Файл: Конспект лекций Для студентов специальности 080801. 65 - приклад.doc

Современные ОС (Unix, Windows и др.) используют виртуальную организацию памяти для сохранности выполняемых программ. Принцип виртуальной памяти основан на том, что только некоторые части программ находятся в оперативной памяти, другие - на диске. Во время работы компьютера, если запрашивается область памяти, которая находится на диске, то эта часть программы загружается с диска в оперативную память. Если оперативной памяти недостаточно, из нее вытесняется некоторая часть другой программы, преимущест­венно той, к которой дольше всего не было обращений. Эти операции перемещения частей программ требуют некоторого времени, связан­ного с поиском нужной части программы на диске и ее считывания в память. Для ускорения операций поиска некоторые части программ могут находиться в кэш-памяти, которая обычно ускоряет операции поиска. Управление памятью требует разработки некоторой стратегии вытеснения и замещения частей программ, которая закладывается в ОС в виде алгоритма.

При выполнении операций ввода-вывода для записи или считывания данных с магнитных носителей информации, эти операции ! большей частью осуществляются через буфер ввода-вывода, где предварительно размещаются данные, что позволяет существенно ускорить эти операции. Выбор емкости буфера влияет на скорость выполнения операций ввода-вывода.

Обмен данными между памятью и внешними устройствами осуществляется через контроллеры ввода-вывода, но скорость их работы на порядок больше скорости электромеханических устройств. При моделировании можно считать, что эти операции выполняют са­ми устройства. Поиск информации на магнитных дисках (гибких или жестких) связан с перемещением головок на нужный сектор и с непо­средственным выполнением операций записи или считывания дан­ных, которые зависят от скорости вращения диска. Поэтому для мо­делирования времени поиска информации (перемещения головок) используют равномерное распределение, для которого минимальное и максимальное времена берут из технических характеристик уст­ройств.

Таким образом, работу компьютерной системы, управляемой ОС, можно представить в упрощенном виде как работу сети СМО.

При моделировании обычно интересуются временем пребыва­ния программы пользователя в компьютерной системе (от ввода про­граммы или запроса на ее выполнение до получения результатов ее работы или ответа) или числом программ, выполненных системой за единицу времени. Типичная программа или запрос пользователя мо­жет описываться: идентификатором программы, временем поступле­ния в систему, емкостью нужной памяти, количеством запросов к устройствам ввода-вывода и распределением их по времени, количе­ству данных, которые вводятся и выводятся на тех или иных устрой­ствах, а также более детальной информацией в зависимости от цели моделирования.

5.2. Сети и системы передачи данных

Интеграция систем передачи информации (телефонная и радио­связь) и компьютерных систем обусловила создание сетей поддержки , связи между компьютерами (отдельные входы в системы, передача файлов, электронная почта и т.п.). В современных цифровых сетях передачи информации нет различия между передачей голоса и дан­ных, поскольку они способны передавать данные, звуковой и видео­сигнал как один пакет данных. Это так называемые широкополосные цифровые сети с предоставлением комплексных услуг.

Сети иногда делят по их географическому размещению на ло­кальные, региональные и глобальные. Локальные сети имеют ограни­ченное количество компьютеров, и связь между ними осуществляется по физической линии связи (проводам, коаксиальному кабелю). Ре­гиональные сети объединяют несколько локальных сетей в рамках области или региона и используют, главным образом, телефонные сети или волоконно-оптические кабели. Глобальные сети передают данные не только по телефонным каналам, но и по спутниковым и радиоканалам.

Вычислительная сеть представляет собой систему станций на базе ЭВМ (узлы сети), взаимодействующих между собой через кана­лы передачи данных, используемые для обмена информацией. Для обеспечения безошибочной и максимально удобной передачи инфор­мации сетевые операции регулируются набором правил и соглаше­ний, названных сетевым протоколом. Протокол определяет типы разъемов и кабелей, сигналы, форматы данных и средства проверки ошибок, а также алгоритмы для сетевых интерфейсов и узлов по стандартным (в пределах сети) принципам подготовки сообщений, передачи и анализа на разнообразных уровнях детализации.

Сети имеют некоторые общие компоненты, функции и характе­ристики, а именно:

- серверы (server) - компьютеры, которые предоставляют свои ресурсы сетевым пользователям;

- клиенты (client) - компьютеры, которые осуществляют дос­туп к сетевым ресурсам, предоставленным сервером;

- среда - средства соединения компьютеров;

- совместно используемые данные - файлы, предоставленные серверами по сети;

- совместно используемые периферийные устройства (принте­ры, приводы CD-ROM и прочие ресурсы, предоставленные сервера­ми);

- ресурсы - файлы, прикладные программные комплексы, принтеры и другие элементы, используемые в сети.

Принцип действия локальной сети зависит от расположения и соединения отдельных сетевых компонентов. Средство соединения компьютеров в сети называется топологией. В локальных сетях ком­пьютеры могут работать в режимах:

- клиентов, которые используют сетевые ресурсы, но не пре­доставляют свои ресурсы другим компьютерам;

- одно-ранговых узлов, работающих с сетевыми ресурсами, которые разрешают доступ других машин к своим ресурсам;

- серверов, которые предоставляют ресурсы сети другим ма­шинам.

Каждый из этих режимов определяется типом применяемой на компьютере ОС. На серверах функционируют такие ОС, как Windows NT или Unix. Различают следующие типы сетей:

- псевдосети типа ПК-ПК;

- одно-ранговые сетевые среды (peer-to-peer), в которых нет серверов и ресурсы распределяются по независимым узлам;

- серверные (или клиент - серверные), которые имеют клиентов и обслуживают их на сервере;

- комбинированные (гибридные) сети - сети клиент-сервер и одноранговые с ресурсами, которые распределяются.

Большинство сетей на самом деле являются комбинированными.

Обмен информацией между двумя компьютерами может осуще­ствляться через разъемы последовательного интерфейса обоих ком­пьютеров с помощью специального кабеля нуль - модема. В этом слу­чае для осуществления передачи данных нужно лишь соответствую­щее терминальное программное обеспечение, поскольку подобный принцип соединения двух компьютеров характерен, в первую оче­редь, для компьютеров типа laptop и notebook. При использовании параллельной передачи данных повышается скорость обмена инфор­мацией между обоими компьютерами, тем не менее, из технических соображений последовательный кабель может быть значительно длиннее, чем параллельный. Во время передачи данных оба процес­сора блокируются и не могут выполнять другие задания.

Минимальное количество линий для организации двусторонней связи компьютера без модемного устройства - три. Тогда перенесе­ние информации становится возможным через непосредственный доступ к портам, для чего необходимо правильно их настроить и за­программировать собственный драйвер с обработчиком прерываний. Схемы трехпроводного соединения компьютеров требуют для надеж­ного перенесения данных организации программного подтверждения, которое снижает скорость передачи.

Серверные сети (сети с обслуживающими узлами) функциони­руют при наличии клиентов. Клиенты обращаются к серверу, кото­рый предоставляет им разные средства (например, печать или работу с файлами). Клиентские компьютеры обычно менее мощные, чем серверы.

Большинство сетей используют выделенные серверы. Выделен­ным называется такой сервер, который функционирует только как сервер и не выполняет функций клиента или рабочей станции. Такие серверы специально приспособлены для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и управления защитой файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом. С увеличением размеров сети и объема сетевого трафика необ­ходимо увеличивать количество серверов. Распределение заданий между несколькими серверами гарантирует, что каждое задание бу­дет выполняться наиболее эффективным средством из всех возмож­ных. Наиболее распространенными серверами являются следующие:

• файловые серверы;

- серверы печати;

- серверы приложений;

- серверы сообщений;

- серверы баз данных.

Все сети строятся на основе трех базовых топологий: шины, звезды, кольца.

Если компьютеры подключены вдоль одного кабеля (сегмента), топология называется шиной, если же они подключены к сегментам кабеля, который выходит с концентратора (hub), топология называет­ся звездой. Если кабель, к которому подключены компьютеры, замк­нут в кольцо, такая топология называется кольцом.

Базовые топологии сами по себе достаточно просты, но часто встречаются довольно сложные комбинации, которые объединяют свойства нескольких топологий.

В типичной сети с шинной топологией кабель имеет одну или более пар проводников, а активные схемы усиления сигнала или пе­редачи его от одного компьютера к другому отсутствуют. Такая шин­ная топология - пассивная. Если один компьютер посылает сигнал по кабелю, все другие узлы получают эту информацию, но только один из них (адрес которого совпадает с адресом в сообщении) принимает ее. Другие не принимают сообщения.

В каждый момент времени отправлять сообщение может только один компьютер, поэтому количество подключенных к сети компью­теров значительно влияет на скорость сети. Перед передачей данных компьютер вынужден ожидать освобождения шины. Указанные фак­торы действуют также в кольцевой и звездообразной сетях. Приме­ром недорогой сети с шинной топологией может быть Ethernet.

Звездообразная топология применяется в сосредоточенных се­тях, в которых конечные точки доступны из центрального узла, а также в случаях, когда предполагается расширение сети и нужна вы­сокая надежность.