13. Методы и технологии моделирования

Постановка задачи, как правило, начинается с ее описания. Делается это обычном языке, самыми общими фразами. При этом подробно описывается исходный объект, условия, в которых он находится, и желаемый результат – иначе говоря, отправной и конечный пункты моделирования. По целям моделирования все задачи можно разделить на две основные группы.

К первой группе можно отнести задачи, в которых требуется исследовать , как изменяется характеристики объекта при некотором воздействии на него. Такую постановку задачи принято называть «что будет, если..?»

Вторая группа задач имеет такую обобщенную формулировку: какое надо произвести воздействие на объект , чтобы его параметры удовлетворяли некоторому заданному условию?Такая постановка задачи часто наз-ся «как сделать , чтобы..»

Формализация задачи – отображение содержательного знания в знаково-символическом виде (формализованном языке). При формализации рассуждения об объектах переносятся в плоскость оперирования со знаками (формулами), что связано с построением искусственных языков (язык математики, логики, химии). Это позволяет устранить многозначность слов обычного, естественного языка. В формализованных рассуждениях каждый символ строго однозначен. Главное в процессе формализации: над формулами искусственных языков можно производить операции, получать из новые формулы и соотношения. Формализация, таким образом, есть обобщение форм различных по содержанию процессов, абстрагирование этих форм от их содержания. Однако формализация внутренне ограничена в своих возможностях. Формализованное представление задачи служит основной для построения или выбора адекватной модели. Важно отметить, что значительное число задач предметных областей схожи в формализованном виде и для них созданы адекватные модели, а их широкая апробация и опыт использования позволяют выбрать на основе сопоставительных результатов их применения наиболее рациональную из моделей.

К основным этапам компьютерного моделирования относятся:

• постановка задачи, определение объекта моделирования;

• разработка концептуальной модели, выявление основных элементов системы и элементарных актов взаимодействия;

• формализация, то есть переход к математической модели; создание алгоритма и написание программы;

• планирование и проведение компьютерных экспериментов;

• анализ и интерпретация результатов

Методы верификация и валидация

Верификация модели – проверка ее истинности,адекватности. Верификация имитационной модели есть проверка соответствия ее поведения предположениям экспериментатора. Когда модель организована в виде вычислительной программы для компьютера, то сначала исправляют ошибки в ее записи на алгоритмическом языке, а затем переходят к верификации. Это первый этап действительной подготовки к имитационному эксперименту. Подбираются некоторые исходные дынные , для кот могут быть предсказаны результаты просчета. Если окажется , что Эвм выдает данные , противоречащие тем, которые ожидались при формировании модели, значит, модель неверна, т.е. не соответствует заложенным в нее ожиданиям. В обратном случае переходят к след. Этапу проверки работоспособности модели – валидации.

Валидация модели- проверка соответствия данных, получаемых в процессе машинной имитации, реальному ходу явлений, для описания кот создана модель. Она производится тогда , когда экспериментатор убедился на предшествующей стадии в правильности структуры (логики) модели, и состоит в том, что выходные данные после расчета на комп сопоставляются с имеющимися статистическими сведениями о моделируемой системе. Используются два подхода к валидации программного обеспечения. Первый подход, дедуктивный ,представлен такими направлениями исследований, как автоматическое доказательство теорем, использованием мультимножеств и графов, а также разнообразных специализированных алгебр. Второй подход- модельный; его последователи не стремятся вписать систему в рамки теории, а вместо этого строят модель системы, которую можно рассматривать как машину или автомат.

Информационная модель объекта- это модель, представленная в виде информации, описывающей существенные для данного рассмотрения параметры и переменные величины объекта, связи между ними, входы и выходы объекта и позволяющая путем подачи на модель информации об изменениях входных величин моделировать возможные состояния объекта. Построение информационной модели требует представления сущностей таблицами, а атрибутов сущностей – столбцами таблиц; для возможных ключей определяется ограничение, внешние ключи становятся декларациями ссылочной целостности. Конструкции в информационной модели должны быть реализуемы в выбранной СУБд. Процесс построения инф-ой модели состоит из след. Шагов : определение сущностей, определение зависимостей между сущностями , задание первичных и альтернативных ключей , определение зависимостей между сущностями ит.д.

В классической теории Бд представление и обработка данных в СУБд включает в себя по меньшей мере три аспекта:

1. структуры- методы описания типов и логических структур данных;

2. манипуляции- методы манипулирования данными;

3. целостности- методы описания и поддержки целостности базы данных;

Виды моделирования

Принято различать два вида моделирования с использованием средств вычислительной техники:

1. математическое(логико-математическое), при котором моделирование, включая построение модели , осуществляется средствами математики и логики, а также вычислительной техники;

2. имитационное(программное), при котором логико-математическая модель исследуемого объекта представляет собой алгоритм функционирования объекта, реализованный в виде программного комплекса для компьютера.

Эти виды моделирования не яв-ся взаимоисключающими и могут применяться при исследовании сложных объектов либо одновременно, либо в некоторой комбинации.

14.Сетевые технологии обработки данных

Коммуникация- передача информации между людьми , осуществляемая при помощи различных средств( речь, символьные системы, системы связи).

Телекоммуникация- передача информации на расстояние с помощью технических средств(телефона, радио, телевидения).

Благодаря возникновению и развитию сетей передачи данных появился новый высокоэффективный способ взаимодействия с людьми- комп. сети.

Коммуникационный канал обеспечивает движение материальной формы сообщений (а не смыслов) в физическом пространстве и астрономическом времени и яв-ся материально-техническим средством. Информационная деятельность обеспечивает движение смыслов в социальном пространстве и яв-ся духовной деятельностью.

Различают естественные и искусственные коммуникационные канала и средства. Естественные КК присущи человеку и обеспечивают передачу информации на вербальном (речевом) и невербальном (эмоциональном) уровнях. Искусственные КК ис-ся тогда, когда два агента лишены информационного взаимодействия через непосредственный контакт, и делятся на устную, документальную, электронную и их комбинации.

Компоненты вычислительных сетей

Типичная вычислительная сеть включает в себя шесть основных компонентов.1. Основным составляющим элементом сети является настольный ПК, такой, как IBM-совместимый компьютер. Его называют «клиентом» или «рабочей станцией» (реже - автоматизированными рабочими местами или сетевыми станциями).2. Сервер - это любая сетевая ЭВМ, обслуживающая другие сетевые ЭВМ. Сервером обычно является высокопроизводительный ПК с жестким диском большой емкости. Он играет роль центрального узла, на котором пользователи ПК могут хранить свою информацию, печатать файлы и обращаться к его сетевым средствам. В одноранговых сетях выделенный сервер отсутствует. Существуют серверы различных типов, которые определяются типом предоставляемых услуг.

Файловый сервер предоставляет другим ЭВМ (клиентам) доступ к данным, которые хранятся во внешней памяти сервера. Таким образом, на файловый сервер возложены все задачи по безопасности хранения данных, поиску данных, архивированию и др. Внешняя память сервера становится распределяемым ресурсом, так как её могут использовать несколько клиентов.

Сервер печати организует совместное использование принтера.

Коммуникационные серверы служат для связи локальной сети с внешним миром, например, с глобальной сетью Internet. Для этого используются модемные пулы, прокси-серверы и маршрутизаторы.

Модемный пул представляет собой ЭВМ, снабжённую особой сетевой платой, к которой можно подключить несколько модемов. Таким образом достигается определённая экономия, когда, например, десять ЭВМ работают, используя три модема.

Прокси-сервер не только использует единственное соединение с Internet, но и предоставляет свою память для хранения временных файлов, что убыстряет работу с Internet.

Маршрутизатор представляет собой либо специализированную ЭВМ, либо обычную ЭВМ со специальным программным обеспечением. Главной задачей маршрутизатора является поиск кратчайшего пути, по которому будет отправлено сообщение, адресованное некоторой ЭВМ в глобальной сети.

Сервер приложений используется для выполнения программ, которые по каким-то причинам нецелесообразно или невозможно выполнить на других сетевых ЭВМ. Очевидной причиной может быть недостаточная производительность клиентских ЭВМ. Другая причина - использование каких-нибудь стандартных библиотек, копирование которых на каждую клиентскую ЭВМ трудоёмко и, кроме того, создаёт возможность несогласованности версии библиотеки. Многопользовательские операционные системы (Linux, Windows NT) позволяют построить так называемую тонкую клиентную сеть, в которой все ресурсы клиентов предоставлены сервером. Сами клиентские ЭВМ не тратят ничего на обработку данных. Тогда ЭВМ пользователей в такой сети называются терминалами, а сам сервер - терминальным сервером. Такой сервер должен иметь большой объём основной и внешней памяти и высокую производительность.

3. Каждый компьютер сети, включая сервер, оснащен платой сетевого адаптера (сетевым интерфейсом, модулем, картой). Сетевые интерфейсные платы представляют собой дополнительные платы, устанавливаемые на материнскую плату ПК. К сетевой плате подключаются сетевые кабели.

Адаптер вставляется в свободное гнездо (слот) материнской платы. Эти адаптеры связывают компьютер с сетевым кабелем. Сетевая плата определяет тип локальной сети. На практике используют два типа локальных сетей - Ethernet и Token Ring. Оба типа имеют модификации.

Многие ПК поставляются уже готовыми к работе в сети и включают в себя сетевой адаптер. Для построения сетей применяют 8-, 16- и 32-битовые сетевые платы. Сервер обычно оснащают 32-битовой картой. Для обычных рабочих станций используют недорогие 16-битовые.4. Все соединения с сети осуществляются посредством специальных сетевых кабелей. Основными характеристиками сетевого кабеля являются скорость передачи данных и максимально допустимая длина. Обе характеристики определяются физическими свойствами кабеля.

В качестве сетевого кабеля могут применяться и телефонные линии.

Основные типы сетевого кабеля:

- Витая пара - позволяет передавать информацию со скоростью 10 Мбит/с (либо 100 Мбит/с), легко наращивается. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 10 Мбит/с. Иногда используют экранированную витую пару, т. е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку.

- Толстый Ethernet - коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Обладает высокой помехозащищенностью. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общее расстояние сети Ethernet - около 3000м.

- Тонкий Ethernet - это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в 10 Мбит/с. Соединения с сетевыми платами производятся при помощи специальных (байонетных) разъемов и тройниковых соединений. Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может составлять максимум 185м, а общее расстояние по сети -- 1000м.

- Оптоволоконные линии -- наиболее дорогой тип кабеля. Скорость передачи по ним информации достигает нескольких гигабит в секунду. Допустимое удаление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует.

5. Совместно используемые периферийные устройства -- жесткие диски большой емкости, принтеры, цветные и слайд-принтеры, дисководы CD-ROM и накопители на магнитной ленте для резервного копирования. Поскольку сети ПК состоят в основном из «клиентов» и «серверов», их часто называют сетями клиент/сервер.

6. Сетевое оборудование, такое как концентраторы и коммутаторы, которые соединяют между собой ПК и принтеры

Чем отличается концентратор от коммутатора

Концентратор и коммутатор относятся к разным типам активного сетевого оборудования, которое используется для соединения устройств сети. Они различаются способом передачи в сеть поступающих данных (трафика).

15. Принципы организации и основные типологии вычислительных сетей

Глобальные и локальные сети

Информационные технологии с применением автономно работающей ПЭВМ значительно расширяют интеллектуальные возможности пользователя. Однако более значительный эффект от использования ПЭВМ можно получить при объединении отдельных ПЭВМ организации, предприятия, фирмы и др. в

локальную компьютерную сеть, которая обеспечивает функционирование фирмы как единой слаженной системы. Локальные сети объединяют все службы фирмы, ускоряют документооборот, хранят необходимую информацию и предоставляют ее работникам фирмы и др. Естественным продолжением тенденции развития информационных технологий являются компьютерные телекоммуникации и

глобальные сети, обеспечивающие доступ пользователей к информационным ресурсам всей страны и выход в мировое информационное пространство. Глобальные сети объединяют правительственные учреждения, промышленные корпорации, университеты и колледжи, исследовательские центры, коммерческие компании и общественные организации. Сейчас важнейшая роль в мировых телекоммуникациях принадлежит, конечно же, Internet, которая охватывает практически все страны, содержит информацию обо всех сторонах человеческой деятельности, не знает пограничных и цензурных ограничений. В настоящее время компьютерные технологии получили широкое распространение практически во всех областях деятельности человека.

Модель взаимодействия открытых сетей OSI

Модель OsI была разработана Международной организацией по стандартизации как руководство для разработки стандартов , позволяющих осуществлять обмен данными с использованием разнородных компьютерных устройств. Эта модель разделяет сетевые коммуникации на отдельные уровни , облегчающие разработку и внедрение сетей, а так же служит базисом при разработке совместимого сетевого оборудования. Каждый уровень модели обслуживает различные этапы процесса взаимодействия. Работу модели OSI обеспечивают различные службы, каждая на своем уровне. Работу модели OSI обеспечивают различные службы, каждая на своем уровне. Службы работают по определенным правилам-протоколам. Соответственно на каждом уровне работает свой протокол . Все вместе данные службы выполняют одну общую работу- передачу данных по сети, придерживаясь общего правила.

Архитектура комп. сетей

Enternet- архитектура сетей с разделяемой средой и широковещательной передачей (все узлы получают пакет одновременно) и методом доступа GSMA/CD. Фактическая архитектура была разработана в 1970гг. Согласно данной архитектуре комп выдает в сеть сообщение без предварительных запросов на передачу. Сообщение передается в сети во всех направлениях и доходит до каждого подключенного компьютера. Однако реагирует на него только тот комп , которому это сообщение адресовано, поскольку сообщение содержит его сетевой адрес. Интернет имеет шинную или звездную топологию.

Arcnet. Согласно данной архитектуре комп может передать свое сообщение в сеть только после получения спец служебного маркера. Маркер представляет собой спец последовательность битов. Он перемещается по сети от комп к компу в порядке возрастания их системных номеров. Достигнув старшего номера , маркер переходит к младшему и снова движется в сторону возрастания номеров. Получив маркер, комп может передавать в сеть один пакет данных общим объемом до 512 байт, к маркеру добавляется сет номер компа, которому передается сообщение, собственный сетевой носер и 508 байт данных. Этот пакет далее последовательно переходит в сети от одного компа к другому , пока не достигнет адресата. Если объем одного пакета окажется недостаточно для передачи сообщения, то передача выполняется за несколько проходов маркера по сети. Поэтому метод АРКНЕТ называют методом доступа с эстафетной передачей в сетях со звездообразной топологией.

Toker Ring. Эта сеть имеет кольцевую топологию при соединении компов. Согласна данному методу комп, получив пустой маркер, сможет заполнить его сообщением любой длины. Сформированное сообщение- кадр- перемещается по сети, и каждый комп копирует кадр в свою память, а затем помечает его пометкой «принято». Передавший комп, получив свой кадр уже обработанным , удаляет его из сети. Сети ТОКЕР имеют механизм приоритета , что позволяет выделять определенные компы для ускоренного обслуживания. Предусмотрена возможность отключения неисправного компа от сети.