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

Рисунок 1 – Многопроцессорные системы

По типу ЭВМ или процессоров, применяемых для разработки ВС, различают однородные и неоднородные системы. Однородные подразумевают комплексирование однотипных ЭВМ (процессоров), неоднородные – разнотипных. В однородных системах существенно облегчаются разработка и обслуживание технических и программных (прежде всего, ОС) средств. В них реализуется возможность стандартизации и унификации соединений и процедур взаимодействия компонентов системы [17, c.66]. Облегчается обслуживание систем, модернизация и их развитие. Также есть и неоднородные ВС, где комплексируемые элементы существенно отличаются по своим техническим и функциональным характеристикам. Чаще всего это связано с необходимостью параллельной реализации многофункциональной обработки. Так, при разработке ММС, обслуживающих каналы связи, лучше всего объединять в комплекс связанные, коммуникационные машины и машины обработки данных. В подобных системах коммуникационные ЭВМ реализуют функции связи, контроля получаемой и транслируемой информации, формирования пакетов задач и пр. ЭВМ обработки данных не занимаются не присущими им работами по реализации взаимодействия в сети, а все их ресурсы переключаются на обработку данных. Неоднородные системы находят применение и в МПС. Немало ЭВМ, в том числе и ПЭВМ, способны применять сопроцессоры: десятичной арифметики, матричные и пр.

По степени территориальной разобщенности вычислительных модулей ВС делятся на системы совмещенного (сосредоточенного) и распределенного (разобщенного) типов [19, c.81]. Чаще всего данное деление касается только ММС. Многопроцессорные системы принадлежат к системам совмещенного типа. Также, принимая во внимание успехи микроэлектроники, данное совмещение способно быть очень глубоким. При возникновении новых сверхбольших интегральных схем (СБИС) появляется возможность иметь в одном кристалле несколько параллельно функционирующих процессоров [21, c.41].

Совмещенные и распределенные ММС отличаются значительной оперативностью взаимодействия, исходя из удаленности ЭВМ. Время трансляции данных между соседними ЭВМ, соединенными простым кабелем, может быть сильно меньше времени передачи данных по каналам связи. Чаще всего все производимые ЭВМ имеют средства прямого взаимодействия и средства подключения к сетям ЭВМ. Для ПЭВМ подобными средствами являются нуль модемы, модемы и сетевые карты как элементы техники связи.

По методам управления компонентами ВС бывают централизованные, децентрализованные и со смешанным управлением. Кроме параллельных вычислений, осуществляемых компонентами системы, нужно выделять ресурсы на реализацию управления данными вычислениями. В централизованных за это отвечает главная, или диспетчерская, ЭВМ (процессор) [23, c.56]. Ее задачей являются распределение нагрузки между компонентами, выделение ресурсов, контроль их состояния, координация взаимодействия. Централизованный орган управления в системе может быть жестко закреплен или данные функции способны передаваться иной ЭВМ (процессору), что благоприятствует росту надежности системы. Централизованные системы имеют более простые ОС. В децентрализованных функции управления разделены между компонентами. Каждая ЭВМ (процессор) системы сохраняет известную автономию, а необходимое взаимодействие между элементами устанавливается по специальным наборам сигналов. С развитием ВС и, в частности, сетей ЭВМ интерес к децентрализованным системам постоянно растет. В системах со смешанным управлением совмещаются процедуры централизованного и децентрализованного управления. Перераспределение функций осуществляется в ходе вычислительного процесса исходя из сложившейся ситуации.

---

По принципу закрепления вычислительных функций за отдельными ЭВМ (процессорами) бывают системы с жестким и плавающим закреплением функций. Исходя из типа ВС, необходимо выполнять задачи статического или динамического размещения программных модулей и массивов данных, реализуя требуемую гибкость системы и эффективность ее работы [25, c.91].

По режиму работы ВС бывают системы, функционирующие в оперативном и неоперативном временных режимах. Первые, чаще всего, применяют режим реального масштаба времени. Данный режим характеризуется существенными ограничениями на время выполнения задач в системе и подразумевает высокую степень автоматизации процедур ввода-вывода и обработки данных. Максимальный интерес у исследователей всех рангов (проектировщиков, аналитиков и пользователей) вызывают структурные признаки ВС. От того, насколько структура ВС соответствует структуре выполняемых на данной системе задач, находится в зависимости эффективность использования ЭВМ в целом. Структурные признаки, в свою очередь, отличаются многообразием: топология управляющих и информационных связей между компонентами системы, способность системы к перестройке и перераспределению функций, иерархия уровней взаимодействия элементов. В максимальной степени степени структурные характеристики определяются архитектурой системы.

Таким образом, целесообразно сделать определенные выводы по данной главе.

Вычислительные системы берут свое начало несколько десятков лет назад. В настоящее время они интенсивно используются в самых разнообразных сферах науки и техники. Без вычислительных систем сложно представить жизнедеятельность человека в настоящее время.

Ввиду своего многообразия вычислительные системы можно классифицировать по ряду признаков, каждый из которых целесообразно использовать в зависимости от того или иного рода деятельности.

2. Состав вычислительных систем

2.1 Структура вычислительных систем

Упрощенная схема вычислительного процесса может быть описана следующим образом. По указанию устройства управления (УУ) управляющая информационная (команда) считывает из запоминающего устройства, передается в УУ и расшифровывается. Она устанавливает, какая операция и над какими данными должна быть реализована в АЛУ. Получив соответствующие указания и адреса, запоминающее устройство выдает требуемые числа в АЛУ, где они преобразуются. Результаты обработки пересылаются в ОЗУ на хранение. Окончательная результатная информация из ОЗУ при помощи устройств вывода приходит на дисплей, печатающее устройство или на машинный носитель [2, c.44].

---

Вычислительные системы имеют многоуровневую информационную организацию (рис. 2).

На I уровне системы располагаются ЦП, куда включены АЛУ, центральные устройства управления и внутренняя память процессоров (иногда сверхоперативная память СОП). Процессоров может быть несколько. Они могут быть универсальными и специализированными и отличаться своими функциональными возможностями. Здесь же присутствуют модули ОЗУ [4, c.7].

II уровень составляют процессоры ввода-вывода (каналы ввода - вывода), необходимые для реализации операций ввода – вывода и формируют все двусторонние связи между ОП и процессором, с одной стороны, и множеством разнообразных периферийных устройств – с другой. Каналы ввода – вывода дают возможность реализовать параллельную работу высокоскоростного ЦП и сравнительно медленно функционирующих устройств ввода – вывода с разными техническими характеристиками. При помощи данного построения исключается "жесткое" подключение периферийных устройств к ЦП. Канал ввода–вывода представляет собой самостоятельное в логическом отношении устройство, функционирующее по собственной программе, хранимой в памяти машины.

Рисунок 2 – Обобщенная структурная схема вычислительной машины

Каналы ввода – вывода универсальных, исходя из пропускной способности канала, режима его работы и свойств подключаемых периферийных устройств делятся на быстрые (селекторные - КС) и медленные (мультиплексные – КМ) [6, c.54].

Селекторный канал обладает высокой пропускной способностью и управляет обменом информации с ВЗУ. Данный канал дает возможность лишь одному из присоединенных к нему устройств ввода – вывода реализовать в данный момент операцию ввода – вывода.

Мультиплексный канал обеспечивает связь медленнодействующих устройств ввода–вывода с ЦП и допускает параллельное подключение нескольких устройств. Данный канал включает в свой состав несколько подканалов и может одновременно реализовать по одной операции в каждом подканале. Подканалом являются средства канала, необходимые для реализации операции ввода – вывода и связи с одним периферийным устройством. Информационные магистрали канала, по которым происходит обмен информацией, попеременно обслуживаются параллельно функционирующими устройствами ввода – вывода. Устройство ввода – вывода подключается к каналу на короткое время, необходимое для передачи или приема информации. Адаптер "канал – канал " необходим для обмена информацией между процессорами и различными модулями ОП и обеспечивает создание МПС или ММС вычислительного комплекса [8, c.25].

---

На III уровне находятся интерфейс ввода – вывода (устройство сопряжения) и УУВУ. Связь ЦП с внешними устройствами, как через селекторный, так и через мультиплексный каналы выполняется по универсальному стандартному принципу, состоящему в присутствии определенного набора сигналов и одной и той же временной диаграммы взаимодействия для всех внешних устройств независимо от их типа. При помощи стандартного сопряжения последовательность управляющих сигналов одинакова для всех устройств, связанных с одним каналом [10, c.61].

Возможность изменения конфигурации системы ввода- вывода достигается применением разнообразных типов УУВУ: одиночных, группового и разделенного.

Одиночные УУВУ используются для управления работой только одного внешнего устройства, например, устройства вывода на печать. Групповое УУВУ (ГрУУВУ) обслуживает несколько однотипных внешних устройств, причем в каждый момент времени оно обслуживает только одно ВУ, например, ВЗУ на магнитном диске. Разделенное УУВУ может быть подсоединено к двум каналам, однако на все время выполнения заданной операции ввода- вывода оно работает только с одним каналом [12, c.84].

ГрУУВУ конструктивно расположено в отдельной стойке, поэтому необходим малый интерфейс, унифицированная система связей и сигналов между УУВУ и соответствующими внешними запоминающими устройствами. Одиночное УУВУ, которое управляет работой одного устройства ввода-вывода, обычно размещается конструктивно в одной стойке с этим внешним устройством.

Интерфейс обеспечивает:

• стандартную организацию выполнения операций ввода-вывода;
• простоту программирования операций ввода-вывода;
• возможность обмена информацией с несколькими ЭВМ;
• возможность наращивания мощности по вводу-выводу [12, c.55].

В состав интерфейса входят совокупность унифицированных шин для передачи информации и система унифицированных сигналов, электронных схем и алгоритмов управления обменом информацией.

IV уровень составляет периферийные устройства. К ним относятся ВЗУ и устройства ввода-вывода.

В современных вычислительных системах можно выделить V уровень, который составляют абонентские пункты, аппаратура передачи данных и каналы связи. Этот уровень необходим при использовании ВС в системах распределенной обработки данных, вычислительных центрах коллективного пользования, вычислительных сетях.

Таким образом, в описанной многоуровневой структуре реализуется классическая фон-неймановская организация ВС и предполагает последовательную обработку информации по заранее составленной программе.

---

2.2 Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем

Назначение подсистемы информационного обеспечения заключается в своевременном формировании и выдаче достоверной информации для принятия управленческих решений.

Информационное обеспечение  — совокупность единой системы классификации и кодирования информации, унифицированных систем документации, схем информационных потоков, циркулирующих в организации, а также методология построения баз данных [14, c.67].

Унифицированные системы документации  создаются на государственном, республиканском, отраслевом и региональном уровнях. Главная цель — это обеспечение сопоставимости показателей различных сфер общественного производства. Разработаны стандарты, где устанавливаются требования:

·     к унифицированным системам документации;

·     к унифицированным формам документов различных уровней управления;

·     к составу и структуре реквизитов и показателей;

·     к порядку внедрения, ведения и регистрации унифицированных форм документов.

 Однако, несмотря на существование унифицированной системы документации, при обследовании большинства организаций постоянно выявляется целый комплекс типичных недостатков:

·     чрезвычайно большой объем документов для ручной обработки;

·     одни и те же показатели часто дублируются в разных документах;

·     работа с большим количеством документов отвлекает специалистов от решения непосредственных задач;

·     имеются показатели, которые создаются, но не используются, и др.

 Поэтому устранение указанных недостатков является одной из задач, стоящих при создании информационного обеспечения [16, c.91].

Схемы информационных потоков отражают маршруты движения информации и ее объемы, места возникновения первичной информации и использования результатной информации. За счет анализа структуры подобных схем можно выработать меры по совершенствованию всей системы управления.

В качестве примера простейшей схемы потоков данных можно привести схему, где отражены все этапы прохождения служебной записки или записи в базе данных о приеме на работу сотрудника — от момента се создания до выхода приказа о его зачислении на работу [16, c.32].

---