Вопрос №2 Промышленные информационные системы. Промышленная информационная система — это масштабируемая система, предназначенная для комплексной автоматизации всех видов хозяйственной деятельности больших и средних предприятий, в том числе корпораций, состоящих из группы компаний, требующих единого управления. Промышленной Информационной Системой может считаться система, автоматизирующая более 80 % подразделений предприятия. Прогресс не стоит не месте. И со временем сетевые инженеры сталкивались с задачами которые не могли быть решены для создания информационных систем используя офисное оборудование. Так, были разработаны требования к промышленному сетевому оборудованию: • Высокое время наработки на отказ • Защита от пыли и влаги • Наличие резервируемого питания • Ударопрочность • Устойчивость к вибрации • Защита данных • Отсутствие движущихся частей • Поддержка протоколов резервирования • Наличие сигнального реле • Соответствие стандартам • Защита от ЭМИ Принимая во внимание эти требования, все особенности промышленного оборудования можно разделить на три части: конструктивные особенности (аппаратная часть), технологические особенности (программная часть) и сертифицированность. В последние 10-15 лет начали появляться компании, производящие оборудование соответствующие этим требованиям, а некоторые фирмы производящие офисное сетевое оборудование расширили своё производство в направлении промышленного сетевого оборудования.

Вопрос №3

Классификация и архитектурные особенности вычислительных систем

Вычислительная система — это совокупность одного или нескольких компьютеров или процессоров, программного обеспечения и периферийного оборудования, организованная для совместного выполнения информационно-вычислительных процессов.

Электронная вычислительная машина (ЭВМ), компьютер — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

По назначению ВС делят на

Универсальные предназначаются для решения широкого класса задач. Проблемно-ориентированные используются для решения определенного круга задач в сравнительно узкой сфере.

Специализированные ориентированы на решение узкого класса задач

Вычислительная система может строиться на базе либо целых компьютеров (многомашинная ВС), либо на базе отдельных процессоров (многопроцессорная ВС).

По типу ЭВМ или процессоров различают

• однородные – строятся на базе однотипных компьютеров или процессоров.

• неоднородные системы – включает в свой состав различные типы компьютеров или процессоров.

Территориально ВС делятся на:

• сосредоточенные (все компоненты располагаются в непосредственной близости друг от друга);

• распределенные (компоненты могут располагаться на значительном расстоянии, например, вычислительные сети);

По методам управления элементами ВС различают

• централизованные,

• децентрализованные

• со смешанным управлением.

В первом случае управление выполняет выделенный компьютер или процессор, во втором – эти компоненты равноправны и могут брать управления на себя.

В системах со смешанным управлением совмещаются процедуры централизованного и децентрализованного управления. Перераспределение функций осуществляется в ходе вычислительного процесса исходя из сложившейся ситуации.

По режиму работы ВС различают системы, работающие в

• оперативном

• неоперативном временных режимах.

Оперативные системы работают в реальном масштабе времени, в них реализуется оперативный режим обмена информацией – ответы на запросы поступают незамедлительно. В неоперативных ВС допускается режим “задержанного ответа”, когда результаты выполнения запроса можно получить с некоторой задержкой (иногда даже в следующем сеансе работы системы).

Кроме этого, ВС могут быть структурно

• одноуровневыми (имеется лишь один общий уровень обработки данных);

• Многоуровневыми (иерархическими) структурами. В иерархических ВС машины или процессоры распределены по разным уровням обработки информации, некоторые машины (процессоры) могут специализироваться на выполнении определенных функций.

Архитектура вычислительных систем

Архитектура системы – совокупность свойств системы, существенных для пользования.

Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.

Наиболее распространены следующие архитектурные решения.

Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) — одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд — программа. Это однопроцессорный компьютер.

Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шину данных и шину управления.

Периферийные устройства (принтер и др.) подключаются к аппаратуре компьютера через специальные контроллеры — устройства управления периферийными устройствами.

Контроллер — устройство, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.

Многопроцессорная архитектура. Наличие в компьютере нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и много потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи.

Многомашинная вычислительная система. Здесь несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко. Однако эффект от применения такой вычислительной системы может быть получен только при решении задач, имеющих очень специальную структуру: она должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе.

Преимущество в быстродействии многопроцессорных и многомашинных вычислительных систем перед однопроцессорными очевидно.

Архитектура с параллельными процессорами. Здесь несколько АЛУ работают под управлением одного УУ. Это означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе — то есть по одному потоку команд. Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить только на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных.

Вопрос 4.

Системы счисления

Системой счисления называется совокупность приемов наименования и записи чисел. В любой системе счисления для представления чисел выбираются некоторые символы (их называют цифрами), а остальные числа получаются в результате каких-либо операций над цифрами данной системы счисления.Система называется позиционной, если значение каждой цифры (ее вес) изменяется в зависимости от ее положения (позиции) в последовательности цифр, изображающих число.Число единиц какого-либо разряда, объединяемых в единицу более старшего разряда, называют основанием позиционной системы счисления. Если количество таких цифр равно P, то система счисления называется P-ичной. Основание системы счисления совпадает с количеством цифр, используемых для записи чисел в этой системе счисления.

Запись произвольного числа x в P-ичной позиционной системе счисления основывается на представлении этого числа в виде многочлена:

Кодирование текста

Множество символов, используемых при записи текста, называется алфавитом. Количество символов в алфавите называется его мощностью.

Для представления текстовой информации в компьютере чаще всего используется алфавит мощностью 256 символов. Один символ из такого алфавита несет 8 бит информации, т. к. 2⁸ = 256. Но 8 бит составляют один байт, следовательно, двоичный код каждого символа занимает 1 байт памяти ЭВМ. Все символы такого алфавита пронумерованы от 0 до 255, а каждому номеру соответствует 8-разрядный двоичный код от 00000000 до 11111111. Этот код является порядковым номером символа в двоичной системе счисления. Международным стандартом на персональных компьютерах является таблица кодировки ASCII. Принцип последовательного кодирования алфавита заключается в том, что в кодовой таблице ASCII латинские буквы (прописные и строчные) располагаются в алфавитном порядке. Расположение цифр также упорядочено по возрастанию значений.Стандартными в этой таблице являются только первые 128 символов, т. е. символы с номерами от нуля (двоичный код 00000000) до 127 (01111111). Сюда входят буквы латинского алфавита, цифры, знаки препинания, скобки и некоторые другие символы. Остальные 128 кодов, начиная со 128 (двоичный код 10000000) и кончая 255 (11111111), используются для кодировки букв национальных алфавитов, символов псевдографики и научных символов.

Вопрос 5

Вопрос 6.

Вычислительная техника, совокупность технических и математических средств, методов и приёмов, используемых для облегчения и ускорения решения трудоёмких задач, связанных с обработкой информации, в частности числовой, путём частичной или полной автоматизации вычислительного процесса; отрасль техники, занимающаяся разработкой, изготовлением и эксплуатацией вычислительных машин.

Задачи, связанные с исчислением времени, определением площадей земельных участков, торговыми расчётами и др., относятся к древнейшим периодам человеческой культуры. Первые примитивные устройства для механизации вычислений абак, китайские счёты и математические правила решения простейших вычислительных задач появились за сотни лет до н. э. Вычислительные устройства, такие, например, как шкала Непера, логарифмическая линейка, арифметическая машина французского учёного Б. Паскаля — предшественница арифмометра, были известны уже в 17 в. Промышленная революция 18—19 вв., характеризующаяся бурным для того времени ростом средств производства и его механизацией, дала толчок и развитию В. т. Это обусловливалось прежде всего необходимостью выполнения сложных расчётов при проектировании и строительстве кораблей, сооружении мостов, топографических работах, усложнением финансовых операций и т.п. При этом сложность и количество задач возросли настолько, что решение их в необходимый срок и без механизации самого вычислительного процесса часто оказывалось невозможным. Тогда на смену примитивным счётным устройствам пришли планиметры Дж. Германа и Дж. Амслера, арифмометр В. Т. Однера и др.

В 1833 английский учёный Ч. Беббидж разработал проект "аналитической машины" — гигантского арифмометра с программным управлением, арифметическим и запоминающим устройствами.

Практическое развитие В. т. в 19 и в начале 20 вв. связано главным образом с постройкой аналоговых машин (см. Аналоговая вычислительная машина), в частности первой машины для решения дифференциальных уравнений академика А. Н. Крылова (1904). В 1944 в США была построена ЦВМ с программным управлением "МАРК-1" на электромагнитных реле

Резкий скачок в развитии В. т. — создание в середине 40-х гг. 20 в. электронных цифровых вычислительных машин (ЭЦВМ) с программным управлением. Применение электронных ЦВМ существенно расширило круг задач; возможными стали такие вычисления, которые ранее были невыполнимы, так как требуемое для этого время превышало продолжительность человеческой жизни

Быстрое совершенствование В. т. неразрывно связано с интенсивным развитием электронной техники: первые ЭВМ были ламповыми, однако уже через несколько лет достижения в технике полупроводников позволили полностью перейти на полупроводниковое исполнение, а с начала 60-х гг. 20 в. приступить к микроминиатюризации схем и элементов ЭВМ, что существенно повышает их быстродействие и надёжность, уменьшает габариты и потребляемую мощность, удешевляет производство.

Наиболее существенно применение средств В. т. в системах автоматического управления при сборе, обработке и использовании информации с целью учёта, планирования, прогнозирования и экономической оценки для принятия научно обоснованных решений. Подобные системы управления могут быть как большими системами, охватывающими всю страну, район, какую-либо отрасль промышленности в целом или группу специализированных предприятий, так и локальными, действующими в пределах одного завода или цеха.

В. т. широко используется в современных системах обработки информации, для быстрого и точного определения координат кораблей, подводных лодок, самолётов, космических объектов и т.п. Особой областью применения В. т. являются информационные поисковые системы, обеспечивающие механизацию библиотечных и библиографических работ и способствующие ликвидации огромных справочных картотек. Быстро расширяющейся сферой применения В. т. является также работа банков, сберегательных касс и других финансовых учреждений, где использование ЦВМ позволяет централизованно выполнять все расчётные операции.

Аппаратная платформа компьютера (архитектура компьютера) — низкий уровень, образованный микроархитектурой, микропрограммой управления ядром микропроцессора и архитектурой набора команд на аппаратной базе конкретных микросхем процессора, чипсета, других физических компонентов, которые в совокупности составляют аппаратную модель вычислительной системы.

Предназначен для запуска определенных семейств программных продуктов (операционная система, прикладное программное обеспечение), которые, в свою очередь, разработаны, исходя из возможностей и для запуска на данной аппаратуре.

Конкретно аппаратные платформы отличаются друг от друга совокупностью аппаратуры (процессором, чипсетом), а также разработанными (и запускаемыми) программными компонентами.