текст — документ.
С понятием документасвязано 4 аспекта:
1 аспект — содержательный, предполагает ясность и точностьизложения, лаконизм достоверность информации, ее полнота, своевременность.
2 аспект — изобразительный (как выглядит документ). Визуальноевпечатление от документа, какие средства использованы, шрифт, стиль, рубрикациядокумента.
3 аспект — операционный (какие средства использованы дляподготовки документа)
4 аспект — внутримашинный (способ обработки и хранения). Онпоказывает, какая память нужна для обработки документа, какие средства должныпривлекаться для работы документа.
Различают следующие видыдокументов:
1. Прозаический (от справки)
2. Табличный (символы)
3. Программный текст (длязаписи различных программ). Исторически этот тип появился первым.
Практически любые ПППсодержат собственные средства для разработки собственные прог. Например:турбо-паскаль, турбо-си.
4. Поэтический (четверостишьяи т.д.)
5. Графический (нетопределяющих символов, а поле экрана предоставляется в определенной яркости ицветности). Каждая точка 16 цветов. Наиболее простые текстовые процессорывместо графики используют псевдографику (для построения таблиц и т.д.).
6. Формульный текст (наличиестрок, подстрок). Имеются верхние и нижние индексы.
7. Шаблонный
8. Смешанный (включающийлюбые сочетания из перечисленных).
2. Классификация текстовыхпроцессоров.
В зависимости отиспользуемого программного обеспечения пользователь имеет дело с различнымитекстовыми редакторами. Все они различаются своими возможностями ииспользуемыми средствами.
В порядке нарастания ихмощности:
1. Самые простые — встроенныйредактор ДОС (F6 + ctrl Z) позволяет работать только с одной строчкой.
2. Встроенный редактор Norton,до 32 кб (позволяет обрабатывать до 20 страниц).
3. Редакторы компьютерных прог(турбо-паскаль, турбо-си).
4. Общепользовательскиередакторы (Word, Lexicon,Multedit (только тексты), Wordstar).
5. Редакторы научныхдокументов, использующихся для записи формул Unveditor, Chiwriter, Rt-chk.
6. Редакторы издательскихсистем. Имеют большой спектр для разработки издательских документов большойсложности (Word (самая маломощная), Page Marker, Ventura Publisher.
Размещение текстов постранице — верстка.
7. Корректоры текстов(исправляющие ошибки).
Спеллеры — средства дляобнаружения ошибок, воспроизведение текста. Orfo.
Перекодировщики текстов. Винтернете существует 4 различных кодировки текста.
3. Основные операции.
Любой текстовый процессордолжен содержать следующие процедуры:
— процедуры набора и вводатекста
— редактирование текста
— печати документов
— ведение архивов
1 символ — 1 байт
256 различных комбинаций
Кроме стандартов имеютсясимволы управляющие печатью. Управляющие символы включают в действиеопределенные проги.
Нажатие на enter,означает то, что в стандартном буфере данных, рассчитанном на 80 символов,закончить заполнение буфера на данной позиции. Содержимое буфера поместить воперативную память, затем очистить. Буфер и курсор поместить в начало буферадля заполнения.
4. Тенденции развития.
4.1. Понятие гипертекста.
В настоящее время большоеколичество текстовых документов оседает в хранилищах автоматизированных данных,например в интернете. Организация хранилища, выборки и обработки текстовыхдокументов предполагает их формализацию. При этом эта формализация несколькоскрыта от пользователя.
Формализация в процессепоиска осущест. сл. обр.
1. Выявляются признаки, покоторым мы будем осуществлять поиск необходимых документов. В количестве такихдокументов берутся ключевые слова.
Обычно в качестве ключевыхслов рассматривают корни основных терминов + суффиксы.
Кроме ключевых слов каждаяотрасль оперирует ключевыми понятиями. Это группы слов или определенныезначения известных слов.
Словарь ключевых понятийназывается “тезаурус”. В пространстве ключевых понятий каждый документ образуетсвоеобразный вектор. Вес каждого понятия определяется частотой его повторения вдокументе. Для поиска необходимых документов составляется поисковый образ,вектор которого показывает какой документ нам требуется.
Пример: А=16 (1), 27 (3),195 (4), 327 (1), 592 (3).
16 — 16 слово
(1) — встречается 1 раз
Предположим, что в документеД1 — 16 (2), 82 (3), 195 (2), 327 (2), 984 (2).
16 слово — 2 разряда
Белый шум — это выдача ложных сообщений на поисковый образ.
Чтобы ослабить влияниебелого шума используется обратная связь. Обратная связь пользователей, вкоторой он дает свое отношение к результатам поиска позволяет усилить илиослабить веса отдельных составляющих вектора, что позволит в большей степениучесть интересы пользователей и усилить эффект работы системы.
4.1. Ключевые словав документе позволяют провести нелинейную организацию текста. При этом поискданных и их обработка осуществляется ассоциативно.
В интернете существует язык HTML- позволяет описывать ключевые слова в гипер-тексе.
4.1.2. Продуктымультимедиа предполагают дополнениегипертекста звуковыми и видео эффектами, что усиливает психологическое иэмоциональное воздействие на человека. Считается, что 70% информации человекпринимает через органы зрения, 20% через органы слуха, смысловой канал — 8%.
Все продукты мультимедиазатрагивают в основном программное обеспечение ЭВМ, однако количественноевоспроизведение звуковых и видеоэффектов накладывает требования и натехнические средства. Продукты мультимедиа находят свое применение винтерактивных видеодисках (игры). Мультимедиа — различныетренажеры (летчики), обучающие среды, изучение различных новых технологий.
Широкое распространениепродуктов мультимедиа ожидается через 2-3 года. К этому времени весь машинныйпарк и его программное обеспечение перейдут на 32-х разрядные приложения. Этипродукты позволяют воспроизводить виртуальную реальность. Ожидается, что вбудущем продукты мультимедиа будут заменяться продуктами “гипермедиа”, т.е.методы обработки гипертекстов будут расширены и на нетекстовые виды информации.
ПАКЕТЫ ПРОГРАММ ДЛЯРАЗРАБОТКИ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ
1. Виды АСУ.
АСУ отличаются отавтоматических СУ тем, что в качестве объекта управления используетсяиспользуются не машины, а люди. АСУ начали развиваться 30 лет назад.Математическая база этого управления создавалась в течение 15-20 лет.
АСУ:
— со сложным технологическимпроцессом (управление или выплавка стали, добыча угля)
Признаки АСУ:
1. Управление машинами имеханизмами
2. Передача информации в видеэлектрических сигналов
— АС ОрганизационногоУправления
Признаки АСОУ:
1. Управление людьми
2. Информация передается ввиде документов стандартной или нестандартной формы.
Роль человека в АСУ:
1. Постановка целей, задач икритериев управления.
2. Внесение творческогоэлемента в производственные процессы.
3. Окончательный отборвырабатываемых систем и решений и придания им юридической силы.
4. Снабжение системынедостающей информацией. Автоматизация либо невозможна, либо нецелесообразна.
Основной эффект любой АСУдостигается за счет полноты своевременности и оптимальности принимаемыхрешений.
2. Обобщенная схемаприменения ЭВМ в АСУ.
В любой АСУ вся необходимаядля управления информация должна накапливаться в памяти АСУ.
В качестве побочного эффектаэто уравнение позволяет ликвидировать любые организационные несогласованности.Функционирование АСУ достигается экономией труда без снижения качества труда.
3. Принцип построенияинформационной базы.
Информационную базу образуютданные 2 массивов:
— массивы нормативного
— массивы текущего объектауправления
Эти данные создаютинформационную модель объекта управления.
Как и другая модель она неможет полностью соответствовать реальному объему управления. Организацияопределенной базы должна отвечать целому ряду требований:
1. Принцип автоматизациидокументооборота. Автоматизация документооборота имеет целью уменьшитьизбыточность в информационной базе и хранить информацию.
2. Принцип единства информационнойбазы. Все данные используются без дублирования для решения всех информационныхзадач.
3. Гибкость информационнойбазы. Она постоянно должна развиваться и вширь и вглубь. Иметь возможностьмодифицироваться и адаптироваться.
4. Информационная база вобязательном порядке должна обеспечиваться специальным ПО, которое должнозатрагивать ОС, библиотеки или хранилища данных и рабочие массивы.
Информационная базасостоящая из этих массивов не очень удобна для решения информационных задач.
Для улучшения работыиспользуются индексные массивы, упорядоченные по какому-то признаку. Онипозволяют ускорить обработку в десятки, а то и сотни раз.
5. Развитие базы может иметьзаблаговременное, либо постепенное развитие. Обычно в начале АСУ создается потиповому варианту, а затем осуществляет дальнейшее наращивание за счетавтоматизации задач управления.
6. Принцип комплексностизадач управления и рабочих прог.
7. Принцип специализации илисистемной ориентации. Принцип затрагивает разработку вспомогательных прог,обеспечивающих работу экономисто-…
8. Принцип оптимизацииввода-вывода информации. Крупные информационные базы хранят громадные массивыинформации. Обновление информации — очень трудоемкий процесс, чреватыйпоявлением ошибок — одна из причин появления неверных данных. Поэтому при вводеи модификации информации, информация вводится не целиком, а только изменениями.
9. Принцип совмещения этаповподготовки документов (первичного материального финансового учета) сформированием машинного документа. Эта операция (совмещения) позволяет откат,со временем вернуться и исправить ошибку.
10. Принцип согласованностипропускных способностей отдельных от частей системы.
Организация информационнойбазы предполагает централизацию в хранении информации. Однако это не означает,что необходимо обеспечивать централизованную обработку этой информации.Появление сетей приводит к децентрализации обработки. Например: в сетяхклиент-сервер.
1. Место и роль табличныхпроцессоров.
Все экономисты (80-90%) работаютс фотографическими документами, которые предоставляют собой двумерные таблицы,каждое поле которых несет определяющую характеристику объекта управления.Характеристики могут быть количественными и качественными. В отличие от чистотекстовых документов, в фотографических документах стандартизируется формадокументов, а значит и стандартные виды обработки информации. Здесь болеепростые методы поиска, языки запросов и более естественные методы обработки.
Табличный процессор — пакет прог, предназначенный для обработкиэлектронной копии двумерных документов стандартного вида.
Однако электронные таблицыстандартного вида позволяют исключить дублирование информационных потоков.
1 область Табличныйкалькулятор — когда нужно обрабатывать данные по формуле.
2 область Обработкапервичных данных в регламентном режиме. Поэтому целесообразно на каждую формулуразрабатывать шаблон. Различные заполнения данными приводит к формированиюконкретного документа.
3 область применения — длямоделирования результатов принятых решений. Применение табличного процессорапозволяет найти оптимальный вариант.
4 область Деловая графика.
5 область Созданиеспециальных прог обработки информации, что позволяет отделить среду обработкиинформации от прог и использовать проги автономно.
Среди всех табличныхпроцессоров пакет Excelимеет следующие отличительные особенности:
1) Обилие функциональныхвозможностей по представлению текста, данных и их обработки.
2) Дружественность интерфейса(система связи человек-машина), а именно:
— панель инструментов
— продуманное меню
— использование горячихклавиш
3) Интеграрованность пакета сродственными пакетами (Word,Access, презентации и т.д.).
4) Встроенная системапрограммирования (Visual Basicfor Applications).
5) Более глубокойавтоматизации вычислений:
а) цепочка зависимостей можетбыть сколь угодно длинной
б) значение ячейки можетповлиять на значение других ячеек, что позволяет строить параллельныевычисления
в) цепочки вычислений могутбыть циклическими
г) при вычислениях могутиспользоваться разветвления, т.е. вычисления могут нести условный характер,могут быть многовариантными
д) вычисления могут бытьочень сложными и использовать не только арифметические формулы, но и встроенныефункции (например: функции для работы с датами)
Стандартизация формдокументов обрабатываемых табличными процессорами предлагает и стандартизациюпроцедур разработки этих документов. Поэтому работа с Excel состоит изследующих этапов или комбинаций этих этапов:
1) Создание шаблона этихдокументов. Шаблон включает создание заголовка документов, обозначение строк истолбцов.
2) Введение символов
3) Сохранение шаблона дляпоследующей работы
2. Редактирование шаблоновпри необходимости:
— введение новых столбцов истрое
— удаление ненужных
— формирования отдельныхполей и т.д.
3. Ввод данных в таблицы
4. Ввод необходимых формул ифункций
5. Подготовка таблиц к печати
6. Печать таблиц срезультатами расчетов
7. Построение графиков ипечать этих графиков
1. Принципы построения иработы с СУБД.
Табличные процессорыявлялись предшественниками СУБД. Они получили свое развитие в 1980-1982гг.Примерно к 1985г. Определились основные недостатки табличных процессоров.Пример: ориентация на стандартные формы документов не позволила ликвидироватьизбыточность в хранящихся данных. Безизбыточное хранение больших массивовинформации АСУ предполагает их структурирование. Структурирование — введениесоглашений о способах представления данных. В структурировании информации вомногом схожи с гипертекстовой разметкой. Хранилище данных предполагаетснабжение системы специальным ПО, которое включает в свой состав следующиедокументы:
— математическое обеспечение
— лингвистическое обеспечение(языки + трансляторы)
— информационное обеспечение
— методическое обеспечение
— организационное обеспечение
Организация данныхпредполагает их упорядочение и размещение. Задачей информационного обеспеченияявляется удовлетворение информационных требований пользователей.
База данных — совокупность взаимосвязанных данных совместно хранящихся во внешней памяти.
СУБД — языковые и программные средства, предназначенные для создания и использованияБД с помощью прикладных прог.
Администратор БД — лицо или группа лиц предназначенных для управления процессами хранения иобработки информации. Основная функция администратора — разработка структурыхранилища данных и взаимосвязи.
Основные функцииуправления БД:
1) сокращение избыточностиинформации
2) хранение и целостность
3) разграничение доступа
4) независимостьпредставления данных об интересах пользователей
2. Логические структурыБД.
БД могут иметь различнуюорганизацию.
Физическая организация — размещение конкретных видов информации на определенных носителях.
Логическая организацияданных предполагает создание моделей, т.е. создание моделей или формального…данных.
Модель данных определяет:состав данных, типы данных, связи данных. Модель данных описывается на языкеописания данных. Исторически сложилось, что модели данных могут быть 3-х типов:
— историческая
— сетевая
— реляционная модель (болеераспространенная)
Каждая ячейка — элементтаблицы. Связь таблиц устанавливается через однородные данные.
1. Предпосылки развитиявычислительных систем и вычислительных сетей.
Электронно-вычислительнаятехника является самой динамично развивающейся областью в науке и практике.Каждые 2 года появляются новые типы CPU, а каждые 5 лет — удвоениескорости работы вычислителей. Побудительным мотивом развития средств ЭВТявляются противоречие между всевозрастающими требованиями пользователей ивозможностью производства. На достаточно коротком промежутке времениотличающегося стабильностью элементной базы остается справедливым квадратичныйзакон стоимости от производительности.
Достигнуть требуемых характеристикв вычислительной технике путем построения вычислительных систем, у которыхзависимость не квадратичная а линейная. Вычислительные системы требуюткомплексированности или соединения программных модулей между собой.
Основными причинами развитияВС является экономическая. Эффект от вычислительных систем заключается вследующем:
1. Увеличение необходимойнадежности — дополнительно комплексированные средства позволят обеспечиватьработоспособность системы, даже если часть этих средств откажет в работе.
2. Повышенный уровеньдостоверности.
3. Увеличение количества икачества услуг, предъявляемых пользователем.
Кроме этих основныхпреимуществ в вычислительных системах имеется дополнительные и именноулучшается использование оборудования и прог. Улучшается техническаяэксплуатация и ПО. При организации систем можно вести централизованноеобслуживание техники и ПО, т.е. уменьшить численность обслуживающего персоналаи повысить квалификацию.
При построении ВС необходиморуководствоваться следующими принципами:
1. Должна обеспечиватьсямодульность структуры как технических, так и программных средств.
2. Принцип типизации,стандартизации, унификации.
3. Иерархии управления прифункционировании аппаратно-программного комплекса.
4. Обеспечение различныхрежимов работы.
5. Система должна сохранитьспособность к самоорганизации, адаптации.
2. Квалификациявычислительных систем.
В настоящее время существуеттысячи ВС. Для того, чтобы разобраться в их возможностях, необходима ихквалификация по мелким признакам.
1 уровень квалификацииучитывает расстояние между некомплексируемыми модулями. Сосредоточение ВСпредполагает расположение вычислительных модулей в непосредственной близостидруг от друга. Передача информации между модулями осуществляется с помощьюпростейших связей. Расстояние между модулями можно увеличить до нескольких сотметров, если использовать экранизированные (коаксиальные) кабели (в оплетке).*Обычным кабелем можно соединить PCне более 10-15м.
В распределенных системахрасстояние между модулями может быть очень велико (км). Поэтому для связимодуля используется каналообразующая аппаратура — преобразование сигналов ипередача их по специальным каналам связи.
ВС могут быть многомашиннымии многопроцессорными. В многомашинных системах каждая машина работает подуправлением собственной ОС. Подключенные к ней другие машины рассматриваются ОСкак специализированные внешние устройства. В многопроцессорных системахкоординация работ CPU осуществляется общей ОС. Кроме того, все CPUимеют общую RAM. Кроме этих признаков классификации рассматриваются иболее мелкие:
1. По числу комплексированныхЭВМ или CPU.
2. По однотипностикомплексированных элементов.
3. По степени территориальнойобобщенности.
4. По методам управленияразличают централизованное и децентрализованное управление. Централизованноелучше используется в простых.
5. По структурным признакам(могут иметь свою иерархию). Чаще всего рассматривают топологические признаки.
6. По принципу закрепленияфункции различают:
— с жестким распределениемфункции
— с плавающим распределениемфункции управления
7. По временным режимамработы.
3. Комплексированность исовместимость в ВС.
Связь модулей в системупотребует, чтобы объединенные модули были совместимы. Понятие совместимостивключает 3 аспекта:
1. Аппаратурнуюсовместимость.
2. Программную совместимость.
3. Информационнуюсовместимость.
1. Аппаратурнаясовместимость предполагаетстандартизацию и унификацию связей. Понятие связи включает и стандартизациюкабельных соединений их разъемов, алгоритмов взаимодействия (последовательностьсигналов), стандартизацию электрических сигналов.
2. Программнаясовместимость зависит от однородностии однотипности комплексированных средств. Если комплексированные средстваоднотипные, то программные средства полные. Если комплексированные средства неоднородные, не одновременные, то такие системы совместимы по принципу “снизувверх” (386-Pentium). Если комплексируется однотипная аппаратура, то обменисходными модулями с последующей трансляцией их после обмена.
3. Информационнаясовместимость. Она предполагает, чтопередаваемые информации одинаково интерпретируются объектами, т.е. должны бытьстандартизованы алфавиты, разрядность, форматы, структура, разновидность и т.д.
4. Взаимодействие комплексированных ЭВМ CPU можетпроизводиться по различным уровням. Различают логические и физические уровни.
Логические уровни:
5 логических уровнейкомплексирования:
Логические уровни объединяютсредства комплексирования, имеющие общие принципы управления и работы.
1 уровень — уровенькомплексирования CPU. Передача информации идет через систему прямогоуправления.
CPU — инициатор обмена — должен… через интерфейс…команду “прямое чтение” или “прямая запись”. Другой CPU, получив этопрерывание, отвечает противоположной командой. После этого передается байтданных. Каждый байт 8 разрядов (0-255). Содержимое байта играет роль сигнала — приказа.
Этот канал непредназначается для передачи больших информационных массивов, т.к. процессывзаимодействия на каждый байт предостанавливают работу обоих CPU.
2 уровень. Общаяоперативная память.
Она формируется изоперативной памяти комплексированных ЭВМ. В количестве устройства напряженияиспользуется коммутатор. Этот уровень является наиболее предпочтительным извсех. Однако его реализация встречает трудности.
ООП является ядромклассической структуры. Абонентами которых являются все каналы икомплексируемые CPU, т.е. память является своеобразной системой массовогообслуживания. При этом создаваться различные конфликты. Для их разрешениянеобходимо предусматривать буферные зоны — создания в них очереди, обслуживаниеочереди и т.д. Поэтому в настоящее время многопроцессорные системы позволяюткомплексировать не более 2-х, 4-х CPU. Не существует эффективных коммутаторовООП.
3 логический уровень.Является основным при комплексировании ЭВМ. Согласователь скоростей или адаптерканал-канал работает по принципу.
Канал — инициатор обмена передает очередной байт на регистр обмена и взводит флажок — канал получатель считывает этот флажок, что является сигналом на установкуследующего байта. число передаваемых байтов подсчитывается счетчиком. Скоростьпередачи данных — 1-10мбит/сек. Достоинством уровня является то, что передачаданных между каналом осуществляется параллельными вычислениями CPU, не меньшеим.
4 — уровень управлениявнешними устройствами. Осуществляетсячерез групповые устройства управления, или контроллеры, которые позволяютуправлять сразу несколькими накопителями. В количестве средства комплексированияздесь используется встроенные двухканальные переключатели. Для исключенияконфликтных ситуаций на этом уровне используются команды управления ипереключателя. “Зарезервировать и освободить”. Канал, выигравший состязание,резервирует контроллер за собой до полного окончания работ с требуемымнакопителем. После команды “освободить” устройство становится доступным кдругим каналам.
5 уровень. Уровень общихколичественных устройств.Используется крайне редко, только для управления дорогостоящих универсальныхаппаратур. Все внешние устройства являются устройствами точной механики, азначит они менее…, чем чисто электронные устройства. Поэтому лучшеиспользовать 4-й уровень комплексирования, который позволяет управлять группойустройств, а не отдельным устройством.
Многопроцессорные системысоздаются на 2-ом логическом уровне. Многомашинные системы создаются прикомплексировании на 1, 3, 4 и 5 рядах.
На практике стараютсякомбинировать уровни, что позволит создавать более гибкие системы оперативногообмена. На каждом логическом уровне может быть несколько логических устройств,на физическом — число устройств может быть иным.
Разделение физических илогических уровней позволяет обеспечить независимость разработки прог отконкретной аппаратурной реализации системы.
Стыковка логических ифизических уровней обеспечивается:
а) при установке и генерацииОС
б) по указаниям оператора вначале вычислительного процесса
в) директивами пользователемразмещаемыми в проге
Перечисленные 5 уровнейимеют аналоги и в ПЭВМ:
1 уровень в ПЭВМ.Реализуются системы прерывания относящиеся к классу внешних
2 уровень. Общаяоперативная память реализуется только в серверах. Наиболее распространенныесерверы с двумя, четырьмя CPUPentium. Имеются разработки, включающиедо 10 CPU на общее поле RAM.
3 уровень. Полностьюсоответствует каналам прямого доступа к памяти, при котором передача данныхмежду памятью и внешним устройством осуществляется параллельно вычислением в CPU.
4 уровень. Уровеньуправления.
5. Многомашинныекомплексы.
Все ВС имеют истоки — этомногопрограммные комплексы.
Принцип.
Коммутатор — это электронное устройство, позволяющее соединитьобъекты между собой. В положении ключа или 1 или 3, одна ЭВМ является основной,другая — вспомогательной. Вспомогательная может находиться на профилактике,либо заниматься не основными, а второстепенными вычислениями — так наз. резерв.В случае выхода из строя основного ЭВМ, другая ЭВМ ее замещает. Это режимповышенной надежности. В положении ключа 2 обе машины могут решать одну и ту жеважную задачу.
6. Многопроцессорные ВС.
Для многопроцессорныхявляется общая ОП, поэтому для управления многопроцессорной ВС является общаяОС, которая имеет сложные встроенные программные средства. ООП призвана обслуживатьне только n CPU, но также все подключенные каналы и специализированные внешниеустройства (таймеры, CPU прямого доступа и др.) ООП становится системоймассового обслуживания, поскольку при работе возможны различные конфликты.Разрешение конфликтов может привести к появлению очередей запросов и ихпоследующей разгрузке, поэтому на практике отсутствует МВС, имеющее большоечисло комплексированных CPU. Обычно комплексируют не более 2-4 CPU. Вкачестве средств комплексирования используют следующие:
1. Количество конфликтовуменьшается пропорционально количеству комплексированных CPU.
2. Уменьшение количестваобращений к памяти за счет использования сверхоперативной памяти. Каждый CPUимеет свою кэш память. Однако этот способ не позволяет полностью уменьшитьконфликты, поскольку возникает новая проблема: как синхронизировать содержимоеэталона и копии.
3. Средством решенияпротиворечия. Организация многоходовой памяти. Любая память имеет адрес, вход ивыход информации. ООП делается многоблочной. Каждый блок имеет собственный входи выход. ОС закрепляет отдельные блоки за отдельными CPU, что даетпреимущества — все блоки могут работать параллельно. Этот вариант являетсяразвитием 2 варианта. Этот вариант находит применение в серверах сети, когдакаждый CPU сервера обслуживает свое подмножество клиентов.
4. ООП может комплектоватьсяразличного рода коммутаторами. При больших значения N и Kкоммутаторы становятся очень громоздки, потребляют большую мощность,техническое обслуживание затрудняется. При значениях N и K =15-20 коммутатор становится приличных размеров и потребляет большую мощность.На практике часто используют не централизованный коммутатор, а распределенныйкоммутатор, т.е. слои распределяют либо по CPU, либо поблокам памяти.
7. ВС на базе CPU.
7.1. Введение.
С появлением CPUпоявились новые возможности для построения специфических структур ВС. CPUимеет 30-летнюю историю развития. До настоящего времени структуры ВС в основномвоспроизводились в суперЭВМ. Наибольшее применение ВС нашли в суперЭВМ типа Gray — I, II, III.
Cyber — 205, 305… (CDC).
ВС в этих суперЭВМкомбинировали в определенных соотношениях векторную и конвейерную обработку.Опыт построения этих систем показал, что все суперЭВМ являются по существуспециализированными вычислителями, чем больше быстродействие они обеспечивают,тем уже становился класс алгоритма, которые они эффективно обрабатывают.Универсальных структур ЭВМ не существует. Эффективной структурой ВС следуетсчитать ту, у которой структура в наибольшей степени соответствует (или можетбыть подстроена) под структуру задач, решаемых на этой системе.
Виды программного параллелизма Аппаратно-программные средства 1. Отдельные фазы команд Множественный поток Команд Отдельный поток Данных ОКОД МКОД 2. Отдельные команды и операторы ОКОД МКОД 3. Циклы и операции ОКМД 4. Отдельные проги и подпроги МКМД 5. Отдельные ветви вычислений или части задания 6. Независимые задания7.2. ОКОД
Применение CPUпозволяет использовать модификацию классических структур ЭВМ. Архитектура ОКОД(одномашинные или однопроцессорные позволяет строить виды структур:
— RISC — CPU — структура с ограниченной системой команд
— VLIW — CPU — структурас очень длинным кодом
В настоящее время основнымвидом CPU считается Pentium 2. Эти CPU относятся к RISC CPU у которых состав командочень небольшой и соответствует операциям типа алгебраического сложения. Всесложные команды выполняются в виде подпрог.
RISC — набор команд очень небольшой. Они позволяютуменьшить время выполнения команд, а значит увеличить частоту работы конвейеракоманд. При этом число обращений к ОЗУ сокращается.
Все CPU типа Pentium имеюточень длинное командное слово. Буфер команд CPU имеет цельюобеспечить более полную загрузку CPU. При этом появляется возможность параллельновыполнять несколько команд не связанных общими данными. Например сложение ипересылка 2-х операндов с одного места на другое. CPU Pentiumпозволяет снизить негативное влияние операций типа IF при которыхприходится перезагружать конвейер команд. Т.е. в CPU типа Pentiumимеется возможность предсказания переходов с последующим отбрасыванием ветвей.Это предсказание позволяет сократить количество срывов в конвейере привыполнении команд.
7.3. ОКМД
Успехи в микроэлектроникепозволяют использовать целые матрицы CPU, работающих по одной и той же проге сразными данными. Такие структуры эффективны при векторной и матричнойобработке. Каждый CPU имеет связи с соседним CPU. Однакоэффективная работа подобных схем возможна только на матричных и векторныхзадачах. В подобных структурах очень тяжело обеспечить загрузку аппаратуры,поскольку отсутствует теория параллельного программирования. Поэтому даннаяструктура находит ограниченное применение.
Структуры ОКМД могут бытьреализованы в CPU исполнении в виде сопроцессоров для больших ЭВМ.Например, в серверах сети эти структуры могут обслуживать большие хранилищаинформации, повышая производительность и скорость обработки данных. В ПЭВМпоявление таких сопроцессоров маловероятно.
7.4. Структуры МКОД.
МКОД — это структурытипа конвейер
Структуры этого типа не нашлибольшого применения в ВС. Это обусловлено тем, что обычно все ЭВМ (CPU)универсальны в своей основе. Поэтому нет необходимости обеспечивать конвейернуюобработку. Кроме того программный принцип управления не дает возможностьорганизовать эфф длинные конвейеры. Обычно считается, что линейный участокпроги не превышает 7-10 (15) команд. После этих команд конвейерперезапускается.
Как вариант можнорассматривать многофункциональную обработку в существующих ЭВМ:
а) во всех современных ЭВМимеется совмещение операции при которой организуется II-ная работаотдельных блоков (выборка команды, выборка операндов и т.д.)
б) как вариант конвейераможно рассматривать II-ную обработку центрального CPU ЭВМ исопроцессора.
в) конвейер мы находим всуперЭВМ, когда обеспечивается подпитка информации в кэш-памяти в память команди в память данных.
г) в сетях ЭВМ возможна II-наяработа нескольких клиентов с одной центральной БД. Но эта дисциплинаобслуживания больше относится к структуре МКМД.
7.5. МКМД
Наиболее интересным видомявляется МКМД. Эта структур дает множество структур. Обычно эти структурыразличают по степени связанности: сильносвязанные и слабосвязанные.
Архитектура МКМД в самомпростом варианте предполагает наличие нескольких автономных вычислителей,каждый из которых работает с собственным потоком заданий. Такая структураувеличивает производительность системы, очень проста по построению иуправлению.
Более интересны структуры укоторых информационные потоки ветвятся образуя II-ные ветви.
Если вычислители находятся внепосредственной близости друг от друга, то они сильно связаны. Интенсивностьпередачи информации в таких системах может быть очень высокой и осуществлятьсянебольшими порциями.
Симметричные структуры могутотноситься к архитектуре ОКМД, где в узлах матрицы CPU находятсяотдельные микропроцессоры, способные передавать своим соседям отдельные байтыили слова информации.
Симметричные структурыстроятся их однотипных элементов, что упрощает построение и управлениеструктурой в целом. Однако обеспечить полную загрузку подобных структурпрактически не удается. Для этого отсутствуют методы программирования и языкипрограммирования. Кроме того, очень тяжело обеспечить передачу данных между CPU,не являющимися соседними. А значит класс эффективно решаемых задач резкосужается.
Подобные системы не могутнайти очень широкого распространения. Их удел — только специальные видывычислений, т.е. векторы и матрицы.
SMP — структуры- это системы, подключенные к CPU к ООП.
Это мультипроцессирование сразделением памяти.
Появление мощных CPUтипа Pentium привело к появлению многопроцессорных систем на ихоснове. На общей шине ОП можно комплексировать 2, 4 и до 10 CPU.
Однако увеличение числакомплексируемых CPU приводит к появлению большого количество конфликтов.Поэтому в ПЭВМ таких систем не ожидается, а такие системы могут встречатьсятолько при построении серверов сети. Каждый сервер управляет своей группойклиентов; поскольку интересы пользователей различны, то появление конфликтовмаловероятно. CPU ведут обработку параллельно, не мешая друг другу.
1. Системы массовогопараллелизма MPP.
В них предполагается менееинтенсивное взаимодействие комплексируемых CPU или ЭВМ. Здесь вычислители более автономны, поэтому ихвзаимодействие предполагает передачу и прог и данных. Частота обмена небольшая.
Различают:
MPP — системы массового параллелизма (этомногопроцессорные)
сети — они многомашинные
MPP предполагаюткомплексирование десятков, сотен и даже тысяч CPUрасположенных в непосредственной близости друг от друга (в пределах корпусаодной большой ЭВМ).
Все CPU-ные элементысвязаны друг с другом единой коммутационной средой. Здесь возникают проблемыаналогичные симметричным структурам, но на новой технологической основе.
Основные отличия:
— обмен данными идет неединичными данными, а целыми пакетами, т.е. прогами и обеспечивающими ихданными.
Данный принцип обмена несоответствует принципам программного управления классических ЭВМ.
Передача пакетами большесоответствует принципу построения потоковых машин (управляемых потокамиданных).
Принцип построения подобныхмашин на последних двух лекциях.
Этот подход позволяетстроить системы с громадной производительностью и реализовывать проекты слюбыми видами параллелизма.
В пределе можнореализовывать систематические вычисления.
Режим работы CPUв системах.
В вычислительных системахможет иметь место 3 вида режимов:
1. Режим “ведущий-ведомый”
2. Симметрическая илиоднородная обработка во всех CPU
3. Раздельная независимаяработа CPU по обработке задания
1. Этот режим может бытьреализован в любой ПЭВМ. В пакете NC в меню link мы можеторганизовать связь двух CPU: один ведущий (“master”) ипериферийный
2. Она наиболее сложная.Предполагает построение очень сложной ОС. Под действием этой ОС все CPUвыполняют одну и ту же прогу, но у командного CPU свои данные.
3. Она обычно осуществляетсяпод управлением собственной ОС. Общая ОС является небольшой надстройкой этихавтономных систем.
1. Предпосылки появления иразвития ВСт.
Вычислительная сеть — это система взаимосвязанных и распределенных ЭВМ, ориентированных наколлективное использование общественных ресурсов. В качестве ресурсов сетииспользуются аппаратные, программные и информационные объекты.
Цель создания — это обеспечение удобного и надежного доступа пользователей к ресурсам.
Сети позволяют решить 2проблемы:
1. Неограниченный доступпользователей к ЭВМ независимо от территориального расположения.
2. Возможность оперативногоперемещения больших массивов информации для использования.
В сетях ЭВМ все машины могутработать автономно. Они могут автоматически связываться друг с другом подуправлением ОС сети.
Для построения сети используетсясистема передачи данных и каналообразующая аппаратура, относящаяся к 4-мууровню комплексирования:
— каналы связи
— мультиплексеры
— модемы
— адаптеры
Преимущества:
1. Параллельная обработкаданных
2. Возможность созданияраспределенных БД
3. Возможность обменабольшими объемами информации
4. Коллективное использованиересурсов
5. Гораздо больший переченьуслуг
6. Повышение эффективностиприменения ЭВМ и ВТ
7. Оперативноеперераспределение мощности и резервов
8. Сокращение расходов на приобретениеи эксплуатацию технических и программных средств
9. Облегчение работ посовершенствованию сети
2. Классификация сетей
В настоящее время сетиразвиваются очень бурно, поэтому любая классификация старее очень быстро.
Сети — этодостаточно сложные системы, и необходимо использовать временные классификациидля их изучения.
Более важные признакиклассификации:
1. Признак территориальнойрассосредоточенности. Различают:
— Глобальные сети:
машины могут быть разнесенына 1000 км при этом используются сложные системы передачи данных
— Региональные:
Промышленные города илигруппа городов (подмосковье). Машины разнесены на десятки км. Для передачиданных — телефонная сеть.
— Локальные сети:
машины удалены на 10-100метров в качестве сети выступают провода
2. По функциональнойпринадлежности сети различают:
— Информационные:
история сетей назначения ксозданию
— Вычислительные:
наличие вычислительных сетейпередача сигналов информации
— Информационно-вычислительные:
стали появляться чистоинформационные сети (военные)
Увеличение роли передачиинформации привело к усложнению ОС. В настоящее время операционные системы сетипозволяют решать следующие задачи:
1. Удаленный ввод, выводзаданий.
2. Передача файлов между ЭВМ.
3. Доступ к удаленным файлам.
4. Работа с распределеннымибанками данных.
5. Одновременная передачатекстовых и речевых данных.
6. Получение всевозможныхсправок о наличии ресурсов.
7. Защита данных и ресурсовот несанкционированных действий.
8. Распределение и обработкаинформации на нескольких ЭВМ.
3. Информационный признак.
Различают сети:
— с централизованными банкамиданных
— с распределенными банкамиданных
— с локальными банками данных
4. Структурный признак.
5 признак. По способууправления ресурсами сети. Различают:
— системы с жесткимуправлением
— сети с распределеннымуправлением
— сети со смешаннымуправлением
Все простейшие сети имеютцентрализованное управление. Они являются более простыми и дешевыми. По мереразвития появляется необходимость децентрализации управления.
6 признак. По методампередачи данных в сетях. Различают 4 вида:
1. Передача данных повыделенным каналам связи
2. Связь с коммутациейканалов
3. Связь с коммутациейсообщений
4. Связь с коммутациейпакетов сообщений
3. Структурывычислительных сетей.
Любая вычислительная сетьвключает в себя в обязательном порядке три атрибута:
1. Базовые системы передачиданных СПД
2. Сеть ЭВМ
3. Абонентская сеть(клиентская сеть)
Обычно это сложившаясятелефонная сеть или радиосеть УКиС. К этой сети подключается вычислительнаямашина достаточно мощного класса. Большие ЭВМ сети обслуживают большиехранилища информации и проводит крупномасштабные вычисления. Кроме больших ЭВМимеются средние предназначения для управления ресурсами и клиентами. Этисредние ЭВМ сети называются серверами сети.
В последнее время ЭВМсвязываются друг с другом не только через УК, но и УКиС; оборудованныекоммуникационными системами. Эти коммуникационные машины являютсяспециализированными. Применение коммуникационных машин позволяет увеличитьэффективность систем передачи данных.
Каждая ЭВМ имеет развитуюабонентскую сеть. В настоящее время каждый абонент связан с сетью через ПК.Развитие сетей предполагает, что абонентская аппаратура должна быть оченьдешевой, что это должен быть сетевой компьютер.
Эти три компонента позволяютформировать самые различные структуры сетей. Для того, чтобы изучать сети,лучше пользоваться понятием архитектура сети.
Архитектура сети включаетв себя:
— логическую
— аппаратурную
— программную структуры
3.1. Логическая структура.
Рассмотрение логическойструктуры необходимо при решении задач исследовании.
Задачи исследования бывают2-х видов: задачи анализа и задачи синтеза.
Логические структуры сетипредполагает выделение следующих фрагментов:
— вычислительной машины
— выделение главнойуправляющей машины
— выделение вспомогательноймашины
— коммуникационных
— территориальногооборудования
Реальные структуры сетиможет отличаться от логической. В одной ЭВМ сети могут быть сосредоточеныфункции вычислительной машины главной управляющей машины и коммутационноймашины.
3.2. Аппаратурнаяструктура.
Из всех возможных структураппаратурных структур наибольший интерес представляет топологическая структура.
Топологические структурымогут быть следующих видов:
1. Звездная
Системы этого типа широкораспространены и как правило разработка любой сети начинается с этой топологии.
Достоинства этойструктуры:
— уменьшение каналов связи
— простота построения иуправления
— возможность использованияперспективных методов передачи данных
— малые расходы напроектирование сети
Недостатки:
— большая уязвимость сети
— отсутствие резервных путейдля доступа к сети
— увеличение задержек приперегрузках центральных ЭВМ
Обычно звездная топология стечением времени перерастает в иерархическую или своеобразную топологию, что внаибольшей степени отличает от сложившихся систем управления.
2. Распределенная,децентрализованная топология.
Вычислительная сеть получаетсяпутем связи ЭВМ линиями.
Достоинства:
— увеличивается надежностьфункционирования за счет путей доступа к ресурсам
— улучшение доступа кресурсам, если они дублированы на каких-то машинах
— усложнение сети за счетувеличения каналов связи
3. Кольцевая структура
Образуется путем соединенияиз каналов связи кольцевых ЭВМ, эта структура наиболее надежна, на наиболеедорогостоящая. В современных сетях можно найти элементы всех перечисленныхструктур.
3.3. Программнаяструктура.
Взаимосвязь вычислительныхмашин в сетях осуществляется автоматически по мере необходимости. Взаимосвязьидет между пользовательскими программами. Для каждого пользователя эта связьидет напрямую друг с другом. Процедуры связи между машинами очень сложны. Онивключают в себя иерархию процедур взаимодействия. Функции каждого уровня внастоящее время стандартизированы Международным комитетом стандартов.
Уровни:
— пользовательский
— представление данных
— сеансовый
— транспортный
— сетевой
— управление информационнымканалом
— физический канал
Набор процедур каждого слояназывается протоколом.
Семиуровневая системапрограммного обеспечения позволяет связать любую физическую аппаратуру дажеразноплатформенную. Все физические различия аппаратуры учитываются программнымикомпонентами сети. Горизонтальные связи между элементами показывают связьуровней напрямую. Совокупность семантических (смысловых) и синтаксических(грамматических) правил, определяющих работу устройств в процессе связиназываются протоколами. Все процедуры взаимодействия детализируютсяпрограммными компонентами в нижележащих и представляются в более общем видевышестоящих уровней.
1 уровень. Самый верхний — пользовательский или прикладнойуровень. Объединяет все правила взаимодействия программ пользователя.
2 уровень. Представления. отвечает за представление данных подлежащихпересылке.
3 уровень. Сеансовый. организует проведение сеанса связи между прикладнымипроцессами.
4 уровень. Транспортный. Управляет передачей данных от источника к адресату.Между 3 и 4 уровнями обычно производится складирование информации.
5 уровень. Сетевой. Отвечает за маршрутизацию, коммутацию и адресациюсообщений, после чего управляет потоками данных.
6 уровень. Уровеньуправления информационным каналом.Отвечает за подключение, поддержание и разъединение каналов связи.
7 уровень. Физическийуровень. Обеспечивает электрическое,механическое и функциональное подключение к каналам связи.
Все семиуровневые моделиотдельно располагаются коммуникационные машины, обеспечивающие сетевую службу(3 нижних уровня). Основу работы сетевой службы как правило составляет стандартX25-ISO. Все дальнейшие информационные и коммуникационныетехнологии используют протоколы этого стандарта в виде основы. Семиуровневаясистема протоколов позволяет строить так называемые открытые системы OSI.Это название отражает способность систем подключать любое аппаратурное ипрограммное оборудование не обязательно однотипное и одноплатформенное.
Операционная система сетиреализующая эту структуру была предложена 15 лет назад и принципы ее построениязаложены в ОС UNIX. Все современные существующие ОС (Windows NT, Netware) еще не дошли до UNIX.
4. Виды передачи данных всетях.
4 вида:
1. По выделенным каналамсвязи. В этом случае прокладывается канал связи между абонентами.Выделенные каналы связи позволяют построить сеть наиболее простую по управлениюи наиболее дорогую по затратам. Достоинством этого вида связи является передачасигналов в режиме реального времени. Однако коэффициент полезного действияэтого режима очень низок — 3-6%. Обеспечить занятость этого канала невозможно.В настоящее время выделенные каналы используются только в системах военногоназначения. Для крупных предприятий возможна установка собственного выделенногосервера, который обслуживает абонентов по выделенным каналам, но это оченьдорого. С развитием спутниковых каналов связи появляется возможностьорганизации выделенных каналов путем аренды.
4.2. Коммутация каналов.
Коммутация каналов пришла изтелефонной сети. При большом числе пунктов коммутации задача установлениясоединений является очень сложной и длительной. Достаточно одному тракту в сетибыть занято, приходиться вводить набор заново. После того как соединениесостоялось идет передача данных. КПД этого режима где-то порядка 10%.Повышенная эффективность связана с тем, что отдельные части маршрута послеосвобождения используются в других соединениях. Здесь возможен режим реальноговремени, но перегрузка в сети может препятствовать соединению. Достоинство:можно использовать телефонную сеть.
4.3. Коммутация сообщений.
Предполагает установлениесоединений и тут же передачу ее целиком. Снижает основной недостатокпредыдущего метода. Этот метод предполагает оснащение узлов коммуникационнымимашинами с развитой верхней памятью. Передача идет не в режиме реальноговремени, а по мере освобождения и готовности пунктов к приему данных. Времяпередачи может быть достаточно длинным, но загружаемость каналов связи болееполной. КПД — 30%.
Этот способ передачи данныхпозволяет довести КПД до 50%. Этот режим передачи данных является более гибким.Он позволяет передавать пакет сообщений одновременно по многим направлениямпараллельно, однако при этом возможно перемешивание сообщений в пакете, чтотребует дополнительных сортировок при восстановлении получаемого пакета. Крометого, этот метод допускает мультиплексирование за счет передачи на отдельныхучастках сообщений из разных исходных пакетов в один промежуточный пакет.
Передача данных в любом изрежимов осуществляется двумя режимами:
1 режим — дейтаграммный
2 режим — “виртуальный канал”
1 режим дейтагаммный.Предполагает, что все сообщения в пакетах не связаны друг с другом и передаютсякак независимые объекты. В результате этого каждое сообщение может идти кполучателю своим маршрутом. Получатель из принятых сообщений получает требуемыйпакет после сортировки по заголовкам, этот метод очень простой по реализации — в современных ЭВМ называют электронная почта, однако при передаче возможнапотеря отдельных фрагментов.
2 режим “виртуальныйканал” требует передачи данных в виде цепочки связанных в единый пакет.Порядок поступления сообщений строго регламентирован. Потери информациинедопустимы. Организация виртуального канала более сложная.
5. Маршрутизация.
При передаче данныхнаибольшие трудности вызывает прокладка маршрутов в сети связи. Выбороптимального маршрута является сложной научной и практической задачей. По сутиздесь нужно обеспечить минимальное время и минимальную стоимость передачи.Обычно эти параметры противоречивы. Прокладка маршрута с математической точкизрения представляет следующую задачу.
Маршрутизация (сетевойуровень).
Матрица смежности позволяетотыскивать оптимальные маршруты передачи данных. Умножение матрицы смежностиОна позволяет определить пункт приема данных через 2 матрицы, 3 и т.д. Матрицасмежности не учитывает различий между участниками сети. Если элементы сетирезко отличаются своими характеристиками, то вместо 1 и 0 в матрицу следуетвнести соответствующие веса этих элементов. При умножении матриц первая жеединица появившаяся в пункте получателя дает наиболее короткий маршрутдоставки. Эта информация, полученная математическим путем может использоватьсяпри предварительных выборах маршрута. При окончательном выборе следует учитыватьнагрузку в узлах сети, длины формируемых очередей и т.д. Нагрузка в сети или ееэлементов получила название “трафик”. При выборе маршрутов можно использоватьразличные методы маршрутизации.
Маршрутизация:
Простая:
— случайная
— лавинная
— по предыдущему опыту
Фиксированная:
— однопутевая
— многопутевая
Адаптивной:
— локальная
— распределенная
— централизованная
— адаптивная
Маршрутизация:
1. Простая. Предполагает, что маршруты не меняются, если меняютсятопология и состояние элементов сети.
1.1. Случайная. Предполагает, что вероятность выбора маршрута заранееопределена.
Например: AC=0,7 (70%), AB=0,3 (30%). При этоймаршрутизации пакет блуждает по сети с конечной вероятностью достигаетадресата.
1.2. Лавиннаямаршрутизация. Предполагает, что изпункта трансляции передача идет по всем направлениям одновременно ипараллельно, исключая то направление, из которого получили пакет. Обеспечиваетлишнее время доставки пакетов за счет ухудшения пропускных способностейканалов. Эта маршрутизация находит применение в системах специальногоназначения для передачи особо важной информации.
1.3. Маршрутизация попредыдущему опыту.
Выбор маршрута выбирается наоснове анализа потоков проходящих через узлы. При этом в заголовке сообщенийкроме адресов отправителей и получателей включаются адреса промежуточныхпунктов. Такая дисциплина обслуживания пакетов оправдана во многих случаях.Однако она плохо работает если отдельные участи повреждены, либо перегружены.
2. Фиксированнаямаршрутизация. Обычно выбираеткратчайший маршрут следования по матрице смежности или по таблице маршрута.Обычно фиксированная маршрутизация дает одну путевую схему. Как правило однапутевая схема должна содержать и дублирующие схемы, что приводит к многопутевоймаршрутизации. Фиксированная маршрутизация в основном применяется для сетей смалой загрузкой при сбалансированных потоках данных.
3. Адаптивнаямаршрутизация. Предполагает изменениемаршрута в зависимости от состояния сети. В идеале должна учитывать:
1. Полную топологию сети
2. Информацию о состояниисети
3. Длинных очередей пакетовпо каждому направлению сети
Поэтому на практикеадаптивная маршрутизация проводится не по полной информации, а по частичной.Состояние узлов сети учитывается только для соседей. Опрос соседей позволяетвыявить узел с минимальной очередью. Очень часто локальная маршрутизациясмыкается с фиксированной.
3.2. Распределеннаяадаптивная маршрутизация. Во многомпохожа на предыдущую только оценивается не длина очереди, а наименьшее времяпередачи. Обычно время доставки оценивается по топологии сети, а среднее времязадержки по элементу сети определяется как характеристика участка.
3.3. Централизованнаяадаптивная маршрутизация.Предполагает, что один из серверов сети отслеживает состояние всех узлов сети ина основе собранной информации прокладывается оптимальный маршрут исследования,но практически невозможно, поскольку информация о сети быстро стареет и крометого управление сетью может быть потеряно при отказе центра маршрутизации.
3.4. Гибридная(адаптивная) маршрутизация.Компенсирует недостатки локальной и централизованной маршрутизации.Основывается на использовании различных таблиц периодически рассылаемых центроммаршрутизации, учитывающих загрузку в зависимости от времени, сроков регламентаи т.д.
6. Защита информации всетях ЭВМ.
При передаче данных в сетиследует учитывать, что могут быть потери данных и искажение данных. Появляютсяпроблемы с обеспечением надежности функционирования сети и проблемы обеспечениядостоверности данных. Кроме этих задач решаемых в сети должна быть решеназащита данных от разрушения и несанкционированного использования.
Для защиты информации в сетииспользуются различные методы:
1. Контрольное суммирование.Контрольное суммирование позволяет установить факт искажения информации, но неуказывает фрагмента искажения данных.
2. Использование кодов. Коды “чет-нечет” предполагают снабжение фрагментовинформации контрольными разрядами. При передаче байта вводится 9-й разряд,который дополняет число передаваемых единиц байта до нечета. Дополнение до четаили нечета равносильно с точки зрения теории по использованию дополнения донечета. Это позволяет отличить обрыв лишь от передачи нулевой информации.
Контроль этого типа позволяетобнаруживать все нечетные ошибки. Контроль этого типа может использоваться идля исправления ошибок, однако нужно сделать несколько замен.
1. Коды исправляющие ошибкипредусматривают обнаружение факта ошибки.
2. Гипотезы о предполагаемыхошибках в сети должны соответствовать случайному характеру возникающих ошибок.В противном случае исправление ошибок противопоказано. Искаженную информациюможно сделать правдоподобной, но неверной, т.е. внести еще дополнительныеискажения.
Коды:
а) контрольное суммирование
б) чет/нечет
в) код Хемминга
1) принцип построения
2) пример кодирования
Все помехи исправляющие кодывключают в свой состав средства обнаружения ошибок и средства последующего ихисправления.
Код Хемминга строитсяв предположении, что коды передаваемых объектов должны быть разнесены нанесколько состояний. Силы кода Хемминга определяются кодовым состоянием:
Кодовое расстояние позволяетобнаруживать одиночные двойные ошибки, а исправлять только одиночные. Идеяисправления заключается в следующем: если при передаче символа А произошлаошибка, то мы попадаем в запрещенные ситуации а1, а2, из которых потом нетрудновернуться в состояние А.
Если в системе произошладвойная ошибка, то мы попадаем в состояние Z, находящеесяна ровном расстоянии A и B. Попытка исправить состояние Z может привестик получению правдоподобной, но неверной комбинации. Код Хемминга становитсяэффективным при передаче довольно длинных информационных последовательностей. Вэтом случае количество контрольных избыточных символов отнесенной к количествуинформационных символов становится незначительным.
Контрольные разряды в кодеХемминга занимают номера, равные степени двойки.
Приемник информации, получивданные подставляет значения битов приведенные уравнения и получает правильностьв приведении контрольных разрядов. Если искажений нет, то значение К1, К2, К3принимают значение = 0. В противном случае эти значения могут быть 1 и 0.Значение символов К1, К2 и К3 называется синдромом. Код синдрома указывает наместо искаженного сигнала.
Проверим:
Код синдрома указывает наномер пораженного разряда. Код Хемминга нашел широкое применение как припередаче информации по каналам связи, так и при передаче данных внутри машины.Этим кодом обычно кодируется информация, хранящаяся на магнитных лентах и в ОЗУ.Поскольку выборка информации из магнитных лент и из ОЗУ осуществляетсяпараллельным кодом, то разрядные шины, независимы друг от друга, а значитвероятность одиночной ошибки во много раз больше вероятности двойной ошибки, атем более во много раз больше вероятности тройной ошибки и т.д. А раз так, топрименение кода Хемминга в этих случаях становится оправданным.
1. Отличительныеособенности построения ЛВС.
Все вычислительные сетиделятся на глобальные и локальные, в которых компьютеры находятся в непосредственнойблизости друг от друга, в пределах одного здания. В локальной сети всекомпьютеры подключены к одному каналу передачи данных и не используютспецифической аппаратуры типа модуляторов или модемов. Построение локальнойсети определяется интересами фирмы. Общим является следующее:
Любая фирма имеет некотороеколичество компьютеров. По мере развития фирмы появляется необходимость в ихвзаимосвязи. Локальная сеть обеспечивает:
1. Разделение дорогостоящихресурсов (использование дорогих лазерных принтеров, графопостроителей(плоттеров), видеопроекторов и т.д.).
2. Разделение данных. Вразных фирмах создаются всевозможные информационные массивы: каталоги, базыданных и т.д. Все компьютеры могут обращаться к общим информационным ресурсам.
3. Разделение программныхсредств. Различные отделы фирмы могут пользоваться различными ППП. Любойкомпьютер фирмы может использовать любой из этих пакетов.
4. Разделение ресурсовпроцессоров. Для выполнения сложных расчетов целесообразно привлекать наиболеемощные компьютеры, которые будут обслуживать пользователей в многопрограммномрежиме.
5. Использованиемногопользовательских режимов. Одни отделы могут записывать данные в БД, адругие использовать их одновременно).
6. Использование электроннойпочты для улучшения документооборота.
В локальных сетях отраженыне все уровни открытых систем, основу ЛВС составляют протоколы нижних трехуровней:
— управление физическимканалом
— управление информационнымканалом
— управление доступом кканалу
Поскольку в ЛВС имеетсяединственный канал передачи данных, то сетевой уровень представлен достаточнослабо. Работа ЛВС основана на рекомендации X25 ISO. Внастоящее время любая ЛВС дополняется различным современными прогами.
ЛВС различаются по типам:
а) одноранговые ЛВС
б) ЛВС на основе сервера
В одноранговых сетях всекомпьютеры равноправны. Они имеют клиентское и диспетчерское ПО. Клиентское — для пользователей, а…
Сети на основе серверовимеют централизованное управление ресурсами, которое осуществляет сервер — наиболее мощный компьютер сети. Обычно в локальной сети все компьютерыназываются рабочими станциями. Во многих фирмах рабочие станции являютсябездисковыми. По мнению руководства этот вариант обеспечивает наилучшую защитуинформации и наиболее эффективную защиту оборудования.
По своему назначениюсерверы могут быть различных типов:
1. Файловый сервер. Выдаетфайлы или проги для работы клиентов.
2. Режим клиент-сервер.Сервер выполняет проги в интересах каких-либо клиентов.
3. Сервер приложений. Всеработы выполняются сервером, а пользователь имеет дело только с исходнымиданными и с результатом обработки.
4. Почтовый сервер,предназначенный для передачи информации.
Файловый сервер появилсяисторически первым. Предназначается для обеспечения клиентов определеннымипрогами и файлами. По запросам пользователей файловый сервер предоставляеткопии определенных программных компонентов. Поэтому сервер должен иметь мощныехранилища для этих всех требуемых прог. Работа файлового сервера во многомсоответствует централизованной диспетчеризации.
Архитектура клиент-сервер.Дальнейшее развитие информационных технологий привело к появлению архитектурыклиент-сервер, которая в наибольшей степени соответствует определеннойобработке. Как правило, такой обработки требуют мощные БД. По запросампользователей сервер не может дать клиенту копию всей БД. Как правилопользователю требуется только фрагмент БД, а не вся БД. Кроме того,параллельная обработка запросов пользователя может привести к конфликтам. Дляпредотвращения вынужденных простоев, сервер должен быть более интеллектуален,чем файловый и должен разделять услуги на клиентские и серверные части. Большуючасть работ сервер выполняет самостоятельно, а пользователю предоставляетрезультаты выполнения.
Данная архитектура являетсявесьма распространенной, особенно в корпоративных сетях (Intranet WAN — расширенные сети).
Эта архитектура все времяразвивается, причем развитие идет в 2-х направлениях:
1. Усиление мощи сервера содновременным ослаблением требований клиента. Это направление поддерживается большим количеством фирм. Эта частьфирм считает, что развитие сетевых технологий не требует оснащения клиентовдорогостоящими компьютерами, в крайнем случае сетевыми компьютерами.Большинству пользователей достаточно иметь сетевой компьютер, а именно: экранили TV, клавиатуру и телефон. Считается, что через 10 летвся бытовая электроника будет в одном приборе.
2. Развитие концепцииклиент-сеть, при которой каждыйсервер остается машиной среднего класса. Однако каждый сервер может даватьклиентам проги и т.д. (брать их не только с собственного, но и с соседнихсерверов). В этом случае сервер становится сервером приложений, когда любой видуслуг обеспечивается сервером сети, воспринимаемых пользователем как единое целое.
4. Почтовый сервер. Он предназначен для организации электронной почты “E-mail”.Опыт использования E-mail показывает, что он во много раз эффективнее обычнойпочты:
1) Удобство подготовкикорреспонденции
2) Увеличиваются скоростидоставки информации
Почтовые серверы имеютсистему почтовых ящиков. Наиболее мощные почтовые серверы получили названиефакс-серверы. Факсимильные сообщения содержат графические элементы (подпись,печать, графику и т.д.). Объемы этих сообщений во много раз превосходят объемытекстовых сообщений.
5. Коммуникационныйсервер. Обеспечивает вспомогательныефункции связи. Его назначение — прокладывать оптимальные маршруты для доставкикорреспонденции. Для этого сервер использует таблицы: контроль, состояние узловсети.
Технические средства.
Локальные сети имеют единыйканал доставки информации, к которому подключены все компьютеры. Поэтомупротоколы 3 и 4 уровня сетевого транспорта представлены достаточно слабо. Это взначительной степени упрощает и аппаратуру с помощью которой…
В качестве техническихсредств используют следующие:
1) Сетевые адаптеры,согласующие скорость работы общей шины компьютера со скорость работымоноканала.
2) Кабельные соединения.
3) Вспомогательные сетевые ипериферийные устройства.
Сетевые периферийныеустройства.
В сети могут бытьспециальные приборы:
— усилитель-формирователь
— концентраторы-устройства,объединяющие несколько низкоскоростных каналов связи на один среднескоростнойканал связи.
Организация построениямоноканала:
а) магистральный каналСуществует стандарт построения таких сетей Ethernet.
б) кольцевая структура
Ethernet и TokenRing являются наиболее распространенными.Отличительной особенностью этих структур является следующее:
В сети Ethernet каждый компьютер посылающий сообщение дожидается паузы и начинаетпередачу. Все остальные компьютеры “прослушивают сеть”.
В кольцевой структурепериодически (10000раз/сек) посылается маркер, и если после маркера идетпауза, каждый соседний читает маркер и далее после маркера читает сообщение.Компьютер которому адресовано сообщение снимет копию и в конце поставит:“сообщение принято”. Т.е. за счет усложнения процедуры передачи повышаетсянадежность доставки.
КАБЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
1. Витая пара
2. Коаксиальный кабель TV(тонкий и толстый)
3. Оптоволоконный кабель
Технические характеристикиэтих соединений:
1. Витая пара — 1Мбит/сек
2. Коаксиальный кабель 15Мбит/сек
3. Оптоволоконный кабель400Мбит/сек
Витая пара позволяетсоединять не более 7 компьютеров. Макс. длина 100м.
Коаксиальный кабель
— тонкий до 30 компьютеров
— толстый до 100 компьютеров
Оптоволоконный кабель макс.длина 50 км., через 2 км. должен стоять усилитель — формирователь.
Для организации моноканалаиспользуются двухпроводные линии связи.
1. Двухпроводные позволяютпередавать:
— симплексный (2-х проводной)только в одном направлении
— полудуплексные разделениешины во времени (в одно время передача, а в другое время — прием)
2. Четырехпроводные
— дуплексный — одновременнопередача и прием сообщения
Передача информации:
Особенности построения ОС.
ОПР определяются:
1. Задачами, решаемымифирмами
2. Спецификой аппаратуры ивидами их соединений
До сих пор ни одна изсуществующих сетей в полной мере не отвечает стандартам открытой систем. Внастоящее время существует более 1,5 десятков сетевых, операционных систем,однако среди лидеров по распространению следует рассматривать следующие типыОС:
1. Unix
2. Netware(Nowell)
3. Windows 3.11for workgroups
4. Windows NT длясети с сервером
Современное состояние ОСзнаменуется острой конкурентной борьбой фирм-изготовителей сетевых программныхпродуктов.
Unix системыимеют более чем 20 летнюю историю развития. Пользователи сети имели слабуюаппаратную обеспеченность (клавиатура и дисплей). Unix-подобныесистемы требовали обеспечения, совместной работы, разноплатформенных ЭВМ,совершенно несовместимых программных продуктов и работа со многими форматамиданных. Обычно 64 и более разрядов. Спецификация Unix-систем внастоящее время является для построения любых сетевых систем. С появлениемперсональных компьютеров и появлением вычислительных средств у клиентов многиеположения Unix-систем претерпели дальнейшее развитие.
2. Сетевая система Netware. Имеетболее чем 10-летнюю историю развития. В настоящее время более 70% пользователейиспользуют эту систему. Она отличается хорошей масштабируемостью, т.е. хорошейнаращиваемостью, надежностью, наличием систем защиты. Позволяет управлятьбольшим количеством приложений на разнотипной технике. Система можетобслуживать большое количество компьютеров.
Появилось большое количествофирм-изготовителей ПО.
Примерно 5 лет назадвключилась Microsoft Windows3.11 для локальной сети, а 2 года назадначалась разработка Windows NT. Она контролирует 30% рынка. На рубеже этого годаколичество поставок сравнялось. Для каждого ПК есть ДОС, который автоматизируетего работу. ОС сети.
В настоящее время борьба ОСидет по многим направлениям. Многие малые фирмы-изготовители стремятсяизбавиться от монополий за счет пересмотра основных сетевых позиций. Развитиесетевых технологий ослабляет требования к аппаратному оснащению клиента. Споявление языка “Java” возможно отпадет надобность в сложных ОС.
Любая ОС сети должна иметьсвои компоненты:
1. Низкоуровневые. ПО отвечаетза связь. Работа с различными драйверами. Драйверы — вспомогательные проги,управляющие техническими средствами.
2. Функции рабочей станции(позволяют сформировать запрос-сообщение).
3. Функции администраторасети.
а) API — протоколпоследовательного интерфейса
б) система адресации и связи- DNS
Пользователями ОС выступают3 группы специалистов:
1. Разовые пользователи “guest”,с ограниченными правами управления сети.
2. Сетевые операторы — технические консультанты, пользующиеся расширенными правами пользователя.
3. Сетевые администраторы(наблюдатели).
Функции:
1) Управление организацией
2) Контроль прав доступаданных
3) Управление счетами
4) Управление системами имени адресации
5) Управлениепроизводительностью
6) Восстановление системыпосле решения и сбоев
IPX отвечает за организацию связи между компонентамисети, а второй компонент NETX — разграничивает команды работы ПК и команды связи.
При этом сетевые командыочень похожи на внутренние и внешние команды ДОС.
slist — команда позволяет пользователю принять информацию осервере, который имеет доступ к пользователю
userlist — информация о клиентах
1. Перспективы развитияЭВМ.
В 1986 году Япония объявилао проекте создания машин 5 поколения. Осуществление этого проекта должно было к1995 году позволить Японии занять лидирующее место в производствевычислительной техники.
1 идея проекта: машины 5поколения должны были иметь встроенный искусственный интеллект.
2 идея: Япония будетвыпускать самые быстродействующие машины, примерно на 1-2 порядка быстрееамериканских и на 1-2 порядка дешевле.
В настоящее время машинсерийных образцов искусственного интеллекта не выпускается, однако идетобработка основных направлений. Ведущие направления Японии и Америки вступают ворганизацию этого проекта. Сформированы основные концепции или требования,которым должны отвечать структуры машин следующих направлений. Структура должнабыть трехуровневой:
Все элементы подобнойструктуры в настоящее время имеют прототипы, особенно 2-й уровень. По сути делавсе современные машины позволяют решать различные логические и вычислительныезадачи. Уровни 1 и 3 организуются фрагментарно.
Машины могут создаватьхранилища.
Операции по преобразованиюинформации 1 и 3 уровня неадекватны, не соответствуют программному принципууправления классической структуры ЭВМ. Например БД, имеющие миллионы имиллиарды записей работают слишком медленно и неэффективно. Поэтому в настоящеевремя машина подобной структуры не нашла еще реализации. Большие хранилищаданных в пределе должны перейти в базы знаний. Граница между данными и знаниямидостаточно размыта.
База знаний — БД дополненная правилами логического вывода, а набор правил логического выводаможет иметь следующую ступень, что на основе одного правила появляется другое.Для построения эффективной базы знаний нужны качественно новые вычислительныемашины, имеющие высокий параллелизм.