Файл: Состав и свойства вычислительных систем (Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем.pdf

Связи между отдельными элементами аппаратных устройств выполняются в виде аппаратно-логических устройств (аппаратных интерфейсов). Стандарты на такие интерфейсы называют протоколами. Т.е. объединение технических условий, которые устанавливаются разработчиками для эффективного согласования работы их с другими устройствами системы именуют протоколами, и чаще всего являются публично описаными в различных RFC.

Протоколы выполняются в виде набора правил для работы с вычислительной системой единого типа и набора сигналов, процедур для обеспечения коммуникации в вычислительной системе, работающей на основе самостоятельных единиц.^[6]

В сетке любой вычислительной системы присутствует множество интерфейсов, которые делятся на последовательные и параллельные. При последовательной передаче данных информация передается последовательно, бит за битом. При такой подаче данных информация также отрабатывается последовательно. Такие системы обладают низкой производительностью, поскольку на пакет передаваемых данных приходиться 1-3 бита служебных данных. Для работы в последовательной системе передачи данных не требуется синхронизация передающих и принимающих устройств, поэтому их применяют на низкопроизводительных системах. Например, для цифровых фотокамер, датчиков, малопроизводительных устройств связи.

При параллельной передаче информация отправляется группами битов одновременно. Количество передаваемых битов определяется разрядностью интерфейса. Так восьмиразрядные параллельные интерфейсы отправляют за один цикл один байт (8бит). Такая работы вычислительной системы хоть и требует отладки передающего и принимающего оборудования, однако считается более эффективной. Используют оборудование с данной передачей данных для обработки объемных и сложных данных.

Аппаратный состав вычислительной системы всегда включает основные элементы (процессоры, компьютеры), а также дополнительное оборудование, которое позволяет наладить работу пользователя с выстроенной системой (мониторы, клавиатура). Система вывода информации может представлять собой комплекс элементов памяти, на которые информацию записывают полностью или частями, или иной системы (немедленная распечатка полученных данных, передача их по каналам передачи данных^[7] в том числе через глобальную систему интернет).

Современные вычислительные системы не могут обходится без сетевого оборудования, и огромную роль и правельность работы всех информационных систем ложится на данный уровень абстракции. При проектировании необходимо закладывать и учитытывать необходимые потребности потребителей, как со стороны конечного пользователя так и со стороны сетевой связанности оборудования. В ходе создании систем следует учитывать краткосрочные пиковые нагрузки, при отсутствии этого будут наблюдатся трудно диогностируемые проблемы при эксплуатации информационных систем.

---

Комплекс оборудования и устройств вычислительной системы в большей степени закладывают производительность всего информационного комплекса в дальнейшем.

- программное обеспечение;

Упорядоченная последовательность команд в виде заложенных программ обеспечивает управление аппаратными средствами вычислительной системы. Программное обеспечение всегда работает в неразрывной связи с аппаратным обеспечением любого информационного комплекса.

Программное обеспечение выполняет основную функцию обеспечения работы вычислительного комплекса.

Состав программного обеспечения или конфигурация включает множество программ. Между программами вычислительной системы всегда существует четкая взаимосвязь.^[8]

Многие программы осуществляют работы только при помощи более простых программ. Другие программы работают самостоятельно и отрабатывают заложенные задачи. Взаимосвязь программ создает многофункциональный интерфейс.

Такой интерфейс основан на разных уровнях программного обеспечения. Начиная с низшего (базового) уровня, каждый новый слой позволяет увеличивать функциональность отдельных устройств и вычислительной системы в целом. Каждая из программ отвечает за определенный круг поставленных задач.

Базовый уровень программного обеспечения контролирует взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Такое программное обеспечение чаще всего входит в состав основного оборудования и храниться на постоянных запоминающихся устройствах (микросхемах) путем вписывания на этапе производства. Вместо постоянных запоминающихся устройств могут применяться перепрограммированные устройства (ППЗУ — Erasable and Programmable Read Only Memory, EPROM).^[9]

Путем изменения состава системы внутри и вне ее изменяется базовый уровень программного обеспечения, который закладывает основы любой вычислительной системы.

Более сложный системный уровень является переходным. Он делиться на 2 подкласса. Программы первого класса на этом этапе работают на обеспечение взаимодействия всех иных программ системы программами базового уровня и обеспечения связи с аппаратным программным обеспечением.

На уровне базы закладываются эксплуатационные показатели всей вычислительной системы. В объем базового и переходного программного обеспечения должны быть заложены все программы для обеспечения всего будущего комплекса программ вычислительной системы.

---

Второй класс программного обеспечения регулирует взаимодействие с пользователем. Он обеспечивает возможность вводить и получать данные, управлять работой вычислительной системы. Системное программное обеспечение имеет удобный пользовательский интерфейс для комфортной работы на рабочем месте. Вместе комплекс базового и служебного программного обеспечения образуют ядро операционной системы. Ядро операционной системы закладывает основу для вычислительной системы.

На служебном уровне программное обеспечение работает на основе базового и системного уровня. Основное назначение программ данного уровня заключается в автоматизации работ по проверке, настройке и отладке компьютерной системы. Программы данного уровня называют утилитами. Утилиты расширяют возможности программного обеспечения и улучшают его работу.

Самый высокий прикладной уровень составляет комплекс программ, которые разработаны для выполнения конкретных задач вычислительной системы в целом. Прикладной уровень вычислительной системы является самым сложным и работает только на основе предыдущих слоев программного обеспечения.

Прикладной уровень программного обеспечения может включать набор стандартных программ или включать индивидуальные программы, измененные для работы в заданных условиях. Задачи программ прикладного уровня характеризуют различными направлениями: от производственных до творческих.

Соответственно и программы данного уровня включают набор программ единой направленности, которые будут обеспечивать выполнение задач отдельного направления.

Единый комплекс устройств, приборов, программного обеспечения и систем коммуникации создают сложную вычислительную систему, каждая из которых обладает рядом общих свойств.

Свойства вычислительных систем

Свойства вычислительных систем закладываются комбинацией аппаратного оборудования и соответствующего ему программного обеспечения. Каждая вычислительная система обладает собственным набором свойств, каждый из которых проявляется в большей или меньшей мере.

К основным свойствам вычислительных систем относят:

- масштабируемость;

Любая вычислительная система должна обладать масштабируемостью, т.е. она может менять производительность в зависимости от наращивания и сокращения основных ресурсов. При нехватке основных средств для решения поставленных задач по обработке данных к вычислительной системе добавляется нехватающий параметр, дополнительный блок в случае если есть возможность узел, на который разворачивается соответствующее программное обеспечение и переводится выполнение части задач на данный узел.

---

При отсутствии необходимости в отдельной блоке вычислительной системы или его поломке он может быть исключен из схемы работы, удален или заменен на другой.

- универсальность;

Все вычислительные системы однородной архитектуры по структуре и алгоритму универсальны. Это значит, что они обладают способностью реализовать алгоритм для решения любой поставленной задачи. Каждый из основных блоков вычислительной системы универсален и способен работать самостоятельно, следовательно и система обладает универсальностью.

В комплексе с неограниченной способностью в увеличении общей производительности вычислительная система подстраивается под заданный алгоритм решения поставленной задачи. При необходимости любую вычислительную систему можно построить под решение узконаправленных задач.

- реконфигурируемость;

Структурная и функциональная гибкость (реконфигурируемость) вычислительной системы позволяет подстраивать процессы обработки данных под заданные условия.

Деление большого объема информации для обработки его по частям или разделение разных задач между различными блоками системы позволяет давать эффективные результаты обработки данных разного характера. Динамическая реконфигурация позволяет работать в рамках вычислительной системы централизованно или децинтрализовано.

В рамках одной вычислительной системы возможно коллективное пользование и пакетное пользование системой, подстройка под различные способы обработки данных (конвейерный, матричный, распределительный).

- надежность;

Предполагает, что при выходе из строя отдельных блоков и частичной неисправности вычислительной системы все поставленные задачи перераспределяются на имеющиеся исправные вычислители автоматически. Данное правило выполняется в случае возможности резервирования части мощностией в качастве резервных блоков, серверных мощностей, связано с тем что стоимость и наличие серверного парка достаточно высокая и при выходе из строя в нерабочее время или отсутствия на складах поставщика может привести к длительному периоду востановление аварийной ситуации, и возрастанию стоимости ремонта. К сожалению данную сторону обслужывания используемых информационных систем не учитывают при проектировании что приводит к проблемам при их эксплуатации.

Операционная система является связующим звеном при работе с оборудованием и програмным обеспечением, отслеживает состояние всей системы и объем имеющихся ресурсов и автономно или в ручном режиме перестраивается при изменении первоначальных данных. Дополнительно стоит отметить что современные вичислительные системы чаще всего серверной частью в той или иной мере базируются на Open Source или проектах с открытым исходным кодом распространяемые публично.

---

Таким образом обработка информации осуществляется постоянно и в случае неполадок и при восстановлении оборудования или програмных средств. Надежность вычислительной системы закладывает способность к бесперебойной работе всего комплекса при условии работоспособности основных ее элементов. А блочность построения позволяет с легкостью исправить или заменить нужные части.

- быстродействие;

Построение вычислительной системы под необходимый объем обрабатываемых данных, а также грамотное распределение процессов обработки обеспечивает высокую производительность системы в условиях ограниченного времени. Одновременное введение данных и их обработка увеличивает скорость получения результата при работе с вычислительной системой в отличие от обработки данных на обычном компьютере, и предоставляет возможность ее обработки или получения к ней доступа большому числу сотрудников или заинтересованных лиц.

Быстродействие определяется высокой скоростью введения данных, их обработки и получения результата, быстрого доступа к системе. Вычислительная система автономно определяет способ обработки данных для увеличения скорости работы, перераспределяя и изменяя систему распределения данных и обработки между разными элементами. Таким образом, любая вычислительная система, настроенная должным образом, имеет высокую скорость действия.

Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем.

Вместе с аппаратным и программным обеспечением вычислительной системы в ряде случаев устанавливается информационное и математическое обеспечение для определенного типа решаемых задач.

Информационное обеспечение вычислительных систем предполагает совокупность программ, которые специально подготавливаются для работы с другими программами.

Так для обработки данных, связанных с геодезическими работами и составлением карт для вычислительной системы, подготавливаются сборники карт и программы распознания графического определения в трехмерной проекции.

Такое информационное обеспечение может быть напрямую заложено в вычислительную системы или представлять собой доступ к внешним носителям таких данных.

Информационное обеспечение подбирается из общего объема существующих программ или прописывается специально для выполнения отдельных процессов внутри вычислительной системы. Подобная компоновка вычислительной системы позволяет сделать ее индивидуальной для обработки заданных данных и обработки поставленных задач.

---