ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

Вычислительные системы (ВС) и сети представляют собой некий комплекс аппаратных (аппаратную платформу) и программных (системное ПО) средств, позволяющих обеспечить выполнение информационных, вычислительных или управленческих процедур в самых разных областях современной жизни.

Цели создания ВС:

¨ достижение сверхвысокой производительности;

¨ увеличение эффективности использования аппаратных средств системы;

¨ повышение надежности и живучести функционирования средств вычислительной техники.

Общие положения

Вычислительные системы относятся к категории сложных систем. При рассмотрении вопросов, связанных с их построением и функционированием, выделяют элементы системы и подсистемы как составные части структуры ВС.

Элемент системы — объект системы, не подлежащий дальнейшему расчленению на части при данном ее рассмотрении. Предметом изучения является не внутренняя структура элемента, а такие его свойства, которые определяют взаимодействие этого элемента с другими элементами системы или влияют на свойства системы в целом.

Подсистема — часть системы, представляющая собой совокупность некоторых ее элементов, выделенных по определенному функциональному признаку, и отличающаяся подчиненностью по своей цели функционирования единой цели функционирования всей системы.

Структура ВС — это организация системы из отдельных элементов с их взаимосвязями, которые определяются распределением функций, выполняемых ВС. В зависимости от уровня детализации при данном рассмотрении структуры ВС в качестве ее элементов могут пониматься отдельные модули системы вплоть до ЭВМ в целом.

Комплекс программных средств регулярного применения, предназначенный для придания ВС определенных свойств, повышения эффективности ее использования, облегчения эксплуатации и снижения трудоемкости подготовительной работы при решении задач, образует системное программное обеспечение (СПО) ВС.

В состав СПО входят:

¨ программы, управляющие работой ВС (операционная система ВС);

¨ системы автоматизации программирования;

¨ пакеты прикладных программ общего пользования и расширяющие возможности операционной системы;

¨ комплекс программ технического обслуживания ВС.

Основные принципы построения ВС заключаются в следующем:

¨ обеспечение работы в различных режимах;

¨ модульность структуры технических и программных средств;

¨ унификация и типизация технических и программных средств;

¨ согласованность пропускных способностей отдельных функциональных частей системы;

¨ иерархия в организации управления процессом функционирования;

¨ способность системы к самоорганизации, самонастройке, адаптивности к изменению условий функционирования.

Система называется самоорганизующейся, если в ней на основании оценки воздействия внешней среды путем последовательного изменения своих свойств заложены возможности перехода к некоторому устойчивому состоянию, когда воздействия внешней среды сказываются в допустимых пределах.

В ВС возможность к самонастройке заложена преимущественно в структуре и функциях управляющей программы ОС. Примеры самонастройки: автоматическое перераспределение ресурсов системы с увеличением числа активных абонентов; повышение уровня мультипрограммной работы, т. е. увеличение числа одновременно обслуживаемых запросов абонентов, если ставится задача обеспечения минимального времени ожидания обслуживания, и др.

Это достигается за счет:

¨ развитой сети периферийного оборудования;

¨ использования современных средств автоматизации программирования;

¨ обеспечения независимости работы абонентов при подготовке своих программ;

¨ обеспечения доступа абонентов к базам данных и знаний, стандартным программам, пакетам прикладных программ, имеющимся в структуре информационного и программного обеспечения ВС;

¨ обеспечения гарантированной защиты индивидуальных программ и информационных массивов абонентов от несанкционированного доступа.

Классификация ВС

Основными классификационными признаками являются признаки структурной и функциональной организации ВС(см. раздел Архитектуры ЭВМ и систем). Существует достаточно большое количество других признаков, по которым можно классифицировать ПВС.

По назначению ПВС делятся на:

¨ универсальные;

¨ специализированные;

¨ проблемно-ориентированные (см. раздел Классификация ЭВМ).

По типу ЭВМ или процессоров, из которых комплектуются ПВС, различают:

¨ однородные системы, составленные из однотипных машин (процессоров);

¨ неоднородные.

Неоднородные ММВС состоят из ЭВМ различного типа, а в неоднородных МПВС используются различные специализированные процессоры для обработки десятичных чисел, для реализации некоторых функций ОС, для матричных задач, и др.

В однородных системах упрощаются вопросы обеспечения программной совместимости на любом уровне, облегчается решение задачи резервирования для повышения надежности, упрощается техническое обслуживание системы, удешевляется ее реконструкция, модернизация и, в случае необходимости, наращивание производительности, а самое главное - гораздо проще решаются вопросы по управлению работой системы во всех режимах, по организации вычислительного процесса. Однако для однородных систем характерно в ряде случаев неполное использование их производительности, что определяется непостоянством степени загруженности отдельных ЭВМ (процессоров). Часто возникает необходимость иметь в составе ПВМ машины различной производительности, что диктуется требованиями функциональной специализации отдельных подсистем. В этом случае рациональным решением является построение си­стемы на базе унифицированных ЭВМ, составляющих семейство или ряд ЭВМ, т. е. построение неоднородной системы.

По степени территориальной разобщенности вычислительных модулей ПВС делятся на два типа:

¨ сильно-связанные (время передачи информации пренебрежимо мало по сравнению с временем решения этой задачи на одном из модулей системы);

¨ распределенные (отдельные ЭВМ находятся на значительных расстояниях и обмениваются информацией по каналам связи через специальную аппаратуру. Время, затрачиваемое на обмен, в этом случае соизмеримо с временем решения задач в системе и должно учитываться при исследовании процесса функционирования системы в частности при оценке ее производительности.).

По методам управления элементами ПВС делятся на:

¨ централизованные (все функции управления сосредоточены в специально выделенной центральной управляющей машине (или в центральном процессоре);

¨ децентрализованные (каждая ЭВМ (процессор) системы при решении задач действует автономно, а вычислительный процесс организуется за счет передачи между машинами специального набора сигналов.);

¨ со смешанным управлением (вся система разбивается на группы взаимодействующих ЭВМ (процессоров), в каждой из которых осуществляется централизованное управление.).

По степени обобществления модулей памятиилипо структуре памятивыделяют системы:

¨ с жестким разделением памяти (у каждой ЭВМ (процессора) имеется собственный модуль памяти, недоступный для других ЭВМ системы);

¨ со свободным разделением памяти (все ЭВМ (процессоры) системы имеют доступ ко всем модулям памяти).

Могут быть и промежуточные решения. Например, обобществляются только внешняя память и часть оперативной памяти при наличии автономной ОП у каждой ЭВМ системы.

Существуют и другие методы классификации ВС на которых мы здесь останавливаться не будем.