|
Ответы на билеты по экзамену ВМС и СТК в МЭСИ
№1. Основные тенденции развития ЭВМ (состав и
соотношение технических и программных средств,
быстродействие, память, интеллектуальность)
Существуют три глобальных области применения ЭВМ:
1. Автоматизация вычислений
2. Применение ЭВМ в автоматизированных системах
управления.
Новое направление потребовало изменение классической
структуры фон Неймана.
Нужно было дополнительно автоматизировать сбор
информации и распределение результатов. ЭВМ стали
подключать к каналам связи запаралелевались процессы
передачи и обработки информации. Появилась
многогопрограмность, средства изменения времени, системы
прерываний и приоритетов.
3. Применение ЭВМ в личных целях для упрощения и
сокращения рабочего времени.
4. Решение задач искусственного интеллекта
С процессом развития человечества выдвигаются постепенно
новые и новые вычислительные задачи ( которые включают не
только расчетные задачи), соответственно возрастает
требование к ЭВМ Улучшения ее характеристик таких как
память, быстродействие, интеллектуальность. Последнее
особенно востребовано в больших автоматизированных
системах управления. В настоящее время интеллектуальность
реализуется путем использования совершенных программных
средств. Постоянно возрастает повышенное требование к
увеличению объема хранения информации. Современные
программные средства требуют большого места как в
оперативной памяти так и большого места на постоянных
носителях информации. Тенденции развития ЭВМ возрастают
с каждым годом. Прогресс развития ЭВМ, особенно в
последние 10 лет, идет очень быстрыми этапами. За последние
два года типы процессоров сменяются каждый полгода,
увеличивается их производительность. Соответственно
меняются объемы носителей информацию Буквально 1,5 года
назад 3 гигабайта на жестких дисках считалась довольно
внушительной цифрой, но сейчас эта цифра очень мала, т.к на
смену приходят носители с размером от 15 до 25 гигабайт.
Цены на различны компоненты да и на сами ЭВМ в сборе
соответственно падают с разработкой более новых
конфигураций. С такой скоростью прогресса производители
программного обеспечения просто не поспевают и порой,
программное обеспечение отстает от прогресса технических
средств. Крупная корпорация Интел в последнее время стала
задумываться, а не снизить ли темпы разработок новых
поколений процессоров, до того как производители ПО
догонят в полной мере технические средства.
№2 Классификация средств ЭВТ (понятие машинного
парка, соотношение типов ЭВМ)
Для различных типов задач нужна соответственно и различная
вычислительная техника. Поэтому рынок компьютеров
постоянно имеет широкую градацию классов и моделей ЭВМ.
Фирмы-производители средств ВТ очень внимательно
отслеживают состояние рынка ЭВМ. Они не просто кон-
статируют отдельные факты и тенденции, а стремятся активно
воздействовать на них и опережать потребности потребителей.
Так, например, фирма IBM, выпускающая примерно 80%
мирового машинного «парка», в настоящее время выпускает в
основном четыре класса компьютеров, перекрывая ими
широкий класс задач пользователей.
- СуперЭВМ для решения крупномасштабных
вычислительных задач, для обслуживания крупнейших
информационных банков данных (150-200 штук).
- Большие ЭВМ для комплектования ведомственных,
территориальных и региональных вычислительных центров.
(2500)
- Средние ЭВМ широкого назначения для управления -
сложными технологическими производственными процессами.
ЭВМ этого типа могут использоваться и для управления
распределенной обработкой информации в качестве сетевых
серверов. (25000)
- Персональные и профессиональные ЭВМ, позволяющие
удовлетворять индивидуальные потребности пользователей.
На базе этого класса ЭВМ строятся автоматизированные
рабочие места (АРМ) для специалистов различного уровня.
(миллионы)
- Также в последнее время появилось понятие как сетевой
компьютер. Он может иметь небольшое быстродействие. Но
принцип вычислений строится на передачи данных по сети
вычислительному компьютеру и получение уже готовых
результатов.
Понятие машинного парка можно определить как
совукупность различных типов ЭВМ внутри отдельного
взятого комплекса (например страны).
№3 Обобщенная структура ЭВМ. Состав и назначение
устройств. Принцип работы.
Основным принципом построения всех современных ЭВМ
является программное управление. В основе его лежит
представление алгоритма решения любой задачи в виде
программы вычислений.
Классическая структура ЭВМ полностью соответствует
последовательному методу выполнения команд программы и
состоит из
В любой ЭВМ имеются устройства ввода информации (УВв),
с помощью которых пользователи вводят в ЭВМ программы
решаемых задач и данные к ним.
При вычислении программа выполняет последовательность
операций :
Устройство управления расшифровывает очередную команду
и настраивает АЛУ на выполнение операции. Одновременно
определяются адреса операндов, которые вызываются в АЛУ
для обработки.
Таким образом команда за командой обрабатываются
программы. Результат обработки через ОЗУ отсылается в
Увыв (с целью фиксации и представлению пользователю)
Выполнение каждой команды осуществляется в несколько
этапов:
- Формирование адреса
- Выборка из памяти команды
- Расшифровка и выборка операндов
- Выполнение операций
- Отсылка результатов
За каждый этап отвечает определенный блок. Все
современные машины имеют совмещение операций, при
котором все блоки работают параллельно, одновременно.
При использования файла в вычислительном процессе его
содержимое переноситься в ОЗУ. Затем программная
информация команда за командой считывается в устройство
управления (УУ). Устройство управления предназначается
для автоматического выполнения программ путем
принудительной координации всех остальных устройств ЭВМ.
АЛУ выполняет арифметические и логические операции над
данными. Оно каждый раз перенастраивается на выполнение
очередной операции. Результаты выполнения отдельных
операций сохраняются для последующего использования на
одном из регистров АЛУ или записываются в память. Потом
результаты вычислений подаются на устройства вывода
информации(дисплей, принтер и т.д.)
В последующем сильно связанные устройства АЛУ и УУ
получили название процессор, т.е. устройство для обработки
данных. Совмещение операций позволяет значительно
повесить быстродействие.
Такой конвейер характерен для линейных участков
программы. Команды ветвления (условного и безусловного
переходов) прерывают конвейер, снижается быстродействие.
В машинах Pentium для ликвидации разрывов используются
блоки предсказания ветвлений и запуска двух конвейеров с
последующем отсечением одного из них.
В реальных вычислениях линейные участки программ
занимают 10-30 команд.
№4. Эволюция структур вычислительных машин. Кризис
классической структуры ЭВМ.
Уже в первых ЭВМ для увеличения их производительности
широко применялось совмещение операций. При этом
последовательные фазы выполнения отдельных команд
программы (формирование адресов операндов, выборка
операндов, выполнение операции, отсылка результата)
выполнялись отдельными функциональными блоками. В своей
работе они образовывали своеобразный конвейер, а их
параллельная работа позволяла обрабатывать различные фазы
целого блока команд. Этот принцип получил дальнейшее
развитие в ЭВМ следующих поколений. Но все же первые
ЭВМ имели очень сильную централизацию управления,
единые стандарты форматов команд и данных, «жесткое»
построение циклов выполнения отдельных операций, что во
многом объясняется ограниченными возможностями
используемой в них элементной базы. Центральное УУ
обслуживало не только вычислительные операции, но и
операции ввода-вывода, пересылок данных между ЗУ и др. Все
это позволяло в какой-то степени упростить аппаратуру ЭВМ,
но сильно сдерживало рост их производительности.
В ЭВМ третьего поколения произошло усложнение структуры
за счет разделения процессов ввода-вывода информации и ее
обработки
Сильно связанные устройства АЛУ и УУ получили название
процессор, т.е. устройство, предназначенное для обработки
данных. В схеме ЭВМ появились также дополнительные
устройства, которые имели названия: процессоры ввода-
вывода, устройства управления обменом информацией, каналы
ввода-вывода (КВВ). Последнее название получило
наибольшее распространение применительно к большим ЭВМ.
Здесь наметилась тенденция к децентрализации управления и
параллельной работе отдельных устройств, что позволило
резко повысить быстродействие ЭВМ в целом.
Среди каналов ввода-вывода выделяли мультиплексные
каналы, способные обслуживать большое количество
медленно работающих устройств ввода-вывода (УВВ), и
селекторные каналы, обслуживающие в многоканальных
режимах скоростные внешние запоминающие устройства
(ВЗУ).
В персональных ЭВМ, относящихся к ЭВМ четвертого
поколения, произошло дальнейшее изменение структуры (см
рис.). Они унаследовали ее от мини-ЭВМ.
Соединение всех устройств в единую машину
обеспечивается с помощью общей шины, представляющей
собой линии передачи данных, адресов, сигналов управления и
питания. Единая система аппаратурных соединений
значительно упростила структуру, сделав ее еще более
децентрализованной. Все передачи данных по шине
осуществляются под управлением сервисных программ.
Ядро ПЭВМ образуют процессор и основная память
(ОП), состоящая из оперативной памяти и постоянного
запоминающего устройства (ПЗУ). ПЗУ предназначается для
записи и постоянного хранения наиболее часто используемых
программ управления. Подключение всех внешних устройств
(ВнУ), дисплея, клавиатуры, внешних ЗУ и других
обеспечивается через соответствующие адаптеры -
соглосователи скоростей работы сопрягаемых устройств или
контроллеры - специальные устройства управления
периферийной аппаратурой. Контроллеры в ПЭВМ играют
роль каналов ввода-вывода. В качестве особых устройств
следует выделить таймер - устройство измерения времени и
контроллер прямого доступа к памяти (КПД) - устройство,
обеспечивающее доступ к ОП, минуя процессор.
Способ формирования структуры ПЭВМ является
достаточно логичным и естественным стандартом для данного
класса ЭВМ.
Децентрализация построения и управления вызвала к жизни
такие элементы, которые являются общим стандартом
структур современных ЭВМ: модульность построения,
магистральность, иерархия управления.
Как видно из полувековой истории развития ЭВТ дала не
очень широкий спектр основных структур ЭВМ. Все
приведенные структуры не выходят за пределы класической
структуры фон Неймана. Их объединяют след. традиционные
признаки:
• ядро ЭВМ образует процессор - единственный
вычислитель в структуре, дополненный каналами обмена
информацией и памятью.
• линейная организация ячеек всех видов памяти
фиксированного размера;
• одноуровневая адресация ячеек памяти, стирающая
различия между всеми типами информации;
• внутренний машинный язык низкого уровня, при
котором команды содержат элементарные операции
преобразования простых операндов;
• последовательное централизованное управление
вычислениями;
• достаточно примитивные возможности устройств
ввода-вывода. Несмотря на все достигнутые успехи,
классическая структура ЭВМ не обеспечивает возможностей
дальнейшего увеличения производительности. Наметился
кризис, обусловленный рядом существенных недостатков:
• плохо развитые средства обработки нечисловых
данных (структуры, символы, предложения, графические
образы, звук, очень большие массивы данных и др.);
• несоответствие машинных операций операторам
языков высокого уровня;
• примитивная организация памяти ЭВМ;
• низкая эффективность ЭВМ при решении задач,
допускающих параллельную обработку и т.п.
Все эти недостатки приводят к чрезмерному усложнению
комплекса программных средств, используемого для
подготовки и решения задач пользователей.
№.5 Принцип программного управления ЭВМ.
Основным принципом построения всех современных ЭВМ
является программное управление. В основе его лежит
представление алгоритма решения любой задачи в виде
программы вычислений.
.Принцип программного управления может быть осуществлен
различными способами. Стандартом для построения
практически всех ЭВМ стал способ, описанный Дж. фон
Нейманом в 1945 г. при построении еще первых образцов
ЭВМ. Суть его заключается в следующем.
Все вычисления, предписанные алгоритмом решения задачи,
должны быть представлены в виде программы, состоящей из
последовательности управляющих слов-команд. Каждая
команда содержит указания на конкретную выполняемую
операцию, место нахождения (адреса) операндов и ряд служеб-
ных признаков. Операнды - переменные, значения которых
участвуют в операциях преобразования данных. Список
(массив) всех переменных (входных данных, промежуточных
значений и результатов вычислений) является еще одним
неотъемлемым элементом любой программы.
Для доступа к программам, командам и операндам
используются их адреса. В качестве адресов выступают номера
ячеек памяти ЭВМ, предназначенных для хранения объектов.
Информация ( командная и данные: числовая, текстовая,
графическая и т.п.) кодируется двоичными цифрами 0 и 1.
Поэтому различные типы информации, размещенные в памяти
ЭВМ, практически неразличимы, идентификация их возможна
лишь при выполнении программы, согласно ее логике, по
контексту.
Каждый тип информации имеет форматы - структурные
единицы информации, закодированные двоичными цифрами 0
и 1. Обычно все форматы данных, используемые в ЭВМ,
кратны байту, т.е. состоят из целого числа байтов.
Последовательность битов в формате, имеющая определенный
смысл, называется полем. Например, в каждой команде
программы различают поле кода операций, поле адресов
операндов. Применительно к числовой информации выделяют
знаковые разряды, поле значащих разрядов чисел, старшие и
младшие разряды.
Последовательность, состоящая из определенного принятого
для данной ЭВМ числа байтов, называется словом. Для
больших ЭВМ размер слова составляет четыре байта, для
ПЭВМ - два байта. В качестве структурных элементов
информации различают также полуслово, двойное слово и др.
В любой ЭВМ имеются устройства ввода информации
(УВв), с помощью которых пользователи вводят в ЭВМ про-
граммы решаемых задач и данные к ним. Введенная информа-
ция полностью или частично сначала запоминается в опера-
тивном запоминающем устройстве (ОЗУ), а затем переносится
во внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), предназначенное
для длительного хранения информации, где преобразуется в
специальный программный объект - файл.
При использовании файла в вычислительном процессе его со-
держимое переносится в ОЗУ. Затем программная информация
команда за командой считывается в устройство управления
(УУ).
Устройство управления предназначается для автоматического
выполнения программ путем принудительной координации
всех остальных устройств ЭВМ. Вызываемые из ОЗУ команды
дешифрируются устройством управления:
- определяются код операции, которую необходимо выполнить
следующей, и адреса операндов, принимающих участие в дан-
ной операции.
В зависимости от количества используемых в команде операн-
дов различаются одно-, двух-, трехадресные и безадресные
команды. В одноадресных командах указывается, где находит-
ся один из двух обрабатываемых операндов. Второй операнд
должен быть помещен заранее в арифметическое устройство
(для этого в систему команд вводятся специальные команды
пересылки данных между устройствами).
Двухадресные команды содержат указания о двух операндах,
размещаемых в памяти (или в регистрах и памяти). После вы-
полнения команды в один из этих адресов засылается резуль-
тат, а находившийся там операнд теряется.
В трехадресных командах обычно два адреса указывают, где
находятся исходные операнды, а третий - куда необходимо
поместить результат.
В безадресных командах обычно обрабатывается один опе-
ранд, который до и после операции находится на одном из ре-
гистров арифметико-логического устройства (АЛУ). Кроме то-
го, безадресные команды используются для выполнения слу-
жебных операций (очистить экран, заблокировать клавиатуру,
снять Блокировку и др.).
Все команды программы выполняются последовательно, ко-
манда за командой, в том порядке, как они записаны в памяти
ЭВМ (естественный порядок следования команд). Этот поря-
док характерен для линейных программ, т.е. программ, не со-
держащих разветвлений. Для организации ветвлений ис-
пользуются команды, нарушающие естественный порядок сле-
дования команд. Отдельные признаки ,результатов r (r = 0, r 0 и др.,),устройство .управления использует для измене-
ния порядка выполнения команд программы.
№6. Принципы построения и развития элементной базы
современных ЭВМ.
Все современные вычислительные машины строятся на
комплексах (системах) интегральных микросхем (ИС) (основу
которых составляют большие и сверхбольшие интегральные
схемы).
Интегральные схемы имеют единый технологический прин-
цип построения он заключается в циклическом и послойном
изготовлении частей электронных схем по циклу программа -
рисунок - схема: берется кремневая подложка покрывается фо-
торезистором, по программам наносится рисунок (литография)
будущего слоя микросхемы. Затем рисунок протравливается,
фиксируется, закрепляется и изолируется от новых слоев и т.д.
На основе этого создается пространственная твердотельная
структура. Например, СБИС типа Pentium включает около трех
с половиной миллионов транзисторов, размещаемых в пяти-
слойной структуре.
Степень микроминиатюризации, размер кристалла ИС, произ-
водительность и стоимость технологии напрямую определяют-
ся типом литографии. До настоящего времени доминирующей
оставалась оптическая литография, т.е. послойные рисунки на
фоторезисторе микросхем наносились световым лучом. В на-
стоящее время ведущие компании, производящие микросхемы,
реализуют кристаллы с размерами примерно 400 мм2 - для
процессоров (например, Pentium) и 200 мм2 - для схем памяти.
Минимальный топологический размер (толщина линий) при
этом составляет 0,5 - 0,35 мкм. Для сравнения можно привести
такой пример. Толщина человеческого волоса составляет при-
мерно 100 мкм. Значит, при таком разрешении на толщине во-
лоса могут вычерчивать более двухсот линий.
Дальнейшие достижения в микроэлектронике связываются с
электронной (лазерной), ионной и рентгеновской литографией.
Это позволяет выйти на размеры 0.25, 0.18 и даже 0.08мкм.
При таких высоких технологиях возникает целый ряд проблем.
Микроскопическая толщина линий, сравнимая с диаметром
молекул, требует высокой чистоты используемых и напыляе-
мых материалов, применения вакуумных установок и сниже-
ния рабочих температур. Действительно, достаточно попада-
ния мельчайшей пылинки при изготовлении микросхемы, как
она попадает в брак. Поэтому новые заводы по производству
микросхем имеют уникальное оборудование, размещаемое в
чистых помещениях класса 1, микросхемы в которых транс-
портируются от оборудования к оборудованию в замкнутых
сверхчистых мини-атмосферах класса 1000. Мини-атмосфера
создается, например, сверхчистым азотом или другим инерт-
ным газом при давлении 10-4 Торр [З].
Уменьшение линейных размеров микросхем и повышение
уровня их интеграции заставляют проектировщиков искать
средства борьбы с потребляемой Wn и рассеиваемой Wp мощ-
ностью. При сокращении линейных размеров микросхем в 2
раза их объемы изменяются в 8 раз. Пропорционально этим
цифрам должны меняться и значения Wn и Wp, в противном
случае схемы будут перегреваться и выходить из строя. В на-
стоящее время основой построения всех микросхем была и ос-
тается КМОП-технология (комплиментарные схемы, т.е. со-
вместно использующие n- и р-переходы в транзисторах со
структурой металл - окисел -полупроводник).
Известно, что W=U*I. Напряжение питания современных мик-
росхем составляет 5 - 3V. Появились схемы с напряжением пи-
тания 2,8V, что выходит за рамки принятых стандартов. Даль-
нейшее понижение напряжения нежелательно, так как всегда в
электронных схемах должно быть обеспечено необходимое
соотношение сигнал-шум, гарантирующее устойчивую работу
ЭВМ.
Протекание тока по микроскопическим проводникам сопряже-
но с выделением большого количества тепла. Поэтому, созда-
вая сверхбольшие интегральные схемы, проектировщики вы-
нуждены снижать тактовую частоту работы микросхем. На
рис.3.18 показано, что использование максимальных частот
работы возможно только в микросхемах малой и средней инте-
грации. Максимальная частота доступна очень
немногим материалам: кремнию Si, арсениду галлия GaAs и
некоторым другим. Поэтому они чаще всего и используются в
качестве подложек в микросхемах.
Таким образом, переход к конструированию ЭВМ на СБИС и
ультра-СБИС должен сопровождаться снижением тактовой
частоты работы схемы. Дальнейший прогресс в повышении
производительности может быть обеспечен либо за счет архи-
тектурных решений, либо за счет новых принципов построе-
ния и работы микросхем. Альтернативных путей развития
просматривается не очень много. Так как микросхемы СБИС
не могут работать с высокой тактовой частотой, то в ЭВМ бу-
дущих поколений их целесообразно комплексировать в систе-
мы. При этом несколько СБИС должны работать параллельно,
а слияние работ в системе должно обеспечивать сверхскорост-
ные ИС (ССИС), которые не могут иметь высокой степени ин-
теграции.
Большие исследования проводятся также в области ис-
пользования явления сверхпроводимости и туннельного эф-
фекта - эффекта Джозефсона. Работа микросхем при темпера-
турах, близких к абсолютному нулю (-273°С), позволяет дос-
тигнуть максимальной частоты этом Wp=Wn=0. Очень инте-
ресны результаты по использованию "теплой сверхпроводи-
мости". Оказывается, что для некоторых материалов, в част-
ности для солей бария,+кремний явление сверхпроводимости
наступает уже при температурах около -150°С. Высказыва-
лись соображения, что могут быть получены материалы,
имеющие сверхпроводимость при температурах, близких к
комнатной. С уверенностью можно сказать, что появление та-
ких элементов знаменовало бы революцию в развитии средств
вычислительной техники новых поколений.
В качестве еще одного из альтернативных путей разви-
тия элементной базы ЭВМ будущих поколений следует рас-
сматривать и бимолекулярную технологию. В настоящее вре-
мя имеются опыты по синтезу молекул на основе их стерео-
химического генетического кода, способных менять ори-
ентацию и реагировать на ток, на свет и т.п. Однако построе-
ние из них биологических микромашин еще находится на ста-
дии экспериментов. Таким образом, можно сделать вывод, что
в настоящее время возможности микроэлектроники еще не
исчерпаны, но давление пределов уже ощутимо. Основой для
ЭВМ будущих поколений будут БИС и СБИС совместно с
ССИС (Сверхскоростные ИС). При этом структуры ЭВМ и
ВС будут широко использовать параллельную работу микро-
процессоров
№7. Память ЭВМ. Иерархическое построение памяти
ЭВМ.
Память любой ЭВМ состоит из нескольких видов памяти (опе-
ративная, постоянная и внешняя - различные накопители). Па-
мять является одним из важнейших ресурсов. Поэтому опера-
ционная система управляет процессами выделения объемов
памяти для размещения информации пользователей. В любых
ЭВМ память строится по иерархическому принципу. Это обу-
славливается следующим:
Оперативная память предназначена для хранения перемен-
ной информации, так как она допускает изменение своего со-
держимого в ходе выполнения микропроцессором
соответствующих операций. Поскольку в любой момент вре-
мени доступ может осуществляться к произвольно выбранной
ячейке, то этот вид памяти называют также памятью с произ-
вольной выборкой - RAM (Random Access Memory).
Все программы, в том числе и игровые, выполняются именно
в оперативной памяти. Постоянная память обычно содержит
такую информацию, которая не должна меняться в течение
длительного времени. Постоянная память имеет собственное
название - ROM (Read Only Memory), которое указывает на то,
что ею обеспечиваются только режимы считывания и хране-
ния.
С точки зрения пользователей желательно было бы иметь в
ЭВМ единую сверх большую память большой производитель-
ности, однако емкость памяти и время обращения связаны ме-
жду собой (чем больше объем тем больше время обращения к
ней).
Тип памяти.
Емкость па-
мяти.
t обращения.
Сверх оперативная
10-16
20-30(40) н.с.
КЭШ память (па-
мять блокнотного
типа)
1-го уровня
2-го уровня
3-го уровня
8 кб.
128-256кб.
1-2 Мбайт.
100-200 н. Сек
200 н. Сек
300-400 н. сек
Оперативная память
4-256(и более)
0,2 – 2 мк. Сек.
НМД(накопитель на
магнитных дисках
1-20 Гбайт
Десятки мк
сек (сотни)
НМЛ(накопитель
на магнитных лен-
тах)
Единицы
Гбайт
Мину-
ты(десятки)
Архивы
-------//--------
Десятки минут
Для упрощения все пересылки информации осуществляется не
по вертикали, а через оперативную память. Кое-какие проце-
дуры планирования теперь осуществляются компиляторами
языков высокого уровня.
№8. Обобщенная структура Запоминающих устройств.
Принцип работы
(Типовая структура запоминающего устройства.)
Любое запоминающее устройство может работать в двух ре-
жимах:
1. режим записи
2. режим чтения
Режим записи :
По команде записи РА (регистр адреса) принимает адрес ячей-
ки , в которой будет существовать запись, а РИ принимает те
данные, которые подлежат хранению. Дешифратор адреса
(ДА) расшифровывает адрес и выбирает определенную линию
записи.
Режим чтения:
Меняет режим движения информации. Адрес рассматривается
точно также, как и при записи. Та шина, которая будет выбра-
на считывает информацию на РИ. Если считывание перено-
ситься со стиранием эталона, то возникает дополнительный
такт, т.е. последующей перезаписи в этот адрес.
В современных ПЭВМ используются емкие ЗУ, которые тре-
буют периодического восстановления информации.
№9 Системы адресации в современных ЭВМ.
Существует несколько типов адресации
- прямая
- непосредственная
- косвенная
- относительная
Прямая адресация:
Aисполнительный=Aчасти команд.
Сл. 0100, 0200,?0250
Достаточно проста, но имеет существенные недостатки.
1. Для выполнения каждой команды необходимы допол-
нительные обращения по адресу каждого операнда.
2. Длина каждой команды, а следовательно длина всей
программы и емкость памяти под хранение программы
зависит от емкости оперативной памяти.
rразрядность адреса= Log2En код
10 -------1кб 0100
20--------1Мб 0200
0250
Прямая адресация очень неэффективна при больших размерах
памяти. По этому в настоящее время прямая адресация исполь-
зуется только в памяти небольшого размера (сверхоператив-
ной, КЭШ I уровня).
Непосредственная адресация :
Частный вид адресации в современных ЭВМ . ИЗ всех команд
ЭВМ только небольшая часть команд допускает непосредст-
венную адресацию
Непосредственная адресация предполагает запись в адресных
частях команды значений аргументов. Учитывая ограничен-
ную длину адресной части команды можно записывать только
малоразрдные значения операндов. Т.е. определенные const
вычислительного процесса : число сдвига разрядов.
Основной недостаток - малая разрядность используемых опе-
рандов.
Преимущество - для выполнения каждой команды необходи-
мо только одно обращение к оперативной памяти для выборки
самой команды.
Относительная адресация:
Самый употребляемый метод. В ПЭВМ эта адресация называ-
ется сегментно-страничной
В относительной адресации есть две (три) части адреса: по-
стоянная часть адреса находится на одном или нескольких ре-
гистрах сверхоперативной памяти
За счет усложнения алгоритмов формирования адресов обес-
печивается преимущества:
Сокращение длины команд, длины программы, всей емкости
памяти.
1) вместо полного адреса операнда в команде содержится лишь
малоразрядное смещение адресов.
2) Относительная адресация дает переместимость программы.
Не требуется загрузочный модуль программы настраивать по
месту размещения самой программы
Настройка программы обеспечивается загрузкой базового ад-
реса. Это свойство можно распространить на сложные про-
граммные структуры. Относительная адресация позволяет сде-
лать команды с переменными весами.
Косвенная адресация :
Является дальнейшим развитием относительной адресации.
Адресная часть команды может содержать любой из из преды-
дущих типов адресов. Прочитав содержимое внутреннего ад-
реса мы формируем исполнительный адрес операнда.
Положительные стороны :
- позволяет формировать адрес сколь угодно большой
оперативной памяти
- Используя исполнительный адрес как операнд можно
складывать и вычитать адреса.
Недостатки:
Дополнительное обращение к оперативной памяти за оконча-
тельным адресом операнда.
№10. Особенности построения памяти ЭВМ.
Память ЭВМ строиться достаточно своеобразно, благодаря
эволюционному развитию этих вычилительных машин. Пер-
воночально эти машины имели очень малую память 64кб,
840кб,1мб и т.д
Считается что основной памятью с адреса 00000 да 10000 это
640 кб.
Первые 640 Кбайт адресуемого пространства в IBM РС-
совместимых компьютерах называют обычно стандартной па-
мятью (conventional memory). Оставшиеся 384 Кбайта зарезер-
вированы для системного использования и носят название па-
мяти в верхних адресах (UMB, Upper Memory Blocks, High
DOS Memory или UM Area - UMA).Эта область памяти резер-
вируется под размещение системной ROM BIOS (Read Only
Memory Basic Input Output System), под видеопамять и ROM-
память дополнительных адаптеров.
Вектора прерывания
Базовые модули ДОС
Базовый модуль системы вво-
да-вывода
Командный процессор
Решение задач ДОС
Постоянно запоминающее уст-
ройство БИОС
Постоянно распределяемая память(дырявая) с адресами
(А0000 – F0000).
Нумерация адресов - единая, сквозная. До 386 микропроцес-
сора считалось, что Еоп под ДОС 64кб.
Все что выше 1 Мб - расширенная память, на адресацию ма-
шины не были расчитаны.
Расширенная память (extended) располагается выше области
адресов 1Мбайт. Для работы с расширенной памятью микро-
процессор должен переходить из реального в защищенный ре-
жим и обратно.
№11 Режимы работы ЭВМ и ВС. Однопрограммные ре-
жимы работы.
Каждое задание состоит из 3 фаз : ввод, решение, вывод.
Режим непосредственного доступа:
предполагает монопольное владение пользователя чсеми ре-
сурсами системы. Отличается очень низким КПД. Загрузка
процессора 1-3%. Однако он является основным для ПЭВМ,
поскольку критерием работы ЭВМ является максимальные
удобства пользователя, а не загрузка оборудования.
Режим работы -это особенности планирования и распределе-
ния основных ресурсов системы.
Режим работы с косвенным доступом:
Высокая эффективность непосредственного доступа заставила
искать пути более полной загрузки дорогих ресурсов ЭВМ.
КПД<=30%
Полностью ликвидировать простой процессора не удается.
Наиболее серьезный недостаток обнаруживается при монопо-
лизации ресурсов "очень длинными" заданиями в ущерб ко-
ротким.
Этот режим имеет название пакетной обработки
№12 Режимы работы ЭВМ и ВС. Пакетная обработка.
Принцип многопрограммного управления.
Получили распространение в дорогих больших машинах.
Последнее время стали использоваться и в ПЭВМ. Основой
всех многопрограммных режимов является классическая па-
кетная обработка. Выбор режима работы должен сопровож-
даться анализом цели и задач, решаемых вычислительным
центром. Только та к можно обеспечить максимальную эффек-
тивность вычислит. системы.
При равенстве общего объема работ имеем резкое различие
в характеристиках режимов.
Классическая пакетная обработка является дальнейшим раз-
витием режима с косвенным доступом. Предполагает болеее
полную загрузку дорогого ресурса, т.к. ликвидируются про-
стои во время выполнения отдельных задач, т.к. процессор
сразу переключается на обработку следующей задачи в очере-
ди. При этом решении формируются пакеты задач, упорядо-
ченные в соответствии с их приоритетностью.
Процессор начинает обработку с самого приоритетного зда-
ния. Если обработка не может быть продолжена, то ресурсы
системы переключаются на следующее по приоритетности за-
дание. Но как только условие, препятствующие продолжению
прерванной задачи отпадет, система вновь возвращает управ-
ление наиболее приоритетной задаче. Прерывания могут на-
кладываться друг на друга. Максимальное кол-во положенных
прерываний называется глубиной прерываний и не превышает
7.
Реализация классического мультипрограмиров. Требует со-
блюдения условий :
1. Независимость подготовки ( каждый пользователь не
должен предполагать работы других пользователей. Это
требование удовлетворяется развитыми средствами
языков программирования.
2. Разделение ресурсов в пространстве и времени. Это ус-
ловие обеспечивает аппаратными средствами операци-
онных систем.
3. Автоматическое управление вычислениями
Классическая пакетная обработка не учитывает интересов
пользователя в качестве сокращения времени ожидания и по-
лучения результатов. Обычно в системе формируется несколь-
ко приоритетных очередей (до 16), в каждой из которых зада-
ния сортируются в соответствии с приоритетом. За назначение
приоритета отвечает администрация вычислительного центра,
поскольку она отвечает за цели вычисления.
№13 Режимы работы ЭВМ и ВС. Многопрограммные ре-
жимы работы: режим разделения времени, режим реально-
го времени.
Режим разделения времени:
является более развитой формой многопрограммной работы
ЭВМ. В этом режиме, обычно совмещенном с фоновым ре-
жимом классического мультипрограммирования, отдельные
наиболее приоритетные программы пользователей выделяются
в одну или несколько групп. Для каждой такой группы уста-
навливается круговое циклическое обслуживание, при котором
каждая программа группы периодически получает для обслу-
живания достаточно короткий интервал времени - время кван-
та-rкв (см рис)
После завершения очередного цикла процесс выделения кван-
тов повторяется. Это создает у пользователей впечатление ка-
жущейся одновременности выполнения их программ. Если
пользователю к тому же предоставляются средства прямого
доступа для вывода результатов решения, то это впечатление
еще более усиливается, так как результаты выдаются в ходе
вычислений по программе, не ожидая завершения обслужива-
ния всех программ группы или пакета в целом.
Условием прерывания текущей программы является либо ис-
течение выделенного кванта времени, либо естественное за-
вершение (окончание) решения, либо прерывание по вводу-
выводу, как при классическом мультипрограммировании. Для
реализации режима разделения времени необходимо, чтобы
ЭВМ имела в своем составе развитую систему измерения вре-
мени:
интервальный таймер, таймер процессора, электронные часы и
т.д. Это позволяет формировать группы программ с постоян-
ным или переменным кванта времени - rкв. Разделение времени
находит широкое применение при обслуживании ЭВМ сети
абонентских пунктов
Режим реального времени:
Является более сложной формой разделения. Этот режим
имеет специфические особенности:
• поток заявок от абонентов носит, как правило, слу-
чайный, непредсказуемый характер;
• потери поступающих на вход ЭВМ заявок и данных к
ним не допускаются, поскольку их не всегда можно
восстановить;
• время реакции ЭВМ на внешние воздействия, а также
время выдачи результатов i-и задачи должны удовле-
творять жестким ограничениям вида
(1)
На рис 2. показана зависимость стоимости решения за-
дачи от времени tp. При нарушении неравенства 1 стоимость
решения резко падает до нуля; в отдельных системах она мо-
жет стать и отрицательной, что показано штриховой линией.
Режим реального времени объединяет практически все систе-
мы, в которых ЭВМ используется в контуре управления.
рис 2. Зависимость стоимости решения от времени в систе-
мах реального времени
Специфические особенности режима реального времени тре-
буют наиболее сложных операционных систем. Именно на ба-
зе этого режима строятся так называемые диалоговые систе-
мы, обеспечивающие многопользовательский режим: одно-
временную работу нескольких пользователей с ЭВМ. Диало-
говые системы могут иметь различное содержание: системы,
обслуживающие наборы данных; системы разработки доку-
ментов, программ, схем, чертежей; системы выполнения про-
грамм в комплексе "человек - машина" и др. Диалоговый ре-
жим обслуживания предполагает использование дисплеев -
устройств оперативного взаимодействия с ЭВМ. Они получи-
ли широкое распространение в различных информационных и
автоматизированных системах управления.
№14. Программное обеспечение ЭВМ. Структура
программного обеспечения, состав и назначение компо-
нент.
В настоящее время отсутствует единая классификация
состава программного обеспечения. Литературные источники
по-разному трактуют структуры программных средств ЭВМ
различных классов. Наиболее сложное ПО по структуре и со-
ставу имеют большие универсальные ЭВМ широкого назначе-
ния, так как они призваны обеспечивать пользователей самы-
ми разнообразными сервисными услугами независимо от ха-
рактера их задач.
Программное обеспечение ЭВМ разделяют на общее,
или системное (general Software), и специальное, или при-
кладное (application or special Software) (см рис.).
Общее ПО объединяет программные компоненты, обеспечи-
вающие многоцелевое применение ЭВМ и мало зависящие от
специфики вычислительных работ пользователей. Сюда вхо-
дят программы, организующие вычислительный процесс в
различных режимах работы машин, программы контроля рабо-
тоспособности ЭВМ, диагностики и локализации неисправно-
стей, программы контроля заданий пользователей, их провер-
ки, отладки и т.д.
Общее ПО обычно поставляется потребителям комплектно с
ЭВМ. Часть этого ПО может быть реализована в составе само-
го компьютера. Например, в ПЭВМ часть программ ОС и
часть контролирующих тестов записана в ПЗУ этих машин.
Специальное ПО (СПО) содержит пакеты прикладных про-
грамм пользователей (111 ill), обеспечивающие специфическое
применение ЭВМ и вычислительной системы (ВС).
Прикладной программой называется программный продукт,
предназначенный для решения конкретной задачи пользовате-
ля. Обычно прикладные программы объединяются в пакеты,
что является необходимым атрибутом автоматизации труда
каждого специалиста-прикладника. Комплексный характер ав-
томатизации производственных процессов предопределяет
многофункциональную обработку данных и объединение от-
дельных практических задач в ППП.
Общее ПО включает в свой состав операционную систему
(ОС), средства автоматизации программирования (САП), ком-
плекс программ технического обслуживания (КПТО), пакеты
программ, дополняющие возможности ОС (ППос), и систему
документации (СД).
Операционная система служит для управления вычислитель-
ным процессом путем обеспечения его необходимыми ресур-
сами.
Средства автоматизации программирования объединяют
программные модули, обеспечивающие этапы подготовки за-
дач к решению
Модули КПТО предназначены для проверки работоспособно-
сти вычислительного комплекса.
Важной частью ПО является система документации, хотя она
и не является программным продуктом. СД предназначается
для изучения программных средств, она определяет порядок
их использования, устанавливает требования и правила разра-
ботки новых программных компонентов и особенности их
включения в состав ОПО или СПО.
Программное обеспечение современных ЭВМ и ВС строится
по иерархическому модульному принципу. Это обеспечивает
возможность адаптации ЭВМ и ВС к конкретным условиям
применения, открытость системы для расширения состава пре-
доставляемых услуг, способность систем к совершен-
ствованию, наращиванию мощности и т.д.
Программные модули ПО, относящиеся к различным подсис-
темам, представляют для пользователя своеобразную иерар-
хию программных компонентов, используемую им при реше-
нии своих задач ЭВМ.
Нижний уровень образуют программы ОС, которые играют
роль посредника между техническими средствами системы и
пользователем. Однако прямое использование команд ОС тре-
бует от пользователя определенных знании и специальной
компьютерной подготовки, сосредоточенности, точности и
внимания. Этот вид работ отличается трудоемкостью и чреват
появлением ошибок в работе оператора. Поэтому на практике
пользователи, как правило, работают не напрямую с ОС, а че-
рез командные системы - пакеты программ, дополняющие
возможности ОС (ППос).
Ярким примером подобных систем могут служить паке-
ты Norton Commander, Volkov Commander, DOS Navigator и
другие, завоевавшие заслуженную популярность у пользовате-
лей. С помощью этих систем трудоемкость работы с компью-
тером значительно сокращается. Работа пользователя при этом
заключается в выборе определенных рубрик меню. Механизм
обращения к модулям ОС упрощается. Развитие и усложнение
средств обработки ОС и командных систем привело к появле-
нию операционных сред (например, Microsoft Window З.х,
Windows 95), обеспечивающих графический интерфейс с ши-
рочайшим спектром услуг.
№15. Дисковая операционная система Дос. Структура со-
став и назначение компонент.
Программа начальной загрузки находится в первом секторе
на нулевой дорожке системного диска. Она занимает объем
512 байт. После включения комьпьютера и его проверки по-
стоянный модуль BIOS формирует вызов данной программы и
ее заруск. Назначением программы начальной загрузки явля-
ется вызов модуля расширения IO.SYS и базового модуля MS
DOS.sys. :
Размещается :
в 1-м секторе 0-дорожки 0-стороны системной дискеты,
в 1-м секторе HDD-диска, в разделе, отведенном под DOS.
Просматривает КОРНЕВОЙ каталог системного дис-
ка.Проверяет,
являются ли первые два файла в каталоге - файлами IO.sys и
MSDOS.sys.Если ДА - загружает их в ОЗУ и передает управле-
ние
MS DOS.Если НЕТ - сообщение на экране и ожидание нажатия
какой-
либо клавиши Пользователем
Базовая система ввода-вывода (BIOS) является надстройкой
аппаратурной части компьютера. Постоянный модуль BIOS
отвечает за тестирование компьютера после его включения,
вызов программы начальной загрузки. Модули BIOS обраба-
тывают прерывания вычислительного процесса нижнего уров-
ня и обслуживают стандартную периферию: дисплей, клавиа-
туру, принтер, дисководы.
Модуль расширения BIOS обеспечивает подключение к ком-
пьютеру дополнительных периферийных устройств, изменение
некоторых параметров ДОС, замещение некоторых стандарт-
ных функций, загрузку командного процессора и его запуск.
Базовый модуль ДОС (MS DOS.sys или IBM DOS.com) отве-
чает за работу файловой системы, обслуживает прерывания
верхнего уровня (32...63), обеспечивает информационное
взаимодействие с внешними устройствами.
Командный процессор (command.com) предназначен для
выполнения команд, загружаемых в командную строку ДОС.
Все команды ДОС делят на внутренние и внешние. Внутрен-
ние команды содержатся внутри самого файла command.com.
Внешние команды - это требования запуска каких-либо про-
грамм, находящихся на дисках. Кроме этого, командный про-
цессор выполняет команды файла autoexec.bat, если он нахо-
дится на системном диске.
Файл autoexec.bat содержит список команд, выполнение кото-
рых позволяет развернуть в оперативной памяти компьютера
некоторый набор вспомогательных программ или пакетов для
обеспечения последующей работы пользователя.
Файл config.sys отражает специфические особенности фор-
мирования конфигурации компьютера, т.е. состава его техни-
ческих и программных средств.
16. Файловая система ДОС. Принцип построения. Приме-
ры.
17.Дисковая операционная система (ДОС). Внутренние ко-
манды ДОС.
Организация диалога с пользователем. Примеры.
Внутренние команды содержатся внутри самого файла com-
mand.com.
Примером внутренних команд ДОС могут служить такие ко-
манды как: просмотр файла, копирование файла, удаление
файла, просмотр каталога и др.
Диалог пользователя с ДОС осуществляется в форме команд.
Каждая команда пользователя означает, что ДОС должна вы-
полнить то или иное действие, например, напечатать файл или
выдать на экран оглавление каталога.
Команда ДОС состоит из имени команды и , возможно, пара-
метров, разделенных пробелами. Имя команды ДОС и пара-
метры могут набираться как прописными, так и строчными бу-
квами. Ввод каждой команды заканчивается нажатием клави-
ши ENTER.
18.Дисковая операционная система (ДОС). Внешние ко-
манды .Примеры.
Внешние команды ДОС – это программы, поставляемые вме-
сте с операционной системой в виде отдельных файлов. Эти
программы выполняют действия обслуживающего характера,
например форматирование дискет, проверку дисков и т.д.
Когда пользователь вводит команду, которая отно-
сит к числу внешних команд ДОС, командный процессор ищет
программу с именем, указанным в команде. Поиск проводится
среди файлов со следующими расширениями: DOS при запус-
ке программ в случае указания только имени существующего
файла предполагает одно из следующих расширений: COM,
EXE или BAT.
Расширение COM зарезервировано для файлов, со-
держащих готовые к выполнению машинные программы, не
требующие перемещения при загрузке в ОЗУ для выполнения
независимо от адреса загрузки. Иными словами программа ин-
вариантна к адресу загрузки. Она может быть загружена в ОЗУ
и выполнена без настройки имеющихся в ней адресов по месту
загрузки. Размер такой программы не может превышать одно-
го сегмента (64 Кбайт). COM-программу называют позицион-
но независимой.
Программы типа .сом удерживаются в транзитной
области, ожидая следующих с ним обращений.
Расширение EXE зарезервировано для файлов, со-
держащих готовые к выполнению машинные программы, ко-
торые при загрузке в ОЗУ требуют настройки адресов, что
увеличивает общее время выполнения программы. Такой про-
грамме предшествует заголовок, содержащий необходимую
для перемещения информацию, а её размер может быть боль-
ше 64 Кбайт. EXE-программу называют позиционно зависи-
мой.
Программа типа. Exe вызываются командным процессором в
транзитную область, после выполнения этой программы она
удаляется из транзитной области.
Как позиционно независимые, так и позиционно за-
висимые программы являются перемещаемыми в том смысле,
что могут быть размещены в любом месте ОЗУ. В отличии от
перемещаемой абсолютная программа должна загружаться в
память по вполне определённому адресу. Выполнение абсо-
лютных программ DOS не поддерживает.
Любой файл, содержащий исполняемую программу,
называют программным.
Расширение BAT зарезервировано для командных
файлов, т. е. Текстовых файлов, содержащих программу на
командном языке DOS.
Файлы с описанными выше расширениями называют
исполняемыми. Исполняемыми являются также файлы и с
другими расширениями, если они содержат готовые к выпол-
нению машинные программы или программы на командном
языке. Однако такие файлы не всегда могут быть выполнены
без явного предварительного изменения расширения в соот-
ветствии с их содержимым.
19.Программное обеспечение ЭВМ. Средства автоматиза-
ции программирования (языки, системные обрабатываю-
щие программы).
Системы автоматизации программирования включают языки
программирования (ЯП), трансляторы(программы-
переводчики с ЯП на машинный язык), редакторы связи, от-
ладчики программ. Наиболее важное место занимают ЯП.
Среди ЯП существует иерархия.
ЯП делятся на машинно-зависимые и машинно-независимые.
В свою очередь машинно-зависимые ЯП делятся на машинные
и машинно-ориентированные, а машинно-независимые языки
делятся на проблемно-ориентированные и процедурно-
ориентированные.
Машино- зависимые (машинный язык и машинно-
ориентированный) ЯП учитывают особенности построения
машин, для которых создаются программы. Программы, со-
ставленные на этих языках, не обладают св-вом переместимо-
сти. Наиболее сложными явл-ся чисто машинные ЯП, предпо-
лагающие составление программ в кодах машины. Как прави-
ло, машинным языком для программирования не пользуются.
Машинно -ориентированный язык использует не машинный
код, а символическое кодирование. Трудоемкость программи-
рования падает с повышением уровня языка.Однако качество
программного продукта – длина программы резко ухудшает-
ся(увеличивается) Пример:язык Ассемблера.
Машинно-независимые (процедурные языки и проблемные
языки). Практически не учитывают особенностей построения
машин, для которых создаются программы, а значит эти про-
граммы не могут быть качественными. Зато приобретаются
следующие преимущества:
-программы становятся переносимыми, для этого необходимо,
чтобы каждый тип машин был оснащен собственным трансля-
тором, учитывающий особенности машинного языка.
Процедурно-ориентированные ЯП учитывают специфику за-
дач пользователей. Для программирования выч. задач сущ.
язык Фортран. Но этот язык не адекватен никаким другим пре-
образованиям информации.
Basic и Pascal создавались как учебные языки. Basic – язык
программирования для начинающих программистов.
Pascal – язык правильного программирования(язык студентов
и публикаций).Популярность этих языков объясняется очень
хорошей переносимостью программ с одной платформы на
другую.
Фортран – распространен у математиков и физиков.
Язык «С»- язык программистов. В этом году его приняли как
стандарт. Этот язык стал своеобразной платформой для других
языков.
Проблемно-ориентированные языки предназначены для ис-
пользования в узкой прикладной предметной области. Обычно
специалисты прикладных областей не явл-ся крупными спе-
циалистами в области технических систем. Это особые языки
программирования (для химиков, физиков и др.)
В последнее время с развитием искусственного интеллекта
появились специфические ЯП , содержащие процедуры ассо-
циативной обработки информации. Для построения экспорт-
ных систем используется язык Prolog (программирование ло-
гики).
20. Текстовые редакторы. Виды текстов и операции над
ними.
Любой текстовый редактор (ТР) должен отражать 4 информа-
ционных аспекта.
1. содержательный или смысловой, включает: смысл, ла-
конизм, ясность, точность, достоверность.
2. Изобразительный аспект должен отражать логику по-
строения документа и визуальное впечатление, т.е. со-
держание и форма должны быть едины.
3. Операционный аспект (какие средства используются
для подготовки документа) зависит от трудоемкости,
размера документа.
4. Внутримашинный аспект (все документы принадлежат
хранению).
ТР появились 10-15 лет назад. В настоящее время различают:
1. Прозаический текст (любые документы)
2. Табличный текст (пересечение клеток и столбцов)
3. Программный текст.
Это основные , также различают:
4. поэтический текст (стихи, тексты песен)
5. графический текст (псевдографика – кажущаяся графи-
ка)
6. формульный текст
7. шаблонный текст («скелет» документа)
8. Смешанный.
Все виды ТР имеют общие процедуры подготовки текстовых
документов:
- ввод или набор текста
- редактирование текста (удаление части текста, сдвиг,
копирование, изменение шрифта)
- печать текста (разделение на страницы, сноски, управ-
ление принтером)
- ведение архива ( запись и чтение из архива, классифи-
кация и библиотечные функции, сжатие данных, копи-
рование и удаление).
Обычно ТР классифицируют по их возможностям (мощно-
стям):
1. Встроенные редакторы (DOS). Отличаются скромными
возможностями и небольшими размерами документов.
2. Редакторы компьютерных программ.
3. Общепользовательские редакторы (Mult Edit, Лексикон,
Word).
4. Редакторы научных документов (Unv Editor, Rt-chk)
5. Редакторы издательских систем (Ventura Publisher, In-
terleaf Publisher). В издательских системах основной
операцией явл-ся вверстка текста ( размещение готово-
го текста на странице).
6. Корректоры текстов (настройки текстовых редакторов
на выполнение каких-либо функций). Программы обна-
ружения ошибок «Орфо», Spell.
7. Перекодировщики текстов
8. Переводчики текстов.
Дальнейшим развитием ТР следует считать продукцию Муль-
тимедиа («много сред»). Продукцию Мультимедиа объединя-
ют тексты, звуковые эффекты.
- интерактивные видеодиски
- тренажер
- обучающие среды
- гипертехнологии
Дальнейшим продолжением Мультимедиа выступают продук-
ты Гипермедиа. Предлагают нелинейную организацию инфор-
мации.
№22. Основные тенденции развития текстовых редакто-
ров. Понятие гипертекста мультимедиа.
Дальнейшим развитием ТР следует считать продукцию Муль-
тимедиа («много сред»). Продукцию Мультимедиа объединяет
текстовые документы ,видеофрагменты, звуковые эффекты.
Комплексное воздействие этих продуктов позволяет получить
большой экономический эффект.
Мултимедия используется :
- интерактивные видеодиски
- тренажер
- обучающие среды
- гипертехнологии
Дальнейшим продолжением Мультимедиа выступают продук-
ты Гипермедиа (объединение Multimedia продуктов на одной
платформе в сверхбольших хранилищах). Предлагают нели-
нейную организацию информации.
№23 Пакеты программ для решения экономических задач.
Электронные таблицы Назначение, состав и возможности
Система обработки электронных таблиц или табличные про-
цессоры предназначаются для работы с фактографическими
документами .Этот вид документа представляет собой двух-
мерные таблицы как правило заранее определенной формы ,
каждая клетка которой содержит значение некоторой характе-
ристики объекта . Примерами этих документов могут служить
бухгалтерские ведомости, отчеты ,планы. списки и прочее.
Табличные процессоры могут использоваться в следующих
областях:
1)использование большого матричного калькулятора. Исполь-
зуется там где следует подсчитать большой объем данных по
определенным формулам , сюда относятся задачи обработки
статистики
2)Для моделирования результатов принятия решения
3)Деловая графика и представление данных в виде графика
4) Создание специальных программ обработки используемых в
системах автоматизации проектирования и АСУ.
Электронные таблицы создавались для упрощения действий
бухгалтеров, статистов и людей, связанных с числовой обра-
боткой данных. Они значительно облегчают работу с числами.
Электронные таблицы можно использовать в виде вычисли-
тельного процессора. В отличие от простого калькулятора там
можно задавать сложные формулы. И с легкостью обрабаты-
вать большие массивы данных. В настоящее время существует
достаточно большое кол-во табличных процессоров. Например
такие как WARITAB, Supercalk, Exel. Все они различаются
своими возможностями. Наиболее мощный из них является
Exel. ОН включает в себя широкий спектр возможностей от
примитивной обработки информации до вывода данных в гра-
фической форме. Также позволяет вставлять в таблицы звуко-
вые, графические и другие объекты.
25-26.Табличные процессоры. Обработка данных в элек-
тронных таблицах. Графическое представление даннх в
электронных таблицах.
Система обработки электронных таблиц или табличные про-
цессоры предназначаются для работы с фактографическими
документами .Этот вид документа представляет собой двух-
мерные таблицы как правило заранее определенной формы ,
каждая клетка которой содержит значение некоторой характе-
ристики объекта . Примерами этих документов могут служить
бухгалтерские ведомости, отчеты ,планы. списки и прочее.
Табличные процессоры могут использоваться в следующих
областях:
1)использование большого матричного калькулятора. Исполь-
зуется там где следует подсчитать большой объем данных по
определенным формулам , сюда относятся задачи обработки
статистики
2)Для моделирования результатов принятия решения
3)Деловая графика и представление данных в виде графика
Все табличные процессоры обеспечивают графическое пред-
ставление данных.
Для этого к ним подключают графические редакторы, которые
позволяют создавать и редактировать на экране компьютера
различные рисунки , диаграммы , картинки.
Своеобразие их построения заключается в том , что на экране
информация представляется в виде точек , линий
,окружностей ,прямоугольников , кривых. Элементы рисунков
могут использовать различное сочетание цветов , шрифтов ,
форматов. Допускается работа с фрагментами рисунков.
Стандартые функции ТП :
1. разработка электронного шаблона реального документа
2. Сохранение шаблоно в памяти ЭВМ.
3. Редактирование шаблона если это необходимо
4. Ввод данных в ячейки таблицы
5. Ввод формулы вопределенные ячейки таблицы для
проведния требуемых расчетов
6. Подготовка таблиц к печати
7. Печать таблицы с результатами расчетов
8. Построение графиков, если это требуется
9. Печать графиков.
27. Автоматизированные системы в экономике. Принци-
пы их построения и работы.
АСУ появились в 1965г им предшествовали автоматические
сис. упр. Объектами управления и органами управления яв-
ляются приборы , механизмы , машины , в качестве информа-
ционных сигналов используются сигналы определенной фи-
зической природы,
угол поворота , сила давления и тд
В автоматизир. су объектами управления являются сложные
технологические процессы и люди, которые осуществляют
эти процессы.
Органом управления являются люди и вспомогательную роль
осуществляют ЭВМ.
В качестве носителей информации используются документы
(обычные или электронные)
Роль человека в АСУ:
1)формирование цели и задачи управления
2)внесение творческого элемента в процессы управления.
3)внесение в ЭВМ недостающей информации, автоматизация
сбора которой либо нецелесообразна , либо невозможна.
28.Информационные системы в экономике. Принцип ис-
пользования ЭВМ в автоматизированных системах
управления.
Любая АСУ предполагает создание больших хранилищ ин-
формации.
Могут появиться ситуации , когда внутренний контур не
может обеспечить нормальную работу , тогда через выше-
стоящие инстанции мы можем изменить нормативную базу .
Информационные хранилища являются обязательным элемен-
том любой АСУ . Для эффективной работы любой АСУ не-
обходимо отыскивать требуемые данные и включать их в ра-
боту . Для этого служат информационно- поисковые системы .
Информационно- поисковые системы бывают двух видов
:фактографические , содержащие информацию из документов
стандартной формы, документальные или библиографические ,
предназначены для работы с чисто текстовыми документами
Библиографические системы являются более сложными , по-
скольку здесь более сложные языки описаний информации,
более сложные процедуры поиска , процедуры манипулирова-
ния данными . Как в тех , так и в других системах необходимо
формировать информацию по определенным признакам , то
есть информация должна подвергаться формализации . Фор-
мализация в фактографических системах достаточно проста .
Рассмотрим формализацию в библиографических информаци-
онно- поисковых системах . Самым важным в этой системе яв-
ляется семантический или смысловой аспект . При хранении
документов и поиске нужных необходимо создавать поиско-
вые образы . Для построения поиского образа используется
классификаторы , словарь ключевых слов, тезаурусы ( словарь
ключевых понятий ).
29. Системы управления базами данных
(СУБД).Организация данных и управление ими.
База данных - это совокупность взаимосвязанных данных ,
хранящихся совместно в памяти ЭВМ. Каждая БД состоит из
записей .Система управления базами данных – это комплекс
программных средств, предназначенный для использования и
создания баз данных с помощью прикладных программ поль-
зователей. Прикладные программы могут быть на разных язы-
ках. Поэтому организация базы данных должна быть незави-
симо от программ пользователя. С появлением сетевых техно-
логий вопрос организации баз данных, как больших хранилищ
информации приобретают очень важное значение. На базе ло-
кальных и распределительных баз данных создаются громад-
ные массивы различной информации. В ходе своего развития
базы данных будут перерастать в базы знаний. Граница между
базой данных и базой знания достаточна условна. База знаний
– это база данных плюс система правил логического вывода.
Каждая база данных представляет собой очень сложную сис-
тему и должна предусматривать следующие виды обеспече-
ния:
1. техническое обеспечение
2. программное обеспечение
3. математическое обеспечение
4. лингвистическое обеспечение
5. информационное обеспечение
6. методическое обеспечение (устанавливает правила и
последовательность различных процедур обработки
информации)
7. Организационное обеспечение (предполагает изменение
функциональных обязанностей должностных лиц отве-
чающих за работу баз данных
Запись образует подмножество данных, служащих для описа-
ния единичного объекта.
Например, фамилия , имя , отчество, адрес , место работы мо-
гут составлять одну запись и
характеризовать одного человека. Назначением БД является
удовлетворение информационных потребностей пользовате-
лей. СУБД автоматизирует работу пользователей с хранящи-
мися данными. Ядро БД составляет информация, наиболее
часто используемая в процессах управления. Согласно прин-
ципу В. Парето 20% всей информации обеспечивают более
80% всех задач управления
Для обслуживания этих банков используются мощные ВМ и
системы .ВМ и системы банков данных наз. серверы.
Для обслуживания громадных банков могут привлекаться
машины , имеющие в своем составе 10-ки 100-ни 1000-чи про-
цессоров.
Совокупность данных , одновременно хранящихся на внешних
носителях информации с целью их совместного использова-
ния наз. базой данных.
30.СУБД.Принципы их построения и работы.
Совокупность данных , одновременно хранящихся на внеш-
них носителях информации с целью их совместного использо-
вания называется базой данных. База данных может быть дос-
таточно сложной . В зависимости от связи данных внутри ее.
Различают три основных способа построения базы данных :
1) Иерархическая модель базы данных .Появилась первой .
Она наиболее хорошо отражает процессы данных.
2)Реляционная схема данных.
3)Сетевая схема данных
Каждая база данных представляет собой очень сложную сис-
тему и должна предусматривать следующие виды обеспече-
ния:
1)техническое обеспечение
2)программное обеспечение
3)математическое обеспечение
4)лингвистическое обеспечение. Языковое .
Включающее языки манипулирования , описания
5)информационное обеспечение. База данных не может суще-
ствовать сама по себе.
6)методическое обеспечение устанавливает правила и после-
довательность различных процедур обработки информации.
Неправ. последов. может приводить к неправильным результа-
там .
7)Организационное обеспечение . Предполагает изменение
функциональных обязанностей должностных лиц, отвечаю-
щих за работу БД
Каждая БД должна иметь ясную логическую стр-ру хранящих-
ся данных. Для этого строится модель данных (состав , тип ,
связи данных)
Модель описывается на языке описания данных .
Для использования данных , использ. язык манипуляции дан-
ных, который обеспечивает:
1)поиск информации по признакам
2)включение вбазу новых записей .
3)удаление лишних и ненужных записей
5)редактирование записей.
№33 СУБД. Обработка данных средствами СУБД.
База данных - совокупность взаимосвязанных данных, храня-
щихся совместно в памяти ЭВМ. Каждая БД состоит из запи-
сей. Запись образует подмножество данных, служащих для
описания единичного объекта.
Работа с данными в текстовом редакторе или электронной таб-
лице значительно отличается от работы с данными в СУБД. В
электронной таблице некоторые ячейки содержат обеспечи-
вающие нужные вычисления или преобразования формул, а
данные, которые являются для них исходной информацией,
можно ввести в другие ячейки. Данные из эл. таблицы очень
трудно использовать в разных задачах, если они созданы для
конкретной цели. СУБД позволяет работать с данными, при-
меняя различные способы (например, осуществление поиска
информации в отдельной таблице, создание запроса со слож-
ным поиском по нескольким связанным между собой таблица-
ми). С помощью одной команды можно обновить содержание
отдельного поля или нескольких записей. У многих систем
имеются развитые возможности для ввода и генерации отче-
тов.
В Microsoft Access используется мощный язык SQL (структу-
рированный язык запросов) для обработки данных. Access
значительно упрощает задачу работы с данными, но для рабо-
ты с ним не обязательно знать язык SQL. Используя для выде-
ления и перемещения элементов на экране стандартные прие-
мы работы с мышью в Windows и несколько клавиш на кла-
виатуре можно элементарно построить довольно сложную сис-
тему данных и операций с ними.
№34 СУБД. Использование командных файлов (макросов)
при работе с базами данных.
База данных - совокупность взаимосвязанных данных, храня-
щихся совместно в памяти ЭВМ. Каждая БД состоит из запи-
сей. Запись образует подмножество данных, служащих для
описания единичного объекта.
Работа в ACCESS с формами и отчетами (со всей информаци-
ей, представленной в этом виде) существенно облегчается за
счет использования макрокоманд. В Microsoft Access имеется
свыше 40 макрокоманд, которые можно включать в макросы.
В Microsoft Access макрос можно определить как возможность
выполнить любое действие нажатием на клавишу или кнопку
мыши. Макрокоманды выполняют такие действия, как откры-
тие таблиц и форм, выполнение запросов, запуск других мак-
росов и т.д. Один макрос может содержать несколько макро-
команд. Можно также задать условия выполнения отдельных
макрокоманд или их набора.
Макрос чрезвычайно полезен при проверки данных при вводе
их в форму. Здесь можно проверять значение в одном из эле-
ментов управления, используя для этого значение в другом.
№35. Вычислительные системы. Технические и экономи-
ческие предпосылки появления и владения ВС.
В связи с кризисом классической структуры ЭВМ (структу-
ры фон Неймана) уменьшаются возможности получения от-
дельных ЭВМ сверхвысокой производительности. Поступа-
тельное развитие вычислительной техники обеспечивается
сейчас за счет технологии изготовления элементов (примерно
каждые 2 года обновляется парк микропроцессоров, хотя их
структура не выходит за рамки классической структуры).
Пользователи требуют машины, характеристики которых про-
изводство не может обеспечить.
ВС - совокупность нескольких вычислителей, ЭВМ или
процессоров, периферийного оборудования, предназначенного
для повышения эффективности вычислительного комплекса.
Создание ВС имеет цели: повышение производительности
за счет параллелизма вычисления; повышение надежности ра-
боты и достоверности вычислений; увеличение и улучшение
сервиса в обслуживании пользователя.
Самыми важными предпосылками появления и развития ВС
служат экономические факторы. Анализ характеристик ЭВМ
различных поколений показал, что в пределах интервала вре-
мени, характеризующегося относительной стабильностью эле-
ментной базы, связь стоимости и производительности ЭВМ
выражается квадратичной зависимостью - "закон Гроша" (
Сэвм=К'*П^2
?
И Свс=К"*?П, где К" и К' - коэффициенты пропорцио-
1 нальности , П - произв-ть ЭВМ.
Свс Сэвм
Свс
А
П
А - критическая точка, показывающая, что
до нее необходимо использовать отдельные вычислитель-
ные машины, а после нее сложные системы, комплексы.
№36 ВС. Понятие совместимости и комплексирования в
ВС.
В настоящее время ВС накопили большой опыт создания
вычислительных структур, отличающихся своими характе-
ристиками. Все системы различаются способами комплек-
сирования, т. е. соединения. Для создания систем необхо-
димо, чтобы все комплексирующие элементы были совмес-
тимы. Понятие совместимости затрагивает 3 аспекта:
1. аппаратный (требует стандартизации видов соедине-
ний элементов сигналов и алгоритмов взаимодействия).
2. программный (зависит от типа комплексируемых
ЭВМ или процессоров, т.е. если вычислители однотипны,
то программируемость более глубокая. Если же они не
однотипны, но одноплатформены то программная со-
вместимость реализуется по принципу "снизу-вверх",
где ранее созданные программы могут выполняться на
более поздних моделях, но не наоборот. Наиболее тяже-
лый случай если же - не однотипны и разноплатформен-
ны, то программируемость устанавливается на уровне
исходных модулей, что предполагает обеспечение каж-
дого типа вычислителей собственным набором трансли-
рующий программ),
3. информационный (предполагает единые принципы
организации информационных массивов, т.е. форматы
передаваемых слов и команд, единые структуры сообще-
ния, разметка файлов и их поиск).
№37 Уровни и средства комплексирования. Логические
и физические уровни.
При комплексировании систем различают физические и ло-
гические уровни комплексирования.
1. Логический уровень объединяет средства и каналы
взаимодействия, имеющий единый принцип управ-
ления.
2. Физический уровень объединяет конкретные физиче-
ские устройства в данной ВС.
При разработкие собственных задач пользователь или про-
граммисты используют логические абстрактные устройства,
что позволяет разделить процесс разработки программы от
конкретной конфигурации техничекис средств.
Стыковка логической структуры систем с физической
структурой обесепечивается в 3 случаях :
1. при генерации системы
2. по указаниям оператора вычисл. Центра
3. директивами пользователя
В наиболее полном виде логические и физические уровни
представлены в больших машинах, в которых различают
следующие уровни:
ИПУ I
II
III
IV
V
I логический уровень. Процессор-Процессор Связь обеспе-
чивается через блоки прямого управления. Один процессор
выдает другому команду - сигнал. Этот канал не предназна-
чается для обмена большими порциями информации, а
только командами.
II уровень общей оперативной памяти. В качестве сопря-
гаемых устройств используются коммутаторы много обо-
лочной ОП. Однако при большом числе комплексирующих
процессоров оперативная память становится источником
большого числа конфликтов. Особо опасны конфликты ко-
гда, когда один хочет прочесть информацию а другой -
поменять данные. Этот вид взаимодействия наиболее опе-
ративный при небольшом числе обслуживаемых абонентов.
III уровень комплексируемых каналов ввода-вывода.
Предназначается для передачи больших объемов информа-
ции между блоками ОП, сопрягаемых в ВС. Обмен данными
между ЭВМ осуществляется с помощью адаптера "канал-
канал" (АКК) и команд "чтение" и "запись". Каналы могут
быть селекторными и мультиплексными. Скорость передачи
данных измеряется Мбайтами в секунду. Передача данных
идет параллельно вычислениям в процессорах.
IV уровень групповых устройств управления перифери-
ей. В качестве средств сопряжения используются двуканаль-
ные переключатели, позволяющие группы устройств подклю-
чать к каналам различных ЭВМ. Для исключения конфликтов
было принято следующее: канал, перехватывающий управле-
ние, резервирует подключенное устройство до полного завер-
шения работ. Только после освобождения ресурса эти устрой-
ства могут быть переключены на другой канал.
V уровень внешних общих устройств. Предполагается,
что комплексируемые внешние устройства имеют встроенный
или навесной двуканальный переключатель для подключения
к различным каналам. Этот уровень используется только в
специальных системах.
I, III, IV уровни предназначены для создания многомашин-
ных систем. II - для многопроцессорных систем. На практике
зачастую создается комбинация уровней, что позволяет соз-
дать достаточно гибкие и перестраиваемые структуры. Ком-
плексируемые связи позволяют создавать различные системы.
№38 Архитектура ВС. Параллелизм команд и данных.
Понятие архитектуры затрагивает более общую классифика-
цию, относящуюся к видам параллельной обработки информа-
ции. Среди различных видов классификаций наиболее устой-
чивой оказалась классификация Флинна. Согласно этой клас-
сификации все ВС сети могут быть разбиты на 4 группы:
1) одиночный поток команд и данных ОКОД (SISD)
2) множественный поток команд, одиночный поток дан-
ных МКОД (MISD)
3) одиночный поток команд, множественный поток дан-
ных ОКМД (SIMD)
4) множественный поток команд, множественный поток
данных МКМД (MIMD).
В основу данной классификации положен параллелизм обра-
ботки команд и данных, а также их сочетание.
Архитектура ОКОД охватывает все однопроцессорные и од-
номашинные варианты систем, т.е. с одним вычислителем. Все
ЭВМ классической структуры попадают в этот класс. Парал-
лелизм обеспечиваемый этой структурой кажущийся. Здесь
параллелизм вычислений обеспечивается путем совмещения
выполнения операций отдельными блоками АЛУ, а также па-
раллельной работой устройств вывода-ввода информации и
процессора. Процессор может обрабатывать только одну зада-
чу, но параллельно вычислениям в процессоре могут выпол-
няться операции ввода вывода. Сейчас эти системы относятся
к классическим структурам ЭВМ. Хорошо изучена. Новых ре-
шений не предвидиться.
Архитектура МКОД предлагает построение своеобразного
процессорного конвейера, в котором результаты обработки
предлагаются от одного процессора к другому по цепочке. В
современных ЭВМ по этому принципу реализована схема со-
вмещения операций, в которой параллельно работают различ-
ные функциональные блоки, и каждый из них делает свою
часть в общем цикле обработки команды. На практике нельзя
обеспечить "большую длину" конвейера, при которой дости-
гается наивысший эффект (т.к ориентация процессоров не мо-
жет быть полной).
Конвейерная схема нашла применение в скалярных процессо-
рах Супер ЭВМ, в которых они применяются как специальные
процессоры для поддержки векторной обработки. ПО типу
конвейра работают сети, реализующие архитектуру клиент-
сервер.
ОК' ОК" ОК
ОД
…..
Архитектура ОКМД предполагает создание структур вектор-
ной или матричной обработки. Системы этого типа строятся
как однородные, т.е. процессорные элементы, входящие в сис-
тему, идентичны и все они управляются одной и той же после-
довательностью команд. Однако каждый процессор обрабаты-
вает свой поток данных. Под эту схему хорошо подходят зада-
чи обработки матриц или векторов (массивов), задачи решения
систем, линейных и нелинейных, алгебраических и дифферен-
циальных уравнений.
Все машины высокой производительности имеют встроенные
сопроцессоры матричного типа. Все современные супер ЭВМ
комбинируют векторную и конвейерную обработку и отлича-
ются только видами этих комбинаций.
ОД1
ОД2
ОД3
Архитектура МКМД предполагает, что все процессоры сис-
темы работают по своим программам с собственным потоком
команд.
В простейшем случае они могут быть автономны и независи-
мы.
Большой интерес представляет возможность согласованной
работы ЭВМ (процессоров), когда каждый элемент делает
часть общей задачи. Существуют разработки, которые позво-
ляют объединять в рамках системы тысячи микропроцессоров.
Успехи микроэлектроники позволяют здесь каждому вычисли-
телю дать собственную оперативную память и обеспечивать
произвольные связи вычислений друг с другом в ходе вычис-
лительного процесса. За системами этого типа будущее. Осо-
бенно в части создания систем массового параллелизма.
№39 Классификация ВС. Многомашинные ВС, принципы
построения и работы.
Каждая машина сохраняет свою автономность и может рабо-
тать по собственной системе Общая информационная истина
является надстройкой автономных операционных систем. При
этом для любой машины все другие являются не более чем
удаленными периферийными устройствами. Оперативность
взаимодействия в многомашинных комплексах не очень высо-
кая. Системы создавались для повышения надежности
Положение переключателя 1 и 3 – состояние повышенной на-
дежности. В данной схеме резерв может быть "холодный" и
"горячий" предусамтривает отключение резервной машины и
ее выход на профилактику.
В положении 2 обеспечивается режим повышеннной досто-
верности, когда обе машины работают параллельно и можно
периодически сравнивать результаты обработки. Как вариант
этот режим допускает параллельную работу ЭВМ с различны-
ми потоками задач, что увеличивает производительность сис-
темы.
Эта схема использования многомашинной системы до сих
пор используется в специальных применениях. Развитие сете-
вых технологий позволяет расширить возможности многома-
шинных комплексов. Для этого необходимо усилить оператив-
ность взаимодействия ЭВМ в части обмена большими объема-
ми информации и увеличить число одновременно работающих
модулей при выполнении общих работ.
№40 Многомашинные вычислительные системы. Типовые
структуры многомашинных систем.
В общем случае все структуры ВС классифицируют по сле-
дующим признакам:
? По назначению (универсальные и специализированные)
? По типу ВС (многомашинные и многопроцессорные). В
многомашинных системах каждая машина сохраняет
определенную автономность и может работать от соб-
ственной ОС, где общая ОС - надстройка автономных
ОС. При этом для машины все другие являются удален-
ным периферийным устройством, причем оператив-
ность взаимодействия многомашинных комплексов не
очень высока. Многопроцессорные системы являются
наиболее оперативными по связи, но они очень сложны.
Систем с большим числом процессоров не существует,
т.к. в них тяжело избавиться от конфликтов.
? По степени территориальной разобщенности (совме-
щенные системы, т.е. сосредоточенные, и распределен-
ные, т.е. разобщенные). Обычно многопроцессорные
системы относятся к системам совмещенного типа, а
многомашинные - к разобщенным. Наиболее яркий
представитель разобщенной системы - сети ЭВМ
? По методам управления вычислителями (централизо-
ванные, децентрализованные и системы со смешанным
управлением). В централизованной системе (более про-
стой) функции управления находятся у главной, дис-
петчерской ЭВМ (процессор), в децентрализованной - у
элементов ВС, где каждая ЭВМ сохраняет некую авто-
номию. В системах со смешанным управлением совме-
щаются процедуры централизованного и децентрализо-
ванного управления.
? По режиму работы (системы оперативной и неопера-
тивной обработки). Первые используют режим реально-
го времени.
Многомашинные ВС появились исторически первыми.
2
ЭК
1 3
Они создавались для повышения надежности, достоверности и
производительности. Положение 1 и 3 электронного ключа
(ЭК) обеспечивает режим повышенной надежности, при этом
одна машина выполняет работу, а другая находится в "холод-
ном или горячем" режиме, т.е. готовности заменить первую.
Положение 2 ЭК соответствует случаю, когда обе машины
обеспечивают параллельный режим вычисления. Эта схема
использования многомашинной системой до сих пор использу-
ется в специальных применениях.
Развитие сетевых технологий позволяет решить возможности
многомашинных комплексов. Для этого необходимо решить
следующие задачи:
- Повысить оперативность взаимодействия ЭВМ
в части обмена большими объемами информа-
ции
- Увеличение числа одновременно обрабаты-
вающий модулей при выполнении общих ра-
бот.
-
№41 Многопроцессорные ВС. Принцип построения и рабо-
ты. Системы с общей шиной и коммутацией.
Многопроцессорные ВС представляют собой множество про-
цессоров, использующих ресурс оперативной памяти (ООП).
параллельная работа процессоров и использование ООП обес-
печиваются под управлением единственной общей операцион-
ной системы.
……
Многопроцессорные системы позволяют строить вычисли-
тельные устройства сверхбольшой мощности. Они более
сложны, чем многомашинные, поскольку в ходе вычислитель-
ного процесса требуется проводить функции диспетчеризации.
ОП, обеспечивающая автоматизацию управления, включает в
себя и функции разрешения конфликтов, так как ООП имеет
только один адресный вход и один информационный выход.
При решении сложных задач количество комплексируемых
процессоров не может быть очень большим во избежание кон-
фликтов. По этому все многопроцессорные системы отлича-
ются друг от друга методами предотвращения конфликтов.
Помимо процессоров к ООП подключаются все каналы (про-
цессоры ввода-вывода), средства измерения времени и т.д. По-
этому серьезным недостатком МПС является еще и проблема
коммутации абонентов и доступа их к ООП. Система с комму-
тацией предполагает использование коммутаторов (электрон-
ный ПxК полюсник, позволяющий организовать связи любого
из N входов с любым из K выходов. Многоблочное построение
памяти позволяет в ходе вычислений переключать процессоры
на другие блоки.
Многопроцессорные системы классифицируются по призна-
кам обеспечивающим эффективное решение этой задачи
1. обычно рассматривают системы многовходовые , т.е
несколько входов у общей оперативной памяти.
2. Системы с коммутацией
А) централизованными
Б) распределенным коммутатором
3. ассиметричные структуры
Несмотря на успехи микроэлектроники, компьютеры с боль-
шими числами N и K становятся очень громоздкими,
требующие трудоемкого охлаждения и обслуживания. Поэто-
му на практике сложные компьютеры разбивают по слоям.
№42 МПС. Системы многовходовые, асимметричные.
Многовходовые: ООП представляет организацию многовход-
ности только путем разбиение памяти на параллельно рабо-
тающие блоки. Функциональное закрепление блоков памяти за
процессорами позволяет сократить общее число конфликтов.
Полностью конфликты искоренить нельзя, их можно только
разделить (этот метод похож на организацию КЭШ памяти для
каждого процессора), но при этом возникает проблема, как
обеспечить передачу блоков с одного процессора на другой.
Многоблочные построения ООП в данных системах позволяет
использовать чередование адресов, которые резко увеличива-
ют быстродействие памяти.
Асимметричные: они позволяют комплексировать процессо-
ры, резко отличающиеся друг от друга своими характеристи-
ками. При этом функции каждого процессора становятся спе-
цифичными, т.е. к примеру, слабые процессоры обслуживают
каналы связи, а мощные обрабатывают подготовленные паке-
ты заданий.
№43 Основные структуры ВС в архитектуре ОКОД.
Архитектура ОКОД охватывает все однопроцессорные и од-
но-машинные варианты систем, т.е. с одним вычислителем.
Все
ЭВМ классической структуры попадают в этот класс. Здесь
параллелизм вычислений обеспечивается путем совмещения
выполнения операций отдельными блоками АЛУ, а также
параллельной работой устройств вывода-ввода информации и
процессора. ОК
ОД
Данная структура оказалась сосредоточенной вокруг ОП, так
как именно цепь "процессор-ОП" во многом определяет эф-
фективную работу компьютера. При выполнении каждой ко-
манды необходимо неоднократное обращение к ОП: выбор
команды, операндов, отсылка результатов.
Подобные структуры могут использоваться как сопроцессоры
в системах будущих поколений.
Основным достижением данной структуры можно считать
процессор Pentium, в которых имеется встроенный сопроцес-
сор, иерархическое построение памяти, расслоение КЭШ па-
мяти.
а) AMD => RISC
Intel => CISL
RISC структуры позволяют сократить время обращения к опе-
ративной памяти до 2:1.
б) Появление ВМ с очень длинным командным словом VLIW.
Поскольку машины классической структуры сосредоточены
вокруг оперативной памяти, то целесообразно выбирать ин-
формации выбирать информационными блоками используя
свойство централизации. Выборка информации и ее записи в
память осуществляется более крупными объектами, чем ис-
пользуются в памяти.
№44.Основные структуры вычислительных систем в ар-
хитектурах ОКМД и МКОД.
1.МКОД. К этой системе относятся структуры типа «конвейер»
ОК- 1 OK-2 OK-n
ОД
t
to tn
Преимущества конвейера ясны: при правильной работе кон-
вейера после его «разгона» через каждую единицу времени на
выходе конвейера появляются результаты следующего шага
обработки.
Прообраз такой системы находится в каждом ПК при совме-
щении операций, когда каждый функциональный блок маши-
ны выполняет строго определенные операции при выполнении
каждой команды.
При построении вычислительных систем функциональная
ориентация процессоров не может быть полной, потому что
они все универсальны. Поэтому «длинных» конвейеров в вы-
числительных системах не может быть найдено в стандартных
алгоритмах обработки. Однако в специальных системах и в
супер ЭВМ, в частности, подобные конвейеры используются.
Например, подкачка команд и данных через КЭШ памяти для
процессоров.
По типу конвейера работают сети, реализующие архитектуру
«клиент-сервер».
В архитектуре МКОД нет развитых систем с большим количе-
ством процессоров. Однако у последних Pentiumов есть блоки,
обеспечивающие предсказания разветвлений выч. процесса и
блоки выполнения команд не связанных общими данными.
Это позволяет повысить конвейерную обработку команд.
2.ОКМД. ОК
ОД-1
ОД-2
ОД-n
Эта архитектура, в отличие от предыдущей, является вектор-
ной или матричной. Она позволяет обрабатывать одной ко-
мандой сразу группу из n данных, что существенно ускоряет
производительность.
Матрица процессоров обычно имеет связи по данным.
Регулярный характер связей обеспечивает эффективные реше-
ния соответственно регулярных задач (задачи матричного ис-
числения, задачи теории поля, система линейных и нелиней-
ных уравнений и т.д.).
Все машины высокой производительности имеют встроенные
сопроцессоры матричного типа.
Все современные супер-ЭВМ комбинируют векторную и кон-
вейерную обработку и отличаются друг от друга только вида-
ми этих комбинаций.
В ОКМД наблюдается появление сопроцессоров ускоряю-
щих вычисление по специфическим видам обработки. Эти со-
процессоры подключаются к большим вычислительным ма-
шинам или серверам, обслуживающих большие хранилища
информации.
№45.Классификация структур вычислительных систем в
архитектуре МКМД.
ОД-n ОК-2 ОК-n
ОД-2 ОК-1
ОД-1
МКМД- многократно повторенный ОКОД.
Архитектура МКМД предполагает, что все процессоры систе-
мы работают по своим программам с собственным потоком
команд. В простейшем случае они могут быть автономны и не-
зависимы.
После разочарований при построении супер-ЭВМ высокой
производительности исследования всех фирм переключились
на архитектуру МКМД. Успехи микроэлектроники позволяют
здесь каждому вычислителю-процессору дать собственную ОП
и обеспечивать произвольные связи вычислителей друг с дру-
гом в ходе вычислительного процесса.
За системами этого типа имеется большое будущее, особенно в
части создания MPP-систем (систем массового параллелиз-
ма).Существуют разработки, которые позволяют объединять в
рамках одной системы тысячи микропроцессоров.
№46 Системы массового параллелизма (MPP). Проблемы
их построения и работы.
Системы массового параллелизма - системы, где возможно
построение системы с десятками, сотнями и даже тысячами
процессорных элементов с размещением их в непосредствен-
ной близости друг от друга.
МРР системы относятся к слобосвязанным это значит, что в
данных системах предполагается невысокая оперативность
обмена, при этом соответственно снимается общее число кон-
фликтов.Если каждый процессор имеет собственную память,
то он также будет сохранять известную автономию в вычисле-
ниях. Все процессорные элементы в таких системах должны
быть связаны единой коммутационной средой. Здесь возника-
ют проблемы, аналогичные ОКМД - системам, но на новой
технологической основе. Передача данных в MPP - системах
предполагает обмен не отдельными данными под централизо-
ванным управлением, а подготовленными процессами (про-
граммами вместе с данными). Этот принцип построения вы-
числений уже не соответствует принципам программного
управления классической ЭВМ. Передача данных процесса по
его готовности больше соответствует принципам построения
"потоковых машин" (машин, управляемых потоками данных).
Подобный подход позволяет строить системы с громадной
производительностью и реализовывать проекты с любыми ви-
дами параллелизма, например, перейти к "систолическим вы-
числениям" с произвольным параллелизмом. Однако для этого
необходимо решить целый ряд проблем, связанных с описани-
ем, программированием коммутаций процессов и управлением
ими. Математическая база этой науки в настоящее время прак-
тически отсутствует.
№47. Сист. массового параллелизма.
Успехи микро интегральной технологии и появление БИС и
СБИС позволяют расширить границы и этого направления.
Возможно построение систем с десятками, сотнями и даже ты-
сячами процессорных элементов в непосредственной близости
друг от друга. Если каждый процессор имеет собственную па-
мять, то он будет сохранять известную автономию в вычисле-
ниях. Подобные ВС получили название систем с массовым
параллелизмом.МРР-Mass Parallel Processing. Передача данных
в МРР системах предполагает обмен не отдельными данными
под централлизованным управлением, а подготовленными
процессами (программами вместе с данными). Это уже не
классическая ЭВМ. Подобный подход позволяет строить сис-
темы с громадной производительностью. Однако для этого не-
обходимо решить целый ряд проблем , связ с описанием , про-
граммированием коммутаций процессов и управлением ими.
Математическая база этой науки практически отсутствует.
Экономические и технические предпосылки появления и раз-
вития сетей.
Экономические: Анализ характеристик ЭВМ различных поко-
лений показал, что в пределах интервала времени , характер-ся
относительной стабильностью элементной базы, связь стоимо-
сти и производительности ЭВМ выраж квадратичной зависи-
мостью: С = К1*П*П Построение же вычислительных систем
позволяет сократить затраты, т к для них сущ линейная фор-
мула С = К2*(П1+П2++Пn) где С-стоимость ,К- коэф порпор-
циональности, П-производительность ЭВМ.
Технические: Наличие нескольких вычислителей в системе по-
зволяет по-новому решать проблемы надежности
,достоверности результатов,Резервирования,централизации
хранения и обработки данных, децентрализации управления и
т.д.
№46 Вычислительные сети. Экономические и технические
предпосылки появления и развития сетей ЭВМ.
Сразу после появления вычислительной техники наметились
тенденции к ее слиянию со средствами связи. Этот факи имеет
довольно серьезное обоснование. В специализированных сис-
темах, в которых необходимо обеспечивать высокую опера-
тивность и достоверность, выч. техника позволила сократить
время подготовки данных, время проверки, настройки и т.д.
Техника связи обеспечила процессы передачи цифровых дан-
ных. Первоначально каждая фирма создавала собственные
специализированные вычислительные сети, резко отличаю-
щиеся друг от друга сотавом оборудования.ю типом каналов
связи, структурой, програмным обеспечением и т.д. Сложность
процдур передачи цифровых данных привела к появлению
большого кол-ва методов, способов, а ззатем и стандартов по
созданию сетей
№47 Классификация ВС и Структура ВС
Структура – это совокупность комплексируемых элементов и
их связей. В качестве элементов ВС выступают ЭВМ и про-
цессоры. В ВС, относящихся к класу больших систем , можно
рассматривать структуры технических, програмных средств,
структуры управления.
Все сети можно классифицировать по следующим признакам :
1. По степени территориальной разобщенности (локаль-
ные, глобальные) Машины сети находятся в непосред-
ственной близости друг от друга (5-20) км. Общая про-
тяженность сети 1,5-2 км. Число машин 15-20. В преде-
лах одного или нескольких зданий. Как правило не ис-
пользуются каналообразующая апаратура.
Территориальные – Образуются путем слияния нескольких
локальных сетей с помощью техники связи. Формируется в
пределах города
Глобальные – соединение территориальных сетей. Могут
передавать данные междугосударствами независимо от рас-
стояния
2. По характеру реализуемых функций в сети.
а) вычислительные
б) информационные
в) информационно-вычислительные
3. По способу управления
а) централизованные (очень простые и небольшие)
б) децентрализованные
в) сети смешанного типа
Развитие сетей приводит к децентрализованному управле-
нию.Вдецентрализованной сети функции управления дубли-
руются на нескольких комьпьютерах и могут передаваться в
случае выхода из строя отдельных звеньев, вэтом случае полу-
чается система со смешанным управлением.
4. По организации передачи информации
а) с селекцией информации
б) с маршрутиризацией информации
5. По типу построения маршрута
а) по выделенному каналу
б) с комутацией каналов
в) с комутацией сообщений
г) с коммутацией пакетов сообщений
6. По топологии
а) широковещательные ( в данных сетях все компьютеры мо-
гут прослушивать информацию)
б) последовательные (обычно имеют ячеистую структуру)
В зависимости от принадлежности сетей к определенному
классу обычно рассматривают в зависимости от целей иссле-
дования аппаратурную, программную и логическую структуру.
Аппаратурная структура очень сильно зависит от топологии
Логическая структура предполагает деление сети на опреде-
ленные звенья: главная машина сети, управляющая машина,
коммуникационная.
Логическая и аппаратная структура могут отличаться друг от
друга, т.к. отдельные ф-ции могут быть рассредоточены, а дру-
гие соединены.
Особую структуру составляет программная, которая пред-
ставляет 7-ми уровневую систему протоколов ( программ
обеспечивающих передачу данных между компьютерами.
№49. Типы и виды передачи информации в вычислитль-
ных сетях. Передача по выделеным каналам. Коммутация
пакетов сообщений.
Выделенный канал связи :
Это в самом простом виде связь, связь двух компьютеров про-
водом. Это наиболее простое в техническом отношении сред-
ство передачи данных. Но большая длина выделенного канала
делает связь очень дорогой. При использовании выделенных
каналов связи приемопередающая аппаратура узлов связи по-
стоянно соединена между собой. Этим обеспечивается высокая
степень готовности системы к передачи информации, более
высокое качество связи, поддержка большого трафика. Из-за
сравнительно больших расходов на на эксплуатацию сетей с
выделенными каналами связи их рентабельность достигается
только при условии достаточно полной загрузки канала.
Коммутация пакетов сообщений сочетает в себе преимущест-
ва коммутации каналов и коммутации сообщений. Ее основ-
ные цели обеспечение полной доступности сети и приемлемо-
го времени реакции на запрос пользователей, сглаживание
асимметричных потоков между многими пользователями,
обеспечение мультиплексирования возможностей каналов свя-
зи и портов компьютеров в сети, рассредоточение критических
компонентов (коммутаторов) в сети.
При коммутации пакетов пользовательские данные (сообще-
ния) перед началом передачи разбиваются на короткие пакеты
фиксированной длины. Каждый пакет снабжается протоколь-
ной информацией: коды начала и окончания пакета, адреса от-
правителя и получателя, номер пакета в сообщении информа-
ция для контроля достоверности передаваемых данных в про-
межуточных узлах связи и в пунктах назначения. Будучи неза-
висимыми единицами информации, пакеты, принадлежащие
оному и тому же сообщению, могут передаваться одновремен-
но по различным маршрутам в составе дейтаграмм. Управле-
ние передачей и обработкой пакетов в узлах связи осуществля-
ется центрами коммутации пакетов (ЦКП) с помощью компь-
ютеров.
В отличие от коммутации сообщений технология коммутации
пакетов позволяет :
- увеличить количество подключаемых станций
(терминалов), так как здесь больше коммута-
торов:
- легче преодолеть трудности, связанные с под-
ключением к коммутаторам дополнительных
линий связи
- существенно сократить время на передачу
пользовательских данных, повысить пропуск-
ную способность сети и повысить эффектив-
ность использования сетевых ресурсов.
В настоящее время пакетная коммутация является основная
для передачи данных.
№50 Комутация каналов. Комутация сообщений
Виды передачи информации: Коммутация каналов. При ком-
мутации каналов между связываемыми конечными пунктами
на протяжении всего временного интервала соединения обес-
печивается обмен в реальном масштабе времени, причем биты
передаются с неизменной скоростью по каналу с постоянной
полосой пропускания. Между абонентами устанавливается
сквозной канал до начала передачи информации. Этот канал
формируется из участков с одинаковой пропускной способно-
стью. Прохождение отдельного сигнала вызова обеспечивается
с помощью последовательного включения нескольких комута-
ционных устройств, размещаемых в центре коммутации кана-
лов.аждое устройство резервирует за собой физическое соеди-
нение между одним входящим и одним изходящим каналами.
Если при установлении сквозного канала связи заняты вызы-
ваемая сторона или хотябы одно из коммутационных уст-
ройств в цепочке прохождения сигнала вызова, последний бу-
дет блокироваться , и абонемент, инициировавший вызов,
должен спустя некоторое время его повторить.Недостатки:
1.большое время установления сквозного канала.
2. необходимость повторной передачи сигнала вызова
3. нельзя выбрать скорость передачи
4. возможность монополизации канала одним источником
5. наращивание функций сети ограничено
6. не обеспечивается равномерность загрузки каналов связи
Преимущества:
1. Отработанность технологий
Возможность работы в диалоговом режиме и в реальном мас-
штабе времени
Широкая область применения
Коммутация сообщений Как и все методы коммутации с про-
межуточным хранением, технология коммутации сообщений
относится к технологии типа «запомнить и послать».Кроме то-
го, технология коммутации сообщений обычно предусматри-
вает отношение «главный-подчиненный»Коммутатор в центре
коммутации сообщений выполняет регистрацию и выбор при
управлении входящими и выходящими потоками. Здесь не
рассматриваютсяинтерактивный режим и режим реального
времени,однако данные через коммутатор могут передаваться
с очень большой скоростью с соответствующим определением
уровня приоритета для различных типов потоков дан-
ных.Важно отметить ,что при коммутации сообщение незави-
симо от его длинны целиком сохраняет его целостность, как
единичный объект в процессе его прохождения от одного узла
к пункту назначения. Транзитный узел не может отправить со-
общение пока целиком его не примет. Недостатки:
Очень большие ЗУ
Недостаточные возможности по реализации диалогового ре-
жима
Выход из строя одной сети при отказе коммутатора
Коммутатор узок для прохождения
Каналы передачи данных используются мене эффективно чем
другие методы коммутации
Преимущества. Не надо заранее устанавливать сквозной канал
Формирование маршрута из отдельных участков с разной ско-
ростью
Реализация различных систем обслуживания запросов с уче-
том их приоритетов
Возможность сглаживания пиковых нагрузок путем запомина-
ния низкоприоритетных потоков в периоды этих нагрузок.
Отсутствие потер запросов на обслуживание.
№51. Структура ПО в ВС .Протоколы
ПО имеет иерархическую структуру, соответствующую семи-
уровневой модели ВОС. Это существенно облегчает стандар-
тизацию ПО в соответствии с общепринятыми протоколами.
Известно что основная задача ЛВС- обеспечение функциони-
рования прикладных процессов, реализуемых в АС сети. Вы-
полнение прикладных процессов обеспечивается средствами
прикладных программ сети , которые реализуют протоколы
верхнего (прикладного) уровня модели ВОС и соответственно
образуют верхний уровень програмной структуры.Выполнение
поцессов взаимодействия (передача сообщений) производится
средствами сетевых операционных систем(СОС),а так же ап-
паратными средствами сети. Обычно программы СОС локаль-
ных сетей реализуют протоколы трех верхних уровней модели
ВОС: прикладного (вместе с ППС) представительного, сеансо-
вого. Протоколы нижних четырех уровней (транспортного, се-
тевого, канального и физического) как правило реализуются
аппаратурными средствами(сетевым адаптером), но в принци-
пе процедуры этих уровней (кроме физического) могут быть
реализованы программно средствами СОС.
№52. ЛВС-кабельные системы в ВС
В качестве линий связи используются : кабельные(телефонные
линии, витая пара, коаксиальный кабель волокно оптические
линии связи ) , радиорелейные, радиолинии.
Среди кабельных линий наилучшие показатели имеют свето-
воды. Основные их преимущества: высокая пропускная спо-
собность, нечувствительность к внешним электромагнитным
полям, низкая трудоемкость прокладки, пожаробезопасность,
повышенная устойчивость к агрессивным средам, широкие об-
ласти применения. Недостатки ВОЛС: передача сигналов в од-
ном направлении , подключение к световоду дополнительных
ЭВМ значительно ослабляет сигнал, необходимые скоростные
модемы дороги, световоды , соединяющие ЭВМ должны
снабжаться преобразователями электрических сигналов в све-
товые и обратно.
№53. ЛВС-топология локальных сетей
Топология , т.е. конфигурация элементов в ТВС делятся на два
типа Широковещательные и последовательные. Широковеща-
тельные конфигурации и значительная часть последователь-
ных конфигураций (кольцо, звезда с интеллектуальным цен-
тром, иерархическая) характерны для ЛВС. Для глобальных и
региональных сетей наиболее распространенной считается
произвольная топология а так же иерархическая конфигурация
и звезда. В широковещательных конфигурациях в любой мо-
мент времени на передачу кадра может работать только одна
РС(абонентская система) Остальные РС сети могут принимать
этот кадр, т.е. такие конфигурации характерны для ЛВС с се-
лекцией информации. Основные типы широковещательной
конфигурации - общая шина, дерево, звезда с пассивным цен-
тром. В последоват. конфигурациях характерных для сетей с
маршрутизацией информации , передача данных осуществля-
ется последовательно от одной РС к соседней, причем на раз-
личных участках сети могут использоваться разные виды фи-
зической передающей среды. К последовательным конфигура-
циям относятся : произвольная, иерархическая, кольцо, цепоч-
ка, звезда с интеллектуальным центром, снежинка. В ЛВС
наиболее широко распространены кольцо, и звезда, а так же
смешанные конфигурации-звездно-кольцевая и звездно-
шинная.
№55. ЛВС характеристика и протокол сети TokenRing
Топология-кольцо,Метод доступа-Маркерное кольцо,Среда
передачи-световод или витая пара,Скорость передачи-4,0-16
Мбит/с.Количество абонентов-для витой пары-72, световода-
260.Растояние между блоками доступа и ПК – 300 м.
Протокол: разработан IBM и расчитан на кольцевую тополо-
гию сети. Это селективный метод доступа в кольцевой моно-
канал, именуемый «маркерное кольцо». В качестве маркера
используется уникальная последовательность битов.Маркер не
иметт адреса и может находиться в двух состояни-
ях(свободном или занятом). Если ни одна РС не готова к пере-
даче данных, свободный маркер циркулирует по кольцу. Стан-
ция, имеющая кадр для передачи, ждет подхода свободного
маркера, захватывает его, изменяет состояние маркера на заня-
тый и добавляет к нему кадр. Занятый маркер с кадром пере-
мещаются по кольцу и возвращается к станции отправителю,
причем при прохождении через узел назначения снимается ко-
пия кадра. Станция отправитель удаляет свой кадр из кольца,
изменяет состояние маркера на свободный и передает его
дальше по кольцу. Описанная процедура характерна для сети,
в которой все станции имеют одинаковый приоритет. В рамках
метода, «маркерное кольцо» предусматривается возможность
передача кадров станции с учетом их приоритетов. Тогда
станции с низким приоритетом могут захватывать кольцо в
случае неактивности станций с более высоким приоритетом.
№54. ЛВС характеристика и протокол сети Ethernet
Топология-звезда или шина, Метод доступа-CSMA/CD,среда
передачи-витая пара, коак-сильный кабель,оптоволокно, Ско-
рость передачи –10 Мбит/с,Количество абонентов(ПК)-
сегментов – 15,кол-во ПК на сегмент – 100 кол-во ПК в сети –
1024. Расстояние: длина сегмента-300 для коакс кабеля, 4500
для волокнооптич, 150 для витой пары.
Протокол:(метод случайного доступа). Разрабо-тан фирмой
Xerox в 1975 г. и используется в ЛВС с шинной топологией,
обеспечивает высокую скорость передачи. Это метод множе-
ственного доступа с прослушивания несущей и разрешением
конфликтов(коллизий). Каждая РС перед началом передачи
прослушивает канал. Если канал свободен, РС начинает пере-
дачу данных осуществляемую пакетами, упакованными в кад-
ры.Из-за различных системных задержек могут возникнуть
коллизии. В этом случае станция задерживает передачу не не-
которое время. Для каждой РС устанавливается свое время
ожидания перед повторной передачей кадра.Коллизии приво-
дят к снижению быстродействия сети только при сравнительно
большом количестве активных РС (до 80-100).
№57.Сетевое оборудование Трансиверы , Повторите-
ли,Концентраторы.
Концентраторы(хабы):Эти устройства удобны для
формирования сети произвольной топологии. Выпускается ряд
типов концентраторов-пассивных и активных с автономным
питанием, выполняющих роль повторителя. Они отличаются
по количеству, типу, длине подключаемых кабелей и могут
автоматически управлять подсоединенными сегментами(
включать и отключать их в случае обнаружения сбоев и
обрывов).
Приемопередатчики(трансиверы) и повторители( репитеры) С
помощью этих устройств можно объединить несколько
сегментов сети с шинной топологией, увеличивая таким
образом общую протяженность сети. Приемопередатчик –
устройство, предназначенное для приемов пакетов от
контроллера РС сети и передачи их в шину.Он так же
разрешает коллизии в шине. Конструктивно
Приемопередатчик и конторллер могут объединяться на одной
плате или находиться в различных узлах. Повторитель –
устройство с автономным питанием обеспечивающее передачу
данных между сегментами определенной длинны.
№58. Сетевое оборудование: Мосты, маршрутизаторы,
шлюзы.
Мосты используются для соединения в основном идентичных
сетей, имеющих некоторые физические отличия на
физическом и канальном уровнях.Например с помощью моста
могут соединяться на третьемм уровне(сетевом) две сети с
различными более низкими уровнями , но одинаковыми более
высокими уровнями. Промышленностью выпускается широкая
номенклатура мостов. Среди них "самообучающиеся" мосты
которые позволяют регулировать доступ к каждой из
объединяемых сетей и трафик обмена между ними, а так же
используются для расширения сети.
Шлюзы применяются для соединения различных сетей. Они
выполняют протокольное преобразование для всех семи
уровней модели ВОС, в частности – маршрутизацию пакетов,
преобразование сообщения из одного формата в другой или из
одной системы кодирования в другую.
Маршрутизаторы(роутеры): Эти устройства устанавливают
соединения на 4-м (транспортном) уровне , при этом верхние
уровни должны быть одинаковыми. Они обеспечивают
достаточно сложный уровень сервиса, т.к. могут выполнять
интелектуальные функции : выбор найлучшего
маршрута,управление балансированной нагрузкой в сети
путем равномерного распределения потока данных, защиту
данных, буферизацию передаваемых данных, различные
протокольные преобразования. Такие возможности
маршрутизаторов особенно важны при построении базовых
сетей крупных организаций.
№60. Маршрутизация в сетях. Классификация методов
маршрутизации.
Задача маршрутизации состоит в выборе маршрута для
передачи от отправителя к получателю. Она имеет смысл в
сетях, где не только необходим но и возможен выбор
оптимального маршрута.(ячеистые сети с коммутацией
пакетов).Однако в современных сетях со смешанной
топологией (звездно-кольцевой, звездно-шинной) реально
стоит и решается задача выбора маршрутов для передачи
кадров, для чего используются соответствующие средсва,
например маршрутизаторы. Основные цели маршрутизации:
Обеспечение минимальной задержки пакета при его передаче
от отправителя к получателю
Обеспеч максимальной пропускной способности сети
Максимальной защиты пакета от угроз безопасности
Обеспеч надежности доставки
Обеспеч минимальной стоимости передачи пакета
Классификация маршрутизации: По способу централизации:
Централлизованная, децентраллизованная, смешанная
№59. Принципы маршрутизации. Виды пердач
Различают три вида маршрутизации –
простую,фиксированную,адаптивную. Принципеальная
разница между ними – в степени учета изменений топологии и
нагрузки сети при решении задачи выбора маршрута.
Простая маршрутизация отличается тем, что при выборе
маршрута не учитывается ни изменение топологии сети, ни
изменения ее состояния. Она не обеспечивает направленной
передачи пакетов и имеет низкую эффективность. ЕЕ
преимущества – простота реализации алгоритма
маршрутизации и обеспечение устойчивой работы сети при
выходе из строя отдельных ее элементов. Из этого вида
практическое применение получили случайная(для передачи
пакета из узла выбирается одно случайно свободное
направление. Пакет "блуждает" по сети до тех пор пока не
достигнет адресата) и лавинная
маршрутизация(предусматривает передачу пакета из узла по
всем свободным выходным линиям. Поскольку это происходит
в каждом узле , имеет место размножение пакетов, что резко
уменьшает пропускную способность. Эта проблема решается
путем уничтожения в каждом узле дубликатов пакета и
продвижению по маршруту только одного пакета).
Фиксированная маршрутизация характеризуется тем, что при
выборе маршрута учитывается изменение топологии сети и не
учитывается загруженность линий.Для каждого узла
назначений направление передачи выбирается по таблице
маршрутов (каталогу), кто определяет кратчайшие пути.
Каталоги составляются в центре управления сетью.Они
составляются заново при изменении топологии. Различают
однопутевую(в каталоге только один путь) и многопутевую(в
каталоге несколько путей) фиксированные
маршрутизации.Фиксированная маршрутизация применяется
в сетях с малоизменяющейся топологией и установившимися
потоками пакетов.
Адаптивная маршрутизация отличается тем, что принятие
решения о направлении передачи пакетов осуществляется с
учетом изменения топологии и нагрузки сети. Существует
несколько вариантов адаптивной
маршрутизации:Локальная,распределенная,централизованная,
и гибридная адаптивные маршрутизации.
Локальная маршрутизация:основана на использовании
информации, имеющейся в данном узле и включающей:
таблицу маршрутов,которая определяет все направления
передачи пакетов из этого узла,Данные о сост выходной линии
связи(работают или нет),длину очереди пакетов , ожидающих
передачи.Информация о сосотоянии других узлов не
используется.Преимущество в принятии решения с учетом
самых последних данных о загрузке узла. Недостаток в
"близорукости"(узел не знает загруженность других узлов).
Распределенная адаптивная маршрутизация. Основана на
использовании информации ,указанной для локальной
маршрутизации и данных получаемых от соседних узлов сети
о изменении топологии и загрузке соседних узлов. Это
приводит к повышению эффективности алгоритма, но
сопровождается с загрузкой сети служебной
информацией.Сведения о изменении состояния узлов
распространеяется сравнительно медленно, поэтому выбор
маршрута производится по устаревшим данным.
Централлизованнаямаршрутизация:характеризуется тем, что
задача маршрутизации для каждого узла сети решается в
центре маршрутизации(ЦМ).Каждый узел периодически
формирует сообщение о своем состоянии и передает его в ЦМ.
По этим данным для каждого узла составляется таблица
маршрутов. Естественно , что передача сообщений в ЦМ
формирование и рассылка таблиц маршрутов –все это
сопряжено с временными затратами. Кроме того есть
опасность потери управления при отказе ЦМ.
Гибридная адаптивная маршрутизация:основана на
исполтьзовании таблиц маршрутов, рассылаемых ЦМ узлам
сети в сочетании с анализом длины очередей в узлах.
Следовательно, здесь реализуются принципы
централизованной и локальной маршрутизаций. Гибридная
маршрутизация компенсирует недостатки централизованной
маршрутизации(маршруты ,формируемые центром , являются
несколько устаревшими) и локальной("близорукость"
метода)и воспри-нимает их преимущества : маршруты центра
соответствуют глобальному состоянию сети, а учет текущего
состояния узла обеспечивает своевременность решения задачи.
№61. Защита информации в сетях. Помехо-защищающие
коды
№62 Помехоисправляющие коды.
Для построения помехоисправляющего кода. С точки зрения
теории безразлично какой брать код. В сетях передача данных,
передача нулевого байта с дополнением до четного неотдели-
ма от обрыва связи.
Код четн/нечетн позволяет обнаруживать все нечетные ошиб-
ки, однако этот вид не указывает местонахождение ошибочно-
го вида. Данные коды имеют кодовое расстояние =1. Передача
без избыточной информации дает кодовое расстояние
0.Избыточность информации не очень умеренная. Во всех ма-
шинах использование такого кода оправдано, т.к. передача
данных между устройствами и регистрами осуществляется па-
раллельными кодами, где шины отдельных видов этих данных
автономны и не влияют друг на друга.
№62.
| |
