- •Лекция 1 Основные понятия Об информационно-библиотечной культуре
- •Информация, сведения, данные, знания
- •Лекция 2 Неформальные и формальные каналы коммуникации
- •Библиотеки, библиография и библиографическое описание
- •Библиотечная и информационная деятельность
- •Тенденции развития основных видов документов
- •Закономерности роста и старения
- •Оценка значимости (влиятельности) ученых и журналов
- •Закон рассеяния статей конкретной тематики по журналам
- •Лекция 3 Предыстория и сущность
- •Процедуры и понятия
- •Координатное индексирование
- •Цитирование, библиографическое сочетание, социтирование
- •Рубрикаторы информационных изданий
- •Лекция 4 Электронные издания
- •Информационные ресурсы, структуры и инфраструктура
- •Информационные продукты и услуги
- •Лекция 5 Основные понятия и проблемы становления информационного общества. Информатизация как процесс перехода к информационному обществу
- •Возникновение, этапы развития и технологические аспекты информатизации
- •Положительные и отрицательные последствия информатизации
- •Программы информатизации
- •Программы информатизации России
- •Электронное правительство
- •Лекция 6 Представления информации Сообщение как материальная форма представления информации
- •Формы сообщений (сигналы, изображения, знаки, языковые сообщения)
- •Основные понятия теории формальных языков
- •Модели источников сообщений. Конечный вероятностный источник сообщений
- •Кодирование сообщений источника и текстов. Равномерное кодирование. Дерево кода
- •Неравномерное кодирование. Средняя длина кодирования
- •Префиксные коды
- •Необходимые и достаточные условия существования префиксного кода с заданными длинами кодовых слов. Неравенство Крафта
- •Методы построения кодов. Код Фано
- •Избыточность кодирования. Нижняя граница средней длины кодирования
- •Оптимальное кодирование, свойства оптимальных кодов, построение оптимальных кодов методом Хафмена
- •Лекция 7 Модель процесса передачи. Двоичный симметричный канал
- •Способы повышения надежности передачи сообщений
- •Принципы обнаружения и исправления ошибок с использованием кодов
- •Расстояние Хеминга и корректирующие возможности кодов
- •Оценки верхних границ корректирующих способностей кодов
- •Особенности векторных пространств над конечным полем gf(2). Линейный групповой код
- •Построение линейного кода по заданной порождающей матрице
- •Декодирование линейного кода по синдрому
- •Описание процесса обработки данных. Понятие алгоритма и его свойства. Способы формальной записи алгоритмов
- •Модель процесса обработки данных. Конечные автоматы
- •Сеть Петри как модель параллельно выполняемых процессов обработки
- •Формальное определение сети Петри
- •Основные задачи анализа процессов обработки, решаемые с использованием сетей Петри
- •Матричный метод анализа сетей Петри
- •Иерархия информационных систем управления Трансакционные системы
- •Системы бизнес-интеллекта
- •Аналитические приложения
- •Сущность erp-систем
- •Управление запасами и производством
- •Управление спецификациями изделий и технологиями производства
- •Планирование операций
- •Управление продажами
- •Управление запасами
- •Управление закупками
- •Управление производственными процессами
- •Учет и управление финансами Сущность финансового и управленческого учета
- •Главная книга
- •Расчеты с дебиторами
- •Расчеты с кредиторами
- •Основные средства
- •Денежные средства
- •Материально-производственные запасы
- •Расчеты с персоналом
- •Налоговый учет
- •Бухгалтерская отчетность
- •Аналитические возможности
- •Управление персоналом
- •Ограниченность erp-систем
- •Сущность систем бизнес-интеллекта
- •Хранилища данных Функциональность
- •Olap-системы Функциональность
- •Средства формирования запросов и визуализации данных Функциональность
- •Основные виды аналитических приложений
- •Системы управления эффективностью бизнеса (bpm-системы) Сущность концепции bpm
- •Функциональность bpm-систем
- •Управление по ключевым показателям Balanced Scorecard и другие методики управления по ключевым показателям
- •Функциональность bsc-систем
- •Корпоративное планирование и бюджетирование Основы корпоративного планирования и бюджетирования
- •Многомерное хранение информации
- •План счетов
- •Календарь планирования
- •Мультивалютность
- •Бизнес-правила
- •Описание финансовой структуры предприятия
- •Описание пользователей
- •Сценарии и версии
- •Управление процессом планирования
- •Формирование и анализ консолидированной финансовой отчетности Сущность консолидированной финансовой отчетности
- •Информационные системы консолидации финансовой отчетности
- •Аналитические направления
- •Сбор и структурирование исходной информации
- •Мультивалютность
- •Бизнес-правила
- •Журналы
- •Организация процесса консолидации
- •Процедуры консолидации
- •Bi-приложения
- •Системы финансового моделирования
- •Системы имитационного моделирования
- •Определения и термины
- •Области применения имитационных моделей
- •Последовательность разработки имитационных моделей
- •Компьютерная реализация имитационной модели
- •Система Arena
- •Экспертные системы
- •Архитектура экспертной системы
- •Классы экспертных систем
- •Технология создания экспертных систем
- •Рекомендации по выбору экспертной системы
- •Системы поддержки принятия решений
- •Определение систем поддержки принятия решений
- •Характеристика различных систем поддержки принятия решений
- •Выделение признаков классификации сппр
- •Особенности Экспертной системы поддержки принятия решений
- •Архитектура эсппр
- •Реализация выбора метода принятия решения в эсппр
- •Характеристика эсппр по выделенным признакам
- •Специализированные аналитические приложения
- •Принципы построения компьютера История и тенденции развития вычислительной техники
- •Основные характеристики и классификация компьютеров
- •Принципы построения компьютера
- •Структурные схемы и взаимодействие устройств компьютера
- •Компьютерные системы
- •Системы счисления
- •Перевод целых чисел
- •Перевод дробных чисел
- •Арифметические основы эвм Представление числовой информации в компьютере
- •Машинные коды
- •Арифметические операции над числами с фиксированной точкой
- •Логические основы эвм Основные сведения из алгебры логики
- •Законы алгебры логики
- •Техническая интерпретация логических функций
- •Кодирование информации в компьютере
- •Кодирование нечисловой информации
- •Кодирование текстовой информации
- •Кодирование графических данных
- •Кодирование звуковой информации
- •Основная память
- •Сверхоперативная память
- •Ассоциативная память
- •Центральный процессор эвм
- •Система команд микропроцессора
- •Взаимодействие элементов при работе микропроцессора
- •Системы визуального отображения информации (видеосистемы)
- •Клавиатура
- •Принтеры
- •Внешние запоминающие устройства (взу)
- •Накопитель на жестком магнитном диске
- •Оптические запоминающие устройства
- •Организация функционирования эвм с магистральной архитектурой
- •Организация работы эвм при выполнении задания пользователя
- •Особенности управления основной памятью эвм
- •Система прерываний эвм
- •Параллельные вычисления
- •Характеристика и особенности лкс
- •Протоколы и технологии локальных сетей
- •Сетевые устройства лкс
- •Структурированная кабельная система и логическая структуризация лкс
- •Виды глобальных сетей
- •Глобальные сети России РосНиирос
- •Магистральная сеть науки и образования rbNet (Russian Backbone Network)
- •Сеть runNet
- •Узел маршрутизации Российского фонда фундаментальных исследований (рффи)
- •Msk-IX (Московский центр взаимодействия компьютерных сетей Internet eXchange)
- •Сервисы Internet
- •Isp (Internet Service Provider)
- •Ipp (Internet Presence Provider)
- •Pcp (Private Content Publisher)
- •Характеристики хостинг-провайдеров
- •Программное обеспечение Интернета
Компьютерные системы
Полувековая история развития вычислительной техники была связана с совершенствованием классической структуры компьютера, имеющей следующие отличительные признаки:
ядро компьютера - 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 устройства ввода-вывода.
Классическая структура компьютера уже сослужила добрую службу человечеству. В ходе эволюции она была дополнена целым рядом частных доработок, позволяющих ликвидировать наиболее "узкие места" и обеспечить максимальную производительность в рамках достигнутых технологий. Однако, несмотря на все успехи, классическая структура уже не обеспечивает возможностей дальнейшего наращивания производительности. Теория и практика построения компьютеров подошли к рубежам микроэлектроники, за которыми стоят множество практически неразре-шимых проблем в областях системотехники, дальнейшего наращивания частоты работы микросхем, программирования, компиляции и т.д.
Дальнейшее поступательное развитие вычислительной техники напрямую связано с переходом к параллельным вычислениям, с идеями построения многопроцессорных систем и сетей, объединяющих большое количество отдельных процессоров и (или) ЭВМ. Здесь появляются огромные возможности совершенствования средств вычислительной техники. Но следует отметить, что при несомненных практических достижениях в области параллельных вычислений до настоящего времени отсутствует их единая теоретическая база.
С появлением в начале нового тысячелетия многоядерных микропроцессоров эра компьютеров классической структуры и связанных с ними последовательных вычислений заканчивается. На смену идут новые параллельные структуры с новыми принципами их построения. Они становятся экономически более выгодными. Будущее вычислительной техники - именно за этими системами.
Под вычислительной (компьютерной) системой (ВС)понимают совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенную для сбора, хранения, обработки и распределения информации. Отличительной особенностью ВС по отношению к ЭВМ является наличие в них нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку. Создание ВС преследует следующие основные цели: повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных, повышение надежности и достоверности вычислений, предоставление пользователям дополнительных сервисных услуг и т.д.
Основные принципы построения, закладываемые при создании ВС:
возможность работы в разных режимах;
модульность структуры технических и программных средств, которая позволяет совершенствовать и модернизировать вычислительные системы без коренных их переделок;
унификация и стандартизация технических и программных решений;
иерархия в организации управления процессами;
способность систем к адаптации, самонастройке и самоорганизации;
обеспечение необходимым сервисом пользователей при выполнении вычислений.
Существует большое количество признаков, по которым классифицируют вычислительные системы: по целевому назначению и выполняемым функциям, по типам и числу ЭВМ или процессоров, по архитектуре системы, режимам работы, методам управления элементами системы, степени разобщенности элементов вычислительной системы и др. Однако основными из них являются признаки структурной и функциональной организации вычислительной системы.
Большое разнообразие структур ВС затрудняет их изучение. Поэтому их классифицируют с учетом их обобщенных характеристик. С этой целью вводится понятие "архитектура системы".
Архитектура ВС- совокупность характеристик и параметров, определяющих функционально-логическую и структурную организацию системы и затрагивающих в основном уровень параллельно работающих вычислителей. Понятие архитектуры охватывает общие принципы построения и функционирования, наиболее существенные для пользователей, которых больше интересуют возможности систем, а не детали их технического исполнения. Поскольку ВС появились как системы параллельной обработки, рассмотрим классификацию архитектур именно c этой точки зрения.
Классификация архитектур была предложена М. Флинном (M. Flynn) в начале 60-хгг. В ее основу заложено два возможных вида параллелизма: независимость потоков заданий (команд), существующих в системе, инезависимость (несвязанность) данных, обрабатываемых в каждом потоке. Классификация до настоящего времени еще не потеряла своего значения. Однако подчеркнем, что, как и любая классификация, она носит временный и условный характер. Своим долголетием она обязана тому, что оказалась справедливой для ВС, в которых вычислительные модули построены на принципах классической структуры ЭВМ. С появлением систем, ориентированных на потоки данных и использование ассоциативной обработки, эта классификация может быть некорректной.
Согласно данной классификации существует четыре основных архитектуры ВС, представленных на рис.13.4:
одиночный поток команд - одиночный поток данных (ОКОД), в английском варианте Single Instruction Single Data (SISD) - одиночный поток инструкций - одиночный поток данных (рис.13.4a);
одиночный поток команд - множественный поток данных (ОКМД), или Single Instruction Multiple Data (SIMD) - одиночный поток инструкций - одиночный поток данных (рис.13.4б);
множественный поток команд - одиночный поток данных (МКОД), или Multiple Instruction Single Data (MISD) - множественный поток инструкций - одиночный поток данных (рис.13.4в);
множественный поток команд - множественный поток данных (МКМД), или Multiple Instruction Multiple Data (MIMD) - множественный поток инструкций - множественный поток данных (рис.13.4г).
Коротко рассмотрим отличительные особенности каждой из архитектур.
Архитектура ОКОДохватывает все однопроцессорные и одномашинные варианты систем, то есть варианты 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 ввода-вывода информации и процессора. Закономерности организации вы-числительного процесса в этих структурах достаточно хорошо изучены.
Архитектура ОКМДпредполагает создание структур векторной или матричной обработки. Системы этого типа обычно строятся как однородные, т.е. процессорные элементы, входящие в систему, идентичны и все они управляются одной и той же последовательностью команд. Однако каждый процессор обрабатывает свой поток данных. Под эту схему хорошо подходят задачи обработки матриц или векторов (массивов), задачи решения систем линейных и нелинейных, алгебраических и дифференциальных уравнений, задачи теории поля и др. В структурах данной архитектуры желательно обеспечивать соединения между процессорами, соответствующие реализуемым математическим зависимостям. Как правило, эти связи напоминают матрицу, в которой каждый процессорный элемент связан с соседними.
Рис. 13.4. Архитектуры вычислительных систем: а) ОКОД (SISD) - архитектура; б) ОКМД (SIMD) - архитектура; в) МКОД (MISD) - архитектура; г) МКМД (MIMD) - архитектура
Эту схему использовали и используют все суперЭВМ без исключения, начиная с таких известных систем, как Cyber-205 и Gray различных модификаций. Узким местом подобных систем является необходимость изменения коммутации между процессорами, когда связь между ними отличается от матричной. Кроме того, задачи, допускающие широкий матричный параллелизм, составляют достаточно узкий класс задач. Структуры ВС этого типа по существу являются структурами специализированных суперЭВМ.
Архитектура МКОДпредполагает построение своеобразного процессорного конвейера, в котором результаты обработки передаются от одного процессора к другому по цепочке. Выгоды такого вида обработки понятны. Прототипом таких вычислений может служить схема любого производственного конвейера. В современных ЭВМ по этому принципу реализована схема совмещения операций, в которой различные функциональные блоки работают параллельно, и каждый из них делает свою часть в общем цикле обработки команды.
В ВС этого типа конвейер должны образовывать группы процессоров. Однако при переходе на системный уровень очень трудно выявить подобный регулярный характер в универсальных вычислениях. Кроме того, на практике нельзя обеспечить и "большую длину" такого конвейера, при которой достигается наивысший эффект. Вместе с тем конвейерная схема нашла применение в так называемых скалярных процессорах суперЭВМ - они применяются как специальные процессоры для поддержки векторной обработки.
Архитектура МКМДпредполагает, что все процессоры системы работают с различными программами и с индивидуальным набором данных. В простейшем случае они могут быть автономны и независимы. Такая схема использования ВС часто применяется во многих крупных вычислительных центрах для увеличения пропускной способности центра.
Наибольший интерес представляет организация согласованной работы процессоров системы, когда каждый элемент делает часть общей программы. Общая теоретическая база такого вида работ пока только создается. Но можно привести примеры большой эффективности этой модели вычислений. Подобные системы могут быть многомашинными и многопроцессорными. Переход на многоядерные микропроцессоры позволяет создавать мощные центры параллельной обработки, имеющие в своем составе тысячи процессоров. Проектировщики компьютерных систем сосредотачивают свои усилия на разработках разноплановых структур ВС (сосредоточенных и распределенных систем) именно в архитектуре МКМД.
Лекция 14