Другие разделы курса Информатика для студентов технических университетов

Основы вычислительных систем

Учебное пособие

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.

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

 

На главную