Основные понятия и определения. Принципы построения, принципы и средства вычислительных систем

Принципы построения, принципы и средства вычислительных систем.

Общие замечания

Преподаватель: Алешин Вячеслав Алексеевич, доцент кафедры ИУ-8, [email protected], 89031431471

План курса:

1. Экзамен;

2. Курсовой проект (РПЗ + Демоверсия);

3. Реферат.

Требования к РПЗ:

1. Титульный лист;

2. Оглавление;

3. Список сокращений;

4. Исследовательская часть;

a. Задачи: исследовать проблемную область, выяснить достоинства и недостатки существующих решений в данной предметной области, охарактеризовать задачи, которые необходимо решить, чтобы улучшить решения, сделать выводы;

5. Конструкторская часть;

a. Задачи: здесь, в соответствии с выводами исследовательской части, необходимо представить технические решения, т.е. как надо сделать алгоритмы, состав программных средств, подсистем и прочее;

6. Технологическая часть;

a. Задачи: показать сделанную работу, описать разработанное программное средство в соответствии с ГОСТ, обозначить состав программного средства, представить руководство по установке, оператора и т.д.;

7. Заключение;

a. Задачи: описать, что сделано в ходе проекта;

8. Приложение;

a. Состав: Рисунки и три-четыре листинга.

Цель: начать подготовку к разработке дипломного проекта, т.е. не сделать «на коленях». Демоверсия может быть разработана и отлажена в классе, но любая отладка на двух-трех ноутбуках.

· Шрифты: 14 Times New Roman. Интервалы: 1.2, 2.5, 1.5.

· Рис. 1.2. Название.

· Табл. 1.

Содержание курса:

1. Принципы построения вычислительных систем;

2. Вычислительные сети;

· Подходы по организации взаимодействия в сетях;

· Способы реализации физического уровня взаимодействия;

· Способы реализации канального уровня;

· Организация взаимодействия на сетевом уровне;

· Организация взаимодействия на транспортном уровне;

· Прикладной уровень;

3. Вычислительные комплексы (системы);

· Классы;

· Многомашинные комплексы;

· Суперкомпьютеры.

Литература:

1. Таненбаум. Компьютерные сети.2006;

2. Столлинс. Передача данных, 2004;

3. Олифер В. и Н.Олифер. Компьютерные сети. 2006;

4. Таненбаум. Современные ОС. 2004;

5. Хорошевский В.Г. Архитектура вычислительных систем, 2008.

Вычислительный комплекс (ВК) – взаимосвязанная совокупность вычислительных средств, объединенная средствами связи. ВК, как правило, класс. на многомашинные комплексы.

Многомашинный комплекс (ММК) – связанные компьютеры, у которых нет общей физической памяти, у каждого компьютера имеется своя ОП, своя ОС, каждые является законченной ЭВМ. Распределение задач осуществляется по алгоритмам. Многомашинные комплексы называют кластерам или мультикомпьютерами.

Многопроцессорные системы (МПС) – компьютерная система, в которой 2 или более центральных процессоров имеют общую ОП, при этом каждый процессор может адресоваться ко всей ОП.

Идея построения ММК/МПК комплексов является следующим улучшением производительности и надежности ВС. В настоящее время переключение электронных схем происходит за нс, что соизмеримо со скоростью света. Дальнейшие улучшение – за счет распараллеливания вычислений. На уровне ОС – переход с одного состояния процессора в другое в случае ожидания операций ВВ. На уровне переключения программ – распределение задачи по процессорам в целях получения общего результата быстрее.

Многомашинные системы (ММС):

Для многомашинных систем единственный недостаток – связь многих ЭВМ под управлением разных ОС => больше системных расходов.

Вычислительная сеть – состоит из отдельных рабочих станций, каждая из которых управляется собственной ОС. Общая ОС, распределение задач в сети отсутствуют. Взаимодействие между узлами осуществляется по набору правил:

Интерфейс – набор физических и логических линий связи, по которым осуществляется обмен информацией.

Протокол – правила обмена информацией между ЭВМ ВК(вычислительный комплекс).

В связи с тем, что электронные сигналы проходят по различным средам по-разному, импульсы сигналов передаются на большие расстояния, следовательно, возможно затухание.

Кодирование – представление дискретных данных (1 и 0) в физических линиях связи.

Существуют различные способы кодирования:

1. Модуляция: биты 1 и 0 представляют собой синусоидальные сигналы различной частоты, но которые хорошо передаются по имеющейся линии связи

2. Потенциальный 1 – один уровень напряжения в линии, 0 – другой уровень напряжения. Используется в коротких линиях связи.

3. Импульсный: 1 – есть импульс, 0 – нет импульса.

Как правило, в глобальных сетях используют так называемый канал ТЧ (тональной частоты) с полосой пропускания 0,3 – 0,4 КГц. Передача дискретных сигналов по каналам ТЧ затруднена, так как спектр дискретного сигнала значительно шире полосы пропускания канала ТЧ, дискретные импульсы будут искажены по фронтам и амплитуде.

Синхронизация – вследствие помех в линиях связи между компьютерами должен быть проведен первоначальный обмен синхропосылками, чтобы, получив их, каждый компьютер настроился на прием-передачу данных (засинхронизировались).

Аппаратура передачи данных (АПД), сетеобразующая аппаратура – осуществляет непосредственно обмен сигналами по физической линии. Например, сетевые адаптеры ЛВС, модемы ГВС.

Лекция 2

Передающая среда – физическая линия, в которую передает сигналы АПД. Например: Эфир, кабель, оптоволокно.

Абонентская линия – линия связи, как правило, соединяющая рабочие станции пользователя с компьютерным оборудованием телефонной станции.

Коммутационная линия – линия связи, соединяющая комплексы телефонной связи.

В общем случае телефонные сети связаны первичной сетью (магистральной) и вторичной сетью (абонентская линия).

Канал связи – полоса частот, в которой передается голос или данные. В общем случае линии связи могут соединять несколько каналов связи.

Топология сети – способ организации физических связей между ЭВМ. Топология сети может быть представлена графом. Компьютеры сети называются узлами или станциями. Различают физические связи между уздами сети и логические связи. Физические и логические связи могут не совпадать. Логическая связь – маршрут передачи данных между ЭВМ.

Наиболее известные топологии: структурная, ячеистая, общая шина, кольцо, смешанная.

Адресация – способы идентификации компьютеров в сети.

Наиболее распространенными являются следующие схемы:

1. Аппаратные адреса – предназначены для сети с небольшим количеством узлов (MAC в ЛВС). MAC встраивается заводом изготовителем и уникален. Недостаток: при замене адаптера на новый заменяется и его адрес надо перенастраивать сеть;

2. Символьные (имена) – используются для удобства пользователей.Например, имя компьютера;

3. Числовые составные адреса – передавать длинные символические имена хостов не выгодно, поэтому используются числовые значения (номер хоста - номер подсети – номер сети).

Могут использоваться все 3 схемы адресации, для этого в сетях используется специальная служба имен, которая по символьному имени определяет его числовое значение и передает для поиска узла. Возможно, сам узел транслирует символический адрес в числовой и передает всем компьютерам сети с просьбой ответить, нужный компьютер отвечает и может быть установлено соединение. Недостатки: если сервер вышел из строя, вся сеть остановилась, обычно соответствие символических адресов в числовые задается таблицей, изменив информацию в этой таблице можно перенаправлять потоки информации.

Трафик – процесс передачи информации в передающей среде.

Интенсивный трафик – сильная загрузка линии.

Опр. Повторитель (repeater) – используется в ЛВС для увеличения длины физических линий сети. Для борьбы с затуханием сигнала на больших удалениях.

Опр. Концентратор (hub) - повторитель, который соединяет несколько сегментов сети. Повторяет сигналы входного порта на выходных портах, используется для физической структуризации сети.

В корпоративной сети, как правило, сеть состоит из множества подсетей, при этом наибольший трафик (около 80%) внутри подсети, то есть имеется неоднородность информационных потоков. Если сеть рассматривать в качестве единой разделяемой среды, то получиться, что при связи внутри отдела между компьютерами все остальные будут ожидать окончания обмена. Для оптимизации трафика используются концентраторы. Решение проблемы – отказ от единой среды. Единая среда обеспечивается только в рамках отдела.

Мост – разделяет среду на логические части, передавая информацию из одного сегмента в другой только в том случае, если такая передача необходима, то есть если адрес получателя находится в другой подсети, тем самым мост на логическом уровне изолирует трафик одной подсети от другой. Недостатки: мосты, как правило, используют для управления трафиком аппаратные адреса компьютеров, что затрудняет распознавание принадлежности компьютера к сегменту, так как сам адрес компьютера не несет сетевой информации. В ходе работы мост может обучаться, то есть запоминает адреса компьютеров, которые работают по его определенному порту и в дальнейшем передает кадры в этот порт, в этом случае сеть не должна иметь петлей, то есть адрес одного и того же компьютера должен приходить всегда на один порт моста.

Коммутатор (switch) – является коммуникационным процессором, в каждом порте установлен процессор, который обрабатывает трафик по алгоритму моста независимо от процессоров других портов. В обычном мосте один процессор. Коммутатор обрабатывает кадры в портах в параллельном режиме.

Маршрутизатор – образует логические сегменты сети посредством явной адресации, используя составные числовые адреса. В адресах имеется поле номера сети, таким образом все компьютеры, имеющие одинаковые адреса принадлежат к одному логическому сегменту – подсети (subnet). Кроме того, маршрутизаторы могут выбирать наиболее рациональные маршруты передачи данных получателю из нескольких возможных.

Шлюз (gateway) – служит для объединения подсетей с системным и прикладным программным обеспечением различных фирм производителей (в гетерогенных сетях).

Сетевой сервис – основные функции (возможности), предоставляемые сетью. Доступ к выполнению функций служб из приложений (прикладного программного обеспечения) осуществляется по API – системным вызовам.

Дата добавления: 2015-01-03