№1. Основные тенденции развития ЭВМ (состав и соотношение технических и программных средств, быстродействие, память, интеллектуальность)
Существуют три глобальных области применения ЭВМ:
Автоматизация вычислений
Применение ЭВМ в автоматизированных системах управления.
Новое направление потребовало изменение классической структуры фон Неймана.
Нужно было дополнительно автоматизировать сбор информации и распределение результатов. ЭВМ стали подключать к каналам связи запараллеливались процессы передачи и обработки информации. Появилась многопрограммность, средства изменения времени, системы прерываний и приоритетов.
Применение ЭВМ в личных целях для упрощения и сокращения рабочего времени.
Решение задач искусственного интеллекта
С процессом развития человечества выдвигаются постепенно новые и новые вычислительные задачи ( которые включают не только расчетные задачи), соответственно возрастает требование к ЭВМ Улучшения ее характеристик таких как память, быстродействие, интеллектуальность. Последнее особенно востребовано в больших автоматизированных системах управления. В настоящее время интеллектуальность реализуется путем использования совершенных программных средств. Постоянно возрастает повышенное требование к увеличению объема хранения информации. Современные программные средства требуют большого места как в оперативной памяти так и большого места на постоянных носителях информации. Тенденции развития ЭВМ возрастают с каждым годом. Прогресс развития ЭВМ, особенно в последние 10 лет, идет очень быстрыми этапами. За последние два года типы процессоров сменяются каждый полгода, увеличивается их производительность. Соответственно меняются объемы носителей информацию Буквально 1,5 года назад 3 гигабайта на жестких дисках считалась довольно внушительной цифрой, но сейчас эта цифра очень мала, т.к на смену приходят носители с размером от 15 до 25 гигабайт. Цены на различны компоненты да и на сами ЭВМ в сборе соответственно падают с разработкой более новых конфигураций. С такой скоростью прогресса производители программного обеспечения просто не поспевают и порой, программное обеспечение отстает от прогресса технических средств. Крупная корпорация Интел в последнее время стала задумываться, а не снизить ли темпы разработок новых поколений процессоров, до того как производители ПО догонят в полной мере технические средства.
№2 Классификация средств ЭВТ (понятие машинного парка, соотношение типов ЭВМ)
Для различных типов задач нужна соответственно и различная вычислительная техника. Поэтому рынок компьютеров постоянно имеет широкую градацию классов и моделей ЭВМ. Фирмы-производители средств ВТ очень внимательно отслеживают состояние рынка ЭВМ. Они не просто констатируют отдельные факты и тенденции, а стремятся активно воздействовать на них и опережать потребности потребителей. Так, например, фирма IBM, выпускающая примерно 80% мирового машинного “парка”, в настоящее время выпускает в основном четыре класса компьютеров, перекрывая ими широкий класс задач пользователей.
- СуперЭВМ для решения крупномасштабных вычислительных задач, для обслуживания крупнейших информационных банков данных (150-200 штук).
- Большие ЭВМ для комплектования ведомственных, территориальных и региональных вычислительных центров. (2500)
- Средние ЭВМ широкого назначения для управления - сложными технологическими производственными процессами. ЭВМ этого типа могут использоваться и для управления распределенной обработкой информации в качестве сетевых серверов. (25000)
Персональные и профессиональные ЭВМ, позволяющие удовлетворять индивидуальные потребности пользователей. На базе этого класса ЭВМ строятся автоматизированные рабочие места (АРМ) для специалистов различного уровня. (миллионы)
Также в последнее время появилось понятие как сетевой компьютер. Он может иметь небольшое быстродействие. Но принцип вычислений строится на передачи данных по сети вычислительному компьютеру и получение уже готовых результатов.
Понятие машинного парка можно определить как совокупность различных типов ЭВМ внутри отдельного взятого комплекса (например страны).
№3 Обобщенная структура ЭВМ. Состав и назначение устройств. Принцип работы.
Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление. В основе его лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений.
Классическая структура ЭВМ полностью соответствует последовательному методу выполнения команд программы и состоит из
В любой ЭВМ имеются устройства ввода информации (УВв), с помощью которых пользователи вводят в ЭВМ программы решаемых задач и данные к ним.
При вычислении программа выполняет последовательность операций :
Устройство управления расшифровывает очередную команду и настраивает АЛУ на выполнение операции. Одновременно определяются адреса операндов, которые вызываются в АЛУ для обработки.
Таким образом команда за командой обрабатываются программы. Результат обработки через ОЗУ отсылается в Увыв (с целью фиксации и представлению пользователю)
Выполнение каждой команды осуществляется в несколько этапов:
Формирование адреса
Выборка из памяти команды
Расшифровка и выборка операндов
Выполнение операций
Отсылка результатов
За каждый этап отвечает определенный блок. Все современные машины имеют совмещение операций, при котором все блоки работают параллельно, одновременно.
При использования файла в вычислительном процессе его содержимое переноситься в ОЗУ. Затем программная информация команда за командой считывается в устройство управления (УУ). Устройство управления предназначается для автоматического выполнения программ путем принудительной координации всех остальных устройств ЭВМ. АЛУ выполняет арифметические и логические операции над данными. Оно каждый раз перенастраивается на выполнение очередной операции. Результаты выполнения отдельных операций сохраняются для последующего использования на одном из регистров АЛУ или записываются в память. Потом результаты вычислений подаются на устройства вывода информации(дисплей, принтер и т.д.)
В последующем сильно связанные устройства АЛУ и УУ получили название процессор, т.е. устройство для обработки данных. Совмещение операций позволяет значительно повесить быстродействие.
Такой конвейер характерен для линейных участков программы. Команды ветвления (условного и безусловного переходов) прерывают конвейер, снижается быстродействие.
В машинах Pentium для ликвидации разрывов используются блоки предсказания ветвлений и запуска двух конвейеров с последующем отсечением одного из них.
В реальных вычислениях линейные участки программ занимают 10-30 команд.
№4. Эволюция структур вычислительных машин. Кризис классической структуры ЭВМ.
Уже в первых ЭВМ для увеличения их производительности широко применялось совмещение операций. При этом последовательные фазы выполнения отдельных команд программы (формирование адресов операндов, выборка операндов, выполнение операции, отсылка результата) выполнялись отдельными функциональными блоками. В своей работе они образовывали своеобразный конвейер, а их параллельная работа позволяла обрабатывать различные фазы целого блока команд. Этот принцип получил дальнейшее развитие в ЭВМ следующих поколений. Но все же первые ЭВМ имели очень сильную централизацию управления, единые стандарты форматов команд и данных, “жесткое” построение циклов выполнения отдельных операций, что во многом объясняется ограниченными возможностями используемой в них элементной базы. Центральное УУ обслуживало не только вычислительные операции, но и операции ввода-вывода, пересылок данных между ЗУ и др. Все это позволяло в какой-то степени упростить аппаратуру ЭВМ, но сильно сдерживало рост их производительности.
В ЭВМ третьего поколения произошло усложнение структуры за счет разделения процессов ввода-вывода информации и ее обработки
Сильно связанные устройства АЛУ и УУ получили название процессор,
т.е. устройство, предназначенное для обработки данных. В схеме ЭВМ появились также дополнительные устройства, которые имели названия: процессоры ввода-вывода, устройства управления обменом информацией, каналы ввода-вывода (КВВ). Последнее название получило наибольшее распространение применительно к большим ЭВМ. Здесь наметилась тенденция к децентрализации управления и параллельной работе отдельных устройств, что позволило резко повысить быстродействие ЭВМ в целом.
Среди каналов ввода-вывода выделяли мультиплексные каналы, способные обслуживать большое количество медленно работающих устройств ввода-вывода (УВВ), и селекторные каналы, обслуживающие в многоканальных режимах скоростные внешние запоминающие устройства (ВЗУ).
В персональных ЭВМ, относящихся к ЭВМ четвертого поколения, произошло дальнейшее изменение структуры (см рис.). Они унаследовали ее от мини-ЭВМ.
Соединение всех устройств в единую машину обеспечивается с помощью общей шины, представляющей собой линии передачи данных, адресов, сигналов управления и питания. Единая система аппаратурных соединений значительно упростила структуру, сделав ее еще более децентрализованной. Все передачи данных по шине осуществляются под управлением сервисных программ.
Ядро ПЭВМ образуют процессор и основная память (ОП), состоящая из оперативной памяти и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). ПЗУ предназначается для записи и постоянного хранения наиболее часто используемых программ управления. Подключение всех внешних устройств (ВнУ), дисплея, клавиатуры, внешних ЗУ и других обеспечивается через соответствующие адаптеры - согласователи скоростей работы сопрягаемых устройств или контроллеры - специальные устройства управления периферийной аппаратурой. Контроллеры в ПЭВМ играют роль каналов ввода-вывода. В качестве особых устройств следует выделить таймер - устройство измерения времени и контроллер прямого доступа к памяти (КПД) - устройство, обеспечивающее доступ к ОП, минуя процессор.
Способ формирования структуры ПЭВМ является достаточно логичным и естественным стандартом для данного класса ЭВМ.
Децентрализация построения и управления вызвала к жизни такие элементы, которые являются общим стандартом структур современных ЭВМ: модульность построения, магистральность, иерархия управления.
Как видно из полувековой истории развития ЭВТ дала не очень широкий спектр основных структур ЭВМ. Все приведенные структуры не выходят за пределы классической структуры фон Неймана. Их объединяют след. традиционные признаки:
• ядро ЭВМ образует процессор - единственный вычислитель в структуре, дополненный каналами обмена информацией и памятью.
• линейная организация ячеек всех видов памяти фиксированного размера;
• одноуровневая адресация ячеек памяти, стирающая различия между всеми типами информации;
• внутренний машинный язык низкого уровня, при котором команды содержат элементарные операции преобразования простых операндов;
• последовательное централизованное управление вычислениями;
• достаточно примитивные возможности устройств ввода-вывода. Несмотря на все достигнутые успехи, классическая структура ЭВМ не обеспечивает возможностей дальнейшего увеличения производительности. Наметился кризис, обусловленный рядом существенных недостатков:
• плохо развитые средства обработки нечисловых данных (структуры, символы, предложения, графические образы, звук, очень большие массивы данных и др.);
• несоответствие машинных операций операторам языков высокого уровня;
• примитивная организация памяти ЭВМ;
• низкая эффективность ЭВМ при решении задач, допускающих параллельную обработку и т.п.
Все эти недостатки приводят к чрезмерному усложнению комплекса программных средств, используемого для подготовки и решения задач пользователей.
№.5 Принцип программного управления ЭВМ.
Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление. В основе его лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений.
.Принцип программного управления может быть осуществлен различными способами. Стандартом для построения практически всех ЭВМ стал способ, описанный Дж. фон Нейманом в 1945 г. при построении еще первых образцов ЭВМ. Суть его заключается в следующем.
Все вычисления, предписанные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов-команд. Каждая команда содержит указания на конкретную выполняемую операцию, место нахождения (адреса) операндов и ряд служебных признаков. Операнды -
переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных. Список (массив) всех переменных (входных данных, промежуточных значений и результатов вычислений) является еще одним неотъемлемым элементом любой программы.
Для доступа к программам, командам и операндам используются их адреса. В качестве адресов выступают номера ячеек памяти ЭВМ, предназначенных для хранения объектов. Информация ( командная и данные: числовая, текстовая, графическая и т.п.) кодируется двоичными цифрами 0 и 1. Поэтому различные типы информации, размещенные в памяти ЭВМ, практически неразличимы, идентификация их возможна лишь при выполнении программы, согласно ее логике, по контексту.
Каждый тип информации имеет форматы - структурные единицы информации, закодированные двоичными цифрами 0 и 1. Обычно все форматы данных, используемые в ЭВМ, кратны байту, т.е. состоят из целого числа байтов.
Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, называется полем.
Например, в каждой команде программы различают поле кода операций, поле адресов операндов. Применительно к числовой информации выделяют знаковые разряды, поле значащих разрядов чисел, старшие и младшие разряды.
Последовательность, состоящая из определенного принятого для данной ЭВМ числа байтов, называется словом.
Для больших ЭВМ размер слова составляет четыре байта, для ПЭВМ - два байта. В качестве структурных элементов информации различают также полуслово, двойное слово и др.
В любой ЭВМ имеются устройства ввода информации (УВв), с помощью которых пользователи вводят в ЭВМ программы решаемых задач и данные к ним. Введенная информация полностью или частично сначала запоминается в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ), а затем переносится во внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), предназначенное для длительного хранения информации, где преобразуется в специальный программный объект - файл.
При использовании файла в вычислительном процессе его содержимое переносится в ОЗУ. Затем программная информация команда за командой считывается в устройство управления (УУ).
Устройство управления предназначается для автоматического выполнения программ путем принудительной координации всех остальных устройств ЭВМ. Вызываемые из ОЗУ команды дешифрируются устройством управления:
- определяются код операции, которую необходимо выполнить следующей, и адреса операндов, принимающих участие в данной операции.
В зависимости от количества используемых в команде операндов различаются одно-, двух-, трехадресные и безадресные команды. В одноадресных командах указывается, где находится один из двух обрабатываемых операндов. Второй операнд должен быть помещен заранее в арифметическое устройство (для этого в систему команд вводятся специальные команды пересылки данных между устройствами).
Двухадресные команды содержат указания о двух операндах, размещаемых в памяти (или в регистрах и памяти). После выполнения команды в один из этих адресов засылается результат, а находившийся там операнд теряется.
В трехадресных командах обычно два адреса указывают, где находятся исходные операнды, а третий - куда необходимо поместить результат.
В безадресных командах обычно обрабатывается один операнд, который до и после операции находится на одном из регистров арифметико-логического устройства (АЛУ). Кроме того, безадресные команды используются для выполнения служебных операций (очистить экран, заблокировать клавиатуру, снять Блокировку и др.).
Все команды программы выполняются последовательно, команда за командой, в том порядке, как они записаны в памяти ЭВМ (естественный порядок следования команд). Этот порядок характерен для линейных программ, т.е. программ, не содержащих разветвлений. Для организации ветвлений используются команды, нарушающие естественный порядок следования команд. Отдельные признаки ,результатов r (r = 0, r < 0. r > 0 и др.,),устройство .управления использует для изменения порядка выполнения команд программы.
№6. Принципы построения и развития элементной базы современных ЭВМ.
Все современные вычислительные машины строятся на комплексах (системах) интегральных микросхем (ИС) (основу которых составляют большие и сверхбольшие интегральные схемы).
Интегральные схемы имеют единый технологический принцип построения он заключается в циклическом и послойном изготовлении частей электронных схем по циклу программа - рисунок - схема: берется кремневая подложка покрывается фоторезистором, по программам наносится рисунок (литография) будущего слоя микросхемы. Затем рисунок протравливается, фиксируется, закрепляется и изолируется от новых слоев и т.д. На основе этого создается пространственная твердотельная структура. Например, СБИС типа Pentium включает около трех с половиной миллионов транзисторов, размещаемых в пятислойной структуре.
Степень микроминиатюризации, размер кристалла ИС, производительность и стоимость технологии напрямую определяются типом литографии. До настоящего времени доминирующей оставалась оптическая литография, т.е. послойные рисунки на фоторезисторе микросхем наносились световым лучом. В настоящее время ведущие компании, производящие микросхемы, реализуют кристаллы с размерами примерно 400 мм2
- для процессоров (например, Pentium) и 200 мм2
- для схем памяти. Минимальный топологический размер (толщина линий) при этом составляет 0,5 - 0,35 мкм. Для сравнения можно привести такой пример. Толщина человеческого волоса составляет примерно 100 мкм. Значит, при таком разрешении на толщине волоса могут вычерчивать более двухсот линий.
Дальнейшие достижения в микроэлектронике связываются с электронной (лазерной), ионной и рентгеновской литографией. Это позволяет выйти на размеры 0.25, 0.18 и даже 0.08мкм.
При таких высоких технологиях возникает целый ряд проблем. Микроскопическая толщина линий, сравнимая с диаметром молекул, требует высокой чистоты используемых и напыляемых материалов, применения вакуумных установок и снижения рабочих температур. Действительно, достаточно попадания мельчайшей пылинки при изготовлении микросхемы, как она попадает в брак. Поэтому новые заводы по производству микросхем имеют уникальное оборудование, размещаемое в чистых помещениях класса 1, микросхемы в которых транспортируются от оборудования к оборудованию в замкнутых сверхчистых мини-атмосферах класса 1000. Мини-атмосфера создается, например, сверхчистым азотом или другим инертным газом при давлении 10-4
Торр [З].
Уменьшение линейных размеров микросхем и повышение уровня их интеграции заставляют проектировщиков искать средства борьбы с потребляемой Wn
и рассеиваемой Wp
мощностью. При сокращении линейных размеров микросхем в 2 раза их объемы изменяются в 8 раз. Пропорционально этим цифрам должны меняться и значения Wn
и Wp,
в противном случае схемы будут перегреваться и выходить из строя. В настоящее время основой построения всех микросхем была и остается КМОП-технология (комплиментарные схемы, т.е. совместно использующие n- и р-переходы в транзисторах со структурой металл - окисел -полупроводник).
Известно, что W=U*I.
Напряжение питания современных микросхем составляет 5 - 3V. Появились схемы с напряжением питания 2,8V, что выходит за рамки принятых стандартов. Дальнейшее понижение напряжения нежелательно, так как всегда в электронных схемах должно быть обеспечено необходимое соотношение сигнал-шум, гарантирующее устойчивую работу ЭВМ.
Протекание тока по микроскопическим проводникам сопряжено с выделением большого количества тепла. Поэтому, создавая сверхбольшие интегральные схемы, проектировщики вынуждены снижать тактовую частоту работы микросхем. На рис.3.18 показано, что использование максимальных частот работы возможно только в микросхемах малой и средней интеграции. Максимальная частота доступна очень немногим материалам: кремнию Si, арсениду галлия GaAs и некоторым другим. Поэтому они чаще всего и используются в качестве подложек в микросхемах.
Таким образом, переход к конструированию ЭВМ на СБИС и ультра-СБИС должен сопровождаться снижением тактовой частоты работы схемы. Дальнейший прогресс в повышении производительности может быть обеспечен либо за счет архитектурных решений, либо за счет новых принципов построения и работы микросхем. Альтернативных путей развития просматривается не очень много. Так как микросхемы СБИС не могут работать с высокой тактовой частотой, то в ЭВМ будущих поколений их целесообразно комплексировать в системы. При этом несколько СБИС должны работать параллельно, а слияние работ в системе должно обеспечивать сверхскоростные ИС (ССИС), которые не могут иметь высокой степени интеграции.
Большие исследования проводятся также в области использования явления сверхпроводимости и туннельного эффекта - эффекта Джозефсона. Работа микросхем при температурах, близких к абсолютному нулю (-273°С), позволяет достигнуть максимальной частоты этом Wp=Wn=0.
Очень интересны результаты по использованию “теплой сверхпроводимости”. Оказывается, что для некоторых материалов, в частности для солей бария, кремний явление сверхпроводимости наступает уже при температурах около -150°С. Высказывались соображения, что могут быть получены материалы, имеющие сверхпроводимость при температурах, близких к комнатной. С уверенностью можно сказать, что появление таких элементов знаменовало бы революцию в развитии средств вычислительной техники новых поколений.
В качестве еще одного из альтернативных путей развития элементной базы ЭВМ будущих поколений следует рассматривать и бимолекулярную технологию. В настоящее время имеются опыты по синтезу молекул на основе их стереохимического генетического кода, способных менять ориентацию и реагировать на ток, на свет и т.п. Однако построение из них биологических микромашин еще находится на стадии экспериментов. Таким образом, можно сделать вывод, что в настоящее время возможности микроэлектроники еще не исчерпаны, но давление пределов уже ощутимо. Основой для ЭВМ будущих поколений будут БИС и СБИС совместно с ССИС (Сверхскоростные ИС). При этом структуры ЭВМ и ВС будут широко использовать параллельную работу микропроцессоров
№7. Память ЭВМ. Иерархическое построение памяти ЭВМ.
Память любой ЭВМ состоит из нескольких видов памяти (оперативная, постоянная и внешняя - различные накопители). Память является одним из важнейших ресурсов. Поэтому операционная система управляет процессами выделения объемов памяти для размещения информации пользователей. В любых ЭВМ память строится по иерархическому принципу. Это обуславливается следующим:
Оперативная память предназначена для хранения переменной информации, так как она допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения микропроцессором
соответствующих операций. Поскольку в любой момент времени доступ может осуществляться к произвольно выбранной ячейке, то этот вид памяти называют также памятью с произвольной выборкой - RAM (Random Access Memory).
Все программы, в том числе и игровые, выполняются именно в оперативной памяти. Постоянная память обычно содержит такую информацию, которая не должна меняться в течение длительного времени. Постоянная память имеет собственное название - ROM (Read Only Memory), которое указывает на то, что ею обеспечиваются только режимы считывания и хранения.
С точки зрения пользователей желательно было бы иметь в ЭВМ единую сверх большую память большой производительности, однако емкость памяти и время обращения связаны между собой (чем больше объем тем больше время обращения к ней).
| Тип памяти. | Емкость памяти. | t обращения. |
| Сверх оперативная | 10-16 | 20-30(40) н.с. |
КЭШ память (память блокнотного типа) 1-го уровня 2-го уровня 3-го уровня |
8 кб. 128-256кб. 1-2 Мбайт. |
100-200 н. Сек 200 н. Сек 300-400 н. сек |
| Оперативная память | 4-256(и более) | 0,2 – 2 мк. Сек. |
| НМД(накопитель на магнитных дисках | 1-20 Гбайт | Десятки мк сек (сотни) |
| НМЛ(накопитель на магнитных лентах) | Единицы Гбайт | Минуты(десятки) |
| Архивы | -------//-------- | Десятки минут |
Для упрощения все пересылки информации осуществляется не по вертикали, а через оперативную память. Кое-какие процедуры планирования теперь осуществляются компиляторами языков высокого уровня.
№9 Системы адресации в современных ЭВМ.
Существует несколько типов адресации
прямая
непосредственная
косвенная
относительная
Прямая адресация
:
Aисполнительный=Aчасти команд.
Сл. 0100, 0200,-0250
Достаточно проста, но имеет существенные недостатки.
Для выполнения каждой команды необходимы дополнительные обращения по адресу каждого операнда.
Длина каждой команды, а следовательно длина всей программы и емкость памяти под хранение программы зависит от емкости оперативной памяти.
Прямая адресация очень неэффективна при больших размерах памяти. По этому в настоящее время прямая адресация используется только в памяти небольшого размера (сверхоперативной, КЭШ I уровня).
Непосредственная адресация :
Частный вид адресации в современных ЭВМ . ИЗ всех команд ЭВМ только небольшая часть команд допускает непосредственную адресацию
Непосредственная адресация предполагает запись в адресных частях команды значений аргументов. Учитывая ограниченную длину адресной части команды можно записывать только малоразрдные значения операндов. Т.е. определенные const вычислительного процесса : число сдвига разрядов.
Основной недостаток - малая разрядность используемых операндов.
Преимущество - для выполнения каждой команды необходимо только одно обращение к оперативной памяти для выборки самой команды.
Относительная адресация:
Самый употребляемый метод. В ПЭВМ эта адресация называется сегментно-страничной
В относительной адресации есть две (три) части адреса: постоянная часть адреса находится на одном или нескольких регистрах сверхоперативной памяти
За счет усложнения алгоритмов формирования адресов обеспечивается преимущества:
Сокращение длины команд, длины программы, всей емкости памяти.
1) вместо полного адреса операнда в команде содержится лишь малоразрядное смещение адресов.
2) Относительная адресация дает переместимость программы. Не требуется загрузочный модуль программы настраивать по месту размещения самой программы
Настройка программы обеспечивается загрузкой базового адреса. Это свойство можно распространить на сложные программные структуры. Относительная адресация позволяет сделать команды с переменными весами.
Косвенная адресация :
Является дальнейшим развитием относительной адресации.
Адресная часть команды может содержать любой из из предыдущих типов адресов. Прочитав содержимое внутреннего адреса мы формируем исполнительный адрес операнда.
Положительные стороны :
позволяет формировать адрес сколь угодно большой оперативной памяти
Используя исполнительный адрес как операнд можно складывать и вычитать адреса.
Недостатки:
Дополнительное обращение к оперативной памяти за окончательным адресом операнда.
№10. Особенности построения памяти ЭВМ.
Память ЭВМ строиться достаточно своеобразно, благодаря эволюционному развитию этих вычислительных машин. Первоначально эти машины имели очень малую память 64кб, 840кб,1мб и т.д
Считается что основной памятью с адреса 00000 да 10000 это 640 кб.
Первые 640 Кбайт адресуемого пространства в IBM РС-совместимых компьютерах называют обычно стандартной памятью (conventional memory). Оставшиеся 384 Кбайта зарезервированы для системного использования и носят название памяти в верхних адресах (UMB, Upper Memory Blocks, High DOS Memory или UM Area - UMA).Эта область памяти резервируется под размещение системной ROM BIOS (Read Only Memory Basic Input Output System), под видеопамять и ROM-память дополнительных адаптеров.
| Вектора прерывания |
| Базовые модули ДОС |
| Базовый модуль системы ввода-вывода |
| Командный процессор |
| Решение задач ДОС |
| Постоянно запоминающее устройство БИОС |
Постоянно распределяемая память(дырявая) с адресами (А0000 – F0000).
Нумерация адресов - единая, сквозная. До 386 микропроцессора считалось, что Еоп под ДОС 64кб.
Все что выше 1 Мб - расширенная память, на адресацию машины не были расчитаны.
Расширенная память (extended) располагается выше области адресов 1Мбайт. Для работы с расширенной памятью микропроцессор должен переходить из реального в защищенный режим и обратно.
№11 Режимы работы ЭВМ и ВС. Однопрограммные режимы работы.
Каждое задание состоит из 3 фаз : ввод, решение, вывод.
Режим непосредственного доступа:
предполагает монопольное владение пользователя всеми ресурсами системы. Отличается очень низким КПД. Загрузка процессора 1-3%. Однако он является основным для ПЭВМ, поскольку критерием работы ЭВМ является максимальные удобства пользователя, а не загрузка оборудования.
Режим работы -это особенности планирования и распределения основных ресурсов системы.
Режим работы с косвенным доступом:
Высокая эффективность непосредственного доступа заставила искать пути более полной загрузки дорогих ресурсов ЭВМ.
КПД<=30%
Полностью ликвидировать простой процессора не удается. Наиболее серьезный недостаток обнаруживается при монополизации ресурсов "очень длинными" заданиями в ущерб коротким.
Этот режим имеет название пакетной обработки
№12 Режимы работы ЭВМ и ВС. Пакетная обработка. Принцип многопрограммного управления.
Получили распространение в дорогих больших машинах. Последнее время стали использоваться и в ПЭВМ. Основой всех многопрограммных режимов является классическая пакетная обработка. Выбор режима работы должен сопровождаться анализом цели и задач, решаемых вычислительным центром. Только та к можно обеспечить максимальную эффективность вычислит. системы.
При равенстве общего объема работ имеем резкое различие в характеристиках режимов.
Классическая пакетная обработка является дальнейшим развитием режима с косвенным доступом. Предполагает более полную загрузку дорогого ресурса, т.к. ликвидируются простои во время выполнения отдельных задач, т.к. процессор сразу переключается на обработку следующей задачи в очереди. При этом решении формируются пакеты задач, упорядоченные в соответствии с их приоритетностью.
Процессор начинает обработку с самого приоритетного здания. Если обработка не может быть продолжена, то ресурсы системы переключаются на следующее по приоритетности задание. Но как только условие, препятствующие продолжению прерванной задачи отпадет, система вновь возвращает управление наиболее приоритетной задаче. Прерывания могут накладываться друг на друга. Максимальное кол-во положенных прерываний называется глубиной прерываний и не превышает 7.
Реализация классического мультипрограмиров. Требует соблюдения условий :
Независимость подготовки ( каждый пользователь не должен предполагать работы других пользователей. Это требование удовлетворяется развитыми средствами языков программирования.
Разделение ресурсов в пространстве и времени. Это условие обеспечивает аппаратными средствами операционных систем.
Автоматическое управление вычислениями
Классическая пакетная обработка не учитывает интересов пользователя в качестве сокращения времени ожидания и получения результатов. Обычно в системе формируется несколько приоритетных очередей (до 16), в каждой из которых задания сортируются в соответствии с приоритетом. За назначение приоритета отвечает администрация вычислительного центра, поскольку она отвечает за цели вычисления.
№13 Режимы работы ЭВМ и ВС. Многопрограммные режимы работы: режим разделения времени, режим реального времени.
Режим разделения времени:
является более развитой формой многопрограммной работы ЭВМ. В этом режиме, обычно совмещенном с фоновым режимом классического мультипрограммирования, отдельные наиболее приоритетные программы пользователей выделяются в одну или несколько групп. Для каждой такой группы устанавливается круговое циклическое обслуживание, при котором каждая программа группы периодически получает для обслуживания достаточно короткий интервал времени - время кванта-rкв (см рис)
После завершения очередного цикла процесс выделения квантов повторяется. Это создает у пользователей впечатление кажущейся одновременности выполнения их программ. Если пользователю к тому же предоставляются средства прямого доступа для вывода результатов решения, то это впечатление еще более усиливается, так как результаты выдаются в ходе вычислений по программе, не ожидая завершения обслуживания всех программ группы или пакета в целом.
Условием прерывания текущей программы является либо истечение выделенного кванта времени, либо естественное завершение (окончание) решения, либо прерывание по вводу-выводу, как при классическом мультипрограммировании. Для реализации режима разделения времени необходимо, чтобы ЭВМ имела в своем составе развитую систему измерения времени:
интервальный таймер, таймер процессора, электронные часы и т.д. Это позволяет формировать группы программ с постоянным или переменным кванта времени - rкв. Разделение времени находит широкое применение при обслуживании ЭВМ сети абонентских пунктов
Режим реального времени:
Является более сложной формой разделения.
Этот режим имеет специфические особенности:
• поток заявок от абонентов носит, как правило, случайный, непредсказуемый характер;
• потери поступающих на вход ЭВМ заявок и данных к ним не допускаются, поскольку их не всегда можно восстановить;
• время реакции ЭВМ на внешние воздействия, а также время выдачи результатов i-и
задачи должны удовлетворять жестким ограничениям вида
(1)
На рис 2. показана зависимость стоимости решения задачи от времени tp.
При нарушении неравенства 1 стоимость решения резко падает до нуля; в отдельных системах она может стать и отрицательной, что показано штриховой линией. Режим реального времени объединяет практически все системы, в которых ЭВМ используется в контуре управления.
рис 2. Зависимость стоимости решения от времени в системах реального времени
Специфические особенности режима реального времени требуют наиболее сложных операционных систем. Именно на базе этого режима строятся так называемые диалоговые системы,
обеспечивающие многопользовательский режим: одновременную работу нескольких пользователей с ЭВМ. Диалоговые системы могут иметь различное содержание: системы, обслуживающие наборы данных; системы разработки документов, программ, схем, чертежей; системы выполнения программ в комплексе "человек - машина" и др. Диалоговый режим обслуживания предполагает использование дисплеев - устройств оперативного взаимодействия с ЭВМ. Они получили широкое распространение в различных информационных и автоматизированных системах управления.
№14. Программное обеспечение ЭВМ. Структура
программного обеспечения, состав и назначение компонент.
В настоящее время отсутствует единая классификация состава программного обеспечения. Литературные источники по-разному трактуют структуры программных средств ЭВМ различных классов. Наиболее сложное ПО по структуре и составу имеют большие универсальные ЭВМ широкого назначения, так как они призваны обеспечивать пользователей самыми разнообразными сервисными услугами независимо от характера их задач.
Программное обеспечение ЭВМ разделяют на общее, или системное
(general Software), и специальное, или прикладное
(application or special Software) (см рис.).
Общее ПО
объединяет программные компоненты, обеспечивающие многоцелевое применение ЭВМ и мало зависящие от специфики вычислительных работ пользователей. Сюда входят программы, организующие вычислительный процесс в различных режимах работы машин, программы контроля работоспособности ЭВМ, диагностики и локализации неисправностей, программы контроля заданий пользователей, их проверки, отладки и т.д.
Общее ПО обычно поставляется потребителям комплектно с ЭВМ. Часть этого ПО может быть реализована в составе самого компьютера. Например, в ПЭВМ часть программ ОС и часть контролирующих тестов записана в ПЗУ этих машин.
Специальное ПО
(СПО) содержит пакеты прикладных программ пользователей (111 ill), обеспечивающие специфическое применение ЭВМ и вычислительной системы (ВС).
Прикладной программой
называется программный продукт, предназначенный для решения конкретной задачи пользователя. Обычно прикладные программы объединяются в пакеты, что является необходимым атрибутом автоматизации труда каждого специалиста-прикладника. Комплексный характер автоматизации производственных процессов предопределяет многофункциональную обработку данных и объединение отдельных практических задач в ППП.
Общее ПО включает в свой состав
операционную систему (ОС), средства автоматизации программирования (САП), комплекс программ технического обслуживания (КПТО), пакеты программ, дополняющие возможности ОС (ППос), и систему документации (СД).
Операционная система
служит для управления вычислительным процессом путем обеспечения его необходимыми ресурсами.
Средства автоматизации программирования
объединяют программные модули, обеспечивающие этапы подготовки задач к решению
Модули КПТО
предназначены для проверки работоспособности вычислительного комплекса.
Важной частью ПО является система документации,
хотя она и не является программным продуктом. СД предназначается для изучения программных средств, она определяет порядок их использования, устанавливает требования и правила разработки новых программных компонентов и особенности их включения в состав ОПО или СПО.
Программное обеспечение современных ЭВМ и ВС строится по иерархическому модульному принципу. Это обеспечивает возможность адаптации ЭВМ и ВС к конкретным условиям применения, открытость системы для расширения состава предоставляемых услуг, способность систем к совершенствованию, наращиванию мощности и т.д.
Программные модули ПО, относящиеся к различным подсистемам, представляют для пользователя своеобразную иерархию программных компонентов, используемую им при решении своих задач ЭВМ.
Нижний уровень образуют программы ОС,
которые играют роль посредника между техническими средствами системы и пользователем. Однако прямое использование команд ОС требует от пользователя определенных знании и специальной компьютерной подготовки, сосредоточенности, точности и внимания. Этот вид работ отличается трудоемкостью и чреват появлением ошибок в работе оператора. Поэтому на практике пользователи, как правило, работают не напрямую с ОС, а через командные системы - пакеты программ,
дополняющие возможности ОС (ППос).
Ярким примером подобных систем могут служить пакеты Norton Commander, Volkov Commander, DOS Navigator и другие, завоевавшие заслуженную популярность у пользователей. С помощью этих систем трудоемкость работы с компьютером значительно сокращается. Работа пользователя при этом заключается в выборе определенных рубрик меню. Механизм обращения к модулям ОС упрощается. Развитие и усложнение средств обработки ОС и командных систем привело к появлению операционных сред
(например, Microsoft Window З.х, Windows 95), обеспечивающих графический интерфейс с широчайшим спектром услуг.
№15. Дисковая операционная система Дос. Структура состав и назначение компонент.
Программа начальной загрузки
находится в первом секторе на нулевой дорожке системного диска. Она занимает объем 512 байт. После включения компьютера и его проверки постоянный модуль BIOS формирует вызов данной программы и ее заруск. Назначением программы начальной загрузки является вызов модуля расширения IO.SYS и базового модуля MS DOS.sys. :
Размещается :
в 1-м секторе 0-дорожки 0-стороны системной дискеты,
в 1-м секторе HDD-диска, в разделе, отведенном под DOS.
Просматривает КОРНЕВОЙ каталог системного диска. Проверяет, являются ли первые два файла в каталоге - файлами IO.sys и MSDOS.sys. Если ДА
- загружает их в ОЗУ и передает управление MS DOS.Если НЕТ
- сообщение на экране и ожидание нажатия какой-либо клавиши Пользователем
Базовая система ввода-вывода
(BIOS) является надстройкой аппаратурной части компьютера. Постоянный модуль BIOS отвечает за тестирование компьютера после его включения, вызов программы начальной загрузки. Модули BIOS обрабатывают прерывания вычислительного процесса нижнего уровня и обслуживают стандартную периферию: дисплей, клавиатуру, принтер, дисководы.
Модуль расширения BIOS
обеспечивает подключение к компьютеру дополнительных периферийных устройств, изменение некоторых параметров ДОС, замещение некоторых стандартных функций, загрузку командного процессора и его запуск.
Базовый модуль
ДОС (MS DOS.sys или IBM DOS.com) отвечает за работу файловой системы, обслуживает прерывания верхнего уровня (32...63), обеспечивает информационное взаимодействие с внешними устройствами.
Командный процессор
(command.com) предназначен для выполнения команд, загружаемых в командную строку ДОС. Все команды ДОС делят на внутренние и внешние. Внутренние команды
содержатся внутри самого файла command.com.
Внешние команды -
это требования запуска каких-либо программ, находящихся на дисках. Кроме этого, командный процессор выполняет команды файла autoexec.bat, если он находится на системном диске.
Файл autoexec.bat
содержит список команд, выполнение которых позволяет развернуть в оперативной памяти компьютера некоторый набор вспомогательных программ или пакетов для обеспечения последующей работы пользователя.
Файл config.sys
отражает специфические особенности формирования конфигурации компьютера, т.е. состава его технических и программных средств.
16. Файловая система ДОС. Принцип построения. Примеры.
17.Дисковая операционная система (ДОС). Внутренние команды ДОС.
Организация диалога с пользователем. Примеры.
Внутренние команды
содержатся внутри самого файла command.com.
Примером внутренних команд ДОС могут служить такие команды как: просмотр файла, копирование файла, удаление файла, просмотр каталога и др.
Диалог пользователя с ДОС осуществляется в форме команд. Каждая команда пользователя означает, что ДОС должна выполнить то или иное действие, например, напечатать файл или выдать на экран оглавление каталога.
Команда ДОС состоит из имени команды и , возможно, параметров, разделенных пробелами. Имя команды ДОС и параметры могут набираться как прописными, так и строчными буквами. Ввод каждой команды заканчивается нажатием клавиши ENTER.
18.Дисковая операционная система (ДОС). Внешние команды .Примеры.
Внешние команды ДОС – это программы, поставляемые вместе с операционной системой в виде отдельных файлов. Эти программы выполняют действия обслуживающего характера, например форматирование дискет, проверку дисков и т.д.
Когда пользователь вводит команду, которая относит к числу внешних команд ДОС, командный процессор ищет программу с именем, указанным в команде. Поиск проводится среди файлов со следующими расширениями: DOS при запуске программ в случае указания только имени существующего файла предполагает одно из следующих расширений: COM, EXE или BAT.
Расширение COM зарезервировано для файлов, содержащих готовые к выполнению машинные программы, не требующие перемещения при загрузке в ОЗУ для выполнения независимо от адреса загрузки. Иными словами программа инвариантна к адресу загрузки. Она может быть загружена в ОЗУ и выполнена без настройки имеющихся в ней адресов по месту загрузки. Размер такой программы не может превышать одного сегмента (64 Кбайт). COM-программу называют позиционно независимой.
Программы типа .сом удерживаются в транзитной области, ожидая следующих с ним обращений.
Расширение EXE зарезервировано для файлов, содержащих готовые к выполнению машинные программы, которые при загрузке в ОЗУ требуют настройки адресов, что увеличивает общее время выполнения программы. Такой программе предшествует заголовок, содержащий необходимую для перемещения информацию, а её размер может быть больше 64 Кбайт. EXE-программу называют позиционно зависимой.
Программа типа. Exe вызываются командным процессором в транзитную область, после выполнения этой программы она удаляется из транзитной области.
Как позиционно независимые, так и позиционно зависимые программы являются перемещаемыми
в том смысле, что могут быть размещены в любом месте ОЗУ. В отличии от перемещаемой абсолютная программа
должна загружаться в память по вполне определённому адресу. Выполнение абсолютных программ DOS не поддерживает.
Любой файл, содержащий исполняемую программу, называют программным.
Расширение BAT зарезервировано для командных файлов, т. е. Текстовых файлов, содержащих программу на командном языке DOS.
Файлы с описанными выше расширениями называют исполняемыми. Исполняемыми являются также файлы и с другими расширениями, если они содержат готовые к выполнению машинные программы или программы на командном языке. Однако такие файлы не всегда могут быть выполнены без явного предварительного изменения расширения в соответствии с их содержимым.
19.Программное обеспечение ЭВМ. Средства автоматизации программирования (языки, системные обрабатывающие программы).
Системы автоматизации программирования включают языки программирования (ЯП), трансляторы(программы-переводчики с ЯП на машинный язык), редакторы связи, отладчики программ. Наиболее важное место занимают ЯП.
Среди ЯП существует иерархия.
ЯП делятся на машинно-зависимые и машинно-независимые. В свою очередь машинно-зависимые ЯП делятся на машинные и машинно-ориентированные, а машинно-независимые языки делятся на проблемно-ориентированные и процедурно-ориентированные.
Машино- зависимые (машинный язык и машинно-ориентированный) ЯП учитывают особенности построения машин, для которых создаются программы. Программы, составленные на этих языках, не обладают св-вом переместимости. Наиболее сложными явл-ся чисто машинные ЯП, предполагающие составление программ в кодах машины. Ка
Машинно-независимые (процедурные языки и проблемные языки). Практически не учитывают особенностей построения машин, для которых создаются программы, а значит эти программы не могут быть качественными. Зато приобретаются следующие преимущества:
-программы становятся переносимыми, для этого необходимо, чтобы каждый тип машин был оснащен собственным транслятором, учитывающий особенности машинного языка.
Процедурно-ориентированные
ЯП учитывают специфику задач пользователей. Для программирования выч. задач сущ. язык Фортран. Но этот язык не адекватен никаким другим преобразованиям информации.
Basic и Pascal создавались как учебные языки. Basic – язык программирования для начинающих программистов.
Pascal – язык правильного программирования(язык студентов и публикаций).Популярность этих языков объясняется очень хорошей переносимостью программ с одной платформы на другую.
Фортран – распространен у математиков и физиков.
Язык “С”- язык программистов. В этом году его приняли как стандарт. Этот язык стал своеобразной платформой для других языков.
Проблемно-ориентированные языки предназначены для использования в узкой прикладной предметной области. Обычно специалисты прикладных областей не явл-ся крупными специалистами в области технических систем. Это особые языки программирования (для химиков, физиков и др.)
В последнее время с развитием искусственного интеллекта появились специфические ЯП , содержащие процедуры ассоциативной обработки информации. Для построения экспортных систем используется язык Prolog (программирование логики).
20. Текстовые редакторы. Виды текстов и операции над ними.
Любой текстовый редактор (ТР) должен отражать 4 информационных аспекта.
содержательный или смысловой, включает: смысл, лаконизм, ясность, точность, достоверность.
Изобразительный аспект должен отражать логику построения документа и визуальное впечатление, т.е. содержание и форма должны быть едины.
Операционный аспект (какие средства используются для подготовки документа) зависит от трудоемкости, размера документа.
Внутримашинный аспект (все документы принадлежат хранению).
ТР появились 10-15 лет назад. В настоящее время различают:
Прозаический текст (любые документы)
Табличный текст (пересечение клеток и столбцов)
Программный текст.
Это основные , также различают:
поэтический текст (стихи, тексты песен)
графический текст (псевдографика – кажущаяся графика)
формульный текст
шаблонный текст (“скелет” документа)
Смешанный.
Все виды ТР имеют общие процедуры подготовки текстовых документов:
ввод или набор текста
редактирование текста (удаление части текста, сдвиг, копирование, изменение шрифта)
печать текста (разделение на страницы, сноски, управление принтером)
ведение архива ( запись и чтение из архива, классификация и библиотечные функции, сжатие данных, копирование и удаление).
Обычно ТР классифицируют по их возможностям (мощностям):
Встроенные редакторы (DOS). Отличаются скромными возможностями и небольшими размерами документов.
Редакторы компьютерных программ.
Общепользовательские редакторы (Mult Edit, Лексикон, Word).
Редакторы научных документов (Unv Editor, Rt-chk)
Редакторы издательских систем (Ventura Publisher, Interleaf Publisher). В издательских системах основной операцией явл-ся вверстка текста ( размещение готового текста на странице).
Корректоры текстов (настройки текстовых редакторов на выполнение каких-либо функций). Программы обнаружения ошибок “Орфо”, Spell.
Перекодировщики текстов
Переводчики текстов.
Дальнейшим развитием ТР следует считать продукцию Мультимедиа (“много сред”). Продукцию Мультимедиа объединяют тексты, звуковые эффекты.
интерактивные видеодиски
тренажер
обучающие среды
гипертехнологии
Дальнейшим продолжением Мультимедиа выступают продукты Гипермедиа. Предлагают нелинейную организацию информации.
№22. Основные тенденции развития текстовых редакторов. Понятие гипертекста мультимедиа.
Дальнейшим развитием ТР следует считать продукцию Мультимедиа (“много сред”). Продукцию Мультимедиа объединяет текстовые документы ,видеофрагменты, звуковые эффекты.
Комплексное воздействие этих продуктов позволяет получить большой экономический эффект.
Мультимедиа используется :
интерактивные видеодиски
тренажер
обучающие среды гипертехнологии
Дальнейшим продолжением Мультимедиа выступают продукты Гипермедиа (объединение Multimedia продуктов на одной платформе в сверхбольших хранилищах). Предлагают нелинейную организацию информации.
№23 Пакеты программ для решения экономических задач. Электронные таблицы Назначение, состав и возможности
Система обработки электронных таблиц или табличные процессоры предназначаются для работы с фактографическими документами .Этот вид документа представляет собой двухмерные таблицы как правило заранее определенной формы , каждая клетка которой содержит значение некоторой характеристики объекта . Примерами этих документов могут служить бухгалтерские ведомости, отчеты ,планы. списки и прочее.
Табличные процессоры могут использоваться в следующих областях:
1)использование большого матричного калькулятора. Используется там где следует подсчитать большой объем данных по определенным формулам , сюда относятся задачи обработки статистики
2)Для моделирования результатов принятия решения
3)Деловая графика и представление данных в виде графика
4) Создание специальных программ обработки используемых в системах автоматизации проектирования и АСУ.
Электронные таблицы создавались для упрощения действий бухгалтеров, статистов и людей, связанных с числовой обработкой данных. Они значительно облегчают работу с числами.
Электронные таблицы можно использовать в виде вычислительного процессора. В отличие от простого калькулятора там можно задавать сложные формулы. И с легкостью обрабатывать большие массивы данных. В настоящее время существует достаточно большое кол-во табличных процессоров. Например такие как WARITAB, Supercalk, Exel. Все они различаются своими возможностями. Наиболее мощный из них является Exel. ОН включает в себя широкий спектр возможностей от примитивной обработки информации до вывода данных в графической форме. Также позволяет вставлять в таблицы звуковые, графические и другие объекты.
25-26.Табличные процессоры. Обработка данных в электронных таблицах. Графическое представление даннх в электронных таблицах.
Система обработки электронных таблиц или табличные процессоры предназначаются для работы с фактографическими документами .Этот вид документа представляет собой двухмерные таблицы как правило заранее определенной формы , каждая клетка которой содержит значение некоторой характеристики объекта . Примерами этих документов могут служить бухгалтерские ведомости, отчеты ,планы. списки и прочее.
Табличные процессоры могут использоваться в следующих областях:
1)использование большого матричного калькулятора. Используется там где следует подсчитать большой объем данных по определенным формулам , сюда относятся задачи обработки статистики
2)Для моделирования результатов принятия решения
3)Деловая графика и представление данных в виде графика
Все табличные процессоры обеспечивают графическое представление данных.
Для этого к ним подключают графические редакторы, которые позволяют создавать и редактировать на экране компьютера различные рисунки , диаграммы , картинки.
Своеобразие их построения заключается в том , что на экране информация представляется в виде точек , линий ,окружностей ,прямоугольников , кривых. Элементы рисунков могут использовать различное сочетание цветов , шрифтов , форматов. Допускается работа с фрагментами рисунков.
Стандартные функции ТП :
разработка электронного шаблона реального документа
Сохранение шаблоно в памяти ЭВМ.
Редактирование шаблона если это необходимо
Ввод данных в ячейки таблицы
Ввод формулы вопределенные ячейки таблицы для проведния требуемых расчетов
Подготовка таблиц к печати
Печать таблицы с результатами расчетов
Построение графиков, если это требуется
Печать графиков.
27. Автоматизированные системы в экономике. Принципы их построения и работы.
АСУ появились в 1965г им предшествовали автоматические сис. упр. Объектами управления и органами управления являются приборы , механизмы , машины , в качестве информационных сигналов используются сигналы определенной физической природы,
угол поворота , сила давления и тд
В автоматизир. су объектами управления являются сложные технологические процессы и люди, которые осуществляют эти процессы.
Органом управления являются люди и вспомогательную роль осуществляют ЭВМ.
В качестве носителей информации используются документы (обычные или электронные)
Роль человека в АСУ:
1)формирование цели и задачи управления
2)внесение творческого элемента в процессы управления.
3)внесение в ЭВМ недостающей информации, автоматизация сбора которой либо нецелесообразна , либо невозможна.
28.Информационные системы в экономике. Принцип использования ЭВМ в автоматизированных системах управления.
Любая АСУ предполагает создание больших хранилищ информации.
Могут появиться ситуации , когда внутренний контур не может обеспечить нормальную работу , тогда через вышестоящие инстанции мы можем изменить нормативную базу .
Информационные хранилища являются обязательным элементом любой АСУ . Для эффективной работы любой АСУ необходимо отыскивать требуемые данные и включать их в работу . Для этого служат информационно- поисковые системы .
Информационно- поисковые системы бывают двух видов :фактографические , содержащие информацию из документов стандартной формы, документальные или библиографические , предназначены для работы с чисто текстовыми документами Библиографические системы являются более сложными , поскольку здесь более сложные языки описаний информации, более сложные процедуры поиска , процедуры манипулирования данными . Как в тех , так и в других системах необходимо формировать информацию по определенным признакам , то есть информация должна подвергаться формализации . Формализация в фактографических системах достаточно проста . Рассмотрим формализацию в библиографических информационно- поисковых системах . Самым важным в этой системе является семантический или смысловой аспект . При хранении документов и поиске нужных необходимо создавать поисковые образы . Для построения поиского образа используется классификаторы , словарь ключевых слов, тезаурусы ( словарь ключевых понятий ).
29. Системы управления базами данных (СУБД).Организация данных и управление ими.
База данных - это совокупность взаимосвязанных данных , хранящихся совместно в памяти ЭВМ. Каждая БД состоит из записей .Система управления базами данных – это комплекс программных средств, предназначенный для использования и создания баз данных с помощью прикладных программ пользователей. Прикладные программы могут быть на разных языках. Поэтому организация базы данных должна быть независимо от программ пользователя. С появлением сетевых технологий вопрос организации баз данных, как больших хранилищ информации приобретают очень важное значение. На базе локальных и распределительных баз данных создаются громадные массивы различной информации. В ходе своего развития базы данных будут перерастать в базы знаний. Граница между базой данных и базой знания достаточна условна. База знаний – это база данных плюс система правил логического вывода. Каждая база данных представляет собой очень сложную систему и должна предусматривать следующие виды обеспечения:
техническое обеспечение
программное обеспечение
математическое обеспечение
лингвистическое обеспечение
информационное обеспечение
методическое обеспечение (устанавливает правила и последовательность различных процедур обработки информации)
Организационное обеспечение (предполагает изменение функциональных обязанностей должностных лиц отвечающих за работу баз данных
Запись образует подмножество данных, служащих для описания единичного объекта.
Например, фамилия , имя , отчество, адрес , место работы могут составлять одну запись и
характеризовать одного человека. Назначением БД является удовлетворение информационных потребностей пользователей. СУБД автоматизирует работу пользователей с хранящимися данными. Ядро БД составляет информация, наиболее часто используемая в процессах управления. Согласно принципу В. Парето 20% всей информации обеспечивают более 80% всех задач управления
Для обслуживания этих банков используются мощные ВМ и системы .ВМ и системы банков данных наз. серверы.
Для обслуживания громадных банков могут привлекаться машины , имеющие в своем составе 10-ки 100-ни 1000-чи процессоров.
Совокупность данных , одновременно хранящихся на внешних носителях информации с целью их совместного использования наз. базой данных.
30.СУБД.Принципы их построения и работы.
Совокупность данных , одновременно хранящихся на внешних носителях информации с целью их совместного использования называется базой данных. База данных может быть достаточно сложной . В зависимости от связи данных внутри ее. Различают три основных способа построения базы данных :
1) Иерархическая модель базы данных .Появилась первой . Она наиболее хорошо отражает процессы данных.
2)Реляционная схема данных.
3)Сетевая схема данных
Каждая база данных представляет собой очень сложную систему и должна предусматривать следующие виды обеспечения:
1)техническое обеспечение
2)программное обеспечение
3)математическое обеспечение
4)лингвистическое обеспечение. Языковое .
Включающее языки манипулирования , описания
5)информационное обеспечение. База данных не может существовать сама по себе.
6)методическое обеспечение устанавливает правила и последовательность различных процедур обработки информации.
Неправ. последов. может приводить к неправильным результатам .
7)Организационное обеспечение . Предполагает изменение функциональных обязанностей должностных лиц, отвечающих за работу БД
Каждая БД должна иметь ясную логическую стр-ру хранящихся данных. Для этого строится модель данных (состав , тип , связи данных)
Модель описывается на языке описания данных .
Для использования данных , использ. язык манипуляции данных, который обеспечивает:
1)поиск информации по признакам
2)включение вбазу новых записей .
3)удаление лишних и ненужных записей
5)редактирование записей.
№33 СУБД. Обработка данных средствами СУБД.
База данных - совокупность взаимосвязанных данных, хранящихся совместно в памяти ЭВМ. Каждая БД состоит из записей. Запись образует подмножество данных, служащих для описания единичного объекта.
Работа с данными в текстовом редакторе или электронной таблице значительно отличается от работы с данными в СУБД. В электронной таблице некоторые ячейки содержат обеспечивающие нужные вычисления или преобразования формул, а данные, которые являются для них исходной информацией, можно ввести в другие ячейки. Данные из эл. таблицы очень трудно использовать в разных задачах, если они созданы для конкретной цели. СУБД позволяет работать с данными, применяя различные способы (например, осуществление поиска информации в отдельной таблице, создание запроса со сложным поиском по нескольким связанным между собой таблицами). С помощью одной команды можно обновить содержание отдельного поля или нескольких записей. У многих систем имеются развитые возможности для ввода и генерации отчетов.
В Microsoft Access используется мощный язык SQL (структурированный язык запросов) для обработки данных. Access значительно упрощает задачу работы с данными, но для работы с ним не обязательно знать язык SQL. Используя для выделения и перемещения элементов на экране стандартные приемы работы с мышью в Windows и несколько клавиш на клавиатуре можно элементарно построить довольно сложную систему данных и операций с ними.
№34 СУБД. Использование командных файлов (макросов) при работе с базами данных.
База данных - совокупность взаимосвязанных данных, хранящихся совместно в памяти ЭВМ. Каждая БД состоит из записей. Запись образует подмножество данных, служащих для описания единичного объекта.
Работа в ACCESS с формами и отчетами (со всей информацией, представленной в этом виде) существенно облегчается за счет использования макрокоманд. В Microsoft Access имеется свыше 40 макрокоманд, которые можно включать в макросы. В Microsoft Access макрос можно определить как возможность выполнить любое действие нажатием на клавишу или кнопку мыши. Макрокоманды выполняют такие действия, как открытие таблиц и форм, выполнение запросов, запуск других макросов и т.д. Один макрос может содержать несколько макрокоманд. Можно также задать условия выполнения отдельных макрокоманд или их набора.
Макрос чрезвычайно полезен при проверки данных при вводе их в форму. Здесь можно проверять значение в одном из элементов управления, используя для этого значение в другом.
№36 ВС. Понятие совместимости и комплексирования в ВС.
В настоящее время ВС накопили большой опыт создания вычислительных структур, отличающихся своими характеристиками. Все системы различаются способами комплексирования, т. е. соединения. Для создания систем необходимо, чтобы все комплексирующие элементы были совместимы. Понятие совместимости затрагивает 3 аспекта:
аппаратный
(требует стандартизации видов соединений элементов сигналов и алгоритмов взаимодействия).
программный
(зависит от типа комплексируемых ЭВМ или процессоров, т.е. если вычислители однотипны, то программируемость более глубокая. Если же они не однотипны, но одноплатформены то программная совместимость реализуется по принципу "снизу-вверх", где ранее созданные программы могут выполняться на более поздних моделях, но не наоборот. Наиболее тяжелый случай если же - не однотипны и разноплатформенны, то программируемость устанавливается на уровне исходных модулей, что предполагает обеспечение каждого типа вычислителей собственным набором транслирующий программ),
информационный
(предполагает единые принципы организации информационных массивов, т.е. форматы передаваемых слов и команд, единые структуры сообщения, разметка файлов и их поиск).
№39 Классификация ВС. Многомашинные ВС, принципы построения и работы.
Каждая машина сохраняет свою автономность и может работать по собственной системе Общая информационная истина является надстройкой автономных операционных систем. При этом для любой машины все другие являются не более чем удаленными периферийными устройствами. Оперативность взаимодействия в многомашинных комплексах не очень высокая. Системы создавались для повышения надежности
Положение переключателя 1 и 3 – состояние повышенной надежности. В данной схеме резерв может быть “холодный” и “горячий” предусамтривает отключение резервной машины и ее выход на профилактику.
В положении 2 обеспечивается режим повышеннной достоверности, когда обе машины работают параллельно и можно периодически сравнивать результаты обработки. Как вариант этот режим допускает параллельную работу ЭВМ с различными потоками задач, что увеличивает производительность системы.
Эта схема использования многомашинной системы до сих пор используется в специальных применениях. Развитие сетевых технологий позволяет расширить возможности многомашинных комплексов. Для этого необходимо усилить оперативность взаимодействия ЭВМ в части обмена большими объемами информации и увеличить число одновременно работающих модулей при выполнении общих работ.
№45.Классификация структур вычислительных систем в архитектуре МКМД.
МКМД- многократно повторенный ОКОД.
Архитектура МКМД предполагает, что все процессоры системы работают по своим программам с собственным потоком команд. В простейшем случае они могут быть автономны и независимы.
После разочарований при построении супер-ЭВМ высокой производительности исследования всех фирм переключились на архитектуру МКМД. Успехи микроэлектроники позволяют здесь каждому вычислителю-процессору дать собственную ОП и обеспечивать произвольные связи вычислителей друг с другом в ходе вычислительного процесса.
За системами этого типа имеется большое будущее, особенно в части создания MPP-систем (систем массового параллелизма).Существуют разработки, которые позволяют объединять в рамках одной системы тысячи микропроцессоров.
№46 Системы массового параллелизма (MPP). Проблемы их построения и работы.
Системы массового параллелизма - системы, где возможно построение системы с десятками, сотнями и даже тысячами процессорных элементов с размещением их в непосредственной близости друг от друга.
МРР системы относятся к слобосвязанным это значит, что в данных системах предполагается невысокая оперативность обмена, при этом соответственно снимается общее число конфликтов.Если каждый процессор имеет собственную память, то он также будет сохранять известную автономию в вычислениях. Все процессорные элементы в таких системах должны быть связаны единой коммутационной средой. Здесь возникают проблемы, аналогичные ОКМД - системам, но на новой технологической основе. Передача данных в MPP - 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.
№47. Сист. массового параллелизма.
Успехи микро интегральной технологии и появление БИС и СБИС позволяют расширить границы и этого направления. Возможно построение систем с десятками, сотнями и даже тысячами процессорных элементов в непосредственной близости друг от друга. Если каждый процессор имеет собственную память, то он будет сохранять известную автономию в вычислениях. Подобные ВС получили название систем с массовым параллелизмом
.МРР-Mass Parallel Processing. Передача данных в МРР системах предполагает обмен не отдельными данными под централлизованным управлением, а подготовленными процессами (программами вместе с данными). Это уже не классическая ЭВМ. Подобный подход позволяет строить системы с громадной производительностью. Однако для этого необходимо решить целый ряд проблем , связ с описанием , программированием коммутаций процессов и управлением ими. Математическая база этой науки практически отсутствует.
Экономические и технические предпосылки появления и развития сетей.
Экономические: Анализ характеристик ЭВМ различных поколений показал, что в пределах интервала времени , характер-ся относительной стабильностью элементной базы, связь стоимости и производительности ЭВМ выраж квадратичной зависимостью: С = К1*П*П Построение же вычислительных систем позволяет сократить затраты, т к для них сущ линейная формула С = К2*(П1+П2++Пn) где С-стоимость ,К- коэф порпорциональности, П-производительность ЭВМ.
Технические: Наличие нескольких вычислителей в системе позволяет по-новому решать проблемы надежности ,достоверности результатов,Резервирования,централизации хранения и обработки данных, децентрализации управления и т.д.
№46 Вычислительные сети. Экономические и технические предпосылки появления и развития сетей ЭВМ.
Сразу после появления вычислительной техники наметились тенденции к ее слиянию со средствами связи. Этот факи имеет довольно серьезное обоснование. В специализированных системах, в которых необходимо обеспечивать высокую оперативность и достоверность, выч. техника позволила сократить время подготовки данных, время проверки, настройки и т.д. Техника связи обеспечила процессы передачи цифровых данных. Первоначально каждая фирма создавала собственные специализированные вычислительные сети, резко отличающиеся друг от друга сотавом оборудования.ю типом каналов связи, структурой, програмным обеспечением и т.д. Сложность процдур передачи цифровых данных привела к появлению большого кол-ва методов, способов, а ззатем и стандартов по созданию сетей
№47 Классификация ВС и Структура ВС
Структура – это совокупность комплексируемых элементов и их связей. В качестве элементов ВС выступают ЭВМ и процессоры. В ВС, относящихся к класу больших систем , можно рассматривать структуры технических, програмных средств, структуры управления.
Все сети можно классифицировать по следующим признакам :
По степени территориальной разобщенности
(локальные, глобальные) Машины сети находятся в непосредственной близости друг от друга (5-20) км. Общая протяженность сети 1,5-2 км. Число машин 15-20. В пределах одного или нескольких зданий. Как правило не используются каналообразующая апаратура.
Территориальные
– Образуются путем слияния нескольких локальных сетей с помощью техники связи. Формируется в пределах города
Глобальные
– соединение территориальных сетей. Могут передавать данные междугосударствами независимо от расстояния
По характеру реализуемых функций в сети
.
а) вычислительные
б) информационные
в) информационно-вычислительные
По способу управления
а) централизованные (очень простые и небольшие)
б) децентрализованные
в) сети смешанного типа
Развитие сетей приводит к децентрализованному управлению.Вдецентрализованной сети функции управления дублируются на нескольких комьпьютерах и могут передаваться в случае выхода из строя отдельных звеньев, вэтом случае получается система со смешанным управлением.
По организации передачи информации
а) с селекцией информации
б) с маршрутиризацией информации
По типу построения маршрута
а) по выделенному каналу
б) с комутацией каналов
в) с комутацией сообщений
г) с коммутацией пакетов сообщений
По топологии
а) широковещательные
( в данных сетях все компьютеры могут прослушивать информацию)
б) последовательные
(обычно имеют ячеистую структуру)
В зависимости от принадлежности сетей к определенному классу обычно рассматривают в зависимости от целей исследования аппаратурную, программную
и логическую
структуру.
Аппаратурная структура
очень сильно зависит от топологии
Логическая структура
предполагает деление сети на определенные звенья: главная машина сети, управляющая машина, коммуникационная.
Логическая и аппаратная структура могут отличаться друг от друга, т.к. отдельные ф-ции могут быть рассредоточены, а другие соединены.
Особую структуру составляет программная
, которая представляет 7-ми уровневую систему протоколов ( программ обеспечивающих передачу данных между компьютерами.
№49. Типы и виды передачи информации в вычислитльных сетях. Передача по выделеным каналам. Коммутация пакетов сообщений.
Выделенный канал связи :
Это в самом простом виде связь, связь двух компьютеров проводом. Это наиболее простое в техническом отношении средство передачи данных. Но большая длина выделенного канала делает связь очень дорогой. При использовании выделенных каналов связи приемопередающая аппаратура узлов связи постоянно соединена между собой. Этим обеспечивается высокая степень готовности системы к передачи информации, более высокое качество связи, поддержка большого трафика. Из-за сравнительно больших расходов на на эксплуатацию сетей с выделенными каналами связи их рентабельность достигается только при условии достаточно полной загрузки канала.
Коммутация пакетов сообщений
сочетает в себе преимущества коммутации каналов и коммутации сообщений. Ее основные цели обеспечение полной доступности сети и приемлемого времени реакции на запрос пользователей, сглаживание асимметричных потоков между многими пользователями, обеспечение мультиплексирования возможностей каналов связи и портов компьютеров в сети, рассредоточение критических компонентов (коммутаторов) в сети.
При коммутации пакетов пользовательские данные (сообщения) перед началом передачи разбиваются на короткие пакеты фиксированной длины. Каждый пакет снабжается протокольной информацией: коды начала и окончания пакета, адреса отправителя и получателя, номер пакета в сообщении информация для контроля достоверности передаваемых данных в промежуточных узлах связи и в пунктах назначения. Будучи независимыми единицами информации, пакеты, принадлежащие оному и тому же сообщению, могут передаваться одновременно по различным маршрутам в составе дейтаграмм. Управление передачей и обработкой пакетов в узлах связи осуществляется центрами коммутации пакетов (ЦКП) с помощью компьютеров.
В отличие от коммутации сообщений технология коммутации пакетов позволяет :
увеличить количество подключаемых станций (терминалов), так как здесь больше коммутаторов:
легче преодолеть трудности, связанные с подключением к коммутаторам дополнительных линий связи
существенно сократить время на передачу пользовательских данных, повысить пропускную способность сети и повысить эффективность использования сетевых ресурсов.
В настоящее время пакетная коммутация является основная для передачи данных.
№50 Комутация каналов. Комутация сообщений
Виды передачи информации: Коммутация каналов. При коммутации каналов между связываемыми конечными пунктами на протяжении всего временного интервала соединения обеспечивается обмен в реальном масштабе времени, причем биты передаются с неизменной скоростью по каналу с постоянной полосой пропускания. Между абонентами устанавливается сквозной канал до начала передачи информации. Этот канал формируется из участков с одинаковой пропускной способностью. Прохождение отдельного сигнала вызова обеспечивается с помощью последовательного включения нескольких комутационных устройств, размещаемых в центре коммутации каналов.аждое устройство резервирует за собой физическое соединение между одним входящим и одним изходящим каналами. Если при установлении сквозного канала связи заняты вызываемая сторона или хотябы одно из коммутационных устройств в цепочке прохождения сигнала вызова, последний будет блокироваться , и абонемент, инициировавший вызов, должен спустя некоторое время его повторить.Недостатки:
1.большое время установления сквозного канала.
2. необходимость повторной передачи сигнала вызова
3. нельзя выбрать скорость передачи
4. возможность монополизации канала одним источником
5. наращивание функций сети ограничено
6. не обеспечивается равномерность загрузки каналов связи
Преимущества:
Отработанность технологий
Возможность работы в диалоговом режиме и в реальном масштабе времени
Широкая область применения
Коммутация сообщений
Как и все методы коммутации с промежуточным хранением, технология коммутации сообщений относится к технологии типа “запомнить и послать”.Кроме того, технология коммутации сообщений обычно предусматривает отношение “главный-подчиненный”Коммутатор в центре коммутации сообщений выполняет регистрацию и выбор при управлении входящими и выходящими потоками. Здесь не рассматриваютсяинтерактивный режим и режим реального времени,однако данные через коммутатор могут передаваться с очень большой скоростью с соответствующим определением уровня приоритета для различных типов потоков данных.Важно отметить ,что при коммутации сообщение независимо от его длинны целиком сохраняет его целостность, как единичный объект в процессе его прохождения от одного узла к пункту назначения. Транзитный узел не может отправить сообщение пока целиком его не примет. Недостатки:
Очень большие ЗУ
Недостаточные возможности по реализации диалогового режима
Выход из строя одной сети при отказе коммутатора
Коммутатор узок для прохождения
Каналы передачи данных используются мене эффективно чем другие методы коммутации
Преимущества. Не надо заранее устанавливать сквозной канал
Формирование маршрута из отдельных участков с разной скоростью
Реализация различных систем обслуживания запросов с учетом их приоритетов
Возможность сглаживания пиковых нагрузок путем запоминания низкоприоритетных потоков в периоды этих нагрузок.
Отсутствие потер запросов на обслуживание.
№51. Структура ПО в ВС .Протоколы
ПО имеет иерархическую структуру, соответствующую семиуровневой модели ВОС. Это существенно облегчает стандартизацию ПО в соответствии с общепринятыми протоколами. Известно что основная задача ЛВС- обеспечение функционирования прикладных процессов, реализуемых в АС сети. Выполнение прикладных процессов обеспечивается средствами прикладных программ сети , которые реализуют протоколы верхнего (прикладного) уровня модели ВОС и соответственно образуют верхний уровень програмной структуры.Выполнение поцессов взаимодействия (передача сообщений) производится средствами сетевых операционных систем(СОС),а так же аппаратными средствами сети. Обычно программы СОС локальных сетей реализуют протоколы трех верхних уровней модели ВОС: прикладного (вместе с ППС) представительного, сеансового. Протоколы нижних четырех уровней (транспортного, сетевого, канального и физического) как правило реализуются аппаратурными средствами(сетевым адаптером), но в принципе процедуры этих уровней (кроме физического) могут быть реализованы программно средствами СОС.
№52. ЛВС-кабельные системы в ВС
В качестве линий связи используются : кабельные(телефонные линии, витая пара, коаксиальный кабель волокно оптические линии связи ) , радиорелейные, радиолинии.
Среди кабельных линий наилучшие показатели имеют световоды. Основные их преимущества: высокая пропускная способность, нечувствительность к внешним электромагнитным полям, низкая трудоемкость прокладки, пожаробезопасность, повышенная устойчивость к агрессивным средам, широкие области применения. Недостатки ВОЛС: передача сигналов в одном направлении , подключение к световоду дополнительных ЭВМ значительно ослабляет сигнал, необходимые скоростные модемы дороги, световоды , соединяющие ЭВМ должны снабжаться преобразователями электрических сигналов в световые и обратно.
№53. ЛВС-топология локальных сетей
Топология , т.е. конфигурация элементов в ТВС делятся на два типа Широковещательные и последовательные. Широковещательные конфигурации и значительная часть последовательных конфигураций (кольцо, звезда с интеллектуальным центром, иерархическая) характерны для ЛВС. Для глобальных и региональных сетей наиболее распространенной считается произвольная топология а так же иерархическая конфигурация и звезда. В широковещательных конфигурациях в любой момент времени на передачу кадра может работать только одна РС(абонентская система) Остальные РС сети могут принимать этот кадр, т.е. такие конфигурации характерны для ЛВС с селекцией информации. Основные типы широковещательной конфигурации - общая шина, дерево, звезда с пассивным центром. В последоват. конфигурациях характерных для сетей с маршрутизацией информации , передача данных осуществляется последовательно от одной РС к соседней, причем на различных участках сети могут использоваться разные виды физической передающей среды. К последовательным конфигурациям относятся : произвольная, иерархическая, кольцо, цепочка, звезда с интеллектуальным центром, снежинка. В ЛВС наиболее широко распространены кольцо, и звезда, а так же смешанные конфигурации-звездно-кольцевая и звездно-шинная.
№55. ЛВС характеристика и протокол сети TokenRing
Топология-кольцо,Метод доступа-Маркерное кольцо,Среда передачи-световод или витая пара,Скорость передачи-4,0-16 Мбит/с.Количество абонентов-для витой пары-72, световода-260.Растояние между блоками доступа и ПК – 300 м.
Протокол: разработан IBM и расчитан на кольцевую топологию сети. Это селективный метод доступа в кольцевой моноканал, именуемый “маркерное кольцо”. В качестве маркера используется уникальная последовательность битов.Маркер не иметт адреса и может находиться в двух состояниях(свободном или занятом). Если ни одна РС не готова к передаче данных, свободный маркер циркулирует по кольцу. Станция, имеющая кадр для передачи, ждет подхода свободного маркера, захватывает его, изменяет состояние маркера на занятый и добавляет к нему кадр. Занятый маркер с кадром перемещаются по кольцу и возвращается к станции отправителю, причем при прохождении через узел назначения снимается копия кадра. Станция отправитель удаляет свой кадр из кольца, изменяет состояние маркера на свободный и передает его дальше по кольцу. Описанная процедура характерна для сети, в которой все станции имеют одинаковый приоритет. В рамках метода, “маркерное кольцо” предусматривается возможность передача кадров станции с учетом их приоритетов. Тогда станции с низким приоритетом могут захватывать кольцо в случае неактивности станций с более высоким приоритетом.
№54. ЛВС характеристика и протокол сети Ethernet
Топология-звезда или шина, Метод доступа-CSMA/CD,среда передачи-витая пара, коак-сильный кабель,оптоволокно, Скорость передачи –10 Мбит/с,Количество абонентов(ПК)-сегментов – 15,кол-во ПК на сегмент – 100 кол-во ПК в сети – 1024. Расстояние: длина сегмента-300 для коакс кабеля, 4500 для волокнооптич, 150 для витой пары.
Протокол:(метод случайного доступа). Разрабо-тан фирмой Xerox в 1975 г. и используется в ЛВС с шинной топологией, обеспечивает высокую скорость передачи. Это метод множественного доступа с прослушивания несущей и разрешением конфликтов(коллизий). Каждая РС перед началом передачи прослушивает канал. Если канал свободен, РС начинает передачу данных осуществляемую пакетами, упакованными в кадры.Из-за различных системных задержек могут возникнуть коллизии. В этом случае станция задерживает передачу не некоторое время. Для каждой РС устанавливается свое время ожидания перед повторной передачей кадра.Коллизии приводят к снижению быстродействия сети только при сравнительно большом количестве активных РС (до 80-100).
№57.Сетевое оборудование Трансиверы , Повторители,Концентраторы.
Концентраторы(хабы):Эти устройства удобны для формирования сети произвольной топологии. Выпускается ряд типов концентраторов-пассивных и активных с автономным питанием, выполняющих роль повторителя. Они отличаются по количеству, типу, длине подключаемых кабелей и могут автоматически управлять подсоединенными сегментами( включать и отключать их в случае обнаружения сбоев и обрывов).
Приемопередатчики(трансиверы) и повторители( репитеры) С помощью этих устройств можно объединить несколько сегментов сети с шинной топологией, увеличивая таким образом общую протяженность сети. Приемопередатчик – устройство, предназначенное для приемов пакетов от контроллера РС сети и передачи их в шину.Он так же разрешает коллизии в шине. Конструктивно Приемопередатчик и конторллер могут объединяться на одной плате или находиться в различных узлах. Повторитель – устройство с автономным питанием обеспечивающее передачу данных между сегментами определенной длинны.
№58. Сетевое оборудование: Мосты, маршрутизаторы, шлюзы.
Мосты используются для соединения в основном идентичных сетей, имеющих некоторые физические отличия на физическом и канальном уровнях.Например с помощью моста могут соединяться на третьемм уровне(сетевом) две сети с различными более низкими уровнями , но одинаковыми более высокими уровнями. Промышленностью выпускается широкая номенклатура мостов. Среди них “самообучающиеся” мосты которые позволяют регулировать доступ к каждой из объединяемых сетей и трафик обмена между ними, а так же используются для расширения сети.
Шлюзы применяются для соединения различных сетей. Они выполняют протокольное преобразование для всех семи уровней модели ВОС, в частности – маршрутизацию пакетов, преобразование сообщения из одного формата в другой или из одной системы кодирования в другую.
Маршрутизаторы(роутеры): Эти устройства устанавливают соединения на 4-м (транспортном) уровне , при этом верхние уровни должны быть одинаковыми. Они обеспечивают достаточно сложный уровень сервиса, т.к. могут выполнять интелектуальные функции : выбор найлучшего маршрута,управление балансированной нагрузкой в сети путем равномерного распределения потока данных, защиту данных, буферизацию передаваемых данных, различные протокольные преобразования. Такие возможности маршрутизаторов особенно важны при построении базовых сетей крупных организаций.
№60. Маршрутизация в сетях. Классификация методов маршрутизации.
Задача маршрутизации состоит в выборе маршрута для передачи от отправителя к получателю. Она имеет смысл в сетях, где не только необходим но и возможен выбор оптимального маршрута.(ячеистые сети с коммутацией пакетов).Однако в современных сетях со смешанной топологией (звездно-кольцевой, звездно-шинной) реально стоит и решается задача выбора маршрутов для передачи кадров, для чего используются соответствующие средсва, например маршрутизаторы. Основные цели маршрутизации:
Обеспечение минимальной задержки пакета при его передаче от отправителя к получателю
Обеспеч максимальной пропускной способности сети
Максимальной защиты пакета от угроз безопасности
Обеспеч надежности доставки
Обеспеч минимальной стоимости передачи пакета
Классификация маршрутизации: По способу централизации: Централлизованная, децентраллизованная, смешанная
№59. Принципы маршрутизации. Виды пердач
Различают три вида маршрутизации – простую,фиксированную,адаптивную. Принципеальная разница между ними – в степени учета изменений топологии и нагрузки сети при решении задачи выбора маршрута.
Простая маршрутизация
отличается тем, что при выборе маршрута не учитывается ни изменение топологии сети, ни изменения ее состояния. Она не обеспечивает направленной передачи пакетов и имеет низкую эффективность. ЕЕ преимущества – простота реализации алгоритма маршрутизации и обеспечение устойчивой работы сети при выходе из строя отдельных ее элементов. Из этого вида практическое применение получили случайная
(для передачи пакета из узла выбирается одно случайно свободное направление. Пакет “блуждает” по сети до тех пор пока не достигнет адресата) и лавинная
маршрутизация(предусматривает передачу пакета из узла по всем свободным выходным линиям. Поскольку это происходит в каждом узле , имеет место размножение пакетов, что резко уменьшает пропускную способность. Эта проблема решается путем уничтожения в каждом узле дубликатов пакета и продвижению по маршруту только одного пакета).
Фиксированная маршрутизация
характеризуется тем, что при выборе маршрута учитывается изменение топологии сети и не учитывается загруженность линий.Для каждого узла назначений направление передачи выбирается по таблице маршрутов (каталогу), кто определяет кратчайшие пути. Каталоги составляются в центре управления сетью.Они составляются заново при изменении топологии. Различают однопутевую
(в каталоге только один путь) и многопутевую
(в каталоге несколько путей) фиксированные маршрутизации.
Фиксированная маршрутизация применяется в сетях с малоизменяющейся топологией и установившимися потоками пакетов.
Адаптивная маршрутизация
отличается тем, что принятие решения о направлении передачи пакетов осуществляется с учетом изменения топологии и нагрузки сети. Существует несколько вариантов адаптивной маршрутизации:Локальная,распределенная,централизованная, и гибридная адаптивные маршрутизации.
Локальная маршрутизация
:основана на использовании информации, имеющейся в данном узле и включающей: таблицу маршрутов,которая определяет все направления передачи пакетов из этого узла,Данные о сост выходной линии связи(работают или нет),длину очереди пакетов , ожидающих передачи.Информация о сосотоянии других узлов не используется.Преимущество в принятии решения с учетом самых последних данных о загрузке узла. Недостаток в “близорукости”(узел не знает загруженность других узлов).
Распределенная адаптивная маршрутизация.
Основана на использовании информации ,указанной для локальной маршрутизации и данных получаемых от соседних узлов сети о изменении топологии и загрузке соседних узлов. Это приводит к повышению эффективности алгоритма, но сопровождается с загрузкой сети служебной информацией.Сведения о изменении состояния узлов распространеяется сравнительно медленно, поэтому выбор маршрута производится по устаревшим данным.
Централлизованнаямаршрутизация
:характеризуется тем, что задача маршрутизации для каждого узла сети решается в центре маршрутизации(ЦМ).Каждый узел периодически формирует сообщение о своем состоянии и передает его в ЦМ. По этим данным для каждого узла составляется таблица маршрутов. Естественно , что передача сообщений в ЦМ формирование и рассылка таблиц маршрутов –все это сопряжено с временными затратами. Кроме того есть опасность потери управления при отказе ЦМ.
Гибридная адаптивная маршрутизация
:основана на исполтьзовании таблиц маршрутов, рассылаемых ЦМ узлам сети в сочетании с анализом длины очередей в узлах. Следовательно, здесь реализуются принципы централизованной и локальной маршрутизаций. Гибридная маршрутизация компенсирует недостатки централизованной маршрутизации(маршруты ,формируемые центром , являются несколько устаревшими) и локальной(“близорукость” метода)и воспри-нимает их преимущества : маршруты центра соответствуют глобальному состоянию сети, а учет текущего состояния узла обеспечивает своевременность решения задачи.
№61. Защита информации в сетях. Помехо-защищающие коды
№62 Помехоисправляющие коды.
Для построения помехоисправляющего кода. С точки зрения теории безразлично какой брать код. В сетях передача данных, передача нулевого байта с дополнением до четного неотделима от обрыва связи.
Код четн/нечетн позволяет обнаруживать все нечетные ошибки, однако этот вид не указывает местонахождение ошибочного вида. Данные коды имеют кодовое расстояние =1. Передача без избыточной информации дает кодовое расстояние 0.Избыточность информации не очень умеренная. Во всех машинах использование такого кода оправдано, т.к. передача данных между устройствами и регистрами осуществляется параллельными кодами, где шины отдельных видов этих данных автономны и не влияют друг на друга.
№62.