Файл: В россии в xvixvii веках появилось намного более передовое изобретение.docx

Успехи микроинтегральной технологии и появление БИС и СБИС позволяют расширить границы и этого направления. Возможно построение систем с десятками, сотнями и даже тысячами процессорных элементов, с размещением их в непосредственной близости друг от друга. Если каждый процессор системы имеет собственную память, то он также будет сохранять известную автономию в вычислениях. Считается, что именно такие системы займут доминирующее положение в мире компьютеров в ближайшие десять-пятнадцать лет.

Подобные ВС получили название систем с массовым параллелизмом (МРР - Mass-Parallel Processing).

Все процессорные элементы в таких системах должны быть связаны единой коммутационной средой. Нетрудно видеть, что здесь возникают проблемы, аналогичные ОКМД-системам, но на новой технологической основе.

Передача данных в МРР-системах предполагает обмен не отдельными данными под централизованным управлением, а подготовленными процессами (программами вместе с данными).

 Этот принцип построения вычислений уже не соответствует принципам программного управления классической ЭВМ. Передача данных процесса по его готовности больше соответствует принципам построения “потоковых машин” (машин, управляемых потоками данных). Подобный подход позволяет строить системы с громадной производительностью и реализовывать проекты с любыми видами параллелизма, например перейти к “систолическим вычислениям” с произвольным параллелизмом.

Однако для этого необходимо решить целый ряд проблем, связанных с описанием, программированием коммутаций процессов и управлением ими. Математическая база этой науки в настоящее время практически отсутствует.

Классификация и архитектура вычислительных сетей.

Вычислительные сети классифицируются по :

а)     территориальной распространенности:

• 
  локальные сети (LAN, Local Area Network);
  
• 
  городские сети (MAN, Metropolitan Area Network);
  
• 
  глобальные вычислительные сети (WAN, Wide Area Network);
  

 б)    типу функционального взаимодействия:

• 
  клиент-сервер;
  
• 
  многослойная архитектура;
  
• 
  точка-точка;
  
• 
  одноранговая.
  

в)    типу сетевой топологии:

• 
  шина;
  
• 
  звезда;
  
• 
  кольцо;
  
• 
  решётка;
  
• 
  смешанная топология.       
  

г)   функциональному назначению:

• 
  сети хранения данных;
  
• 
  серверные фермы;
  
• 
  сети управления процессом;
  
• 
  сети SOHO.
  

---

д) по типу среды передачи:

• 
  проводные;
  
• 
  коаксиальные;
  
• 
  на витой паре;
  
• 
  оптоволоконные.
  
• 
  беспроводные:
  
• 
  с передачей информации по радиоканалам;
  
• 
  в  инфракрасном диапазоне.
  

Глобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи. Глобальные вычислительные сети позволяют решить проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к этим ресурсам.

Региональная( городская ) вычислительная сеть связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов внутри большого города, экономического региона, отдельной страны. Обычно расстояние абонентами региональной вычислительной сети составляет десятки - сотни километров.

Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. В настоящее время не существует четких ограничений на территориальный разброс абонентов локальной вычислительной сети. Обычно такая сеть привязана к конкретному месту. К классу локальных вычислительных сетей относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов и т. д. Протяженность такой сети можно ограничить пределами 2 - 2,5 км.

Объединение глобальных, региональных и локальных вычислительных сетей позволяет создавать многосетевые иерархии. Они обеспечивают мощные, экономически целесообразные средства обработки огромных информационных массивов и доступ к неограниченным информационным ресурсам.

На рисунке 6.1.приведена одна из возможных иерархий вычислительных сетей.

Локальные вычислительные сети могут входить как компоненты в состав региональной сети, региональные сети - объединяться в составе глобальной сети и, наконец, глобальные сети могут также образовывать сложные структуры.



Рис. 6.1. Иерархия вычислительных сетей

 

Персональные компьютеры, ставшие в настоящее время непременным элементом любой системы управления, привели к буму в области создания локальных вычислительных сетей. Это, в свою очередь, вызвало необходимость в разработке новых информационных технологий.

---

Практика применения персональных компьютеров в различных отраслях науки, техники и производства показала, что наибольшую эффективность от внедрения вычислительной техники обеспечивают не отдельные автономные ПК, а локальные вычислительные сети.

 Архитектура сети определяет технологию передачи данных в сети.

 Наиболее распространены следующие архитектуры:

• 
  Ethernet;
  
• 
  Token ring;
  
• 
  ArCNET;
  
• 
  FDDI.
  

Ethernet  -  технология появилась во второй половине 70-х годов. Ее разработали совместно фирмы DEC, Intel и Xerox. В настоящее время эта технология наиболее доступна и популярна.

a)     Топология - шина, звезда;

b)    Среда передачи данных - коаксиал, витая пара;

c)     Скорость передачи данных - до 100 Мбит/с;

d)    Длина кабельного сегмента сети - не более 100 м до хаба.

Принципы работы:
Никому не разрешается посылать сообщения в то время, когда этим занят уже кто-то другой (слушай перед тем, как отправить).
Если два или несколько отправителей начинают посылать сообщения примерно в один и тот же момент, рано или поздно их сообщения "столкнутся" друг с другом в проводе, что называется коллизией.

Коллизии нетрудно распознать, поскольку они всегда вызывают сигнал помехи, который не похож на допустимое сообщение. Ethernet может распознать помехи и заставляет отправителя приостановить передачу, подождать некоторое время, прежде чем повторно отправить сообщение.

 Достоинства Ethernet:

• 
  Дешевизна.
  
• 
  Большой опыт использования.
  
• 
  Продолжающиеся нововведения.
  
• 
  Богатство выбора. Многие изготовители предлагают аппаратуру построения сетей, базирующуюся на Ethernet.
  

 Недостатки Ethernet:

• 
  Возможность столкновений сообщений (коллизии, помехи);
  
• 
  В случае большой загрузки сети время передачи сообщений непредсказуемо.
  

 

Token ring  - является более молодой, по сравнению с Ethernet.

Она была разработана фирмой IBM. Технология ориентирована на кольцо, по которому постоянно движется маркер. Маркер представляет собой особого рода пакет, предназначенный для синхронизации передачи данных.

a)     Топология - кольцо;

b)    Среда передачи данных - коаксиал, витая пара;

c)     Скорость передачи данных - до 100 Мбит/с;

d)    Длина кабельного сегмента сети - не более 185 м до коммутатора.

Принципы работы:
Каждый абонент сети работает в Token ring согласно принципу "Ждать маркера, если необходимо послать сообщение, присоединить его к маркеру, когда он будет проходить мимо. Если проходит маркер, снять с него сообщение и послать маркер дальше".

---

 Достоинства Token ring:

• 
  гарантированная доставка сообщений;
  
• 
  высокая скорость.
  

 Недостатки Token ring:

• 
  Необходимы дорогостоящие устройства доступа к сети;
  
• 
  Высокая сложность технологии реализации сети;
  
• 
  Необходимы 2 кабеля (для повышения надежности): один входящий, другой исходящий от компьютера к концентратору (2-я модификация кольца, коммутатор);
  

Высокая стоимость (160-200% от Ethernet).

ArCNET - Attached resource Computer Network - маркер шины.

Технология ArCNET была разработана фирмой Datapoint Corporation.

a)     Топология - шина, звезда;

b)    Среда передачи данных - коаксиал, витая пара;

c)     Скорость передачи данных - до 10 Мбит/с;

d)    Длина кабельного сегмента сети - не более 185 м.

Принцип работы:
Принцип работы сети ArCNET аналогичен Token ring, т.е. используется маркер для разрешения АбС передать информацию в соответствующий момент времени. Однако "способ" реализации маркера здесь отличен от Token ring. Кроме того, технология ArCNET ориентирована на шину (в случае коаксиального кабеля) или звезду (при наличии витой пары проводов).

 Достоинства ArCNET:

• 
  невысокая стоимость(самая дешевая);
  
• 
  простота использования;
  
• 
  гибкость.
  

 Недостатки ArCNET:

• 
  низкое быстродействие (1/4 Ethernet, 1/2 - 1/7 Token ring);
  
• 
  плохо работает в условиях мультимедиа, режиме реального времени;
  
• 
  отсутствуют перспективы развития.
  

FDDI  -   Fiber Distributed Data Interface  -  волоконно-оптический распределенный механизм передачи данных. Технологи FDDI появилась в середине 80-х годов и ориентирована на волоконную оптику.

a)     Топология - кольцо;

b)    Среда передачи данных - оптоволоконные линии;

c)     Скорость передачи данных - от 100 Мбит/с;

d)    Длина кабельного сегмента сети - не более 200км.

Принцип работы:
FDDI поддерживает сеть с передачей маркера. FDDI опирается на 1-ю модификацию циклического кольца (2 кольца: в первом сообщения передаются по часовой стрелке; во втором - против).

 Достоинства FDDI:

• 
  очень высокая скорость передачи;
  
• 
  кольцо может быть окружностью до 200 км. и включать до 1000 устройств.
  

 Недостатки FDDI:

высокая стоимость (подключение одной рабочей станции - $1000 - $2000)

Техническое и аппаратное обеспечение сетей.

Любая коммуникационная сеть должна включать следующие основные компоненты: передатчик, сообщение, средства передачи, приемник.

---

Передатчик  -  устройство, являющееся источником данных.

Приемник-  устройство, принимающее данные.

Приемником могут быть компьютер, терминал или какое-либо цифровое устройство.

 Сообщение-  цифровые данные определенного формата, предназначенные для передачи.

Это может быть файл базы данных, таблица, ответ на запрос, текст или изображение.

Средства передачи-  физическая передающая среда и специальная аппаратура, обеспечивающая передачу сообщений.

Для передачи сообщений в вычислительных сетях используются различные типы каналов связи. Наиболее распространены выделенные телефонные каналы и специальные каналы для передачи цифровой информации. Применяются также радиоканалы и каналы спутниковой связи.

Особняком в этом отношении стоят ЛВС, где в качестве передающей среды используются витая пара проводов, коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель.

Для характеристики процесса обмена сообщениями в вычислительной сети по каналам связи используются следующие понятия: режим передачи, код передачи, тип синхронизации.

Режим передачи.

Существуют три режима передачи: симплексный, полудуплексный и дуплексный.

Симплексный режим- передача данных только в одном направлении.

Примером симплексного режима передачи является система, в которой информация, собираемая с помощью датчиков, передается для обработки на ЭВМ. В вычислительных сетях симплексная передача практически не используется.

Полудуплексный режим -  попеременная передача информации, когда источник и приемник последовательно меняются местами .

Яркий пример работы в полудуплексном режиме - разведчик, передающий в Центр информацию, а затем принимающий инструкции из Центра.

Дуплексный режим  -  одновременные передача и прием сообщений.

Дуплексный режим является наиболее скоростным режимом работы и позволяет эффективно использовать вычислительные возможности быстродействующих ЭВМ в сочетании с высокой скоростью передачи данных по каналам связи.

Пример дуплексного режима - телефонный разговор.

 



Аппаратные средства

Чтобы обеспечить передачу информации из ЭВМ в коммуникационную среду, необходимо согласовать сигналы внутреннего интерфейса ЭВМ с параметрами сигналов, передаваемых по каналам связи. При этом должно быть выполнено как физическое согласование (форма, амплитуда и длительность сигнала), так и кодовое.

---