UDP -- простой, но недостоверный транспортный протокол. Он не имеет управления потоком и, следовательно, механизма защиты от перегрузок. Приемник может быть переполнен входящими сообщениями. В UDP нет механизма защиты от ошибок, кроме контрольной суммы. Это означает, что передатчик не узнает, если сообщение будет потеряно или дублировано. Когда приемник обнаруживает ошибку с помощью контрольной суммы, он удаляет пользовательскую датаграмму без внешних сообщений. Отсутствие управления потоком и контроля ошибок означает, что процесс, использующий UDP, должен сам обеспечивать эти механизмы.

5. Функциональные группы задач управления. Многоуровневое представление задач управления

Системы управления корпоративными сетями существуют не очень давно. Одной из первых систем такого назначения, получившей широкое распространение, был программный продукт SunNet Manager, выпущенный в 1989 году компанией SunSoft. SunNet Manager был ориентирован на управление коммуникационным оборудованием и контроль трафика сети. Именно эти функции имеют чаще всего в виду, когда говорят о системе управления сетью. Кроме систем управления сетями существуют и системы управления другими элементами корпоративной сети: системы управления ОС, СУБД, корпоративными приложениями. Применяются также системы управления телекоммуникационными сетями: телефонными, а также первичными сетями технологий PDH и SDH.

Независимо от объекта управления, желательно, чтобы система управления выполняла ряд функций, которые определены международными стандартами, обобщающими опыт применения систем управления в различных областях.

Существуют рекомендации ITU-T X.700 и близкий к ним стандарт ISO 7498-4, которые делят задачи системы управления на пять функциональных групп:

- управление конфигурацией сети и именованием;

- обработка ошибок;

- анализ производительности и надежности;

- управление безопасностью;

- учет работы сети.

Исходя из задач этих функциональных областей управления применительно к системам управления сетями, можно выделить следующие функции, которые выполняет система управления сетью:

1. Управление конфигурацией сети и именованием (Configuration Management).Эти задачи заключаются в конфигурировании параметров как элементов сети (Network Element, NE), так и сети в целом. Для элементов сети, таких как маршрутизаторы, мультиплексоры и т. п., с помощью этой группы задач определяются сетевые адреса, идентификаторы (имена), географическое положение и пр.

Для сети в целом управление конфигурацией обычно начинается с построения карты сети, то есть отображении реальных связей между элементами сети и изменении связей между элементами сети - образование новых физических или логических каналов, изменение таблиц коммутации и маршрутизации.

Управление конфигурацией (как и другие задачи системы управления) могут выполняться в автоматическом, ручном или полуавтоматическом режимах. Например, карта сети может составляться автоматически, на основании зондирования реальной сети пакетами-исследователями, а может быть введена оператором системы управления вручную. Чаще всего применяются полуавтоматические методы, когда автоматически полученную карту оператор подправляет вручную. Методы автоматического построения топологической карты, как правило, являются фирменными разработками.

Более сложной задачей является настройка коммутаторов и маршрутизаторов на поддержку маршрутов и виртуальных путей между пользователями сети. Согласованная ручная настройка таблиц маршрутизации при полном или частичном отказе от использования протокола маршрутизации (а в некоторых глобальных сетях, например Х.25, такого протокола просто не существует) представляет собой сложную задачу, Многие системы управления сетью общего назначения ее не выполняют, но существуют специализированные системы конкретных производителей, например система NetSys компании Cisco Systems, которая решает ее для маршрутизаторов этой же компании.

2. Обработка ошибок (Fault Management). Эта группа задач включает выявление, определение и устранение последствий сбоев и отказов в работе сети. На этом уровне выполняется не только регистрация сообщений об ошибках, но и их фильтрация, маршрутизация и анализ на основе некоторой корреляционной модели, Фильтрация позволяет выделить из весьма интенсивного потока сообщений об ошибках, который обычно наблюдается в большой сети, только важные сообщения, маршрутизация обеспечивает их доставку нужному элементу системы управления, а корреляционный анализ позволяет найти причину, породившую поток взаимосвязанных сообщений (например, обрыв кабеля может быть причиной большого количества сообщений о недоступности сетей и серверов).

Устранение ошибок может быть как автоматическим, так и полуавтоматическим. В первом случае система непосредственно управляет оборудованием или программными комплексами и обходит отказавший элемент за счет резервных каналов и т. п. В полуавтоматическом режиме основные решения и действия по устранению неисправности выполняют люди, а система управления только помогает в организации этого процесса - оформляет квитанции на выполнение работ и отслеживает их поэтапное выполнение (подобно системам групповой работы).

В этой группе задач иногда выделяют подгруппу задач управления проблемами, подразумевая под проблемой сложную ситуацию, требующую для разрешения обязательного привлечения специалистов по обслуживанию сети.

3. Анализ производительности и надежности (Performance Management). Задачи этой группы связаны с оценкой на основе накопленной статистической информации таких параметров, как время реакции системы, пропускная способность реального или виртуального канала связи между двумя конечными абонентами сети, интенсивность трафика в отдельных сегментах и каналах сети, вероятность искажения данных при их передаче через сеть, а также коэффициент готовности сети или ее определенной транспортной службы. Функции анализа производительности и надежности сети нужны как для оперативного управления сетью, так и для планирования развития сети.

Результаты анализа производительности и надежности позволяют контролировать соглашение об уровне обслуживания (Service Level Agreement, SLA), заключаемое между пользователем сети и ее администраторами (или компанией, продающей услуги). Обычно в SLA оговариваются такие параметры надежности, как коэффициент готовности службы в течение года и месяца, максимальное время устранения отказа, а также параметры производительности, например, средняя и максимальная пропускная способности при соединении двух точек подключения пользовательского оборудования, время реакции сети (если информационная служба, для которой определяется время реакции, поддерживается внутри сети), максимальная задержка пакетов при передаче через сеть (если сеть используется только как транзитный транспорт). Без средств анализа производительности и надежности поставщик услуг публичной сети или отдел информационных технологий предприятия не сможет ни проконтролировать, ни тем более обеспечить нужный уровень обслуживания для конечных пользователей сети.

4. Управление безопасностью (Security Management). Задачи этой группы включают в себя контроль доступа к ресурсам сети (данным и оборудованию) и сохранение целостности данных при их хранении и передаче через сеть. Базовыми элементами управления безопасностью являются процедуры аутентификации пользователей, назначение и проверка прав доступа к ресурсам сети, распределение и поддержка ключей шифрования, управления полномочиями и т. п. Часто функции этой группы не включаются в системы управления сетями, а реализуются либо в виде специальных продуктов (например, системы аутентификации и авторизации Kerberos, различных защитных экранов, систем шифрования данных), либо входят в состав операционных систем и системных приложений.

5. Учет работы сети (Accounting Management). Задачи этой группы занимаются регистрацией времени использования различных ресурсов сети - устройств, каналов и транспортных служб. Эти задачи имеют дело с такими понятиями, как время использования службы и плата за ресурсы - billing. Ввиду специфического характера оплаты услуг у различных поставщиков и различными формами соглашения об уровне услуг, эта группа функций обычно не включается в коммерческие системы и платформы управления типа HP Open View, а реализуется в заказных системах, разрабатываемых для конкретного заказчика.

Модель управления OSI не делает различий между управляемыми объектами - каналами, сегментами локальных сетей, мостами, коммутаторами и маршрутизаторами, модемами и мультиплексорами, аппаратным и программным обеспечением компьютеров, СУБД. Все эти объекты управления входят в общее понятие «система», и управляемая система взаимодействует с управляющей системой по открытым протоколам OSI.

Однако на практике деление систем управления по типам управляемых объектов широко распространено. Ставшими классическими системы управления сетями, такие как SunNet Manager, HP Open View или Cabletron Spectrum, управляют только коммуникационными объектами корпоративных сетей, то есть концентраторами и коммутаторами локальных сетей, а также маршрутизаторами и удаленными мостами, как устройствами доступа к глобальным сетям. Оборудованием территориальных сетей обычно управляют системы производителей телекоммуникационного оборудования, такие как RADView компании RAD Data Communications, MainStreetXpress 46020 компании Newbridge и т. п.

Рассмотрим, как преломляются общие функциональные задачи системы управления, определенные в стандартах X.700/ISO 7498-4, в задачи такого конкретного класса систем управления, как системы управления компьютерами и их системным и прикладным программным обеспечением. Их называют системами управления системой (System Management System).

Обычно система управления системой выполняет следующие функции.

1. Учет используемых аппаратных и программных средств (Configuration Management). Система автоматически собирает информацию об установленных в сети компьютерах и создает записи в специальной базе данных об аппаратных и программных ресурсах. После этого администратор может быстро выяснить, какими ресурсами он располагает и где тот или иной ресурс находится, например, узнать о том, на каких компьютерах нужно обновить драйверы принтеров, какие компьютеры обладают достаточным количеством памяти, дискового пространства и т. п.

2. Распределение и установка программного обеспечения (Configuration Management). После завершения обследования администратор может создать пакеты рассылки нового программного обеспечения, которое нужно инсталлировать на всех компьютерах сети или на какой-либо группе компьютеров. В большой сети, где проявляются преимущества системы управления, такой способ инсталляции может существенно уменьшить трудоемкость этой процедуры. Система может также позволять централизованно устанавливать и администрировать приложения, которые запускаются с файловых серверов, а также дать возможность конечным пользователям запускать такие приложения с любой рабочей станции сети.

3. Удаленный анализ производительности и возникающих проблем (Fault Management and Performance Management). Эта группа функций позволяет удаленно измерять наиболее важные параметры компьютера, операционной системы, СУБД и т. д. (например, коэффициент использования процессора, интенсивность страничных прерываний, коэффициент использования физической памяти, интенсивность выполнения транзакций). Для разрешения проблем эта группа функций может давать администратору возможность брать на себя удаленное управление компьютером в режиме эмуляции графического интерфейса популярных операционных систем. База данных системы управления обычно хранит детальную информацию о конфигурации всех компьютеров в сети для того, чтобы можно было выполнять удаленный анализ возникающих проблем.

Примерами систем управления системами являются Microsoft System Management Server (SMS), CA Unicenter, HP Operationscenter и многие другие. Как видно из описания функций системы управления системами, они повторяют функции системы управления сетью, но только для других объектов. Действительно, функция учета используемых аппаратных и программных средств соответствует функции построения карты сети, функция распределения и установки программного обеспечения - функции управления конфигурацией коммутаторов и маршрутизаторов, а функция анализа производительности и возникающих проблем - функции производительности. Эта близость функций систем управления сетями и систем управления системами позволила разработчикам стандартов OSI не делать различия между ними и разрабатывать общие стандарты управления.

На практике уже несколько лет также заметна отчетливая тенденция интеграции систем управления сетями и системами в единые интегрированные продукты управления корпоративными сетями, например CA Unicenter TNG или ТМЕ-10 IBM/Tivoli. Наблюдается также интеграция систем управления телекоммуникационными сетями с системами управления корпоративными сетями.

Многоуровневое представление задач управления

Применительно к системам управления сетями наиболее проработанным и эффективным для создания многоуровневой иерархической системы является стандарт Telecommunication Management Network (TMN), разработанный совместными усилиями ITU-T, ISO, ANSI и ETSI. Стандарты TMN состоят из большого количества рекомендаций ITU-T (и стандартов других организаций), но основные принципы модели TMN описаны в рекомендации М.3010.

Модель TMN упрощенно можно представить в виде двухмерной диаграммы:

Рис. 6.1. Модель управления TNM.

Нижний уровень - уровень элементов сети (Network Element layer, NE) - состоит из отдельных устройств сети: каналов, усилителей, оконечной аппаратуры, мультиплексоров, коммутаторов и т.п. Элементы могут содержать встроенные средства для поддержки управления - датчики, интерфейсы управления, а могут и представлять вещь в себе, требующую для связи с системой управления разработки специального оборудования - устройств связи с объектом, УСО. Современные технологии обычно имеют встроенные функции управления, которые позволяют выполнять хотя бы минимальные операции по контролю за состоянием устройства и за передаваемым устройством трафиком. Подобные функции встроены в технологии FDDI, ISDN, frame relay, SDH. В этом случае устройство всегда можно охватить системой управления, даже если оно не имеет специального блока управления, так как протокол технологии обязывает устройство поддерживать некоторые функции управления. Устройства, которые работают по протоколам, не имеющим встроенных функций контроля и управления, снабжаются отдельным блоком управления, который поддерживает один из двух наиболее распространенных протоколов управления - SNMP или CMIP. Эти протоколы относятся к прикладному уровню модели OSI.

Следующий уровень - уровень управления элементами сети (network element management layer) - представляет собой элементарные системы управления. Элементарные системы управления автономно управляют отдельными элементами сети - контролируют канал связи SDH, управляют коммутатором или мультиплексором. Уровень управления элементами изолирует верхние слои системы управления от деталей и особенностей управления конкретным оборудованием. Этот уровень ответственен за моделирование поведения оборудования и функциональных ресурсов нижележащей сети. Атрибуты этих моделей позволяют управлять различными аспектами поведения управляемых ресурсов. Обычно элементарные системы управления разрабатываются и поставляются производителями оборудования. Примерами таких систем могут служить системы управления CiscoView от Cisco Systems, Optivity от Bay Networks, RADView от RAD Data Communications и т. д.

Выше лежит уровень управления сетью (Network management layer). Этот уровень координирует работу элементарных систем управления, позволяя контролировать конфигурацию составных каналов, согласовывать работу транспортных подсетей разных технологий и т. п. С помощью этого уровня сеть начинает работать как единое целое, передавая данные между своими абонентами.

Следующий уровень - уровень управления услугами (Service management layer) - занимается контролем и управлением за транспортными и информационными услугами, которые предоставляются конечным пользователям сети. В задачу этого уровня входит подготовка сети к предоставлению определенной услуги, ее активизация, обработка вызовов клиентов. Формирование услуги (service provisioning) заключается в фиксации в базе данных значений параметров услуги, например, требуемой средней пропускной способности, максимальных величин задержек пакетов, коэффициента готовности и т. п. В функции этого уровня входит также выдача уровню управления сетью задания на конфигурирование виртуального или физического канала связи для поддержания услуги. После формирования услуги данный уровень занимается контролем за качеством ее реализации, то есть за соблюдением сетью всех принятых на себя обязательств в отношении производительности и надежности транспортных услуг. Результаты контроля качества обслуживания нужны, в частности, для подсчета оплаты за пользование услугами клиентами сети. Например, в сети frame relay уровень управления услугами следит за заказанными пользователем значениями средней скорости CIR и согласованной пульсации Вс, фиксируя нарушения со стороны пользователя и сети.

Уровень бизнес-управления (Business management layer) занимается вопросами долговременного планирования сети с учетом финансовых аспектов деятельности организации, владеющей сетью. На этом уровне помесячно и поквартально подсчитываются доходы от эксплуатации сети и ее отдельных составляющих, учитываются расходы на эксплуатацию и модернизацию сети, принимаются решения о развитии сети с учетом финансовых возможностей. Уровень бизнес-управления обеспечивает для пользователей и поставщиков услуг возможность предоставления дополнительных услуг. Этот уровень является частным случаем уровня автоматизированной системы управления предприятием (АСУП), в то время как все нижележащие уровни соответствуют уровням автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУТП), для такого специфического типа предприятия, как телекоммуникационная или корпоративная сеть.

6. Протокол взаимодействия сервера с клиентской станцией (NCP)

NetWare Core Protocol (NCP) -- это сетевой протокол, который используется в некоторых продуктах от Novell, является надстройкой над протоколом IPX или TCP/IP и используется для организации обмена между рабочей станцией и файловым сервером. В основном NCP связан и используется в операционной системе NetWare, но его части были реализованы на другие платформы, такие как Linux, Windows NT и Unix.

Протокол используется для доступа к файлам, службе печати, службе каталога, синхронизации часов, обмену сообщениями, удаленного выполнения команд и другим функциям сетевых услуг для организации обмена между рабочей станцией и файловым сервером. Novell eDirectory использует NCP для синхронизации изменений данных между серверами в дереве службы каталогов.

NetWare протокол NCP (NetWare Core Protocol) является надстройкой над протоколом IPX и используется для организации обмена между рабочей станцией и файловым сервером.

Протокол NCP реализован в NetWare 3.х на системном уровне. В NetWare 4.х предлагается API-интерфейс NCP Extension для обращения к протоколу NCP из прикладных программ на рабочих станциях и из разрабатываемых NLM-модулей. Для обмена данными между программами по протоколу NCP используются пакеты IPX с номером сокета 0х0451 и типом пакета 17.

Связь между рабочей станцией и файловым сервером, которые используют API-интерфейс к протоколу NCP, обычно организуется по следующей схеме:

· NLM-модуль регистрирует какую-либо свою функцию как расширение NCP;

· программа на рабочей станции или файловом сервере связывается с NetWare и получает требуемый идентификатор расширения NCP;

· программа на рабочей станции или файловом сервере использует зарегистрированную функцию NLM-модуля как удалённую процедуру, передавая ей исходные данные и получая результаты обработки.

Серверные реализации:

- Novell Open Enterprise Server;

- Novell NetWare;

- NAS

Рис. 7.1. Формат пакета NCP-запроса.

Рис. 7.2. Формат пакета NCP-ответа.

NCP является основным протоколом NetWare.

7. МПВК с общей шиной

МПВК

Многопроцессорный вычислительный комплекс (МПВК) - это комплекс, включающий в себя два или более процессоров, имеющих общую оперативную память, общие периферийные устройства и работающих под управлением единой операционной системы (ОС), которая, в свою очередь, осуществляет общее управление техническими и программными средствами комплекса. Каждый из процессоров может иметь индивидуальные, доступные только ему ОЗУ и периферийные устройства. Все перечисленное существенно, т.к. делает возможной гибкую организацию параллельной обработки информации и позволяет наиболее эффективно использовать все ресурсы комплекса.

На рисунке 8.1 представлена упрощенная схема МПВК, содержащая три процессора, два модуля ОЗУ и одну подсистему ввода-вывода информации (ПВВ). Даже для такого простого варианта схема оказывается достаточно сложной, так как в МПВК должен быть обеспечен доступ любого процессора и любого канала ввода - вывода к любой ячейке ОЗУ, любого процессора к любому каналу и периферийному устройству. Если представить, что процессоров существенно больше, что ОЗУ по соображениям надежности и удобства наращивания емкости выполнено в виде нескольких модулей, а подсистема ввода-вывода включает в себя несколько каналов и большое число периферийных устройств, то становится ясным, насколько сложна топология МПВК. А если учесть, что для работы ОС аппаратные средства должны обеспечивать работу с переменными логическими адресами ОЗУ, периферийных устройств и каналов ввода-вывода, защиту памяти от взаимного влияния различных программ и возможность запуска одним процессором другого, то видна сложность аппаратной реализации МПВК.

Рис. 8.1. Связи с МПВК.

Непростые задачи возникают и при организации вычислительного процесса в МПВК, т.е. при построении ОС, которые являются основным средством организации всех процессов обработки информации в комплексе. Кроме обычных функций, выполняемых ОС при мультипрограммной обработке информации, возникают такие задачи, как распределение ресурсов и заданий между процессорами, синхронизация процессов при решении несколькими процессорами одной задачи, планирование с учетом оптимизации загрузки всех процессоров. При этом надо иметь в виду, что в процессе работы в комплексе возникает большое число конфликтных ситуаций, которые должны обрабатываться ОС. Эти и ряд других обстоятельств и факторов, связанных с обеспечением высокой надежности, делают ОС МПВК очень сложной. Однако, несмотря на все трудности, связанные с аппаратной и программной реализацией, МПВК получают все большее распространение, т.к. обладают рядом достоинств, основные из которых:

- высокая надежность и готовность за счет резервирования и возможности реконфигурации;

- высокая производительность за счет возможности гибкой организации параллельной обработки информации и более полной загрузки всего оборудования; высокая экономическая эффективность за счет повышения коэффициента использования оборудования комплекса.

Рассматривая процесс появления и развития МПВК, по-видимому, следует признать, что первоначально перед МПВК ставилась только задача обеспечения высокой надежности системы.

Поэтому неслучайно, что одним из первых (а может быть, и самым первым) МПВК был комплекс D-825, созданный фирмой «Барроуз» (США) в 1968 г. для систем военного назначения. Комплекс включал в себя 4 процессора, 16 модулей ОЗУ, 10 каналом ввода-вывода и до 256 периферийных устройств, т.е. был весьма представительным МПВК, по тем меркам. Эта первая попытка была удачной - поставленные задачи были полностью решены. Вместе с тем создание первых МПВК выявили и возможности достижения с их помощью высокой производительности. В настоящее время МПВК чаще создаются именно с такой целью.

Существует три типа структурной организации МПВК: с общей шиной; с перекрестной коммутацией; с многовходовыми ОЗУ.

МПВК с общей шиной

В комплексах с общей шиной проблема связей всех устройств между собой решается просто: все они соединяются общей шиной, выполненной в виде совокупности проводов или кабелей, по которым передаются информация, адреса и сигналы управления (рис. 8.2, а). Интерфейс является односвязным, т.е. обмен информацией в любой момент времени может происходить только между двумя устройствами. Если потребность в обмене существует более чем у 2-х устройств, то возникает конфликтная ситуация, которая разрешается с помощью системы приоритетов и организации очередей в соответствии с этим. Обычно функции арбитра выполняет либо процессор, либо специальное устройство, которое регистрирует все обращения к общей шине и распределяет шину во времени между всеми устройствами комплекса.

Рис. 8.2. МПВК с общей шиной.

Достоинства структуры с общей шиной - простота, в том числе изменения комплекса, добавления или изъятия отдельных устройств, а также доступность модулей ОЗУ для всех остальных устройств. Следствием всего этого является достаточно низкая стоимость комплекса.

Вместе с тем комплексы с общей шиной имеют недостатки. Первый - невысокое быстродействие, т.к. одновременный обмен информацией возможен между двумя устройствами, не более. По этой причине в комплексах с общей шиной число процессоров не превосходит двух-четырех. Этот недостаток может быть несколько компенсирован путем использования общей шины с высоким быстродействием, большим, чем быстродействие входящих в комплекс устройств. Однако этот путь приводит к усложнению и удорожанию комплекса. Второй недостаток МПВК с общей шиной заключается в относительно низкой надежности системы из-за наличия общего элемента - шины. Надо иметь в виду, что надежность общей шины определяется не только надежностью проводов и кабелей (их собственная надежность достаточно высока), но и надежностью всех соединений, входных и выходных цепей устройства. Отказ хотя бы одного из элементов приводит к отказу всего комплекса. Этот недостаток можно компенсировать за счет введения резервной шины (рис. 8.2, б). Хотя это несколько усложняет комплекс, однако надежность его существенно возрастает. Если же резервную шину сделать активной, т.е. работающей одновременно с основной, то можно не только повысить надежность, но и увеличить производительность комплекса за счет того, что обмен информацией может осуществляться одновременно между двумя парами устройств.

Общая шина может быть организована различными способами - принципиально так же, как и для однопроцессорных ЭВМ с общей шиной.

8. Принципы построения и структуры ассоциативных ВС

К числу систем класса ОКМД (одиночный поток команд, множественный поток данных) относятся ассоциативные системы. Эти системы, как и матричные, характеризуются большим числом операционных устройств, способных одновременно, по командам одного управляющего устройства вести обработку нескольких потоков данных. Но эти системы существенно отличаются от матричных способами формирования потоков данных. В матричных системах данные поступают на обработку от общих или раздельных запоминающих устройств с адресной выработкой информации либо непосредственно от устройств - источников данных. В ассоциативных системах информация на обработку поступает от ассоциативных запоминающих устройств (АЗУ), характеризующихся тем, что информация из них выбирается не по определенному адресу, а по ее содержанию.

Рис. 9.1. Ассоциативное запоминающее устройство.

Принцип работы АЗУ поясняет схема, представленная на рис. 9.1. Запоминающий массив, как и в адресных ЗУ, разделен на m-разрядные ячейки, число которых n. Практически для любого типа АЗУ характерно наличие следующих элементов: запоминающего массива; регистра ассоциативных признаков (РгАП); регистра маски (РгМ); регистра индикаторов адреса со схемами сравнения на входе. В АЗУ могут быть и другие элементы, наличие и функции которых определяются способом использования АЗУ.

Выборка информации из АЗУ происходит следующим образом. В РгАП из устройства управления передается код признака искомой информации (иногда его называют компарандом). Код может иметь произвольное число разрядов - от 1 до m. Если код признаков используется полностью, то он без изменения поступает на схему сравнения, если же необходимо использовать только часть кода, тогда ненужные разряды маскируются с помощью РгМ. Перед началом поиска информации в АЗУ все разряды регистра индикаторов адреса устанавливаются в состояние 1. После этого производится опрос первого разряда всех ячеек ЗМ и содержимое сравнивается с первым разрядом РгАП. Если содержимое первого разряда i-й ячейки не совпадает с содержимым первого разряда РгАП, то соответствующий этой ячейке разряд регистра индикаторов адреса Тi сбрасывается в состояние 0, если совпадает, - на Тi остается 1. Затем эта операция повторяется со вторым, третьим и последующими разрядами до тех пор, пока не будет произведено сравнение со всеми разрядами РгАП. После поразрядного опроса и сравнения в состоянии 1 останутся те разряды регистра индикаторов адреса, которые соответствуют ячейкам, содержащим информацию, совпадающую с записанной в РгАП. Эта информация может быть считана в той последовательности, которая определяется устройством управления.

Время поиска информации в ЗМ по ассоциативному признаку зависит только от числа разрядов признака и от скорости опроса разрядов, но совершенно не зависит от числа ячеек ЗМ. Этим и определяется главное преимущество АЗУ перед адресными ЗУ: в адресных ЗУ при операции поиска необходим перебор всех ячеек запоминающего массива.

Запись новой информации в ЗМ производится без указания номера ячейки. Обычно один из разрядов каждой ячейки используется для указания ее занятости, т. е. если ячейка свободна для записи, то в этом разряде записан 0, а если занята, - 1. Тогда при записи в АЗУ новой информации устанавливается признак 0 в соответствующем разряде РгАП и определяются все ячейки ЗМ, которые свободны для записи. В одну из них устройство управления помещает новую информацию.

Нередко АЗУ строятся таким образом, что кроме ассоциативной допускается и прямая адресация данных, что представляет определенные удобства при работе с периферийными устройствами.

Необходимо отметить, что запоминающие элементы АЗУ в отличие от элементов адресуемых ЗУ должны не только хранить информацию, но и выполнять определенные логические функции, поэтому позволяют осуществить поиск не только по равенству содержимого ячейки заданному признаку, но и по другим условиям: содержимое ячейки больше (меньше) признака РгАП, а также больше или равно (меньше или равно). Отмеченные выше свойства АЗУ характеризуют преимущества АЗУ для обработки информации. Формирование нескольких потоков идентичной информации с помощью АЗУ осуществляется быстро и просто, а с большим числом операционных элементов можно создавать высокопроизводительные системы. Надо учитывать еще и то, что на основе ассоциативной памяти легко реализуется изменение места и порядка расположения информации. Благодаря этому АЗУ является эффективным средством формирования наборов данных.

Исследования показывают, что целый ряд задач, таких, как обработка радиолокационной информации, распознавание образов, обработка различных снимков и других задач с матричной структурой данных, эффективно решается ассоциативными системами. К тому же, программирование таких задач для ассоциативных систем гораздо проще, чем для традиционных.

Наиболее характерным представителем группы ассоциативных вычислительных систем является система STARAN, разработанная в США. От матричных систем, описанных выше, она отличается не только наличием ассоциативной памяти, но и другими особенностями, ассоциативная память является памятью с многомерным доступом, т. е. в нее можно обратиться как поразрядно, так и пословно, операционные процессорные элементы предусмотрены для каждого слова памяти; имеется уникальная схема перестановок для перегруппировки данных в памяти.

Основным элементом системы является многомерная ассоциативная матрица - ассоциативный модуль (АМ), который представляет собой квадрат из 256 разрядов на 256 слов, т. е. содержит в общей сложности 65536 бит данных. Для обработки информации имеется 256 процессорных элементов, которые последовательно, разряд за разрядом, обрабатывают слова (рис. 9.2). Все ПЭ работают одновременно, по одной команде, выдаваемой устройством управления. Таким образом, сразу по одной команде обрабатываются все выбранные по определенным признакам из памяти слова. Схема перестановок позволяет сдвигать и перегруппировывать данные так, чтобы над словами, хранящимися в памяти, можно было выполнять параллельно арифметические и логические операции. Большая часть операций выполняется в отношении каждого из 256-разрядных слов. Операции, в которых участвуют несколько слов, используются достаточно редко. Обычно 250-разрядное слово ассоциативной матрицы разбивается программистом на поля переменной длины, и в процессе обработки именно над этими полями производятся и арифметические и логические действия.

Рис. 9.2. Процессорная обработка в системе STARAN.

Базовая конфигурация системы STARAN содержит один AM. Однако число этих модулей можем варьироваться в системе от 1 до 32. Таким образом, при максимальной комплектации в системе может подвергаться acсоциативной обработке 256 кбайт информации. Скорость поиска и обработки информации 256 процессорными элементами высока, и остальные элементы системы спроектированы так, чтобы поддерживать эту скорость.

Устройство управления ассоциативными модулями организует выполнение операций над данными по командам, хранящимся в управляющей памяти. Оно может выбирать несколько рабочих подмножеств из общего множества данных, хранимых в AM, и выполнять над этими подсистемами операции, не затрагивая остальную информацию. Управляющая память разделена на шесть секций: первая (емкостью 612 слов) - память библиотеки подпрограмм; вторая и третья (512 слов) память команд; четвертая (512 слов) - быстродействующий буфер данных; пятая (16384 слов) - основная память; шестая (10720 слов) - область памяти для прямого доступа. Длина одного слова - 32 разряда. Первые четыре секции выполнены на интегральных схемах и имеют высокое быстродействие с длительностью цикла памяти около 200 нс. Вторая и третья секции (память команд) работают попеременно: одна выдает команды в УУ, а другая в это время загружается oт страничного устройства и наоборот. Пятая и шестая секции выполнены на ферритовых сердечниках, длительность цикла примерно 1 мкс. При необходимости емкость пятой секции может быть удвоена. Страничное устройство загружает первые три секции памяти информацией из быстродействующего буфера, основной памяти или памяти прямого доступа.

Последовательный контроллер ассоциативной системы является обычной однопроцессорной ЭВМ типа РДР-11 и обеспечивает работу в режиме трансляции и отладки программ; первоначальную загрузку управляющей памяти, связь между оператором и системой; управление программами обработки прерываний по ошибкам, а также программами технической диагностики обслуживания. Последовательный контроллер снабжен памятью (емкость 8 кслов), печатающим устройством, перфоленточпым вводом - выводом и имеет интерфейс, обеспечивающий связь с другими элементами системы.

Подсистема ввода-вывода обеспечивает возможность подключения к системе STARAN других вычислительных устройств и разнообразного периферийного оборудования. Имеются четыре вида интерфейсoв: прямой доступ к памяти; буферизованный ввод - вывод; параллельный ввод - вывод;. логическое устройство внешних функций. Прямой доступ к памяти позволяет использовать память внешней (несистемной) ЭВМ как часть управляющей памяти системы. Эта память становится таким образом доступной как для внешней ЭВМ, так и для системы SPARAN. При этом нет необходимости в буферизации передаваемой между ними информации.

Интерфейс прямого доступа может использоваться и для подключения внешней памяти. Буферизованный ввод - вывод используется для связи системы со стандартными периферийными устройствами, обмен производится блоками данных или программ. Этот интерфейс может использоваться и для связи с несистемной ЭВМ, однако прямой доступ там предпочтителен, т.к. обмен производится быстрее, и нет необходимости формирования информации в блоки перед передачей. Параллельный ввод-вывод, который включает в себя по 256 входов и 256 выходов для каждой матрицы, является важной составной частью подсистемы ввода - вывода. Он позволяет увеличить скорость передачи данных между матрицами, обеспечить связь системы с высокоскоростными средствами ввода-вывода и непосредственную связь любого устройства с ассоциативными модулями. С помощью параллельною ввода-вывода можно, в частности, подключать, к ассоциативным матрицам накопители на магнитных дисках, что позволяет быстро вводить и выводить большие объемы информации.

В информационных технологиях, память, доступ к которой производится не по адресу, а по содержанию. Иными словами, система, реализующая ассоциативную память, должна распознать требуемый образ и извлечь его. Преимущества такого подхода очевидны: не требуется сложной системы адресации, сбой которой может привести к невозможности доступа к данным, даже если сами данные имеются. Кроме этого, ассоциативная память позволяет восстанавливать даже приближенные и частично поврежденные образы.

На основе систем ассоциативной памяти можно создавать базы знаний, эффективный поиск в которых производится не по адресу или ключу, а на основе предъявленного образа или его фрагмента. Ассоциативная память может быть реализована с помощью нейронных сетей специальной конфигурации, называемой сеть Хопфилда - однослойной нейронной сети с обратными связями.

Рис. 9.3. Сеть Хопфилда.

Такие сети способны восстанавливать требуемый образ даже по его зашумленной копии или по некоторой его части.

Ещё раз отметим, что ассоциативные вычислительные системы относятся к классу: один поток команд - множество потоков данных (SIMD = Single Instruction Multiple Data). Эти системы включают большое число операционных устройств, способных одновременно по командам управляющего устройства вести обработку нескольких потоков данных. В ассоциативных вычислительных системах информация на обработку поступает от ассоциативных запоминающих устройств (АЗУ), характеризующиеся тем, что информация в них выбирается не по определенному адресу, а по ее содержанию.

Рис. 9.4. Ассоциативная ВС.

Литература

сеть корпоративный ассоциативный

1. Жеребятьев В.И. “Вычислительные комплексы, системы и сети: Метод. указания по подготовке к экзамену и выполнению контрольных работ для студ. спец. 40 02 01 «Вычислительные машины, системы и сети» заоч. формы обуч.” Мн.: БГУИР, 2005. - 24 с.

2. Отвагин А.В., Глецевич И.И. ЭУМК по дисциплине “Вычислительные комплексы, системы и сети” для специальности 40.02.01 “Вычислительные машины, системы и сети”, Минск, БГУИР, 2011.

3. Жеребятьев В.И. ЭУМК по дисциплине “Вычислительные комплексы, системы и сети” для специальности 40.02.01 “Вычислительные машины, системы и сети”, Version 0.1, Минск, БГУИР, 2007.

4. Таненбаум Э. “ Компьютерные сети”, Питер, 2003, 4-е изд, -992с.

5. Олифер В.Г., Олифер Н.А. “Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы” , Питер, 2010, 4-е изд.

6. Турбин В.М. “База знаний”, Киев: Юниор, 1998.

7. http://ru.wikipedia.org

8. http://www.protocols.ru/files/Protocols/TCPIP.pdf

9. http://kunegin.com/ref3/tcp/glava2.htm

10. http://www.intuit.ru

11. http://com-inform.narod.ru/ksptp/7_1_1.htm

12. http://savlm.ucoz.ru/publ/8-1-0-64

Размещено на Allbest.ru