ТЕКСТОВЫЕ ПРОЦЕССОРЫ
1. Виды текстов.
Все современные вычислительные машины имеют пакеты прикладных программ. На автоматизированных рабочих местах пользователей происходит централизация пакетов и их интеграция.
Интеграция ППП требует от пользователя достаточно высокой квалификации. Многие пакеты содержат не только прикладные проги, но и имеют встроенные средства разработки приложений.
Изначально все ВМ создавались для автоматизации вычислителей. Однако в настоящее время доля чистых вычислений мала - 9-10%, а остальное время уходит для обработки специфических видов информации. Доля обработки текстов, справок - 20% - для обработки графики.
Для обработки специфической информации (текстовой, графической, рисунков, фотографий) современные классические структуры ЭВМ подходят плохо. Только в последних разработках CPU Pentium MMX включены 57 новых команд для обработки специальной информации.
Суть команд
: большой операцией можно обрабатывать большое количество точек находящихся на экране.
Программное обеспечение связанное с обработкой текстов получило название текстовых процессоров.
С каждым текстом связаны определенные особенности.
Текст - документ.
С понятием документа связано 4 аспекта:
1 аспект
- содержательный, предполагает ясность и точность изложения, лаконизм достоверность информации, ее полнота, своевременность.
2 аспект
- изобразительный (как выглядит документ). Визуальное впечатление от документа, какие средства использованы, шрифт, стиль, рубрикация документа.
3 аспект
- операционный (какие средства использованы для подготовки документа)
4 аспект
- внутримашинный (способ обработки и хранения). Он показывает, какая память нужна для обработки документа, какие средства должны привлекаться для работы документа.
Различают следующие виды документов:
1. Прозаический (от справки)
2. Табличный (символы)
3. Программный текст (для записи различных программ). Исторически этот тип появился первым.
Практически любые ППП содержат собственные средства для разработки собственные прог. Например: турбо-паскаль, турбо-си.
4. Поэтический (четверостишья и т.д.)
5. Графический (нет определяющих символов, а поле экрана предоставляется в определенной яркости и цветности). Каждая точка 16 цветов. Наиболее простые текстовые процессоры вместо графики используют псевдографику (для построения таблиц и т.д.).
6. Формульный текст (наличие строк, подстрок). Имеются верхние и нижние индексы.
7. Шаблонный
8. Смешанный (включающий любые сочетания из перечисленных).
2. Классификация текстовых процессоров.
В зависимости от используемого программного обеспечения пользователь имеет дело с различными текстовыми редакторами. Все они различаются своими возможностями и используемыми средствами.
В порядке нарастания их мощности:
1. Самые простые - встроенный редактор ДОС (F6 + ctrl Z) позволяет работать только с одной строчкой.
2. Встроенный редактор Norton, до 32 кб (позволяет обрабатывать до 20 страниц).
3. Редакторы компьютерных прог (турбо-паскаль, турбо-си).
4. Общепользовательские редакторы (Word, Lexicon, Multedit (только тексты), Wordstar).
5. Редакторы научных документов, использующихся для записи формул Unveditor, Chiwriter, Rt-chk.
6. Редакторы издательских систем. Имеют большой спектр для разработки издательских документов большой сложности (Word (самая маломощная), Page Marker, Ventura Publisher.
Размещение текстов по странице - верстка.
7. Корректоры текстов (исправляющие ошибки).
Спеллеры - средства для обнаружения ошибок, воспроизведение текста. Orfo.
Перекодировщики текстов. В интернете существует 4 различных кодировки текста.
3. Основные операции.
Любой текстовый процессор должен содержать следующие процедуры:
- процедуры набора и ввода текста
- редактирование текста
- печати документов
- ведение архивов
1 символ - 1 байт
256 различных комбинаций
Кроме стандартов имеются символы управляющие печатью. Управляющие символы включают в действие определенные проги.
Нажатие на enter, означает то, что в стандартном буфере данных, рассчитанном на 80 символов, закончить заполнение буфера на данной позиции. Содержимое буфера поместить в оперативную память, затем очистить. Буфер и курсор поместить в начало буфера для заполнения.
4. Тенденции развития.
4.1. Понятие гипертекста.
В настоящее время большое количество текстовых документов оседает в хранилищах автоматизированных данных, например в интернете. Организация хранилища, выборки и обработки текстовых документов предполагает их формализацию. При этом эта формализация несколько скрыта от пользователя.
Формализация в процессе поиска осущест. сл. обр.
1. Выявляются признаки, по которым мы будем осуществлять поиск необходимых документов. В количестве таких документов берутся ключевые слова.
Обычно в качестве ключевых слов рассматривают корни основных терминов + суффиксы.
Кроме ключевых слов каждая отрасль оперирует ключевыми понятиями. Это группы слов или определенные значения известных слов.
Словарь ключевых понятий называется “тезаурус”. В пространстве ключевых понятий каждый документ образует своеобразный вектор. Вес каждого понятия определяется частотой его повторения в документе. Для поиска необходимых документов составляется поисковый образ, вектор которого показывает какой документ нам требуется.
Пример: А=16 (1), 27 (3), 195 (4), 327 (1), 592 (3).
16 - 16 слово
(1) - встречается 1 раз
Предположим, что в документе Д1 - 16 (2), 82 (3), 195 (2), 327 (2), 984 (2).
16 слово - 2 разряда
Белый шум
- это выдача ложных сообщений на поисковый образ.
Чтобы ослабить влияние белого шума используется обратная связь. Обратная связь пользователей, в которой он дает свое отношение к результатам поиска позволяет усилить или ослабить веса отдельных составляющих вектора, что позволит в большей степени учесть интересы пользователей и усилить эффект работы системы.
4.1. Ключевые слова
в документе позволяют провести нелинейную организацию текста. При этом поиск данных и их обработка осуществляется ассоциативно.
В интернете существует язык HTML - позволяет описывать ключевые слова в гипер-тексе.
4.1.2. Продукты мультимедиа
предполагают дополнение гипертекста звуковыми и видео эффектами, что усиливает психологическое и эмоциональное воздействие на человека. Считается, что 70% информации человек принимает через органы зрения, 20% через органы слуха, смысловой канал - 8%.
Все продукты мультимедиа затрагивают в основном программное обеспечение ЭВМ, однако количественное воспроизведение звуковых и видеоэффектов накладывает требования и на технические средства. Продукты мультимедиа находят свое применение в интерактивных видеодисках (игры). Мультимедиа
- различные тренажеры (летчики), обучающие среды, изучение различных новых технологий.
Широкое распространение продуктов мультимедиа ожидается через 2-3 года. К этому времени весь машинный парк и его программное обеспечение перейдут на 32-х разрядные приложения. Эти продукты позволяют воспроизводить виртуальную реальность. Ожидается, что в будущем продукты мультимедиа будут заменяться продуктами “гипермедиа”, т.е. методы обработки гипертекстов будут расширены и на нетекстовые виды информации.
ПАКЕТЫ ПРОГРАММ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ
1. Виды АСУ.
АСУ отличаются от автоматических СУ тем, что в качестве объекта управления используется используются не машины, а люди. АСУ начали развиваться 30 лет назад. Математическая база этого управления создавалась в течение 15-20 лет.
АСУ:
- со сложным технологическим процессом (управление или выплавка стали, добыча угля)
Признаки АСУ:
1. Управление машинами и механизмами
2. Передача информации в виде электрических сигналов
- АС Организационного Управления
Признаки АСОУ:
1. Управление людьми
2. Информация передается в виде документов стандартной или нестандартной формы.
Роль человека в АСУ:
1. Постановка целей, задач и критериев управления.
2. Внесение творческого элемента в производственные процессы.
3. Окончательный отбор вырабатываемых систем и решений и придания им юридической силы.
4. Снабжение системы недостающей информацией. Автоматизация либо невозможна, либо нецелесообразна.
Основной эффект любой АСУ достигается за счет полноты своевременности и оптимальности принимаемых решений.
2. Обобщенная схема применения ЭВМ в АСУ.
В любой АСУ вся необходимая для управления информация должна накапливаться в памяти АСУ.
В качестве побочного эффекта это уравнение позволяет ликвидировать любые организационные несогласованности. Функционирование АСУ достигается экономией труда без снижения качества труда.
3. Принцип построения информационной базы.
Информационную базу образуют данные 2 массивов:
- массивы нормативного
- массивы текущего объекта управления
Эти данные создают информационную модель объекта управления.
Как и другая модель она не может полностью соответствовать реальному объему управления. Организация определенной базы должна отвечать целому ряду требований:
1. Принцип автоматизации документооборота. Автоматизация документооборота имеет целью уменьшить избыточность в информационной базе и хранить информацию.
2. Принцип единства информационной базы. Все данные используются без дублирования для решения всех информационных задач.
3. Гибкость информационной базы. Она постоянно должна развиваться и вширь и вглубь. Иметь возможность модифицироваться и адаптироваться.
4. Информационная база в обязательном порядке должна обеспечиваться специальным ПО, которое должно затрагивать ОС, библиотеки или хранилища данных и рабочие массивы.
Информационная база состоящая из этих массивов не очень удобна для решения информационных задач.
Для улучшения работы используются индексные массивы, упорядоченные по какому-то признаку. Они позволяют ускорить обработку в десятки, а то и сотни раз.
5. Развитие базы может иметь заблаговременное, либо постепенное развитие. Обычно в начале АСУ создается по типовому варианту, а затем осуществляет дальнейшее наращивание за счет автоматизации задач управления.
6. Принцип комплексности задач управления и рабочих прог.
7. Принцип специализации или системной ориентации. Принцип затрагивает разработку вспомогательных прог, обеспечивающих работу экономисто-...
8. Принцип оптимизации ввода-вывода информации. Крупные информационные базы хранят громадные массивы информации. Обновление информации - очень трудоемкий процесс, чреватый появлением ошибок - одна из причин появления неверных данных. Поэтому при вводе и модификации информации, информация вводится не целиком, а только изменениями.
9. Принцип совмещения этапов подготовки документов (первичного материального финансового учета) с формированием машинного документа. Эта операция (совмещения) позволяет откат, со временем вернуться и исправить ошибку.
10. Принцип согласованности пропускных способностей отдельных от частей системы.
Организация информационной базы предполагает централизацию в хранении информации. Однако это не означает, что необходимо обеспечивать централизованную обработку этой информации. Появление сетей приводит к децентрализации обработки. Например:
в сетях клиент-сервер.
1. Место и роль табличных процессоров.
Все экономисты (80-90%) работают с фотографическими документами, которые предоставляют собой двумерные таблицы, каждое поле которых несет определяющую характеристику объекта управления. Характеристики могут быть количественными и качественными. В отличие от чисто текстовых документов, в фотографических документах стандартизируется форма документов, а значит и стандартные виды обработки информации. Здесь более простые методы поиска, языки запросов и более естественные методы обработки.
Табличный процессор
- пакет прог, предназначенный для обработки электронной копии двумерных документов стандартного вида.
Однако электронные таблицы стандартного вида позволяют исключить дублирование информационных потоков.
1 область Табличный калькулятор - когда нужно обрабатывать данные по формуле.
2 область Обработка первичных данных в регламентном режиме. Поэтому целесообразно на каждую формулу разрабатывать шаблон. Различные заполнения данными приводит к формированию конкретного документа.
3 область применения - для моделирования результатов принятых решений. Применение табличного процессора позволяет найти оптимальный вариант.
4 область Деловая графика.
5 область Создание специальных прог обработки информации, что позволяет отделить среду обработки информации от прог и использовать проги автономно.
Среди всех табличных процессоров пакет Excel
имеет следующие отличительные особенности:
1) Обилие функциональных возможностей по представлению текста, данных и их обработки.
2) Дружественность интерфейса (система связи человек-машина), а именно:
- панель инструментов
- продуманное меню
- использование горячих клавиш
3) Интеграрованность пакета с родственными пакетами (Word, Access, презентации и т.д.).
4) Встроенная система программирования (Visual Basic for Applications).
5) Более глубокой автоматизации вычислений:
а) цепочка зависимостей может быть сколь угодно длинной
б) значение ячейки может повлиять на значение других ячеек, что позволяет строить параллельные вычисления
в) цепочки вычислений могут быть циклическими
г) при вычислениях могут использоваться разветвления, т.е. вычисления могут нести условный характер, могут быть многовариантными
д) вычисления могут быть очень сложными и использовать не только арифметические формулы, но и встроенные функции (например: функции для работы с датами)
Стандартизация форм документов обрабатываемых табличными процессорами предлагает и стандартизацию процедур разработки этих документов. Поэтому работа с Excel состоит из следующих этапов или комбинаций этих этапов:
1) Создание шаблона этих документов. Шаблон включает создание заголовка документов, обозначение строк и столбцов.
2) Введение символов
3) Сохранение шаблона для последующей работы
2. Редактирование шаблонов при необходимости:
- введение новых столбцов и строе
- удаление ненужных
- формирования отдельных полей и т.д.
3. Ввод данных в таблицы
4. Ввод необходимых формул и функций
5. Подготовка таблиц к печати
6. Печать таблиц с результатами расчетов
7. Построение графиков и печать этих графиков
1. Принципы построения и работы с СУБД.
Табличные процессоры являлись предшественниками СУБД. Они получили свое развитие в 1980-1982гг. Примерно к 1985г. Определились основные недостатки табличных процессоров. Пример: ориентация на стандартные формы документов не позволила ликвидировать избыточность в хранящихся данных. Безизбыточное хранение больших массивов информации АСУ предполагает их структурирование. Структурирование - введение соглашений о способах представления данных. В структурировании информации во многом схожи с гипертекстовой разметкой. Хранилище данных предполагает снабжение системы специальным ПО, которое включает в свой состав следующие документы:
- математическое обеспечение
- лингвистическое обеспечение (языки + трансляторы)
- информационное обеспечение
- методическое обеспечение
- организационное обеспечение
Организация данных предполагает их упорядочение и размещение. Задачей информационного обеспечения является удовлетворение информационных требований пользователей.
База данных
- совокупность взаимосвязанных данных совместно хранящихся во внешней памяти.
СУБД
- языковые и программные средства, предназначенные для создания и использования БД с помощью прикладных прог.
Администратор БД
- лицо или группа лиц предназначенных для управления процессами хранения и обработки информации. Основная функция администратора - разработка структуры хранилища данных и взаимосвязи.
Основные функции управления БД:
1) сокращение избыточности информации
2) хранение и целостность
3) разграничение доступа
4) независимость представления данных об интересах пользователей
2. Логические структуры БД.
БД могут иметь различную организацию.
Физическая организация - размещение конкретных видов информации на определенных носителях.
Логическая организация данных предполагает создание моделей, т.е. создание моделей или формального ... данных.
Модель данных определяет: состав данных, типы данных, связи данных. Модель данных описывается на языке описания данных. Исторически сложилось, что модели данных могут быть 3-х типов:
- историческая
- сетевая
- реляционная модель (более распространенная)
Каждая ячейка - элемент таблицы. Связь таблиц устанавливается через однородные данные.
1. Предпосылки развития вычислительных систем и вычислительных сетей.
Электронно-вычислительная техника является самой динамично развивающейся областью в науке и практике. Каждые 2 года появляются новые типы CPU, а каждые 5 лет - удвоение скорости работы вычислителей. Побудительным мотивом развития средств ЭВТ являются противоречие между всевозрастающими требованиями пользователей и возможностью производства. На достаточно коротком промежутке времени отличающегося стабильностью элементной базы остается справедливым квадратичный закон стоимости от производительности.
Достигнуть требуемых характеристик в вычислительной технике путем построения вычислительных систем, у которых зависимость не квадратичная а линейная. Вычислительные системы требуют комплексированности или соединения программных модулей между собой.
Основными причинами развития ВС является экономическая. Эффект от вычислительных систем заключается в следующем:
1. Увеличение необходимой надежности - дополнительно комплексированные средства позволят обеспечивать работоспособность системы, даже если часть этих средств откажет в работе.
2. Повышенный уровень достоверности.
3. Увеличение количества и качества услуг, предъявляемых пользователем.
Кроме этих основных преимуществ в вычислительных системах имеется дополнительные и именно улучшается использование оборудования и прог. Улучшается техническая эксплуатация и ПО. При организации систем можно вести централизованное обслуживание техники и ПО, т.е. уменьшить численность обслуживающего персонала и повысить квалификацию.
При построении ВС необходимо руководствоваться следующими принципами:
1. Должна обеспечиваться модульность структуры как технических, так и программных средств.
2. Принцип типизации, стандартизации, унификации.
3. Иерархии управления при функционировании аппаратно-программного комплекса.
4. Обеспечение различных режимов работы.
5. Система должна сохранить способность к самоорганизации, адаптации.
2. Квалификация вычислительных систем.
В настоящее время существует тысячи ВС. Для того, чтобы разобраться в их возможностях, необходима их квалификация по мелким признакам.
1 уровень квалификации учитывает расстояние между некомплексируемыми модулями. Сосредоточение ВС предполагает расположение вычислительных модулей в непосредственной близости друг от друга. Передача информации между модулями осуществляется с помощью простейших связей. Расстояние между модулями можно увеличить до нескольких сот метров, если использовать экранизированные (коаксиальные) кабели (в оплетке). *Обычным кабелем можно соединить PC не более 10-15м.
В распределенных системах расстояние между модулями может быть очень велико (км). Поэтому для связи модуля используется каналообразующая аппаратура - преобразование сигналов и передача их по специальным каналам связи.
ВС могут быть многомашинными и многопроцессорными. В многомашинных системах каждая машина работает под управлением собственной ОС. Подключенные к ней другие машины рассматриваются ОС как специализированные внешние устройства. В многопроцессорных системах координация работ CPU осуществляется общей ОС. Кроме того, все CPU имеют общую RAM. Кроме этих признаков классификации рассматриваются и более мелкие:
1. По числу комплексированных ЭВМ или CPU.
2. По однотипности комплексированных элементов.
3. По степени территориальной обобщенности.
4. По методам управления различают централизованное и децентрализованное управление. Централизованное лучше используется в простых.
5. По структурным признакам (могут иметь свою иерархию). Чаще всего рассматривают топологические признаки.
6. По принципу закрепления функции различают:
- с жестким распределением функции
- с плавающим распределением функции управления
7. По временным режимам работы.
3. Комплексированность и совместимость в ВС.
Связь модулей в систему потребует, чтобы объединенные модули были совместимы. Понятие совместимости включает 3 аспекта:
1. Аппаратурную совместимость.
2. Программную совместимость.
3. Информационную совместимость.
1. Аппаратурная совместимость
предполагает стандартизацию и унификацию связей. Понятие связи включает и стандартизацию кабельных соединений их разъемов, алгоритмов взаимодействия (последовательность сигналов), стандартизацию электрических сигналов.
2. Программная совместимость
зависит от однородности и однотипности комплексированных средств. Если комплексированные средства однотипные, то программные средства полные. Если комплексированные средства не однородные, не одновременные, то такие системы совместимы по принципу “снизу вверх” (386-Pentium). Если комплексируется однотипная аппаратура, то обмен исходными модулями с последующей трансляцией их после обмена.
3. Информационная совместимость.
Она предполагает, что передаваемые информации одинаково интерпретируются объектами, т.е. должны быть стандартизованы алфавиты, разрядность, форматы, структура, разновидность и т.д.
4. Взаимодействие
комплексированных ЭВМ CPU может производиться по различным уровням. Различают логические и физические уровни.
Логические уровни:
5 логических уровней комплексирования:
Логические уровни объединяют средства комплексирования, имеющие общие принципы управления и работы.
1 уровень
- уровень комплексирования CPU. Передача информации идет через систему прямого управления.
CPU - инициатор обмена - должен ... через интерфейс ... команду “прямое чтение” или “прямая запись”. Другой CPU, получив это прерывание, отвечает противоположной командой. После этого передается байт данных. Каждый байт 8 разрядов (0-255). Содержимое байта играет роль сигнала - приказа.
Этот канал не предназначается для передачи больших информационных массивов, т.к. процессы взаимодействия на каждый байт предостанавливают работу обоих CPU.
2 уровень. Общая оперативная память.
Она формируется из оперативной памяти комплексированных ЭВМ. В количестве устройства напряжения используется коммутатор. Этот уровень является наиболее предпочтительным из всех. Однако его реализация встречает трудности.
ООП является ядром классической структуры. Абонентами которых являются все каналы и комплексируемые CPU, т.е. память является своеобразной системой массового обслуживания. При этом создаваться различные конфликты. Для их разрешения необходимо предусматривать буферные зоны - создания в них очереди, обслуживание очереди и т.д. Поэтому в настоящее время многопроцессорные системы позволяют комплексировать не более 2-х, 4-х CPU. Не существует эффективных коммутаторов ООП.
3 логический уровень.
Является основным при комплексировании ЭВМ. Согласователь скоростей или адаптер канал-канал работает по принципу.
Канал
- инициатор обмена передает очередной байт на регистр обмена и взводит флажок - канал получатель считывает этот флажок, что является сигналом на установку следующего байта. число передаваемых байтов подсчитывается счетчиком. Скорость передачи данных - 1-10мбит/сек. Достоинством уровня является то, что передача данных между каналом осуществляется параллельными вычислениями CPU, не меньше им.
4 - уровень управления внешними устройствами.
Осуществляется через групповые устройства управления, или контроллеры, которые позволяют управлять сразу несколькими накопителями. В количестве средства комплексирования здесь используется встроенные двухканальные переключатели. Для исключения конфликтных ситуаций на этом уровне используются команды управления и переключателя. “Зарезервировать и освободить”. Канал, выигравший состязание, резервирует контроллер за собой до полного окончания работ с требуемым накопителем. После команды “освободить” устройство становится доступным к другим каналам.
5 уровень. Уровень общих количественных устройств.
Используется крайне редко, только для управления дорогостоящих универсальных аппаратур. Все внешние устройства являются устройствами точной механики, а значит они менее ... , чем чисто электронные устройства. Поэтому лучше использовать 4-й уровень комплексирования, который позволяет управлять группой устройств, а не отдельным устройством.
Многопроцессорные системы создаются на 2-ом логическом уровне. Многомашинные системы создаются при комплексировании на 1, 3, 4 и 5 рядах.
На практике стараются комбинировать уровни, что позволит создавать более гибкие системы оперативного обмена. На каждом логическом уровне может быть несколько логических устройств, на физическом - число устройств может быть иным.
Разделение физических и логических уровней позволяет обеспечить независимость разработки прог от конкретной аппаратурной реализации системы.
Стыковка логических и физических уровней обеспечивается:
а) при установке и генерации ОС
б) по указаниям оператора в начале вычислительного процесса
в) директивами пользователем размещаемыми в проге
Перечисленные 5 уровней имеют аналоги и в ПЭВМ:
1 уровень в ПЭВМ.
Реализуются системы прерывания относящиеся к классу внешних
2 уровень.
Общая оперативная память реализуется только в серверах. Наиболее распространенные серверы с двумя, четырьмя CPU Pentium. Имеются разработки, включающие до 10 CPU на общее поле RAM.
3 уровень.
Полностью соответствует каналам прямого доступа к памяти, при котором передача данных между памятью и внешним устройством осуществляется параллельно вычислением в CPU.
4 уровень.
Уровень управления.
5. Многомашинные комплексы.
Все ВС имеют истоки - это многопрограммные комплексы.
Принцип.
Коммутатор
- это электронное устройство, позволяющее соединить объекты между собой. В положении ключа или 1 или 3, одна ЭВМ является основной, другая - вспомогательной. Вспомогательная может находиться на профилактике, либо заниматься не основными, а второстепенными вычислениями - так наз. резерв. В случае выхода из строя основного ЭВМ, другая ЭВМ ее замещает. Это режим повышенной надежности. В положении ключа 2 обе машины могут решать одну и ту же важную задачу.
6. Многопроцессорные ВС.
Для многопроцессорных является общая ОП, поэтому для управления многопроцессорной ВС является общая ОС, которая имеет сложные встроенные программные средства. ООП призвана обслуживать не только n CPU, но также все подключенные каналы и специализированные внешние устройства (таймеры, CPU прямого доступа и др.) ООП становится системой массового обслуживания, поскольку при работе возможны различные конфликты. Разрешение конфликтов может привести к появлению очередей запросов и их последующей разгрузке, поэтому на практике отсутствует МВС, имеющее большое число комплексированных CPU. Обычно комплексируют не более 2-4 CPU. В качестве средств комплексирования используют следующие:
1. Количество конфликтов уменьшается пропорционально количеству комплексированных CPU.
2. Уменьшение количества обращений к памяти за счет использования сверхоперативной памяти. Каждый CPU имеет свою кэш память. Однако этот способ не позволяет полностью уменьшить конфликты, поскольку возникает новая проблема: как синхронизировать содержимое эталона и копии.
3. Средством решения противоречия. Организация многоходовой памяти. Любая память имеет адрес, вход и выход информации. ООП делается многоблочной. Каждый блок имеет собственный вход и выход. ОС закрепляет отдельные блоки за отдельными CPU, что дает преимущества - все блоки могут работать параллельно. Этот вариант является развитием 2 варианта. Этот вариант находит применение в серверах сети, когда каждый CPU сервера обслуживает свое подмножество клиентов.
4. ООП может комплектоваться различного рода коммутаторами. При больших значения N и K коммутаторы становятся очень громоздки, потребляют большую мощность, техническое обслуживание затрудняется. При значениях N и K = 15-20 коммутатор становится приличных размеров и потребляет большую мощность. На практике часто используют не централизованный коммутатор, а распределенный коммутатор, т.е. слои распределяют либо по CPU, либо по блокам памяти.
7. ВС на базе
CPU
.
7.1. Введение.
С появлением CPU появились новые возможности для построения специфических структур ВС. CPU имеет 30-летнюю историю развития. До настоящего времени структуры ВС в основном воспроизводились в суперЭВМ. Наибольшее применение ВС нашли в суперЭВМ типа Gray - I, II, III.
Cyber - 205, 305 ... (CDC).
ВС в этих суперЭВМ комбинировали в определенных соотношениях векторную и конвейерную обработку. Опыт построения этих систем показал, что все суперЭВМ являются по существу специализированными вычислителями, чем больше быстродействие они обеспечивают, тем уже становился класс алгоритма, которые они эффективно обрабатывают. Универсальных структур ЭВМ не существует. Эффективной структурой ВС следует считать ту, у которой структура в наибольшей степени соответствует (или может быть подстроена) под структуру задач, решаемых на этой системе.
| Виды программного параллелизма | Аппаратно-программные средства |
| 1. Отдельные фазы команд | Множественный поток Команд Отдельный поток Данных ОКОД МКОД |
| 2. Отдельные команды и операторы | ОКОД МКОД |
| 3. Циклы и операции | ОКМД |
| 4. Отдельные проги и подпроги | МКМД |
| 5. Отдельные ветви вычислений или части задания | |
| 6. Независимые задания |
7.2. ОКОД
Применение CPU позволяет использовать модификацию классических структур ЭВМ. Архитектура ОКОД (одномашинные или однопроцессорные позволяет строить виды структур:
- RISC - CPU - структура с ограниченной системой команд
- VLIW - CPU - структура с очень длинным кодом
В настоящее время основным видом CPU считается Pentium 2. Эти CPU относятся к RISC CPU у которых состав команд очень небольшой и соответствует операциям типа алгебраического сложения. Все сложные команды выполняются в виде подпрог.
RISC - набор команд очень небольшой. Они позволяют уменьшить время выполнения команд, а значит увеличить частоту работы конвейера команд. При этом число обращений к ОЗУ сокращается.
Все CPU типа Pentium имеют очень длинное командное слово. Буфер команд CPU имеет целью обеспечить более полную загрузку CPU. При этом появляется возможность параллельно выполнять несколько команд не связанных общими данными. Например сложение и пересылка 2-х операндов с одного места на другое. CPU Pentium позволяет снизить негативное влияние операций типа IF при которых приходится перезагружать конвейер команд. Т.е. в CPU типа Pentium имеется возможность предсказания переходов с последующим отбрасыванием ветвей. Это предсказание позволяет сократить количество срывов в конвейере при выполнении команд.
7.3. ОКМД
Успехи в микроэлектронике позволяют использовать целые матрицы CPU, работающих по одной и той же проге с разными данными. Такие структуры эффективны при векторной и матричной обработке. Каждый CPU имеет связи с соседним CPU. Однако эффективная работа подобных схем возможна только на матричных и векторных задачах. В подобных структурах очень тяжело обеспечить загрузку аппаратуры, поскольку отсутствует теория параллельного программирования. Поэтому данная структура находит ограниченное применение.
Структуры ОКМД могут быть реализованы в CPU исполнении в виде сопроцессоров для больших ЭВМ. Например, в серверах сети эти структуры могут обслуживать большие хранилища информации, повышая производительность и скорость обработки данных. В ПЭВМ появление таких сопроцессоров маловероятно.
7.4. Структуры МКОД.
МКОД
- это структуры типа конвейер
Структуры этого типа не нашли большого применения в ВС. Это обусловлено тем, что обычно все ЭВМ (CPU) универсальны в своей основе. Поэтому нет необходимости обеспечивать конвейерную обработку. Кроме того программный принцип управления не дает возможность организовать эфф длинные конвейеры. Обычно считается, что линейный участок проги не превышает 7-10 (15) команд. После этих команд конвейер перезапускается.
Как вариант можно рассматривать многофункциональную обработку в существующих ЭВМ:
а) во всех современных ЭВМ имеется совмещение операции при которой организуется II-ная работа отдельных блоков (выборка команды, выборка операндов и т.д.)
б) как вариант конвейера можно рассматривать II-ную обработку центрального CPU ЭВМ и сопроцессора.
в) конвейер мы находим в суперЭВМ, когда обеспечивается подпитка информации в кэш-памяти в память команд и в память данных.
г) в сетях ЭВМ возможна II-ная работа нескольких клиентов с одной центральной БД. Но эта дисциплина обслуживания больше относится к структуре МКМД.
7.5. МКМД
Наиболее интересным видом является МКМД. Эта структур дает множество структур. Обычно эти структуры различают по степени связанности: сильносвязанные и слабосвязанные.
Архитектура МКМД в самом простом варианте предполагает наличие нескольких автономных вычислителей, каждый из которых работает с собственным потоком заданий. Такая структура увеличивает производительность системы, очень проста по построению и управлению.
Более интересны структуры у которых информационные потоки ветвятся образуя II-ные ветви.
Если вычислители находятся в непосредственной близости друг от друга, то они сильно связаны. Интенсивность передачи информации в таких системах может быть очень высокой и осуществляться небольшими порциями.
Симметричные структуры могут относиться к архитектуре ОКМД, где в узлах матрицы CPU находятся отдельные микропроцессоры, способные передавать своим соседям отдельные байты или слова информации.
Симметричные структуры строятся их однотипных элементов, что упрощает построение и управление структурой в целом. Однако обеспечить полную загрузку подобных структур практически не удается. Для этого отсутствуют методы программирования и языки программирования. Кроме того, очень тяжело обеспечить передачу данных между CPU, не являющимися соседними. А значит класс эффективно решаемых задач резко сужается.
Подобные системы не могут найти очень широкого распространения. Их удел - только специальные виды вычислений, т.е. векторы и матрицы.
SMP - структуры - это системы, подключенные к CPU к ООП.
Это мультипроцессирование с разделением памяти.
Появление мощных CPU типа Pentium привело к появлению многопроцессорных систем на их основе. На общей шине ОП можно комплексировать 2, 4 и до 10 CPU.
Однако увеличение числа комплексируемых CPU приводит к появлению большого количество конфликтов. Поэтому в ПЭВМ таких систем не ожидается, а такие системы могут встречаться только при построении серверов сети. Каждый сервер управляет своей группой клиентов; поскольку интересы пользователей различны, то появление конфликтов маловероятно. CPU ведут обработку параллельно, не мешая друг другу.
1. Системы массового параллелизма
MPP
.
В них предполагается менее интенсивное взаимодействие комплексируемых CPU или ЭВМ. Здесь вычислители более автономны, поэтому их взаимодействие предполагает передачу и прог и данных. Частота обмена небольшая.
Различают:
MPP - системы массового параллелизма (это многопроцессорные)
сети - они многомашинные
MPP предполагают комплексирование десятков, сотен и даже тысяч CPU расположенных в непосредственной близости друг от друга (в пределах корпуса одной большой ЭВМ).
Все CPU-ные элементы связаны друг с другом единой коммутационной средой. Здесь возникают проблемы аналогичные симметричным структурам, но на новой технологической основе.
Основные отличия:
- обмен данными идет не единичными данными, а целыми пакетами, т.е. прогами и обеспечивающими их данными.
Данный принцип о
Передача пакетами больше соответствует принципу построения потоковых машин (управляемых потоками данных).
Принцип построения подобных машин на последних двух лекциях.
Этот подход позволяет строить системы с громадной производительностью и реализовывать проекты с любыми видами параллелизма.
В пределе можно реализовывать систематические вычисления.
Режим работы
CPU
в системах.
В вычислительных системах может иметь место 3 вида режимов:
1. Режим “ведущий-ведомый”
2. Симметрическая или однородная обработка во всех CPU
3. Раздельная независимая работа CPU по обработке задания
1. Этот режим может быть реализован в любой ПЭВМ. В пакете NC в меню link мы может организовать связь двух CPU: один ведущий (“master”) и периферийный
2. Она наиболее сложная. Предполагает построение очень сложной ОС. Под действием этой ОС все CPU выполняют одну и ту же прогу, но у командного CPU свои данные.
3. Она обычно осуществляется под управлением собственной ОС. Общая ОС является небольшой надстройкой этих автономных систем.
1. Предпосылки появления и развития ВСт.
Вычислительная сеть
- это система взаимосвязанных и распределенных ЭВМ, ориентированных на коллективное использование общественных ресурсов. В качестве ресурсов сети используются аппаратные, программные и информационные объекты.
Цель создания
- это обеспечение удобного и надежного доступа пользователей к ресурсам.
Сети позволяют решить 2 проблемы:
1. Неограниченный доступ пользователей к ЭВМ независимо от территориального расположения.
2. Возможность оперативного перемещения больших массивов информации для использования.
В сетях ЭВМ все машины могут работать автономно. Они могут автоматически связываться друг с другом под управлением ОС сети.
Для построения сети используется система передачи данных и каналообразующая аппаратура, относящаяся к 4-му уровню комплексирования:
- каналы связи
- мультиплексеры
- модемы
- адаптеры
Преимущества:
1. Параллельная обработка данных
2. Возможность создания распределенных БД
3. Возможность обмена большими объемами информации
4. Коллективное использование ресурсов
5. Гораздо больший перечень услуг
6. Повышение эффективности применения ЭВМ и ВТ
7. Оперативное перераспределение мощности и резервов
8. Сокращение расходов на приобретение и эксплуатацию технических и программных средств
9. Облегчение работ по совершенствованию сети
2. Классификация сетей
В настоящее время сети развиваются очень бурно, поэтому любая классификация старее очень быстро.
Сети
- это достаточно сложные системы, и необходимо использовать временные классификации для их изучения.
Более важные признаки классификации:
1. Признак территориальной рассосредоточенности. Различают:
- Глобальные сети :
машины могут быть разнесены на 1000 км при этом используются сложные системы передачи данных
- Региональные:
Промышленные города или группа городов (подмосковье). Машины разнесены на десятки км. Для передачи данных - телефонная сеть.
- Локальные сети:
машины удалены на 10-100 метров в качестве сети выступают провода
2. По функциональной принадлежности сети различают:
- Информационные:
история сетей назначения к созданию
- Вычислительные:
наличие вычислительных сетей передача сигналов информации
- Информационно-вычислительные:
стали появляться чисто информационные сети (военные)
Увеличение роли передачи информации привело к усложнению ОС. В настоящее время операционные системы сети позволяют решать следующие задачи:
1. Удаленный ввод, вывод заданий.
2. Передача файлов между ЭВМ.
3. Доступ к удаленным файлам.
4. Работа с распределенными банками данных.
5. Одновременная передача текстовых и речевых данных.
6. Получение всевозможных справок о наличии ресурсов.
7. Защита данных и ресурсов от несанкционированных действий.
8. Распределение и обработка информации на нескольких ЭВМ.
3. Информационный признак.
Различают сети:
- с централизованными банками данных
- с распределенными банками данных
- с локальными банками данных
4. Структурный признак.
5 признак. По способу управления ресурсами сети. Различают:
- системы с жестким управлением
- сети с распределенным управлением
- сети со смешанным управлением
Все простейшие сети имеют централизованное управление. Они являются более простыми и дешевыми. По мере развития появляется необходимость децентрализации управления.
6 признак. По методам передачи данных в сетях. Различают 4 вида:
1. Передача данных по выделенным каналам связи
2. Связь с коммутацией каналов
3. Связь с коммутацией сообщений
4. Связь с коммутацией пакетов сообщений
3. Структуры вычислительных сетей.
Любая вычислительная сеть включает в себя в обязательном порядке три атрибута:
1. Базовые системы передачи данных СПД
2. Сеть ЭВМ
3. Абонентская сеть (клиентская сеть)
Обычно это сложившаяся телефонная сеть или радиосеть УКиС. К этой сети подключается вычислительная машина достаточно мощного класса. Большие ЭВМ сети обслуживают большие хранилища информации и проводит крупномасштабные вычисления. Кроме больших ЭВМ имеются средние предназначения для управления ресурсами и клиентами. Эти средние ЭВМ сети называются серверами сети.
В последнее время ЭВМ связываются друг с другом не только через УК, но и УКиС; оборудованные коммуникационными системами. Эти коммуникационные машины являются специализированными. Применение коммуникационных машин позволяет увеличить эффективность систем передачи данных.
Каждая ЭВМ имеет развитую абонентскую сеть. В настоящее время каждый абонент связан с сетью через ПК. Развитие сетей предполагает, что абонентская аппаратура должна быть очень дешевой, что это должен быть сетевой компьютер.
Эти три компонента позволяют формировать самые различные структуры сетей. Для того, чтобы изучать сети, лучше пользоваться понятием архитектура сети.
Архитектура сети включает в себя:
- логическую
- аппаратурную
- программную структуры
3.1. Логическая структура.
Рассмотрение логической структуры необходимо при решении задач исследовании.
Задачи исследования бывают 2-х видов: задачи анализа и задачи синтеза.
Логические структуры сети предполагает выделение следующих фрагментов:
- вычислительной машины
- выделение главной управляющей машины
- выделение вспомогательной машины
- коммуникационных
- территориального оборудования
Реальные структуры сети может отличаться от логической. В одной ЭВМ сети могут быть сосредоточены функции вычислительной машины главной управляющей машины и коммутационной машины.
3.2. Аппаратурная структура.
Из всех возможных структур аппаратурных структур наибольший интерес представляет топологическая структура.
Топологические структуры могут быть следующих видов:
1. Звездная
Системы этого типа широко распространены и как правило разработка любой сети начинается с этой топологии.
Достоинства этой структуры:
- уменьшение каналов связи
- простота построения и управления
- возможность использования перспективных методов передачи данных
- малые расходы на проектирование сети
Недостатки:
- большая уязвимость сети
- отсутствие резервных путей для доступа к сети
- увеличение задержек при перегрузках центральных ЭВМ
Обычно звездная топология с течением времени перерастает в иерархическую или своеобразную топологию, что в наибольшей степени отличает от сложившихся систем управления.
2. Распределенная, децентрализованная топология.
Вычислительная сеть получается путем связи ЭВМ линиями.
Достоинства:
- увеличивается надежность функционирования за счет путей доступа к ресурсам
- улучшение доступа к ресурсам, если они дублированы на каких-то машинах
- усложнение сети за счет увеличения каналов связи
3. Кольцевая структура
Образуется путем соединения из каналов связи кольцевых ЭВМ, эта структура наиболее надежна, на наиболее дорогостоящая. В современных сетях можно найти элементы всех перечисленных структур.
3.3. Программная структура.
Взаимосвязь вычислительных машин в сетях осуществляется автоматически по мере необходимости. Взаимосвязь идет между пользовательскими программами. Для каждого пользователя эта связь идет напрямую друг с другом. Процедуры связи между машинами очень сложны. Они включают в себя иерархию процедур взаимодействия. Функции каждого уровня в настоящее время стандартизированы Международным комитетом стандартов.
Уровни:
- пользовательский
- представление данных
- сеансовый
- транспортный
- сетевой
- управление информационным каналом
- физический канал
Набор процедур каждого слоя называется протоколом.
Семиуровневая система программного обеспечения позволяет связать любую физическую аппаратуру даже разноплатформенную. Все физические различия аппаратуры учитываются программными компонентами сети. Горизонтальные связи между элементами показывают связь уровней напрямую. Совокупность семантических (смысловых) и синтаксических (грамматических) правил, определяющих работу устройств в процессе связи называются протоколами. Все процедуры взаимодействия детализируются программными компонентами в нижележащих и представляются в более общем виде вышестоящих уровней.
1 уровень. Самый верхний - пользовательский или прикладной
уровень. Объединяет все правила взаимодействия программ пользователя.
2 уровень. Представления.
отвечает за представление данных подлежащих пересылке.
3 уровень. Сеансовый.
организует проведение сеанса связи между прикладными процессами.
4 уровень. Транспортный.
Управляет передачей данных от источника к адресату. Между 3 и 4 уровнями обычно производится складирование информации.
5 уровень. Сетевой.
Отвечает за маршрутизацию, коммутацию и адресацию сообщений, после чего управляет потоками данных.
6 уровень. Уровень управления информационным каналом.
Отвечает за подключение, поддержание и разъединение каналов связи.
7 уровень. Физический уровень.
Обеспечивает электрическое, механическое и функциональное подключение к каналам связи.
Все семиуровневые модели отдельно располагаются коммуникационные машины, обеспечивающие сетевую службу (3 нижних уровня). Основу работы сетевой службы как правило составляет стандарт X25-ISO. Все дальнейшие информационные и коммуникационные технологии используют протоколы этого стандарта в виде основы. Семиуровневая система протоколов позволяет строить так называемые открытые системы OSI. Это название отражает способность систем подключать любое аппаратурное и программное оборудование не обязательно однотипное и одноплатформенное.
Операционная система сети реализующая эту структуру была предложена 15 лет назад и принципы ее построения заложены в ОС UNIX. Все современные существующие ОС (Windows NT, Netware) еще не дошли до UNIX.
4. Виды передачи данных в сетях.
4 вида:
1. По выделенным каналам связи.
В этом случае прокладывается канал связи между абонентами. Выделенные каналы связи позволяют построить сеть наиболее простую по управлению и наиболее дорогую по затратам. Достоинством этого вида связи является передача сигналов в режиме реального времени. Однако коэффициент полезного действия этого режима очень низок - 3-6%. Обеспечить занятость этого канала невозможно. В настоящее время выделенные каналы используются только в системах военного назначения. Для крупных предприятий возможна установка собственного выделенного сервера, который обслуживает абонентов по выделенным каналам, но это очень дорого. С развитием спутниковых каналов связи появляется возможность организации выделенных каналов путем аренды.
4.2. Коммутация каналов.
Коммутация каналов пришла из телефонной сети. При большом числе пунктов коммутации задача установления соединений является очень сложной и длительной. Достаточно одному тракту в сети быть занято, приходиться вводить набор заново. После того как соединение состоялось идет передача данных. КПД этого режима где-то порядка 10%. Повышенная эффективность связана с тем, что отдельные части маршрута после освобождения используются в других соединениях. Здесь возможен режим реального времени, но перегрузка в сети может препятствовать соединению. Достоинство: можно использовать телефонную сеть.
4.3. Коммутация сообщений.
Предполагает установление соединений и тут же передачу ее целиком. Снижает основной недостаток предыдущего метода. Этот метод предполагает оснащение узлов коммуникационными машинами с развитой верхней памятью. Передача идет не в режиме реального времени, а по мере освобождения и готовности пунктов к приему данных. Время передачи может быть достаточно длинным, но загружаемость каналов связи более полной. КПД - 30%.
Этот способ передачи данных позволяет довести КПД до 50%. Этот режим передачи данных является более гибким. Он позволяет передавать пакет сообщений одновременно по многим направлениям параллельно, однако при этом возможно перемешивание сообщений в пакете, что требует дополнительных сортировок при восстановлении получаемого пакета. Кроме того, этот метод допускает мультиплексирование за счет передачи на отдельных участках сообщений из разных исходных пакетов в один промежуточный пакет.
Передача данных в любом из режимов осуществляется двумя режимами:
1 режим - дейтаграммный
2 режим - “виртуальный канал”
1 режим дейтагаммный.
Предполагает, что все сообщения в пакетах не связаны друг с другом и передаются как независимые объекты. В результате этого каждое сообщение может идти к получателю своим маршрутом. Получатель из принятых сообщений получает требуемый пакет после сортировки по заголовкам, этот метод очень простой по реализации - в современных ЭВМ называют электронная почта, однако при передаче возможна потеря отдельных фрагментов.
2 режим “виртуальный канал”
требует передачи данных в виде цепочки связанных в единый пакет. Порядок поступления сообщений строго регламентирован. Потери информации недопустимы. Организация виртуального канала более сложная.
5. Маршрутизация.
При передаче данных наибольшие трудности вызывает прокладка маршрутов в сети связи. Выбор оптимального маршрута является сложной научной и практической задачей. По сути здесь нужно обеспечить минимальное время и минимальную стоимость передачи. Обычно эти параметры противоречивы. Прокладка маршрута с математической точки зрения представляет следующую задачу.
Маршрутизация (сетевой уровень).
Матрица смежности позволяет отыскивать оптимальные маршруты передачи данных. Умножение матрицы смежности Она позволяет определить пункт приема данных через 2 матрицы, 3 и т.д. Матрица смежности не учитывает различий между участниками сети. Если элементы сети резко отличаются своими характеристиками, то вместо 1 и 0 в матрицу следует внести соответствующие веса этих элементов. При умножении матриц первая же единица появившаяся в пункте получателя дает наиболее короткий маршрут доставки. Эта информация, полученная математическим путем может использоваться при предварительных выборах маршрута. При окончательном выборе следует учитывать нагрузку в узлах сети, длины формируемых очередей и т.д. Нагрузка в сети или ее элементов получила название “трафик”. При выборе маршрутов можно использовать различные методы маршрутизации.
Маршрутизация:
Простая:
- случайная
- лавинная
- по предыдущему опыту
Фиксированная:
- однопутевая
- многопутевая
Адаптивной:
- локальная
- распределенная
- централизованная
- адаптивная
Маршрутизация:
1. Простая.
Предполагает, что маршруты не меняются, если меняются топология и состояние элементов сети.
1.1. Случайная.
Предполагает, что вероятность выбора маршрута заранее определена.
Например:
AC=0,7 (70%), AB=0,3 (30%). При этой маршрутизации пакет блуждает по сети с конечной вероятностью достигает адресата.
1.2. Лавинная маршрутизация.
Предполагает, что из пункта трансляции передача идет по всем направлениям одновременно и параллельно, исключая то направление, из которого получили пакет. Обеспечивает лишнее время доставки пакетов за счет ухудшения пропускных способностей каналов. Эта маршрутизация находит применение в системах специального назначения для передачи особо важной информации.
1.3. Маршрутизация по предыдущему опыту.
Выбор маршрута выбирается на основе анализа потоков проходящих через узлы. При этом в заголовке сообщений кроме адресов отправителей и получателей включаются адреса промежуточных пунктов. Такая дисциплина обслуживания пакетов оправдана во многих случаях. Однако она плохо работает если отдельные участи повреждены, либо перегружены.
2. Фиксированная маршрутизация.
Обычно выбирает кратчайший маршрут следования по матрице смежности или по таблице маршрута. Обычно фиксированная маршрутизация дает одну путевую схему. Как правило одна путевая схема должна содержать и дублирующие схемы, что приводит к многопутевой маршрутизации. Фиксированная маршрутизация в основном применяется для сетей с малой загрузкой при сбалансированных потоках данных.
3. Адаптивная маршрутизация.
Предполагает изменение маршрута в зависимости от состояния сети. В идеале должна учитывать:
1. Полную топологию сети
2. Информацию о состоянии сети
3. Длинных очередей пакетов по каждому направлению сети
Поэтому на практике адаптивная маршрутизация проводится не по полной информации, а по частичной. Состояние узлов сети учитывается только для соседей. Опрос соседей позволяет выявить узел с минимальной очередью. Очень часто локальная маршрутизация смыкается с фиксированной.
3.2. Распределенная адаптивная маршрутизация.
Во многом похожа на предыдущую только оценивается не длина очереди, а наименьшее время передачи. Обычно время доставки оценивается по топологии сети, а среднее время задержки по элементу сети определяется как характеристика участка.
3.3. Централизованная адаптивная маршрутизация.
Предполагает, что один из серверов сети отслеживает состояние всех узлов сети и на основе собранной информации прокладывается оптимальный маршрут исследования, но практически невозможно, поскольку информация о сети быстро стареет и кроме того управление сетью может быть потеряно при отказе центра маршрутизации.
3.4. Гибридная (адаптивная) маршрутизация.
Компенсирует недостатки локальной и централизованной маршрутизации. Основывается на использовании различных таблиц периодически рассылаемых центром маршрутизации, учитывающих загрузку в зависимости от времени, сроков регламента и т.д.
6. Защита информации в сетях ЭВМ.
При передаче данных в сети следует учитывать, что могут быть потери данных и искажение данных. Появляются проблемы с обеспечением надежности функционирования сети и проблемы обеспечения достоверности данных. Кроме этих задач решаемых в сети должна быть решена защита данных от разрушения и несанкционированного использования.
Для защиты информации в сети используются различные методы:
1. Контрольное суммирование. Контрольное суммирование позволяет установить факт искажения информации, но не указывает фрагмента искажения данных.
2. Использование кодов.
Коды “чет-нечет” предполагают снабжение фрагментов информации контрольными разрядами. При передаче байта вводится 9-й разряд, который дополняет число передаваемых единиц байта до нечета. Дополнение до чета или нечета равносильно с точки зрения теории по использованию дополнения до нечета. Это позволяет отличить обрыв лишь от передачи нулевой информации.
Контроль этого типа позволяет обнаруживать все нечетные ошибки. Контроль этого типа может использоваться и для исправления ошибок, однако нужно сделать несколько замен.
1. Коды исправляющие ошибки предусматривают обнаружение факта ошибки.
2. Гипотезы о предполагаемых ошибках в сети должны соответствовать случайному характеру возникающих ошибок. В противном случае исправление ошибок противопоказано. Искаженную информацию можно сделать правдоподобной, но неверной, т.е. внести еще дополнительные искажения.
Коды:
а) контрольное суммирование
б) чет/нечет
в) код Хемминга
1) принцип построения
2) пример кодирования
Все помехи исправляющие коды включают в свой состав средства обнаружения ошибок и средства последующего их исправления.
Код Хемминга
строится в предположении, что коды передаваемых объектов должны быть разнесены на несколько состояний. Силы кода Хемминга определяются кодовым состоянием:
Кодовое расстояние позволяет обнаруживать одиночные двойные ошибки, а исправлять только одиночные. Идея исправления заключается в следующем: если при передаче символа А произошла ошибка, то мы попадаем в запрещенные ситуации а1, а2, из которых потом нетрудно вернуться в состояние А.
Если в системе произошла двойная ошибка, то мы попадаем в состояние Z, находящееся на ровном расстоянии A и B. Попытка исправить состояние Z может привести к получению правдоподобной, но неверной комбинации. Код Хемминга становится эффективным при передаче довольно длинных информационных последовательностей. В этом случае количество контрольных избыточных символов отнесенной к количеству информационных символов становится незначительным.
Контрольные разряды в коде Хемминга занимают номера, равные степени двойки.
Приемник информации, получив данные подставляет значения битов приведенные уравнения и получает правильность в приведении контрольных разрядов. Если искажений нет, то значение К1, К2, К3 принимают значение = 0. В противном случае эти значения могут быть 1 и 0. Значение символов К1, К2 и К3 называется синдромом. Код синдрома указывает на место искаженного сигнала.
Проверим:
Код синдрома указывает на номер пораженного разряда. Код Хемминга нашел широкое применение как при передаче информации по каналам связи, так и при передаче данных внутри машины. Этим кодом обычно кодируется информация, хранящаяся на магнитных лентах и в ОЗУ. Поскольку выборка информации из магнитных лент и из ОЗУ осуществляется параллельным кодом, то разрядные шины, независимы друг от друга, а значит вероятность одиночной ошибки во много раз больше вероятности двойной ошибки, а тем более во много раз больше вероятности тройной ошибки и т.д. А раз так, то применение кода Хемминга в этих случаях становится оправданным.
1. Отличительные особенности построения ЛВС.
Все вычислительные сети делятся на глобальные и локальные, в которых компьютеры находятся в непосредственной близости друг от друга, в пределах одного здания. В локальной сети все компьютеры подключены к одному каналу передачи данных и не используют специфической аппаратуры типа модуляторов или модемов. Построение локальной сети определяется интересами фирмы. Общим является следующее:
Любая фирма имеет некоторое количество компьютеров. По мере развития фирмы появляется необходимость в их взаимосвязи. Локальная сеть обеспечивает:
1. Разделение дорогостоящих ресурсов (использование дорогих лазерных принтеров, графопостроителей (плоттеров), видеопроекторов и т.д.).
2. Разделение данных. В разных фирмах создаются всевозможные информационные массивы: каталоги, базы данных и т.д. Все компьютеры могут обращаться к общим информационным ресурсам.
3. Разделение программных средств. Различные отделы фирмы могут пользоваться различными ППП. Любой компьютер фирмы может использовать любой из этих пакетов.
4. Разделение ресурсов процессоров. Для выполнения сложных расчетов целесообразно привлекать наиболее мощные компьютеры, которые будут обслуживать пользователей в многопрограммном режиме.
5. Использование многопользовательских режимов. Одни отделы могут записывать данные в БД, а другие использовать их одновременно).
6. Использование электронной почты для улучшения документооборота.
В локальных сетях отражены не все уровни открытых систем, основу ЛВС составляют протоколы нижних трех уровней:
- управление физическим каналом
- управление информационным каналом
- управление доступом к каналу
Поскольку в ЛВС имеется единственный канал передачи данных, то сетевой уровень представлен достаточно слабо. Работа ЛВС основана на рекомендации X25 ISO. В настоящее время любая ЛВС дополняется различным современными прогами.
ЛВС различаются по типам:
а) одноранговые ЛВС
б) ЛВС на основе сервера
В одноранговых сетях все компьютеры равноправны. Они имеют клиентское и диспетчерское ПО. Клиентское - для пользователей, а ...
Сети на основе серверов имеют централизованное управление ресурсами, которое осуществляет сервер - наиболее мощный компьютер сети. Обычно в локальной сети все компьютеры называются рабочими станциями. Во многих фирмах рабочие станции являются бездисковыми. По мнению руководства этот вариант обеспечивает наилучшую защиту информации и наиболее эффективную защиту оборудования.
По своему назначению серверы могут быть различных типов:
1. Файловый сервер. Выдает файлы или проги для работы клиентов.
2. Режим клиент-сервер. Сервер выполняет проги в интересах каких-либо клиентов.
3. Сервер приложений. Все работы выполняются сервером, а пользователь имеет дело только с исходными данными и с результатом обработки.
4. Почтовый сервер, предназначенный для передачи информации.
Файловый сервер появился исторически первым. Предназначается для обеспечения клиентов определенными прогами и файлами. По запросам пользователей файловый сервер предоставляет копии определенных программных компонентов. Поэтому сервер должен иметь мощные хранилища для этих всех требуемых прог. Работа файлового сервера во многом соответствует централизованной диспетчеризации.
Архитектура клиент-сервер. Дальнейшее развитие информационных технологий привело к появлению архитектуры клиент-сервер, которая в наибольшей степени соответствует определенной обработке. Как правило, такой обработки требуют мощные БД. По запросам пользователей сервер не может дать клиенту копию всей БД. Как правило пользователю требуется только фрагмент БД, а не вся БД. Кроме того, параллельная обработка запросов пользователя может привести к конфликтам. Для предотвращения вынужденных простоев, сервер должен быть более интеллектуален, чем файловый и должен разделять услуги на клиентские и серверные части. Большую часть работ сервер выполняет самостоятельно, а пользователю предоставляет результаты выполнения.
Данная архитектура является весьма распространенной, особенно в корпоративных сетях (Intranet WAN - расширенные сети).
Эта архитектура все время развивается, причем развитие идет в 2-х направлениях:
1. Усиление мощи сервера с одновременным ослаблением требований клиента.
Это направление поддерживается большим количеством фирм. Эта часть фирм считает, что развитие сетевых технологий не требует оснащения клиентов дорогостоящими компьютерами, в крайнем случае сетевыми компьютерами. Большинству пользователей достаточно иметь сетевой компьютер, а именно: экран или TV, клавиатуру и телефон. Считается, что через 10 лет вся бытовая электроника будет в одном приборе.
2. Развитие концепции клиент-сеть,
при которой каждый сервер остается машиной среднего класса. Однако каждый сервер может давать клиентам проги и т.д. (брать их не только с собственного, но и с соседних серверов). В этом случае сервер становится сервером приложений, когда любой вид услуг обеспечивается сервером сети, воспринимаемых пользователем как единое целое.
4. Почтовый сервер.
Он предназначен для организации электронной почты “E-mail”. Опыт использования E-mail показывает, что он во много раз эффективнее обычной почты:
1) Удобство подготовки корреспонденции
2) Увеличиваются скорости доставки информации
Почтовые серверы имеют систему почтовых ящиков. Наиболее мощные почтовые серверы получили название факс-серверы. Факсимильные сообщения содержат графические элементы (подпись, печать, графику и т.д.). Объемы этих сообщений во много раз превосходят объемы текстовых сообщений.
5. Коммуникационный сервер.
Обеспечивает вспомогательные функции связи. Его назначение - прокладывать оптимальные маршруты для доставки корреспонденции. Для этого сервер использует таблицы: контроль, состояние узлов сети.
Технические средства.
Локальные сети имеют единый канал доставки информации, к которому подключены все компьютеры. Поэтому протоколы 3 и 4 уровня сетевого транспорта представлены достаточно слабо. Это в значительной степени упрощает и аппаратуру с помощью которой...
В качестве технических средств используют следующие:
1) Сетевые адаптеры, согласующие скорость работы общей шины компьютера со скорость работы моноканала.
2) Кабельные соединения.
3) Вспомогательные сетевые и периферийные устройства.
Сетевые периферийные устройства.
В сети могут быть специальные приборы:
- усилитель-формирователь
- концентраторы-устройства, объединяющие несколько низкоскоростных каналов связи на один среднескоростной канал связи.
Организация построения моноканала:
а) магистральный канал Существует стандарт построения таких сетей Ethernet.
б) кольцевая структура
Ethernet и Token Ring являются наиболее распространенными. Отличительной особенностью этих структур является следующее:
В сети Ethernet каждый компьютер посылающий сообщение дожидается паузы и начинает передачу. Все остальные компьютеры “прослушивают сеть”.
В кольцевой структуре периодически (10000раз/сек) посылается маркер, и если после маркера идет пауза, каждый соседний читает маркер и далее после маркера читает сообщение. Компьютер которому адресовано сообщение снимет копию и в конце поставит: “сообщение принято”. Т.е. за счет усложнения процедуры передачи повышается надежность доставки.
КАБЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
1. Витая пара
2. Коаксиальный кабель TV (тонкий и толстый)
3. Оптоволоконный кабель
Технические характеристики этих соединений:
1. Витая пара - 1Мбит/сек
2. Коаксиальный кабель 15 Мбит/сек
3. Оптоволоконный кабель 400Мбит/сек
Витая пара позволяет соединять не более 7 компьютеров. Макс. длина 100м.
Коаксиальный кабель
- тонкий до 30 компьютеров
- толстый до 100 компьютеров
Оптоволоконный кабель макс. длина 50 км., через 2 км. должен стоять усилитель - формирователь.
Для организации моноканала используются двухпроводные линии связи.
1. Двухпроводные позволяют передавать:
- симплексный (2-х проводной) только в одном направлении
- полудуплексные разделение шины во времени (в одно время передача, а в другое время - прием)
2. Четырехпроводные
- дуплексный - одновременно передача и прием сообщения
Передача информации:
Особенности построения ОС.
ОПР определяются:
1. Задачами, решаемыми фирмами
2. Спецификой аппаратуры и видами их соединений
До сих пор ни одна из существующих сетей в полной мере не отвечает стандартам открытой систем. В настоящее время существует более 1,5 десятков сетевых, операционных систем, однако среди лидеров по распространению следует рассматривать следующие типы ОС:
1. Unix
2. Netware (Nowell)
3. Windows 3.11 for workgroups
4. Windows NT для сети с сервером
Современное состояние ОС знаменуется острой конкурентной борьбой фирм-изготовителей сетевых программных продуктов.
Unix
системы имеют более чем 20 летнюю историю развития. Пользователи сети имели слабую аппаратную обеспеченность (клавиатура и дисплей). Unix-подобные системы требовали обеспечения, совместной работы, разноплатформенных ЭВМ, совершенно несовместимых программных продуктов и работа со многими форматами данных. Обычно 64 и более разрядов. Спецификация Unix-систем в настоящее время является для построения любых сетевых систем. С появлением персональных компьютеров и появлением вычислительных средств у клиентов многие положения Unix-систем претерпели дальнейшее развитие.
2. Сетевая система
Netware
.
Имеет более чем 10-летнюю историю развития. В настоящее время более 70% пользователей используют эту систему. Она отличается хорошей масштабируемостью, т.е. хорошей наращиваемостью, надежностью, наличием систем защиты. Позволяет управлять большим количеством приложений на разнотипной технике. Система может обслуживать большое количество компьютеров.
Появилось большое количество фирм-изготовителей ПО.
Примерно 5 лет назад включилась Microsoft Windows 3.11 для локальной сети, а 2 года назад началась разработка Windows NT. Она контролирует 30% рынка. На рубеже этого года количество поставок сравнялось. Для каждого ПК есть ДОС, который автоматизирует его работу. ОС сети.
В настоящее время борьба ОС идет по многим направлениям. Многие малые фирмы-изготовители стремятся избавиться от монополий за счет пересмотра основных сетевых позиций. Развитие сетевых технологий ослабляет требования к аппаратному оснащению клиента. С появление языка “Java” возможно отпадет надобность в сложных ОС.
Любая ОС сети должна иметь свои компоненты:
1. Низкоуровневые. ПО отвечает за связь. Работа с различными драйверами. Драйверы - вспомогательные проги, управляющие техническими средствами.
2. Функции рабочей станции (позволяют сформировать запрос-сообщение).
3. Функции администратора сети.
а) API - протокол последовательного интерфейса
б) система адресации и связи - DNS
Пользователями ОС выступают 3 группы специалистов:
1. Разовые пользователи “guest”, с ограниченными правами управления сети.
2. Сетевые операторы - технические консультанты, пользующиеся расширенными правами пользователя.
3. Сетевые администраторы (наблюдатели).
Функции:
1) Управление организацией
2) Контроль прав доступа данных
3) Управление счетами
4) Управление системами имен и адресации
5) Управление производительностью
6) Восстановление системы после решения и сбоев
IPX отвечает за организацию связи между компонентами сети, а второй компонент NETX - разграничивает команды работы ПК и команды связи.
При этом сетевые команды очень похожи на внутренние и внешние команды ДОС.
slist - команда позволяет пользователю принять информацию о сервере, который имеет доступ к пользователю
userlist - информация о клиентах
1. Перспективы развития ЭВМ.
В 1986 году Япония объявила о проекте создания машин 5 поколения. Осуществление этого проекта должно было к 1995 году позволить Японии занять лидирующее место в производстве вычислительной техники.
1 идея проекта: машины 5 поколения должны были иметь встроенный искусственный интеллект.
2 идея: Япония будет выпускать самые быстродействующие машины, примерно на 1-2 порядка быстрее американских и на 1-2 порядка дешевле.
В настоящее время машин серийных образцов искусственного интеллекта не выпускается, однако идет обработка основных направлений. Ведущие направления Японии и Америки вступают в организацию этого проекта. Сформированы основные концепции или требования, которым должны отвечать структуры машин следующих направлений. Структура должна быть трехуровневой:
Все элементы подобной структуры в настоящее время имеют прототипы, особенно 2-й уровень. По сути дела все современные машины позволяют решать различные логические и вычислительные задачи. Уровни 1 и 3 организуются фрагментарно.
Машины могут создавать хранилища.
Операции по преобразованию информации 1 и 3 уровня неадекватны, не соответствуют программному принципу управления классической структуры ЭВМ. Например БД, имеющие миллионы и миллиарды записей работают слишком медленно и неэффективно. Поэтому в настоящее время машина подобной структуры не нашла еще реализации. Большие хранилища данных в пределе должны перейти в базы знаний. Граница между данными и знаниями достаточно размыта.
База знаний
- БД дополненная правилами логического вывода, а набор правил логического вывода может иметь следующую ступень, что на основе одного правила появляется другое. Для построения эффективной базы знаний нужны качественно новые вычислительные машины, имеющие высокий параллелизм.