Сложные динамические структуры данных:

(Структура данных меняется в процессе функционирования). К динамическим структурам данных относят разновидности массивов (кольца и списки) и множеств (графы и деревья).

1. Кольца - представляет собой одномерный массив с замкнутыми концами, когда пос-

(Ring Structure) ледний элемент замкнут с первым, образуя кольцо.

….

Если неопределенной длины – то можно в любом месте включать или исключать элементы данных.

2) Списки - это одномерный массив произвольных упорядоченных элементов данных с

(List) возможностью их свободного изменения.

В частном случае, когда элементами списка являются тоже списки, такая конструкция называется списочной структурой.

Пример: 1. (a, b, c)

2. (a, (m, 2.35), (b, k)) – списочная структура.

Основными операциями над списочными структурами являются следующие:

• исключение части списка;

• объединение (конкатенация) двух списков;

• Включение элемента в список.

Списочные структуры больше подходят для обработки небольшого числа сложно организованных данных, нежели для обработки большого количества данных одинаковой структуры.

3) Деревья - это конечное множество, состоящее из одного и более элементов, называемых

(Tree) узлами, таких что:

1. Имеется только один специальный узел, называемый корнем дерева T-root (t).

2. Остальные узлы (исключая корень) содержатся в m (m>0) попарно не пересекающих множествах Т₁, Т₂ , . . . , Т_m , каждые из которых в свою очередь являются деревом.

Деревья Т₁, Т₂ , . . . , Т_m называются поддеревьями данного корня.

3. Между узлами имеет место отношения «исходный - порожденный». Эти правила означают, что корень дерева имеет только порожденные элементы, т.е. не имеет входы, а имеет только выходы.

Отношение «исходный - порожденный» действует только в одном направлении: от корня дерева к поддеревьям.

Максимальное значение порожденных элементов

Отдельного узла определяет параметр, называемый

степенью дерева.

В нашем примере степень равна 3, т.к. максималь-

ное число поддеревьев, принадлежащее

вершине В, равно трем.

В практике часто используют деревья, все узлы которых имеют степени не более двух. Такие деревья называются бинарными деревьями.

Функциональный уровень обеспечения процесса управления

Понятие «функциональный» означает «зависящий от деятельности», а не от структуры.

Функциональный уровень обеспечения процесса управления обеспечивает внешние проявления объекта и систем управления, определяет спецификации процедур управления.

Спецификации - это способ описания, при котором для каждого действия, выполненного системой управления, описывается соответствующее преобразование входных параметров в выходные.

Этот уровень обеспечения управления тесно связан с разделением систем управления на локальные и распределенные системы управления.

Локальная система управления - это автономно функционирующая система управления без

(Local control system) связи с другими подобными системами.

Распределенные системы управления - это система, состоящая из нескольких взаимосвязанных

(Distributed control system) как логически, так и физически компьютерных локальных

систем управления, каждая из которых функционирует независимо, но пользуется общими ресурсами и услугами, принадлежащими всей системе.

Поскольку распределенная система управления функционально представляет собой вычислительную сеть, то в дальнейшем будут рассмотрены вопросы функционирования и взаимодействия объектов именно в сетях.

Процедуры обработки информации в сетях тесно связаны со взаимодействием различных сетевых баз данных, которые в свою очередь образуют распределенную системы баз данных.

Распределенная база данных - это система управления базами данных, данные которой

(Distributed data base) физически расположены на различных носителях или в

различных узлах сети, но они одинаково доступны для всех

пользователей сети.

Функциональный уровень локальных систем управления

Функционирование локальной системы управления можно отобразить как совокупность операций, имеющих определенную последовательность.

Процесс выполнения операций синхронизируется со стороны системы управления.

Представление простого перечня операций управления недостаточно для выявления и иллюстрации функциональных связей между отдельными элементами и звеньями системы управления.

Поэтому последовательность операций представляют уже с учетом функциональных связей между отдельными операциями и привязывают операции к тактам времени.

Таким функциональным представлением процесса управления являются циклограммы.

Ниже представлена циклограмма функционирования:

		I	II		III	IV			V		VI
Циклы времени		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Исполнительные устройства и механизмы

Временные параметры представлены чисто качественно в виде условных циклов без привязки к конкретной продолжительности.

Дуги – сверху цепочки циклов – функциональные связи в различных вариантах неправильной работы и аварийных ситуациях.

Дуги – внизу цепочки циклов - последовательные функциональные связи операций.

Выводы:

1. Типичными в практике прикладными процессами, которые оснащаются системами управления, являются циклические процессы.

2. Средства отображения функциональности процесса управления объектами, например, циклограммы, дают лишь качественную оценку процессам управления.

3. Для расширения представления функциональных свойств процесса управления требуется более эффективный аппарат – моделирование процессов управления.

Таким образом, рассмотрение функциональных характеристик системы управления является методологической основой для следующего этапа – этапа моделирования процессов управления.

Функциональный уровень распределенных систем управления

С появлением необходимости объединения разнотипных компьютеров в сетях возникла острая потребность в разработке некоторой идеологической концепции, которая позволила бы установить универсальные правила взаимодействия разных компьютеров между собой.

В рамках этой концепции предусмотрены различные уровни взаимодействия компьютеров – от самых простых до самых сложных.

Самый высокий (сложный) уровень – прикладной.

Самый низкий – уровень физического, аппаратного соединения компьютеров.

Каждый из взаимодействующих компьютеров рассматривается как открытая система в том смысле, что реализуемое в нем программное обеспечение удовлетворяет некоторому набору универсальных соглашений (протоколов), выполнение которых гарантирует возможность взаимодействия различных компьютеров.

В подавляющем большинстве случаев источниками и получателями информации являются прикладные объекты и прикладные процессы, имеющие разную природу.

Для их взаимодействия нужны логические соединения и физическая среда для передачи сообщений.

Таким образом, выделим следующие 4 (четыре) составляющих модели открытой системы:

Модель ВОС

Прикладной Прикладной процесс 1) прикладной объект

объект 2) прикладной процесс

3) соединения

4) физическая среда передачи сигналов

ВОС – взаимодействие открытых систем

соединение

физическая среда передачи

Международной организацией по стандартизации ISO (International Standards Organization) в 1977 г принята и рекомендована:

Эталонная модель взаимодействия открытых систем (ЭМВОС)

(Open System Interconnection - OSI)

Она определяет стандарты соединения и взаимодействия элементов вычислительных сетей.

В основе модели – декомпозиция всего процесса функционирования открытых систем на отдельные уровни.

На каждом уровне группируются наиболее функционально близкие компоненты.

По определению: ЭМВОС (OSI) – это проект стандарта сетевого и межсетевого взаимодействия, определяющий семь уровней взаимодействия компонентов сети:

Физический, канальный, сетевой, транспортный, сеансовый, уровень представления данных и прикладной.

Для каждого уровня разрабатывается один или несколько протоколов, которые обеспечивают сетевые взаимодействия широкого класса устройств.

Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем

Прикладной уровень (Application)

7.

Уровень представления данных (Presentation)

6.

Сеансовый уровень (Session)

5.

Транспортный уровень (Transport)

4.

Сетевой уровень (Network)

3.

Канальный уровень (Data link)

2.

Физический уровень (Physical)

1.

Каждый уровень реализует четко определенную функцию в контексте общей коммуникационной стратегии.

Уровень функционирует на основе протокола посредством обмена сообщениями с соответствующим уровнем в удаленной системе.

Каждый уровень имеет четко определенный интерфейс между уровнями, непосредственно выше и ниже его лежащими.

Каждый уровень должен обладать:

• Возможностью выполнения определенных логических функций;

• Набором объектов одного типа;

• Способностью выполнять набор услуг для расположенного над ним уровня.

Протокол – это определенные правила, по которым осуществляется взаимодействие

объектов одного уровня.

Межуровневый интерфейс - это правила, по которым осуществляется взаимодействие

объектов смежных уровней.

• Нижние три уровня (1-3) являются сете зависимыми и определяют протоколы, связанные с сетью передачи данных, используемый для связи компьютеров друг с другом (среда сети);

• Три верхние уровня (5-7) ориентированы на приложения и содержат протоколы, которые позволяют двум прикладным процессам взаимодействовать друг с другом (среда ВОС).

• Промежуточный транспортный уровень как бы соединяет эти две группы уровней, обеспечивая транспортировку сообщений между уровнями.

Комп А Комп В

п п

п п

7

6

5

4

3

2

1

7

6

5

4

3

2

1

Сеть данных

Каждый уровень обеспечивает определенный набор служб непосредственно выше стоящему уровню и, в свою очередь, использует службы, которые представляет уровень непосредственно под ним.

Конечная цель каждого уровня – это передать сообщение равному уровню в другой открытой системе.

Рассмотрим функции уровней

1. Прикладной уровень (7)

- это совокупность средств и понятий, обеспечивающих доступ прикладных

процессов пользователей к ресурсам и сервису сети как системе передачи

информации. (т.е. главное здесь – передача информации)

Примеры прикладных процессов:

• Программа доступа к удаленной базе данных;

• Оператор, обслуживающий терминал;

• Программа управления технологическим процессом;

Помимо передачи информации прикладной уровень выполняет следующие функции:

• Идентификацию партнера по его имени и адресу;

• Установление права на связь;

• Выбор дисциплины диалога;

• Соглашение об ответственности за ошибки4

• Установление ограничений на структуру передаваемых данных.

Посылка информации на этом уровне рассматривается как сообщение (Message).

Примерами широко применяемых протоколов прикладного уровня являются FTAM, X.400, NFS.

2. Уровень представления данных (6)

выполняет следующие функции:

• преобразование форматов данных;

• кодирование-декодирование данных;

( форматы представления данных могут различаться по структуре файлов, по кодированию символов, по порядку следования бит и т. д. Могут быть разные ОС).

Например, данные в формате ОС MS DOS с работой станции РС1, перед передачей по сети преобразуются в формат системы передачи данных и далее передаются по сети.

Приемная станция РС2, работающая под ОС UNIX, преобразует полученные данные в формат ОС UNIX/

(Каждая ОС имеет свою файловую систему, свои форматы хранения и обработки данных).

Основной задачей этого уровня является преобразование данных, передаваемых в сети, в формат принятый в данной системе.

Примеры протоколов уровня: AFP, ASN1, XDR.

3. Сеансовый уровень (5)

Определяет структуру управления взаимодействием абонентов в сети, т. е. контролирует и определяет диалы между сетевыми объектами.

Основные функции:

• определяется начало и конец сеанса связи;

• определяет время, длительность и режим сеанса;

• определяются точки синхронизации для промежуточного контроля и восстановления передаваемых данных;

• восстановление соединения после ошибок во время сеанса связи, что сохраняет данные.

Установление сеанса связи между абонентами сети включает процедуру проверки имени пользователя и его сетевого пароля, а также определение прав доступа к тем или иным ресурсам сети.

Контроль за текущим сеансом связи осуществляется с помощью точек синхронизации.

Это означает, что через определенные промежутки времени каждая станция в сети передает сообщение о своем состоянии. Если от станции нет такой информации в течение заранее оговоренного времени, то сеанс связи с такой станцией прекращается.

Примеры протоколов: ISO 8327, RPS.

4. Транспортный уровень (4)

Работа транспортного уровня напоминает работу почты по доставке корреспонденции. Сеансовый уровень указывает куда и кому нужно передать данные, а транспортный уровень обеспечивает процесс самой передачи данных.

При этом выполняются следующие операции:

• устанавливается транспортное соединение между абонентами;

• осуществляется управление потоком данных;

• контролируется последовательность передачи данных;

• обеспечивается обработка ошибок при передаче данных;

• осуществляется мультиплексирование передаваемых сообщений или соединений.

Транспортный уровень обеспечивает точную адресацию абонентов.

Транспортный адрес состоит из двух частей:

• логического сетевого адреса (определяется конкретная станция);

• адреса задачи (определяет конкретную задачу, выполняющуюся на станции);

логический сетевой адрес определяется протоколами сетевого уровня, а адрес задачи – протоколами транспортного уровня или вышележащими протоколами. Последний адрес часто называют портом.

На транспортном уровне посылка данных рассматривается как сегмент.

Примеры протоколов: SPX, UDR, TCP, NSP.

5. Сетевой уровень (3)

Обеспечивает передачу данных между сетями (маршрутизация данных).

При этом выполняются следующие функции:

• устанавливается сетевое соединение;

• определяются маршруты данных в сети и связь между сетями (межсетевой протокол);

• обеспечивается независимость высших уровней от физической среды передачи.

Как и на транспортном уровне используются адреса, состоящие из двух частей:

а) сетевой адрес (адрес сети) – определяется для какой сети предназначена посылка данных или сообщение;

б) адрес абонента внутри сети.

При этом для определения адреса сети применяются специальные устройства – маршрутизаторы.

Путь передачи данных описывается в специальных таблицах маршрутов в виде последовательности передачи данных через маршрутизаторы.

Каждый маршрут содержит адрес конечной сети, адрес следующего маршрутизатора и стоимость передачи данных по этому маршруту.

На этом уровне посылка данных рассматривается как датаграмма – пакет, имеющий стандартный формат и структуру и доставляемый независимо от других посылок.

Уровень содержит средства оптимизации маршрута данных с помощью динамических и статических методов моделирования.

6. Канальный уровень (2)

(предпоследний)

Здесь данные, полученные от сетевого уровня, преобразуются в пакет или кадр, затем передаются как последовательность бит для передачи данных по линии связи (физическому уровню).

При этом выполняются следующие функции:

• определяется логическая топология сети передачи данных, метод доступа к среде передачи данных;

• реализуется физический адрес передачи;

• устанавливаются услуги по определению соединения между станциями.

При передаче данных от нижележащего физического уровня (последовательность бит), канальный уровень собирает данные в пакет и передает его сетевому уровню.

При получении посылки от верхнего, сетевого уровня, канальный уровень, для обеспечения надежности передачи очередной посылки добавляет к ней два новых поля: поле Преамбулы и поле Обнаружения ошибок.

Эти поля позволяют произвести дополнительный контроль правильности передачи данных. На этом уровне посылка данных рассматривается как кадр или пакет.

7. Физический уровень (1)

Функции уровня:

Сводятся к активизации и дезактивизации физического соединения средств передачи данных на аппаратуре и осуществления непосредственной передачи данных по линиям связи.

Здесь определяются механические и электрические характеристики передающей среды и интерфейсного оборудования. В частности, определяется количество и назначение контактов на сетевых разъемах, в каком виде передаются биты, какие типы кабелей могут использоваться и т. д.

По запросу от канального уровня обеспечивается установление, поддержка и разрыв физических и электрических соединений между узлами сети. На этом уровне посылка данных рассматривается как последовательность бит.

Примеры протоколов уровня: X.21, RS 232.

Каждый из семи уровней использует свою управляющую информацию – заголовок, добавляемый к посылке данных.

С помощью этого заголовка уровни обеспечивают взаимодействие друг с другом.

При передаче данных протоколы каждого уровня добавляют к посылке свою часть заголовка, а при приеме данных обрабатывают и распознают соответствующую часть заголовка.

На практике протоколы OSI не имеют широкого применения из-за их большого объема и сложности. Поэтому большинство распределенных систем используют оптимизированные протоколы, разработанные отдельными фирмами. Например, это протоколы Net Ware, SNA, DNA.

Однако семиуровневая модель OSI (ЭМВОС) как концептуальная модель описания систем распределенной обработки данных, остается основной в качестве понятийной основы информационных систем.