Функционирование вычислительных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВПО

«Калужский государственный университет им. К.Э. Циолковского»

Физико-технологический институт

Кафедра информатики и информационных технологий

Контрольная работа по дисциплине

«Вычислительные системы, сети, коммуникации»

Вариант 7

Выполнила: студентка 2 курса

Васильева Мария

Проверила: Бурмистрова Н.В.

Калуга 2015

Содержание

Определение вычислительной системы

Классификация ВС по разным признакам: по методу управления, по типу применяемых ЭВМ, по степени территориальной разобщенности, по назначению и др

Архитектура ВС: определение, классификация по виду параллелизма обработки

Организация функционирования ВС, особенности программного обеспечения многомашинных и многопроцессорных ВС

Список использованной литературы

вычислительный система программный обеспечение

Определение вычислительной системы

Вычислительная система (которая для краткости будет часто называться просто системой) есть соединение аппаратных компонентов (центральный процессор, процессоры ввода-вывода, память, периферийные устройства, интерфейсы) и программных компонентов (программы, составляющие операционную систему). Все эти компоненты часто называются ресурсами системы. Каждый компонент имеет собственные атрибуты, которые мы будем называть параметрами системы (даже если они не могут быть выражены отдельными числами; примером могут служить алгоритмы, по которым работает компонент). Следует, однако, заметить, что идентификация компонентов или ресурсов, входящих в систему, неоднозначна. Так как эта идентификация в значительной степени произвольна, она будет определяться соображениями удобства и поэтому может изменяться от исследования к исследованию даже для одной и той же системы.

Некоторые проблемы возникают при попытке точно определить границы вычислительной системы. Относительно включения в нее операционной системы сомнений возникать вроде бы не должно. Однако операционную систему можно определить как «набор ручных и автоматических процедур, которые позволяют группе людей эффективно использовать вычислительную установку». Таким образом, операторы (персонал), обычно выполняющие такие ручные операции, как пуск машины, и.т.д. должны быть также включены в состав операционной системы. Присутствие людей в составе системы, подлежащей оценке, делает оценку более сложной и создает соблазн игнорировать их наличие. Впрочем, часто производительность системы настолько сильно зависит от расторопности ее операторов, что их присутствие никак нельзя игнорировать.

Таким образом, вычислительная система - это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих компьютеров (процессоров), периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенных для подготовки и решения задач пользователя. Необходимо понимать разницу между компьютерами и информационной системой: компьютеры оснащены специальными программными системами, являются технической базой и инструментом для информационных систем.

В узком смысле под ВС понимают совокупность технических средств, в которую входит не менее двух процессоров, связанных общей системой управления и использования общесистемных ресурсов (память, периферийные устройства, программное обеспечение и т.п.).

В более широком смысле - это взаимосвязанная совокупность аппаратных средств вычислительной техники и программного обеспечения, предназначенная для обработки информации.

Классификация ВС по разным признакам: по методу управления, по типу применяемых ЭВМ, по степени территориальной разобщенности, по назначению и др

Создание ВС преследует следующие основные цели: повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных, повышение надежности и достоверности вычислений, предоставление пользователям дополнительных сервисных услуг и т.д.

Параллелизм в вычислениях в значительной степени усложняет управление вычислительным процессом, использование технических и программных ресурсов. Эти функции выполняет операционная система ВС.

Существует большое количество признаков, по которым классифицируют вычислительные системы: по целевому назначению и выполняемым функциям, по типам и числу ЭВМ или процессоров, по архитектуре системы, режимам работы, методам управления элементами системы, степени разобщенности элементов вычислительной системы и др. Однако основными из них являются признаки структурной и функциональной организации вычислительной системы.

По назначению вычислительные системы делят на универсальные и специализированные. Универсальные системы предназначаются для решения самых различных задач. Специализированные системы ориентированы на решение узкого класса задач.

По типу вычислительные системы можно разделить на многомашинные и многопроцессорные ВС.

По типу ЭВМ или процессоров, используемых для построения ВС, различают однородные и неоднородные системы. Однородные системы предполагают комплексное использование однотипных ЭВМ (процессоров), неоднородные - разнотипных.

По степени территориальной разобщенности вычислительных модулей ВС делятся на системы совмещенного (сосредоточенного) и распределенного (разобщенного) типов.

По методам управления элементами ВС различают централизованные, децентрализованные и со смешанным управлением.

По принципу закрепления вычислительных функций за отдельными ЭВМ (процессорами) различают системы с жестким и плавающим закреплением функций.

По режиму работы ВС различают системы, работающие в оперативном и неоперативном временных режимах. Первые, как правило, используют режим реального масштаба времени.

Принцип их взаимодействия определяется архитектурой ВС.

Архитектура ВС: определение, классификация по виду параллелизма обработки

Архитектура ВС характеризует ее общую логическую организацию, техническое обеспечение, программное обеспечение, методы кодирования информации, интерфейс (способ взаимодействия) пользователя с системой

Одной из важных разновидностей ВС является суперкомпьютер - архитектура для скоростной обработки данных. В нем используется большое число процессоров. Их совместная работа основывается на нескольких архитектурах.

Первая из них - с разделяемой оперативной памятью - осуществляет т.н. симметричную мультипроцессорную обработку.

Вторая архитектура основана на том, что каждый процессор имеет свою оперативную память, она выполняет асимметричную мультипроцессорную обработку.

Третья архитектура использует достоинства архитектур с разделяемой памятью и передачей сообщений. Здесь каждый процессор работает со своей памятью, но модули устройства памяти связаны друг с другом при помощи коммутатора. Коммутаторы, именуемые иначе узлами, могут включаться между группами процессоров и модулей памяти. Здесь сообщения между процессорами и памятью передаются через несколько узлов.

Четвертая архитектура основывается на использовании узловых блоков, каждый из которых содержит транспьютер (специализированный процессор для параллельной обработки), включающий процессор, память и средства связи. Одним из подходов является создание гиперкуба n-го порядка. Каждый блок этого куба непосредственно взаимодействует с n-1 соседними блоками. Большое будущее имеют системы с полным параллелизмом. Каждая такая система состоит из очень большого числа транспьютеров. Все процессоры по вертикали и по горизонтали обмениваются данными, образуя сложное поле обработки информации.

Та или иная архитектура, реализованная на множестве компьютеров, называется вычислительным комплексом.

Архитектура "мейнфрейм" соответствует универсальным компьютерам общего назначения. В 60-70 годы мейнфреймы составляли большую часть мирового компьютерного парка. В результате развития рынка ПК применение мейнфреймов сократилось, хотя они сохраняют сильные позиции в оборонной, финансовой и промышленной сферах. Мейнфреймы позволяют производить большое количество сложным вычислений, и обычно к ним подсоединено множество терминалов. Таким образом, например, организована централизованная продажа авиа- или железнодорожных билетов. Крупным недостатком мейнфреймов в 80-е годы стала им несовместимость с идеологией открытым систем и распределенной обработки информации, которые заложены в основу архитектуры персональных компьютеров.

Однако в самом начале 80-х годов фирма IBM начала выпускать мейнфреймы с новой концептуальной архитектурой ESA/390 (Enterprise System Architecture - архитектура систем предприятия). Эта архитектура предлагает широкий спектр функций для использования мейнфреймов в качестве центра интеграции неоднородного вычислительного комплекса, причем в рамках такого комплекса возможна совместная работа со всеми альтернативными системами.

Архитектура клиент-сервер - концепция сети, в которой основная часть ее ресурсов сосредоточена в серверах - вычислительных мощностях, предоставляющих услуги своим клиентам. Как следует из названия, она определяется двумя типами взаимодействующих в сети компонентов - серверами и клиентами. Каждый из них является комплексом взаимосвязанных прикладных программ. Серверы предоставляют ресурсы, необходимые многим пользователям. Это базы данных, файлы, запоминающие устройства и внешние устройства. Клиенты используют эти ресурсы.

В современной архитектуре выделяются четыре группы объектов: клиенты, серверы, данные и сетевые службы. Клиенты располагаются в системах, находящихся на рабочих местах пользователей. Данные в основном хранятся в серверах. Сетевые службы являются совместно используемыми прикладными программами, которые взаимодействуют с клиентами, серверами и данными. Кроме того, они управляют процедурами обработки данных, информируют пользователей о происходящих в сети изменениях.

Компьютер представляет собой устройство способное исполнять четко определенную последовательность операций, предписанную программой. Понятие «компьютер» является более широким, чем «электронно-вычислительная машина» (ЭВМ), поскольку в ЭВМ явный акцент делается на вычисления. Персональный компьютер обычно в значительной степени ориентирован на интерактивное взаимодействие с одним пользователем, причем взаимодействие происходит через множество сред общения - от алфавитно-цифрового и графического диалога посредством дисплея, клавиатуры и мыши до устройств виртуальной реальности.

Персональные компьютеры, появившиеся в 70-х годах, за короткое время претерпели много изменений, но базируются на тех же принципах, на которых уже полувека создаются ЭВМ.

Организация функционирования ВС, особенности ПО многомашинных и многопроцессорных ВС

Управление вычислительными процессами в ВС осуществляют операционные системы, которые являются частью общего программного обеспечения. В состав ОС включают как программы централизованного управления ресурсами системы, так и программы автономного использования вычислительных модулей. Последнее условие необходимо, поскольку в ВС обычно предусматривается более высокая надежность функционирования, например требование сохранения работоспособности при наличии в ней хотя бы одного исправного модуля. Требование увеличения производительности также предполагает возможность параллельной и даже автономной работы модулей при обработке отдельных заданий или пакетов заданий. В зависимости от структурной организации ВС можно выявить некоторые особенности построения их операционных систем.

Операционные системы многомашинных ВС являются более простыми. Обычно они создаются как надстройка автономных ОС отдельных ЭВМ, поскольку здесь каждая ЭВМ имеет большую автономию в использовании ресурсов (своя оперативная и внешняя память, свой обособленный состав внешних устройств и т.д.). В них широко используются программные методы локального (в пределах вычислительного центра) и дистанционного (сетевая обработка) комплексирования. Общим для построения ОС многомашинных комплексов служит тот факт, что для каждой машины ВС другие машины играют роль некоторых внешних устройств, и их взаимодействие осуществляется по интерфейсам, имеющим унифицированное программное обеспечение. Все обмены данными между ЭВМ должны предусматриваться пользователями путем включения в программы специальных операторов распараллеливания вычислений. По этим обращениям ОС ВС включает программы управления обменом.

Программное обеспечение многопроцессорных ВС отличается большей сложностью. Это объясняется глубинной сложностью всестороннего анализа процессов, формируемых в ВС, а также сложностью принятия решения в каждой конкретной ситуации. Здесь все операции планирования и диспетчеризации связаны с динамическим распределением ресурсов (оперативной и внешней памяти, процессоров, данных системных таблиц, программ, периферийного оборудования и т.п.). Центральное место в этом отводится степени использования и методам управления общей оперативной памятью. Здесь очень часто могут формироваться множественные конфликты, требующие сложных процедур решения, что приводит к задержкам в вычислениях. Как таковые автономные ОС отдельных процессоров отсутствуют. Для обеспечения эффективной работы многопроцессорных систем их операционные системы специализируют на следующие типовые методы взаимодействия процессоров: «ведущий -- ведомый»; симметричная или однородная обработка во всех процессорах; раздельная независимая работа процессоров по обработке заданий.

Список использованной литературы

1. http://studopedia.org/2-35770.html.

2. http://ecmperf.ru/?p=31.

3. http://ekzamen.narod.ru/26.htm.

4. http://chernykh.net/content/view/900/981/.

5. http://www.icmm.ru/~masich/win/lexion/l4/l4.htm.

Размещено на Allbest.ru