Шпаргалка по "Вычислительным системам, сетям и телекоммуникациям"

Предусмотрена защита по многоуровневому принципу операционной системы и прикладных задач. Реализуется мультипрограммность.

Protected Mode 86 (VM 8б) – режим виртуальной адресации 86 - устанавливает исполнительную среду I86 внутри защищенной многозадачной среды PM. При этом поддерживается исполнение всех программ, написанных для предыдущих поколений. Первоначально в рамках VM 86 оборудование формирует 20-разрядный линейный адрес по системе, аналогичной RM. Однако, благодаря включению механизма страничной адресации и системе двухуровневой защиты, линейный адрес шириной в 1 Мбайт может быть разбит на 256 страниц по 4 Кбайт каждая, и размещен в физическом адресном пространстве до 4 Гбайт. В этом объеме физической памяти можно в окнах по 1 Мбайт расположить множество копий MS DOS или других операционных систем и их программ, представляющих отдельные виртуальные машины, работающие в мультизадачном режиме.

Page Protected Mode – режим страничной адресации.

Это альтернативный режим управления памятью, позволяющий  разделить крупные массивы информации на более компактные блоки размером по 4 Кбайт. Аппаратно для реализации режима в CPU I386 дополнительно включается страничный механизм, транслирующий линейный адрес в физический. 

Программное обеспечение ЭВМ – совокупность программ обработки данных и необходимых  для их эксплуатации документов. Программное обеспечение (ПО) ЭВМ разделяют на общее, или системное (general Software), и специальное, или прикладное (application or spesial Software. 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. п. Специальное ПО (СПО) содержит пакеты прикладных программ (ППП), обеспечивающие специфическое применение ЭВС и ВС. Прикладной программой называется программный продукт, предназначенный для решения конкретной задачи пользователя.

Общее ПО включает в  свой состав: •операционную систему (ОС); •систему автоматизации программирования (САП); •комплекс программ технического обслуживания (КПТО); •пакеты программ, дополняющие возможности ОС (ППос); •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.

ПО современных ЭВМ и ВС строится по иерархическому модульному принципу. Это дает 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.

Нижний уровень  образуют программы ОС, которые играют роль посредника между техническими средствами системы и пользователем. Важной частью ПО является система документации. СД предназначается для изучения программных средств подсистем ПО, она определяет порядок их использования, устанавливает требования и правила разработки новых программных компонентов и особенности их включения в состав ОПМО или СПО. 

7.

В  многопроцессорных (мультипроцессорных) компьютерах имеется  несколько процессоров, каждый из которых  может относительно независимо от остальных  выполнять свою программу. В мультипроцессоре существует общая для всех процессоров  операционная система, которая оперативно распределяет вычислительную нагрузку между процессорами. Взаимодействие между отдельными процессорами организуется через общую оперативную память.

Сам по себе процессорный блок не является законченным компьютером и поэтому не может выполнять программы без остальных блоков мультипроцессорного компьютера – памяти и периферийных устройств. Все периферийные устройства являются для всех процессоров мультипроцессорной системы общими. Мультипроцессору не свойственна территориальная распределенность – все его блоки располагаются в одном или нескольких близко расположенных конструктивах, как у обычного компьютера.

Основное  достоинство мультипроцессора – его высокая производительность, которая достигается за счет параллельной работы нескольких процессоров. Так как при наличии общей памяти взаимодействие процессоров происходит очень быстро, мультипроцессоры могут эффективно выполнять даже приложения с высокой степенью связи по данным.

 

 

Многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы

 

Еще одним  важным свойством мультипроцессорных систем является отказоустойчивость, то есть способность к продолжению  работы при отказах некоторых  элементов, например процессоров или  блоков памяти. При этом производительность, естественно, снижается, но не до нуля, как в обычных системах, в которых  отсутствует избыточность. Однако для  того, чтобы мультипроцессор мог  про должать работу после отказа одного из процессоров, необходимо специальное программное обеспечение поддержки отказоустойчивости, которое может быть частью операционной системы или же представлять собой дополнительные служебные программы. Кластер (многомашинная система) – это вычислительный комплекс, состоящий из нескольких компьютеров (каждый из которых работает под управлением собственной операционной системы), а  также программных и аппаратных средств связи компьютеров, которые обеспечивают работу всех компьютеров комплекса как единое целое.

В  отличие  от мультипроцессора, в котором избыточность реализована на уровне процессорных блоков, кластер состоит из не скольких законченных, способных работать автономно, как правило, стандартных компьютеров, каждый из которых имеет обычную  структуру, один или несколько процессорных блоков, оперативную память и периферийные устройства. Однако благодаря специальному программному и аппаратному обеспечению межкомпьютерных связей для пользователя кластер выглядит как единый компьютер. При этом каждый компьютер (называемый также узлом кластера) может быть как однопроцессорным, так и мультипроцессорным – на организацию кластера это влияния не оказывает. Кластеры применяют для повышения надежности и производительности вычислительной системы. Надежность повышается за счет того, что при отказе одного из узлов кластера вычислительная нагрузка (или часть ее) переносится на другой узел. Для выполнения этой операции в кластере используются два типа связей между узла ми: межпроцессорные связи и связи за счет разделяемых дисков. Межпроцессорные связи используются узлами для обмена служебной информацией.

Синхронизация работы нескольких задач или их ветвей, а также синхронизация вырабатываемых ими данных осуществляется как за счет межпроцессорных, так и за счет разделяемой дисковой памяти.

Менее тесные и менее скоростные связи между  узлами кластера по сравнению со связями  процессоров в мультипроцессоре диктуют область применения кластеров  – это задачи, достаточно независимые  по данным. 

8.

Универсальной структуры вычислительной системы, одинаково хорошо обрабатывающей задачи любого типа, не существует, но можно  выделить четыре основных архитектурных  признака вычислительной системы

1.  Одиночный роток команд – одиночный поток данных (ОКОД) – Single Instruction Single Data (SISD) – одиночный поток инст рукций – одиночный поток данных.

ОКОД-структуры реализуют два уровня программного паралелизма: операторы и команды; фазы отдельных команд. Дан ный тип архитектуры объединяет любые системы в однопроцессорном (одномашинном) варианте.

2.  Одиночный поток команд – множественный поток данных (ОКМД) – Single Instruction Multiple Data (SIMD) – одиночный поток инструкций – множественный поток данных. ОКМД математических операций), операторы и команды, фазы от дельных команд программного параллелизма, используя матричные или векторные структуры обработки. В них эффектно решаются задачи матричного исчисления, задачи решения систем алгебраических и дифференциальных уравнений, задачи теории поля, задачи аэродинамики, геодезические задачи, но эти структуры являются дорогостоящими по стоимости и  эксплуатации.

 

3.  Множественный поток команд – одиночный поток данных. МКОД процессорного конвейера, в котором результаты обработки данных передаются от одного процессора к другому по цепочке. Выгоды такой обработки заключены в конвейерной схеме совмещения операций, где параллельно работают различные функциональные блоки, каждый из которых делает свою часть в цикле обработки команд.

4.  Множественный поток команд – множественный поток данных. МКМД работают по своим программам с собственным потоком команд. В простейшем случае они могут быть автономны и независимы. Такая схема использования ВС часто применяется на многих крупных вычислительных центрах для увеличения пропускной способности.

     Под программным обеспечением ВС понимается комплекс программных средств, предназначенный для подготовки и решения задач пользователя. Процесс создания программ для ВС можно представить

как последовательность следующих этапов (действий):

•формулировка проблемы и математическая постановка задачи; •выбор метода и разработка алгоритма решения;

•программирование (запись алгоритма) с использованием не которого алгоритмического языка;

•планирование и организация вычислительного процесса – порядка и последовательности использования ресурсов ЭВМ и ВС; •формирование «машинной программы», то есть программы, которую непосредственно будет выполнять ЭВМ;

•собственно решение задачи – выполнение вычислений по готовой программе.

В  состав программного обеспечения входят общесистемные  и специальные программные продукты, а также техническая документация.

К  общесистемному программному обеспечению относятся комплексы программ, ориентированных на пользователей и предназначенных для решения типовых задач обработки информации. Специальное программное обеспечение представляет собой совокупность программ, разработанных при создании конкретной информационной системы. В его состав входят пакеты прикладных программ (ППП), реализующие разработанные модели разной степени адекватности, отражающие функционирование реального объекта.

В  настоящее  время в зависимости от возлагаемых  на них задач различают следующие  виды программ ВС:

•системные, входящие в состав ОС;

•управляющие, предназначенные для управления работой систем либо их частей;

•прикладные программы, призванные выполнять задания  пользователей;

•восстановления, обеспечивающие запуск систем после  отказов или ошибок;

•ввода-вывода, осуществляющих ввод-вывод данных в/из компьютера;

•передачи данных;

•диагностические, которые распознают и локализуют неисправности либо ошибки в работе;

•связи  со специалистами – операторами, предназначенные для приема и  выполнения их команд и других действий. 

9.

Классификация Вычислительных Сетей

1. По степени  территориальной рассредоточенности: -Крупномасштабные (глобальные) ГВС(GAN) охватывают территорию одной или нескольких стран с расстояниями между звеньями 10000 км. - Широкомасштабные (WAN) охватывает несколько регионов или в масштабах государства. Коммерческая инфо сеть. - Региональные РВС(MAN) в пределах определенного региона. Объединение нескольких сетей в одной организации. Корпоративная сеть.

-Локальные  сети ЛВС(LAN) охватывают территорию 1-10 км.

2. По функциональному назначению

- Информационные  с большим количеством абонентских пунктов связанных с ВЦ.

- Вычислительные  – имеют большие выч средства, банки данных и знаний, доступных для usera имеют возможность перераспределения ресурсов между задачами.

- Информационно-вычислительные  – осущ передача данных и решение разного рода спец задач.

3. По способу хранения и доставки инфы

- С централизованным  банком данных, расположенным в главном ВЦ сети. - С локальным банком данных БД формируется по желанию абонентов и располагаются в ВЦ ближайшем к абоненту. - Сети без БД в ВЦ хранятся индивидуальные массивы инфы абонента.

4. По методу  передачи данных 

- с коммутацией  сообщений - с коммутацией пакетов - со смешанной коммутацией

5. По структурным признакам (топологии)

- «Звезда» - основа главный ВЦ. Абонентские  пункты расположены в радиальных направлениях

+ простота структуры и организации управления - высокая зависимость от Ц узла нет свободы выбора маршрутов связи значительная протяженность линий связи ограничение наращиваемости сети кол-вом портов узла коммутации.