Организация технического обеспечения ИС

Техническое обеспечение – это комплекс технических средств, предназначенных для поддержки функционирования информационной системы, и соответствующая документация на эти средства и технологические процессы.

В составе технического обеспечения ИС выделяют: средства компьютерной техники, средства коммуникационной техники и средства организационной техники (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 – Технические средства управления информационными ресурсами

Компьютерная техника предназначена, в основном, для реализации комплексных технологий обработки и хранения информации и является базой интеграции всех современных технических средств.

Коммуникационная техника реализует технологии передачи информации и предполагает как автономное функционирование, так и функционирование в комплексе со средствами компьютерной техники.

Организационная техника предназначена для реализации технологий представления, распространения и использования информации, для выполнения различных вспомогательных операций в рамках тех или иных технологий информационной поддержки управленческой деятельности.

Средства компьютерной техники играют определяющую роль и являются базовыми в информационных системах, системах коммуникаций и управления.

В настоящее время в ИС используются компьютеры, построенные на различных принципах логической и структурной организации.

Совершенствование компьютеров традиционной архитектуры фон Неймана предусматривает повышение производительности за счет:

- увеличения разрядности системной шины и процессора, разделения единой шины данных и программ на две;

- использования элементов, в которых реализована не двоичная система счисления, а троичная и т.д.;

- создания многоядерных процессоров;

- разработки микросхем на новых технологиях;

- увеличения объемов и количества уровней кэш-памяти;

- использования процессоров с новыми типами архитектур;

- внедрения технологий конвейеризации и параллелизма;

- перехода на многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы и т.д.

На первых этапах развития компьютеров при их построении использовались процессоры с CISC[10] архитектурой, затем были разработаны процессоры с новой RISC архитектурой. Выбор между RISC и CISC архитектурами зависит от области применения процессоров. RISC-процессоры удобны при использовании их в качестве элементарных процессорных устройств с высокой степенью распараллеливания операций, а CISC-процессоры – в тех областях, где требуется поддержка аппаратными средствами высоконадежного программного обеспечения. Для реализации преимуществ RISC-процессоров над CISC необходимо создание большого количества специально ориентированных на реализацию RISC-процессоров программ.

Масштабируемая процессорная архитектура SPARC (Scalable Processor Architecture) компании Sun Microsystems является наиболее широко распространенной RISC-архитектурой. Процессоры с этой архитектурой лицензированы и изготавливаются по спецификациям Sun разными производителями – компании Texas Instruments, Fujitsu, LSI Logic, Bipolar International Technology, Philips, Cypress Semiconductor и Ross Technologies, которые поставляют SPARC-процессоры компании Sun Microsystems и другим производителям вычислительных систем (Sol Bourne, Toshiba, Matsushita, Tatung и Cray Research).

Применение конвейеризации и параллелизма позволяет разрабатывать компьютеры с повышенными технико-экономическими возможностями. Процесс конвейеризации позволяет сократить длительность цикла выполнения команды за счет разбиения ее на элементарные операции, использования для выполнения операций каждого типа специализированных исполнительных устройств и выборки из памяти очередной команды во время выполнения предыдущей.

Другой путь повышения производительности числовой обработки заключается в дополнении типового набора команд векторными командами, которые предусматривают выполнение единой операции над несколькими данными, хранящимися в соответствующих векторных регистрах. Особенно эффективны векторные операции при организации циклических процессов.

Дальнейшее совершенствование вычислительной архитектуры предполагает повышение производительности и надежности функционирования за счет применения разнообразных форм параллелизма. В результате обработку данных возможно совместить во времени и в пространстве. Параллельность может реализовываться на различных уровнях – от совмещения выполнения отдельных операций до одновременного выполнения целых программ. Примерами реализации параллельной обработки являются многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы (ВС).

Использование многомашинных и многопроцессорных ВС позволяет:

1.Повысить производительность и быстродействие;

2.Обеспечить высокую надежность, характеризуемую безотказным функционированием в течение заданного времени или средним временем безотказной работы;

3.Достигнуть высокой живучести, понимаемой как способности системы продолжать (с пониженным быстродействием) решение задач при отказах отдельных элементов;

4.Обеспечить с необходимой достоверностью получение правильного результата решения;

5.Получить решение задачи в заданное время;

6.Снизить стоимость использования средств вычислительной техники;

7.Снизать стоимость обработки информации.

Основными архитектурными формами параллельных процессоров являются.

1. Архитектура с потоком управления: отдельный управляющий процессор служит для посылки команд множеству процессорных элементов, состоящих из процессора и связанной с ним оперативной памяти;

2. Архитектура с потоком данных – децентрализована с высокой степенью, параллельные команды посылаются вместе с данными во многие одинаковые процессорные элементы;

3. Архитектура с управлением по запросам, в которой задачи разбиваются на подзадачи, результаты выполнения которых снова объединяются для формирования окончательного результата. Команда, которую следует выполнять, определяется при необходимости использования ее результата активной командой.

4. Архитектура с управлением наборами условийпредусматривает разбиение задачи на подзадачи, результаты решения которых объединяются для формирования окончательного результата. Команда, которую следует выполнять, определяется, когда имеет место некоторый набор условий. Типичное применение такой архитектуры – распознавание изображений.

5. Архитектура, объединяющая процессоры с памятью с использованием разнообразных соединений между ними (в виде шин, колец, кубов и др.).

Классификация ВС возможна по ряду признаков, в основу которых положен реализуемый параллелизм.

По режиму работы различают однопрограммные и мультипрограммные ВС.

По режиму обслуживания различают: ВС с режимоминдивидуального пользования, пакетной обработки,коллективного пользования.

В случае режима пакетной обработки подготовленные пользователем программы передаются обслуживающему систему персоналу и накапливаются во внешней памяти. При активизации система выполняет накопленный пакет программ. В этом режиме работают однопрограммные и многопрограммные ВС.

Режим коллективного пользованияпредусматривает возможность одновременного доступа нескольких пользователей к ресурсам ВС. Каждому пользователю предоставлен терминал, через который устанавливается связь с ВС (рис. 3.2).

Рисунок 3.2 – ВС коллективного пользования.

Системы коллективного использования с квантованным обслуживанием называются системами с разделением времени.

По особенностямтерриториального размещения частей системы различают:

- сосредоточенные ВС – комплекс компактно размещенного оборудования.

- ВС с телеобработкой содержат, расположенные на значительном расстоянии от вычислительных средств терминалы ввода-вывода. Соединение этих терминалов с центральными средствами ВС осуществляется по каналам связи.

- вычислительные сети представляет собой территориально рассредоточенную многомашинную систему, состоящую из взаимодействующих ЭВМ, связанных между собой каналами передачи данных.

По степени распределения управляющих функцийвыделяют централизованныесзакреплением всех управляющих функций в одном элементе ВС и децентрализованные.

По назначению ВС делятся на универсальные и специализированныеВС. Универсальные ВС предназначены для решения широкого круга задач различного назначения. Специализированные ориентированы на решение заранее определенного класса задач.

По типу используемых ЭВМ (процессоров) различают:

- однородные ВС, построенные из однотипных ЭВМ (процессоров).

- неоднородные – как правило, используют различные специализированные процессоры, например процессоры для операций над числами с плавающей точкой, для обработки десятичных чисел и др.

Существуют различные варианты классификации архитектуры современных компьютеров (см. табл. 3.1).

Средства коммуникационной техники обеспечивают передачу информации и обмен данными с внешней средой, предполагают как автономное функционирование, так и в комплексе со средствами компьютерной техники.

К средствам коммуникационной техники относятся средства и системы:

- стационарной и мобильной телефонной связи;

- телеграфной связи;

- факсимильной передачи информации и модемной связи;

- кабельной и радиосвязи, включая оптико-волоконную и спутниковую связь.

Таблица 3.1 – Классификация компьютеров

Рисунок 3.3 – Классификация компьютеров по типу взаимосвязи команд и обрабатываемых данных

Рисунок 3.4 –Базовая кластерная архитектура

Телефонная связь является самым распространенным видом оперативной административно-управленческой связи. Телефонную связь можно разделить на:

- телефонную связь общего пользования (городскую, междугородную и др.);

- внутриучрежденческую телефонную связь.

Особыми видами телефонной связи являются: радиотелефонная и видеотелефонная связь.

Интеграцию и организацию эффективного взаимодействия разнородных локальных информационных инфраструктур в единую информационную телекоммуникационную сеть позволяют выполнить системы компьютерной телефонии.

Компьютерной телефонией называется технология, в которой компьютерные ресурсы применяются для выполнения исходящих и приема входящих звонков и для управления телефонным соединением.

Интернет-телефония (IP-телефония) – технология, которая используется в сети Интернет для передачи речевых сигналов, является частным случаем IP-телефонии, где в качестве линий передачи используются обычные каналы сети Интернет. В чистом виде IP-телефония в качестве линий передачи телефонного трафика использует выделенные цифровые каналы; но так как Интернет-телефония исходит из IP-телефонии, то часто для нее применяются оба этих термина. Услуги IP-телефонии – бурно развивающегося сегодня вида связи – значительно дешевле услуг традиционной телефонии.

В Интернет-телефонии существуют несколько типов телефонных запросов, среди которых запросы:

- с телефона на телефон;

- с компьютера на телефон;

- с компьютера на компьютер.

Средства организационной техники предназначены для механизации и автоматизации управленческой деятельности. К ним относится большой перечень технических средств, устройств и приспособлений, начиная от карандашей и заканчивая сложными системами и средствами передачи информации.

Применение средств оргтехники в офисных процедурах и процессах связано с выполнением различных операций по обработке документированной информации или с организацией управленческого или иного труда. По функциональному признаку номенклатура средств оргтехники классифицируется на:

- носители информации;

- средства составления и изготовления документов;

- средства репрографии и оперативной полиграфии;

- средства обработки документов;

- средства хранения, поиска и транспортировки документов;

- офисная мебель и оборудование;

- другие средства оргтехники.

В области средств вычислительной техники можно выделить следующие перспективные направления развития:

- разработка новой микроэлектронной базы;

- дальнейшая миниатюризация СБИС;

- создание новых носителей информации;

- разработки в области создания перспективных архитектур компьютеров (разработки в области сверхбольших ЭВМ, структур многопроцессорных систем, построение систем на базе новых элементов (биокомпьютеры, квантовые и оптические и др.), создание компьютеров, взаимодействующих с пользователем на естественных языках.

В области телекоммуникаций перспективными направлениями являются:

- совершенствование оптоволоконных линий связи;

- создание новой аппаратуры уплотнения (модуляция лазерного луча);

- создание и совершенствование Глобальных спутниковых систем связи и навигации (GPS, ГЛОНАС, Бэйдоу).

В области оргтехники и технических средств информационных систем можно выделить следующие перспективы:

- создание новых носителей, в том числе, использующих биологические принципы, и разработка методов доступа к банковским системам (идентификация, услуги карточек и т.д.);

- распознавание образов (идентификация) и т.д.;

- создание систем идентификации на базе биологических принципов;

- создание робототехники и ее широкое внедрение во все сферы деятельности человека и т.д.