Основы вычислительных систем

http://www.infodez.ru/

 

Система обработки данных (СОД) – совокупность технических средств и программного обеспечения, предназначенная для информационного обслуживания пользователей и технических объектов. В состав технических средств входит оборудование для ввода, хранения, преобразования и вывода данных, втом числе ЭВМ, устройства сопряжения ЭВМ с объектами, аппаратура передачи данных, и линии связь.

Программное обеспечение (программные средства) – совокупность программ, реализующих возложенные на систему функции. Функции СОД состоят в выполнении требуемых актов обработки данных: ввода, хранения, преобразования и вывода. Примерами СОД являются вычислительные системы для решения научных, инженерно-технических, планово-экономических и учетно-статистических задач, автоматизированные системы управления предприятиями и отраслями народного хозяйства, системы автоматизированного и автоматического управления технологическим оборудованием и техническими объектами, информационно-измерительные системы и др.

Вычислительные комплексы. Начиная с 60-х годов для повышения надежности и производительности СОД, несколько ЭВМ связывались между собой, образуя многомашинный вычислительный комплекс.

Таким образом, вычислительный комплекс –совокупность технических средств, включающих в себя несколько ЭВМ или процессоров, и общесистемного (базового) программного обеспечении.

Вычислительные системы. СОД, настроенная на решение задач, конкретной области применения, называется вычислительной системой. Вычислительная система включает в себя технические средства и программное обеспечение, ориентированные на решение определенной совокупности задач. Существует два способа ориентации. Во-первых, вычислительная система может строиться на основе ЭВМ или вычислительного комплекса общего применения и ориентация системы обеспечивается за счет программных средств – прикладных программ и, возможно, операционной системы. Во-вторых, ориентация на заданный класс задач может достигаться за счет использования специализированных ЭВМ и вычислительных комплексов. В этом случае удается при умеренных затратах оборудования добиться высокой производительности. Специализированные вычислительные системы наиболее широко используются при решении задач векторной и матричной, алгебры, а также связанных с интегрированием дифференциальных уравнений, обработкой изображений, распознаванием образов и т. д.

Системы телеобработки. Уже первоначальное применение СОД для управления производством, транспортом и материально-техническим снабжением показало, что эффективность систем можно значительно повысить, если обеспечить ввод данных в систему непосредственно с мест их появления и выдачу результатов обработки к местам их использования. Для этого необходимо связать СОД и рабочие места пользователей с помощью каналов связи. Системы, предназначенные для обработки данных, передаваемых по каналам связи, называются системами телеобработки данных.

Иерархия программной структуры вычислительной сети не только разделяет ее функционирование на квазинезависимые уровни, но она позволяет строить “деревья” сопряжения большого числа абонентов с одним физическим каналом.

Вычислительные сети. С ростом масштабов применения электронной вычислительной техники в научных исследованиях, проектно-конструкторских работах, управлении производством и транспортом и прочих областях стала очевидна необходимость объединения СОД, обслуживающих отдельные предприятия и коллективы. Объединение разрозненных СОД обеспечивает доступ к данным и процедурам их обработки для всех пользователей, связанных общей сферой деятельности. Так, экспериментальные данные, полученные группой исследователей, могут использоваться при проектно-конструкторских работах, результаты проектирования – при технологической подготовке производства, результаты испытаний и эксплуатации изделий – для совершенствования конструкций и технологии производства и т. д. Чтобы объединить территориально разрозненные СОД в единый комплекс, необходимо, во-первых, обеспечить возможность обмена данными между СОД, связав соответствующие ЭВМ в вычислительные комплексы каналами передачи данных, и, во-вторых, оснастить системы программными средствами, позволяющими пользователям одной системы обращаться к информационным, программным и техническим ресурсам других систем

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) – совокупность близкорасположенных ЭВМ, которые связаны последовательными интерфейсами и оснащены программными средствами, обеспечивающими информационное взаимодействие между процессами в разных ЭВМ. Типичная структура ЛВС изображена на рис. 1.5. Сопрягаются ЭВМ с помощью моноканала – единого для всех ЭВМ сети канала передачи данных. В моноканале наиболее широко используются скрученная пара проводов, коаксиальный кабель или волоконно-оптическая линия. Длина моноканала не превышает обычно нескольких сотен метров. При этом пропускная способность моноканала составляет 1010–1013 бит/с, что достаточно для обеспечения информационной связи между десятками ЭВМ. ЭВМ сопрягаются с моноканалом с помощью сетевых адаптеров (СА), иначе контроллеров, реализующих операции ввода – вывода данных через моноканал. Наличие в сети единственного канала для обмена данными между ЭВМ существенно упрощает процедуры установления соединений и обмена данными между ЭВМ. Поэтому сетевое программное обеспечение ЭВМ оказывается более простым, чем в вычислительных сетях, содержащих сеть передачи данных, и легко встраивается даже в микро-ЭВМ. Вследствие этого локальные вычислительные сети оказываются эффективным средством построения сложных СОД на основе микро- и мини-ЭВМ.

СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
 

Способы построения и классификация

 

Состав и функционирование

 

Характеристики и параметры

 

Режимы обработки данных

RISC- и CISC-АРХИТЕКТУРА

 

Основные принципы RISC-архитектуры

 

Отличительные черты RISC- и CISC- архитектур

 

Некоторые задачи реализации RISC-процессоров

 

Методы адресации и типы команд

 

Компьютеры со стековой архитектурой

 

Оптимизация системы команд

 

Процессоры с микропрограммным управлением. Горизонтальное микропрограммированиею. Вертикальное микропрограммирование

ОРГАНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ПРЕРЫВАНИЯ
 

Основные определения и характеристики

 

Параметры эффективности системы прерывания

 

Вход в прерывающую программу

 

Приоритетное обслуживание прерываний

 

Организация возврата к прерванной программе

 

Особенности системы прерывания в современных ЭВМ

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ

 

Взаимодействие и управление процессами

 

Синхронизация процессов

 

Процессы последовательные и параллельные

 

Направления повышения эффективности компьютеров

 

Предпосылки создания систем параллельного действия

 

Некоторые модели параллельных программ

 

Формальная модель программ на сетях Петри

ЯЗЫКИ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ
 

Основные подходы к проектированию языков параллельного программирования

 

Примеры языков параллельного программирования

 

Преобразование последовательных программ в последовательно-параллельные

 

Способы организации мультипроцессорных систем

ЦЕЛОСТНОСТЬ, СЖАТИЕ И ЗАЩИТА ДАННЫХ

 

Корректирующие коды

 

Сжатие данных

 

Методы защиты информации

 

Контроль данных

МЕТОДЫ ПЛАНИРОВАНИЯ
 

Понятие мультипрограммирования

 

Распределение задач по процессорам

 

Планирование в мультипрограммных системах

 

Начертательная геометрия и инженерная графика, перспектива