Классификация вычислительных систем.
В процессе развития электронно-вычислительных машин можно выделить ряд закономерностей:
весь период развития вычислительной техники отмечен доминирующей ролью классической структуры ЭВМ, т. е. структуры фон Неймана, основанной на методах последовательных вычислений.
основным направлением совершенствования ЭВМ является постоянный рост производительности.
совершенствование ЭВМ осуществляется комплексно, улучшается как аппаратная, так и программная составляющая вычислительных машин.
В настоящее время наметился кризис классической структуры ЭВМ, связанный в первую очередь с исчерпанием всех основных идей последовательного счета. Дальнейшее развитие вычислительных систем напрямую связано с переходом к параллельным вычислениям и идеям построения многопроцессорных систем и сетей, объединяющих несколько отдельных процессоров серии ЭВМ.
Под вычислительной системой понимается совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенная для подготовки и решения задач пользователя.
Отличительной особенностью вычислительных систем по отношению к ЭВМ является наличие в них нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку.
Создание вычислительной системы преследует следующие цели:
повышение производительности за счет ускорения процессов обработки информации;
повышение надежности и достоверности результатов.
Самыми важными предпосылками в появлении и развитии вычислительных систем являются экономические факторы. Анализ характеристик ЭВМ различных поколений показал, что в пределах интервала времени, характеризующегося относительной стабильностью элементарной базы, связь стоимости и производительности ЭВМ выражается формулой:
П
остроение
же вычислительной системы характеризуется
линейной зависимостью:
г
де
К-коэффициент, зависящий от технического
уровня развития вычислительной техники;
П-производительность.
Для любого поколения ЭВМ и вычислительных систем существует критический порог сложности Пкр, после которого применение автономных ЭВМ считается экономически невыгодным.
Основными признаками, по которым классифицируются вычислительные системы, являются признаки структурной и функциональной организации.
По назначению вычислительные системы бывают универсальные и специализированные.
По типу различают многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы.
Многопроцессорные системы строятся при комплексировании нескольких процессоров. В качестве общего ресурса имеют общую оперативную память. Параллельная работа процессоров осуществляется под управлением общей операционной системы.
Многопроцессорные системы имеют существенные недостатки:
они связаны с использованием общей оперативной памяти. При большом количестве процессоров возможно возникновение конфликтных ситуаций.
помимо процессоров к общей оперативной памяти могут подключаться устройства ввода-вывода и различные измерительные устройства.
существует проблема коммутаций абонентов и доступа к общей оперативной памяти.
сильно усложняется операционная система.
По методам управления различают вычислительные системы:
централизованные;
децентрализованные;
со смешанным управлением.
Помимо параллельных вычислений необходимо выделять ресурсы для обеспечения управления этими вычислениями.
В централизованных вычислительных системах за это отвечает главная (диспетчерская) машина (главный процессор).
Центральный орган управления в системе может быть жестко фиксирован или эти функции могут передаваться другому процессору или другой ЭВМ.
В децентрализованных системах функции управления распределены между ее элементами. Любая вычислительная машина или процессор такой системы сохраняет свою автономию, а необходимые взаимодействия между ними устанавливаются по специальным наборам сигналов.
Для построения вычислительной системы необходимо, чтобы все элементы, входящие в систему, и модули были совместимы. Понятие совместимости имеет три аспекта:
аппаратный (технический);
программный;
информационный.
Техническая совместимость предполагает, что еще в процессе разработки аппаратуры обеспечиваются следующие условия:
подключаемая друг к другу аппаратура должна иметь единые стандартные средства соединения
параметры электрических сигналов, которыми обмениваются устройства, должны соответствовать друг другу.
Программная совместимость требует, чтобы программы, передаваемые из одного технического средства в другое, были правильно поняты и выполнены.
Информационная совместимость предполагает, что передаваемые информационные массивы будут одинаково интерпретироваться стыкуемыми модулями вычислительной системы.
Принципы построения вычислительных сетей.
Вычислительная сеть – это сеть обмена и распределенной обработки информации, образуемая множеством взаимосвязанных абонентских систем и средствами связи.
Средства передачи и обработки информации ориентированы в ней на коллективное использование общесетевых ресурсов – аппаратных, программных, информационных.
Абонентская система – это совокупность ЭВМ, программного обеспечения, периферийного оборудования и средств связи, выполняющих прикладные процессы.
С появлением вычислительных сетей удалось решить 2 задачи:
обеспечение доступа к ЭВМ пользователей независимо от их территориального расположения;
возможность оперативного перемещения больших массивов информации на любые расстояния.
Для вычислительных сетей принципиальное значение имеют 2 обстоятельства:
ЭВМ, находящиеся в различных абонентских системах одной и той же сети или различных взаимодействующих сетей
Каждая ЭВМ сети должна быть приспособлена как для работы в автономном режиме – под управлением своей операционной системы, так и для работы в качестве составного звена сети.
По сравнению с адекватной по вычислительной мощности совокупностью автономно работающих вычислительных машин сеть имеет ряд преимуществ:
обеспечение распределенной обработки данных и параллельной обработки многими ЭВМ
возможность обмена большими массивами информации между ЭВМ, удаленными друг от друга на значительные расстояния
коллективное использование дорогостоящих ресурсов (прикладные программы, базы данных, запоминающие устройства, печатающие устройства), что сокращает расходы на приобретение
предоставление большого перечня услуг: электронная почта, телеконференции, электронные доски объявлений, дистанционное обучение.
Основные требования к ЭВМ сетей:
универсальность, обеспечивающая возможность выполнения широкого круга задач;
модульность, обеспечивающая возможность изменения конфигурации ЭВМ.
Создание вычислительных сетей требует согласованного решения ряда вопросов:
выбор рациональной структуры сети, соответствующей ее назначению и удовлетворяющей поставленным требованиям;
выбор типа линий и каналов связи между звеньями сети;
обеспечение доступа пользователей к общесетевым ресурсам;
защита информации от несанкционированного доступа.
Эти вопросы решаются с учетом требований, предъявляемых к сети по главным показателям:
временным – оценивают оперативность удовлетворения запросов пользователей;
надежности – оценивают надежность своевременного удовлетворения запросов;
экономические – оценивают капиталовложения для создания и внедрения сети, а также текущие затраты при эксплуатации и использовании.
Классификация вычислительных сетей
По степени рассосредоточенности элементов сетей:
глобальные;
региональные;
локальные;
по характеру реализуемых функций:
вычислительные (обработка информации);
информационные (получение справочных данных по запросам);
смешанные (в них в определенном непостоянном соотношении выполняются вычислительные и информационные функции);
по способу управления:
с централизованным управлением;
с децентрализованным управлением;
со смешанным управлением;
по организации передачи информации:
с селекцией информации;
с маршрутизацией информации.
В сетях с маршрутизацией информации для передачи информации от отправителя к получателю могут использоваться несколько маршрутов, поэтому с помощью коммуникационных систем сети решается задача выбора оптимального маршрута.