- •1 Задачи анализа;
- •2 Задачи синтеза;
- •3 Задачи идентификации.
- •Основные задачи теории кс
- •1. Задачи анализа;
- •2. Задачи синтеза;
- •3. Задачи идентификации.
- •2. Высокой интенсивностью взаимодействия и вытекающим отсюда требованием уменьшения времени ответа.
- •Функционирование кс
- •Основные задачи теории вычислительных систем
- •Общая характеристика методов теории вычислительных систем
- •3. Классификация вычислительных систем
- •Характеристики производительности и надежности кс
- •Характеристики надежности кс
- •1 Холодное резервирование. Работает только основной канал.
- •2 Нагруженный резерв. Включены оба канала (резервный канал занимается посторонними задачами). Время перехода на основную задачу меньше чем в холодном резерве.
- •Общая характеристика методов теории вычислительных систем
- •Характеристики производительности кс
- •1. Номинальная производительность ;
- •2. Комплексная производительность ;
- •3. Пакеты тестовых программ spec XX
- •Характеристики надежности кс
- •1 Холодное резервирование. Работает только основной канал.
- •2 Нагруженный резерв. Включены оба канала (резервный канал занимается посторонними задачами). Время перехода на основную задачу меньше чем в холодном резерве.
- •4) Указывается начальное состояние системы;
- •8) Находятся показатели качества вс на основе найденных вероятностей состояния системы.
- •Анализ надежности кс со сложной структурой
- •2.Расчет надежности кс
- •2. Для каждой вершины можно вычислить среднее количество попаданий вычислительного процесса в эту вершину по формуле
- •1. Разбить множество операторов на классы:
- •Модели вычислительных систем как систем массового обслуживания
- •1 Общие понятия и определения
- •Например m/m/1
- •2 Параметры систем массового обслуживания
- •Модели массового обслуживания вычислительных систем|
- •1. Представление вычислительной системы в виде стохастической сети
- •2. Потоки заявок
- •3. Длительность обслуживания заявок
- •Характеристики одноканальных смо
- •Многопроцессорные системы
- •5. Характеристики бесприоритетных дисциплин обслуживания
- •1) В порядке поступления (первой обслуживается заявка, поступившая раньше других);
- •2) В порядке, обратном порядку поступления заявок (первой обслуживается заявка, поступившая позже других);
- •3) Наугад, т. Е. Путем случайного выбора из очереди.
- •6. Характеристики дисциплины обслуживания с относительными приоритетами заявок
- •3.8. Характеристики дисциплин обслуживания со смешанными приоритетами
- •§ 3.9. Обслуживание заявок в групповом режиме
- •§ 3.10. Смешанный режим обслуживания заявок
- •§ 3.11. Диспетчирование на основе динамических приоритетов
- •§ 3.12. Оценка затрат на диспетчирование
- •1.Определяется интенсивность потока заявок I в смо Si из системы алгебраических уравнений
- •2.Вычисляются коэффициенты передач для каждой смо
- •3.Определяется среднее время обслуживания Ui заявки в смо Si :
- •6.Для моделирующей сети в целом характеристики п.5 определяются как
- •2.Расчет характеристик мультипроцессорной системы
- •1) Имеет доступ к общей памяти;
- •1.Средняя длина очереди заявок, ожидающих обслуживания в системе:
- •3. Среднее время пребывания заявок в системе :
- •Основные задачи теории кс
- •1. Задачи анализа;
- •2. Задачи синтеза;
- •3. Задачи идентификации.
- •1) С неограниченным временем пребывания заявок;
- •2) С относительными ограничениями на время пребывания заявок;
- •3) С абсолютными ограничениями на время пребывания заявок;
- •2.4. Контроллеры и сетевые комплексы ge Fanuc
- •Модели 311,313/323, 331
- •Коммуникационные возможности серии 90-30
- •2.4.3. Контроллеры VersaMax
- •2.4.4. Программное обеспечение
- •Общая характеристика протоколов и интерфейсов асу тп
- •2. Протоколы и интерфейсы нижнего уровня.
- •2. Основные технические характеристики контроллеров и программно-технических комплексов
- •Требования к корпоративной сети
- •2) Одновременное решение различных задач или частей одной задачи;
- •3) Конвейерная обработка информации.
- •1. Суть проблемы и основные понятия
- •1.1 Главные этапы распараллеливания задач
- •1.2 Сведения о вычислительных процессах
- •1.3 Распределенная обработка данных
- •1. Классификации архитектур параллельных вычислительных систем
- •1.1 Классификация Флинна
- •1. Процессоры
- •Память компьютерных систем
- •Простые коммутаторы
- •Простые коммутаторы с пространственным разделением
- •Составные коммутаторы
- •Коммутатор Клоза
- •Баньян-сети
- •Распределенные составные коммутаторы
- •Коммутация
- •Алгоритмы выбора маршрута
- •Граф межмодульных связей Convex Exemplar spp1000
- •Граф межмодульных связей мвс-100
- •3. Граф межмодульных связей мвс-1000
- •1. Построения коммуникационных сред на основе масштабируемого когерентного интерфейса sci
- •2. Коммуникационная среда myrinet
- •3. Коммуникационная среда Raceway
- •4. Коммуникационные среды на базе транспьютероподобных процессоров
- •1. Структура узла
- •2. Пакеты и свободные символы
- •3. Прием пакетов
- •4. Передача пакетов
- •5. Управление потоком
- •1. Структура адресного пространства
- •2. Регистры управления и состояния
- •3. Форматы пакетов
- •Когерентность кэш-памятей
- •1. Организация распределенной директории
- •2. Протокол когерентности
- •3. Алгоритм кэширования.
- •1 . Основные характеристики
- •1.2. Происхождение
- •1.3. Механизм когерентности
- •1. 4. Предназначение
- •1. 5. Структура коммуникационных сред на базе sci
- •1. 6. Физическая реализация
- •1. 7. Обозначение каналов
- •2. Реализация коммуникационной среды
- •2.1. На структурном уровне коммуникационная среда состоит из трех компонентов, как показано на рис. 2.1:
- •Масштабируемый когерентный интерфейс sci
- •Сетевая технология Myrinet
- •Коммуникационная среда Raceway
- •Коммуникационные среды на базе транспьютероподобных процессоров
- •1.Информационные модели
- •1.2. Мультипроцессоры
- •1.3. Мультикомпьютеры
- •Сравнительный анализ архитектур кс параллельного действия.
- •Архитектура вычислительных систем
- •Smp архитектура
- •Симметричные мультипроцессорные системы (smp)
- •Mpp архитектура
- •Массивно-параллельные системы (mpp)
- •Гибридная архитектура (numa)
- •Системы с неоднородным доступом к памяти (numa)
- •Pvp архитектура
- •Параллельные векторные системы (pvp)
- •1. Системы с конвейерной обработкой информации
- •1.2 Мультипроцессоры uma с много- ступенчатыми сетями
- •Мультипроцессоры numa
- •Мультипроцессор Sequent numa-q
- •Мультикомпьютеры с передачей сообщений
- •1. Общая характеристика кластерных систем.
- •2.Особенности построения кластерных систем.
- •Планирование работ в cow.
- •Без блокировки начала очереди (б); заполнение прямоугольника «процессоры-время» (в). Серым цветом показаны свободные процессоры
- •Общие сведения
- •Общие сведения
- •Логическая структура кластера
- •Логические функции физического узла.
- •Устройства памяти
- •Программное обеспечение
- •Элементы кластерных систем
- •1.1. Характеристики процессоров
- •Рассмотрим в начале процессор amd Opteron/Athlon 64.
- •Примеры промышленых разработок
- •Кластерные решения компании ibm
- •Диаграмма большого Linux-кластера.
- •Аппаратное обеспечение
- •Вычислительные узлы, выполняющие основные вычислительные задачи, для которых спроектирована система.
- •Программное обеспечение
- •Кластерные решения компании hp
- •Кластерные решения компании sgi
- •Производительность операций с плавающей точкой
- •Производительность памяти
- •Производительность системы ввода/вывода Linux
- •Масштабируемость технических приложений
- •Системное программное обеспечение
- •Архитектура san
- •Компоненты san
- •Примеры решений на основе san
- •San начального уровня
- •San между основным и резервным центром
- •Практические рекомендации
- •Построение san
- •Заключение
- •Принципы построения кластерных архитектур.
- •Оценки производительности параллельных систем
- •1) Имеет доступ к общей памяти;
- •2) Имеет общий доступ к устройствам ввода-вывода;
- •3) Управляется общей операционной системой, которая обеспечивает требуемое взаимодействие между процессорами и выполняемыми им программами как на аппаратном, так и на программном уровне.
- •4 Вероятность того, что в момент поступления очередной заявки все n процессоров заняты обслуживанием
- •Выбор коммутационного компонента.
- •Проблема сетевой перегрузки.
- •1. Обзор современных сетевых решении для построения кластеров.
- •1000-Мега битный вариант Ethernet
- •Организация внешней памяти
- •Эффективные кластерные решения
- •Концепция кластерных систем
- •Разделение на High Avalibility и High Performance системы
- •3. Проблематика High Performance кластеров
- •Проблематика High Availability кластерных систем
- •Смешанные архитектуры
- •6.Средства реализации High Performance кластеров
- •7.Средства распараллеливания
- •8.Средства реализации High Availability кластеров
- •9.Примеры проверенных решений
- •Архитектура san
- •Компоненты san
- •Примеры решений на основе san
- •San начального уровня
- •San между основным и резервным центром
- •Практические рекомендации
- •Построение san
- •Заключение
- •Symmetrix десять лет спустя
- •Матричная архитектура
- •Средства защиты данных
- •Ревизионизм и фон-неймановская архитектура
- •Литература
- •Связное программное обеспечение для мультикомпьютеров
- •1. Синхронная передача сообщений.
- •2. Буферная передача сообщений.
- •Планирование работ в cow
- •Средства распараллеливания
- •7.Средства распараллеливания
- •2. Кластерн ый вычислительн ый комплекс на основе интерфейса передачи сообщений
- •2.2 Программная реализация интерфейса передачи сообщений
- •2.3 Структура каталога mpich
- •2.4 «Устройства» mpich
- •2.5 Выполнение параллельной программы
- •2.6 Особенности выполнения программ на кластерах рабочих станций
- •2.7 Тестирование кластерного комплекса
- •Параллельная виртуальная машина
- •3 Кластерн ый вычислительн ый комплекс на основе пАраллельной виртуальной машины
- •3.1 Параллельная виртуальная машина
- •3.1.1 Общая характеристика
- •3.1.2 Гетерогенные вычислительные системы
- •3.1.3 Архитектура параллельной виртуальной машины
- •3.2 Настройка и запуск параллельной виртуальной машины
- •3.3 Структура каталога pvm
- •3.4 Тестирование параллельной виртуальной машины
- •На рисунке 3.2 представлена диаграмма, отображающая сравнение производительности коммуникационных библиотек mpi и pvm.
- •3.5 Сходства и различия pvm и mpi
- •4 . Кластерн ый вычислительн ый комплекса на основе программного пакета openMosix
- •4.1 Роль openMosix
- •4.2 Компоненты openMosix
- •4.2.1 Миграция процессов
- •4.2.2 Файловая система openMosix (oMfs)
- •4.3 Планирование кластера
- •4.4 Простая конфигурация
- •4.4.1 Синтаксис файла /etc/openmosix.Map
- •4.4.2 Автообнаружение
- •4. 5. Пользовательские утилиты администрирования openMosix
- •4. 6. Графические средства администрирования openMosix
- •4. 6.1 Использование openMosixView
- •4. 6.1.2 Окно конфигурации. Это окно появится после нажатия кнопки “cluster-node”.
- •4. 6.1.3 Окно advanced-execution. Если нужно запустить задания в кластере, то диалог "advanced execution" может сильно упростить эту задачу.
- •4.6.1.4 Командная строка. Можно указать дополнительные аргументы командной строки в поле ввода вверху окна. Аргументы приведены в таблице 9.2.
- •4. 6.2.2 Окно migrator. Этот диалог появляется, если кликнуть на каком-либо процессе из окна списка процессов.
- •4. 6.2.3 Управление удалёнными процессами. Этот диалог появляется при нажатии кнопки “manage procs from remote”
- •4.5.3 Использование openMosixcollector
- •4. 6.4 Использование openMosixanalyzer
- •4. 6.4. 1 Окно load-overview. Здесь отображается хронология нагрузки openMosix.
- •4. 6.4. 2 Статистическая информация об узле
- •4.5.4.3 Окно memory-overview. Здесь представляется обзор использования памяти (Memory-overview) в openMosixanalyzer.
- •4. 6.4.4 Окно openMosixhistory
- •4. 6.5 Использование openMosixmigmon
- •4.6 Список условных сокращений
- •Перечень ссылок
- •Общие сведения
- •2. Создание Windows-кластера
- •Суперкомпьютерная Программа "скиф"
- •Описание технических решений
- •Направления работ
- •Основные результаты
- •Кластер мгиу
- •Содержание
- •Понятие о кластере
- •Аппаратное обеспечение
- •Пропускная способность и латентность
- •1. Определение распределенной системы
- •2.1. Соединение пользователей с ресурсами
- •2.2. Прозрачность
- •Прозрачность в распределенных системах
- •2.3. Открытость
- •2.4. Масштабируемость
- •3.1. Мультипроцессоры
- •3.2. Гомогенные мультикомпьютерные системы
- •3.3. Гетерогенные мультикомпьютерные системы
- •4. Концепции программных решений рс
- •4.1. Распределенные операционные системы
- •4.2. Сетевые операционные системы
- •4.3. Программное обеспечение промежуточного уровня
- •5. Модель клиент-сервер рс
- •5.1. Клиенты и серверы
- •5.2. Разделение приложений по уровням
- •5.3. Варианты архитектуры клиент-сервер
- •Формы метакомпьютера
- •Настольный суперкомпьютер.
- •2. Интеллектуальный инструментальный комплекс.
- •Сетевой суперкомпьютер.
- •Проблемы создания метакомпьютера
- •Сегодняшняя архитектура метакомпьютерной среды
- •Взаимосвязь метакомпьютинга с общими проблемами развития системного по
- •5. Модель клиент-сервер рс
- •5.1. Клиенты и серверы
- •5.2. Разделение приложений по уровням
- •5.3. Варианты архитектуры клиент-сервер
- •Symmetrix десять лет спустя
- •Матричная архитектура
- •Средства защиты данных
- •Ревизионизм и фон-неймановская архитектура
- •Однородные вычислительные среды
- •Однокристальный ассоциативный процессор сам2000
- •Модели нейронных сетей
- •Модели инс
- •Оптимизационные системы.
- •Неуправляемые системы распознавания образов.
- •Системы feed forward.
- •Элементы нейрологики с позиции аппаратной реализации
- •Реализация нейронных сетей
- •Программные нейрокомпьютеры
- •Программно-аппаратные нейрокомпьютеры
- •Практическое использование инс
Компьютерная система – совокупность взаимосвязанных процессоров и других вычислительных устройств, а также отдельных компьютеров предназначенных для повышения производительности и надёжности.
Компьютерные системы (КС) применяются при решении задач научных исследований, задач обработки сигналов и изображений, задач анализа в генной инженерии, компьютерной графики (синтез изображений), задач военной области, задач метрологических служб – для этого требуются многие комплексные системы.
Параллельная обработка – разбиение программы на участки, которые могут обрабатываться параллельно на различных вычислительных устройствах.
Методологически компьютерные системы используют теорию сложных систем и теорию вычислительных систем, которые изучают характеристики систем из большого количества элементов и связей. Здесь используются понятия структуры и эффективности.
Структура системы – набор элементов и связей между ними.
Эффективность – степень соответствия системы своему назначению. Для сложных систем эффективность не удается определить одной величиной и поэтому ее представляют набором величин, называемых характеристиками системы. Набор характеристик формируется таким образом, чтобы в своей совокупности они давали наиболее полное представление об эффективности системы. Основные характеристики эффективности компьютерной системы (КС) описываются показателями производительности и надежности.
Характеристики зависят от организации системы – структуры, состава программного обеспечения, режима функционирования системы и др. Характеристики определяют свойства системы как целого, проявляющиеся в процессе эксплуатации системы и зависящие от ее организации, представляемой соответствующим набором параметров (число и быстродействие устройств, емкость памяти и др.). Исследования характеристик и свойств КС могут быть проведены с помощью методов теории вычислительных систем.
При этом возникают следующие задачи:
1 Задачи анализа;
2 Задачи синтеза;
3 Задачи идентификации.
Задача анализа - определение свойств, присущих системе или классу систем (получение характеристик на основе структур параметров и режимов обработки). В общем случае задача синтеза формулируется следующим образом. Исходя из цели исследования назначается набор характеристик исследуемого объекта (вычислительная система, ее элемент, некоторый процесс и др.) и точность , с которой они должны быть определены. Требуется найти способ оценки характеристик объекта с заданной точностью и на основе этого способа определить характеристики.
Задача синтеза. Синтез – процесс создания вычислительной системы, наилучшим образом соответствующей своему назначению. Исходными в задаче синтеза являются: 1 функция системы (класс решаемых задач); 2 ограничения на характеристики системы (производительность, надежность и др.); 3 критерий эффективности, устанавливающий способ оценки качества системы в целом. Необходимо выбрать конфигурацию системы и режим обработки данных, удовлетворяющие заданным ограничениям и оптимальные по критерию эффективности.
Проектирование системы ведется сверху вниз – от наиболее общих решений, связанных с системой в целом, к частным решениям, относящимся к отдельным подсистемам и их частям.
Сложность задачи синтеза КС обусловлена числом варьируемых параметров, описывающих конфигурацию и режим функционирования системы и областью варьирования параметров. Для решения задач синтеза используются математические методы линейного и нелинейного программирования и имеют большую вычислительную сложность из-за нелинейности функций.
Задачи идентификации. При эксплуатации КС возникает необходимость в повышении их эффективности путем подбора конфигурации и режима функционирования, соответствующих классу решаемых задач и требованиям к качеству обслуживания пользователей. В связи с ростом нагрузки на систему может потребоваться изменение конфигурации системы, использование более современных операционных систем и реализуемых ими режимов обработки. В этих случаях следует оценить возможный эффект, для чего необходимы модели производительности и надежности систем. Построение модели системы на основе априорных сведений об ее организации и данных измерений называется идентификацией системы
Основные задачи теории кс
В теории КС широко используются следующие задачи:
1. Задачи анализа;
2. Задачи синтеза;
3. Задачи идентификации.
Задача анализа - определение свойств, присущих системе или классу систем (получение характеристик на основе структур параметров и режимов обработки). В общем случае задача синтеза формулируется следующим образом. Исходя из цели исследования назначается набор характеристик исследуемого объекта (вычислительная система, ее элемент, некоторый процесс и др.) и точность , с которой они должны быть определены. Требуется найти способ оценки характеристик объекта с заданной точностью и на основе этого способа определить характеристики.
Задача синтеза. Синтез – процесс создания вычислительной системы, наилучшим образом соответствующей своему назначению. Исходными в задаче синтеза являются: 1. функция системы (класс решаемых задач);
2. ограничения на характеристики системы (производительность, надежность и др.); 3. критерий эффективности, устанавливающий способ оценки качества системы в целом. Необходимо выбрать конфигурацию системы и режим обработки данных, удовлетворяющие заданным ограничениям и оптимальные по критерию эффективности.
Проектирование системы ведется сверху вниз – от наиболее общих решений, связанных с системой в целом, к частным решениям, относящимся к отдельным подсистемам и их частям.
Сложность задачи синтеза КС обусловлена числом варьируемых параметров, описывающих конфигурацию и режим функционирования системы и областью варьирования параметров. Для решения задач синтеза используются математические методы линейного и нелинейного программирования и имеют большую вычислительную сложность из-за нелинейности функций.
Задачи идентификации. При эксплуатации КС возникает необходимость в повышении их эффективности путем подбора конфигурации и режима функционирования, соответствующих классу решаемых задач и требованиям к качеству обслуживания пользователей. В связи с ростом нагрузки на систему может потребоваться изменение конфигурации системы, использование более современных операционных систем и реализуемых ими режимов обработки. В этих случаях следует оценить возможный эффект, для чего необходимы модели производительности и надежности систем. Построение модели системы на основе априорных сведений об ее организации и данных измерений называется идентификацией системы
СОСТАВ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ КС.
Компьютерные системы строятся из технических и программных средств, существенно различающихся по своей природе. Поэтому КС принято рассматривать как совокупность двух составляющих: технических средств и программного обеспечения. Функционирование КС определяется взаимодействием программных и технических средств, в результате чего свойства системы проявляются как совокупные свойства технических и программных средств.
Технические средства. Основу КС составляют технические средства—оборудование, предназначенное для ввода, хранения, преобразования и вывода данных. Состав технических средств определяется структурой (конфигурацией) КС, т.е. - тем, из каких частей (элементов) состоит система и каким образом эти части связаны между собой. Математическая форма представления структуры—граф, вершины которого соответствуют элементам системы, а ребра (дуги)—связям между элементами.
Инженерная форма представления структуры — схема. Таким образом, схема и граф тождественны по содержанию и различны по форме. В схеме для изображения элементов используются различные геометрические фигуры, а для изображения связей—линии многих типов. За счет этого схема приобретает большую по сравнению с графом наглядность. Основные элементы структуры КС — устройства: процессоры, устройства запоминающие, ввода — вывода, сопряжения с объектами и др. Устройства связываются с помощью интерфейсов, включающих в себя совокупность линий или каналов передачи данных (линий связи).
Пример структуры, представленной на уровне устройств, приведен на которых снабжена тремя каналами ввода — вывода МКО, СК.1 и СК.З, двумя
подключенными через контроллер КД к мультиплексному каналу МК.О. Машины связаны с общим для них набором внешних запоминающих устройств— накопителями на магнитных дисках НМДЗ и НМД4 и магнитных лентах НМЛ1—НМЛ4, которые подключены к селекторным каналам СК2 через соответствующие контроллеры КНМД я КНМЛ. К ЭВМ подключены мультиплексоры передачи данных МПД1 и МПД2, каждый из которых обслуживает четыре канала связи КС1-К.С4 и КС5-КС8. На рисунке линиями представ. лены следующие интерфейсы: интерфейс прямого управления, сопрягающий процессоры ЭВМ1 и ЭВМ2; интерфейсы оперативной памяти, связывающие оперативную память с процессором и каналами ввода—вывода МКО. СК.1 и СК.З; интерфейсы ввода — вывода, связывающие каналы ввода — вывода с контроллерами запоминающих устройств и устройств ввода—вывода; малые интерфейсы, посредством которых накопители и устройства ввода—вывода подключаются к соответствующим контроллерам.
Структура сложных систем при представлении ее на уровне устройств может оказаться настолько сложной, что теряет обозримость и выходит за рамки возможностей методов исследования, используемых при анализе и синтезе систем.
В таких случаях структура описывается на более высоком уровне, когда в качестве элементов выступают ЭВМ, многопроцессорные комплексы и сложные подсистемы, которые изображаются одной вершиной графа. Таким образом, элемент структуры КС — это прежде всего удобное понятие, но не физическое свойство объекта. Главное требование к изображению структуры—информативность.
Структура КС дает общее представление о составе технических средств и связей между ними. Дополнительные сведения о технических средствах даются в форме спецификации, где для каждого элемента структуры и каждого типа связей между элементами указывается: наименование элемента, приведенное на структурной схеме; тип устройства, соответствующего элементу структурной схемы; технические характеристики устройства или средства связи (производительность, емкость памяти, пропускная способность).
В связи с процессами обработки данных технические средства рассматриваются как совокупность ресурсов двух типов: устройств и памяти.
Устройство—ресурс, используемый для преобразования (и ввода—вывода) данных, разделяемый между процессами (задачами) во времени. Примеры устройств—процессоры, каналы ввода — вывода, периферийные устройства (ввода — вывода и внешние запоминающие) и каналы передачи данных. В каждый момент времени устройство используется одним процессом, реализуя соответствующие операции; преобразование или ввод—вывод данных .
Основная характеристика устройства — производи-тельность, определяемая числом операций, выполняемых в секунду, или пропускная способность, определяемая количеством единиц информации (байтов), передаваемых в секунду.
Память—ресурс, используемый для хранения данных и разделяемый между процессами по объему и времени. Примеры—оперативная память и накопители на магнитных дисках. Основная характеристика памяти — емкость, определяемая предельным количеством информации, размещаемой в памяти. В одной памяти одновременно могут размещаться данные, относящиеся к нескольким процессам. Накопитель на магнитных дисках содержит два ресурса, являясь одновременно памятью определенной емкости и устройством, обслуживающим операции'ввода—вывода данных-
Таким образом, состав технических средств определяет номенклатуру ресурсов, используемых для хранения, ввода—вывода и преобразования данных. Конфигурация связей между устройствами определяет пути передачи данных в системе и порядок доступа процессов к устройствам и данным, хранимым в памяти.
Программное обеспечение. Технические средства КС реализуют элементарные операции ввода—вывода и обработки данных. Требуемый набор функций, определяемых назначением КС, обеспечивается совокупностью программ — программным обеспеченим КС,
Программное обеспечение КС строится по многоуровневому, иерархическому, принципу. Основные процессы обработки дан-
ных описываются в терминах операций над математическими и
логическими элементами данных, вводимых проблемно- и про- цедурно-ориентированными языками программирования. Эти операции с помощью программных средств более низких уровней интерпретируются как более простые операции и в конце концов сводятся к операциям, реализуемым техническими средствами КС .
Пример многоуровневой реализации функций в КС приведен на рис.1.9. Технические средства КС обеспечивают реализацию элементарных функций—операций ввода, хранения, преоб-разования и вывода данных, которые выполняются с помощью схем и средств микропрограммного управления. Функции, реализуемые техническими средствами, относятся к первому, низшему, уровню иерархии, функции более высоких уровней сложности обеспечиваются программным обеспечением КС , включающим в себя операционную систему и прикладное программное обеспечение.
Операционная система (ОС)—совокупность программ, предназначенных для управления работой КС и реализации наиболее массовых процедур взаимодействия с пользователями, ввода—вывода, хранения и преобразования данных. Управление работой КС сводится к управлению процессами и ресурсами. обеспечивающему эффективное использование оборудования КС и требуемое качество обслуживания пользователей. Функции управления работой КС реализуются управляющими программами ОС, включающими в свой состав супервизор, программы управления заданиями и данными. Супервизор контролирует состояние всех технических средств и процессов (задач) и управляет ими, обеспечивая необходимый режим обработки данных путем распределения процессов в пространстве и времени. Супервизор выделяет задачам области (разделы) памяти и устройства ввода—вывода, инициирует выполнение процессором программ, начинает операции ввода—вывода и обрабатывает сигналы прерывания, отмечающие окончание операций ввода— вывода и особые ситуации, возникающие при выполнении программ и работе устройств.
Программы управления заданиями обеспечивают ввод и интерпретацию команд операторов, управляющих работой КС , и заданий, формируемых пользователями КС . Операторы с помощью специальных команд воздействуют на порядок функционирования и получают информацию о текущем состоянии КС - Эти программы интерпретируют задания в виде соответствующих действий и обеспечивают их необходимыми ресурсами — разделами оперативной и внешней памяти, устройствами ввода — вывода, наборами данных и др. Задания, обеспеченные ресурсами, необходимыми для их выполнения, образуют задачи. Управление задачами реализуется супервизором. Для обращения к программам управления заданиями "применяется язык управления заданиями, в терминах которого пользователи и операторы, управляющие работой системы, записывают задания на выполнение работ в системе.
Программы управления данными обеспечивают доступ к наборам данных и организацию работы устройств ввода—вывода. Средства управления данными настраивают программы на работу с конкретными наборами данных и устройствами, в которых хранятся наборы, и за счет этого создают возможность при программировании задач манипулировать с данными как с логическими объектами, не связанными с конкретными устройствами. Таким образом, управление данными сводится к сопряжению программ с наборами данных и устройствами, а использование этих устройств контролируется и координируется супервизором,
Функции, реализуемые управляющими программами ОС, относятся ко второму и третьему уровню функций системы (см. рис. 1.9).
Функции ОС расширяются за счет средств системного программного обеспечения — программных средств телеобработки, управления базами данных, сетевой обработки и др. Системное программное обеспечение является основой для построения прикладного программного обеспечения и предоставляет пользователю средства, необходимые для работы со специальными устройствами (например, с аппаратурой передачи данных и удаленными терминалами) или для специальной обработки данных. Функции, реализуемые средствами системного программного обеспечения, относятся к четвертому уровню иерархии.
К пятому уровню относятся функции, выполняемые системными обрабатывающими программами ОС. Эти программы включают в себя: трансляторы с языков программирования; редакторы связей, обеспечивающие сборку программных модулей в программы с заданной структурой; средства отладки программ и перемещения наборов данных с одних носителей на другие и т. д. Функции, обеспечиваемые трансляторами, представляются в виде языков программирования: машинно-, процедурно- и проблемно-ориентированных языков, языков генерации программ ввода —вывода и др.
Прикладное программное обеспечение — совокупность прикладных программ, реализующих функции обработки данных, связанные с конкретной областью применения системы. В системах автоматизации проектирования радиоэлектронной аппаратуры прикладные программы обеспечивают анализ электронных схем, размещение электронных элементов по конструктивным единицам, разводку соединений на печатных платах и т. д.; в автоматизированных системах управления производством—календарное и оперативное планирование производства на предприятии и в низовых производственных подразделениях, учет и анализ производственной деятельности и т. д. Состав прикладных программ определяется назначением системы.
К программным средствам СОД примыкают наборы данных., рассматриваемых как особая составляющая — информационное обеспечение СОД. Наборы данных—совокупность логически связанных элементов данных, организованных по определенным правилам и снабженных описанием, доступным системе программирования (средствам управления данными). Наборы данных снабжаются именами, с помощью которых программы обращаются к соответствующим наборам и их элементам. Одни и те же наборы данных могут использоваться многими прикладными программами. Чтобы исключить необходимость представления одних и тех же данных в различной форме, вариантах н сочетаниях, ориентированных на разные программы, необходимо обеспечить независимость данных и программ. Это достигается за счет организации данных в виде специальных структур — баз и банков данных, а также использования совокупности программных средств, предназначенных для выборки, модификации и добавления данных,—системы управления базами данных. Организация данных в форме баз обеспечивает независимость прикладных программ от логической в физической организации базы данных, в результате чего изменения в программах не влекут за собой изменений базы и реорганизация базы данных не требует внесения изменений в программы, оперирующие с данными.
Режимы обработки в компьютерных системах
Рассмотрим классификацию по функциональному признаку.
Режим обработки данных – способ выполнения заданий (задач или программ), характеризующийся порядком распределения ресурсов системы между заданиями.
КС характеризуются различными режимами обработки:
1.Режим реального времени
2. Режим пакетной обработки
3.Режим оперативной обработки
3.1 Диалоговый режим
3.2 Режим разделения времени
Режим реального времени. В системах управления реальными объектами, построенных на основе ЭВМ, процесс управления сводится к решению фиксированного набора задач . Каждая задача инициируется либо периодически, либо при возникновении определенных ситуаций в системе. Темп инициирования задач и время получения результатов жестко регламентируются динамическими свойствами управляемого объекта. Это означает, что на время решения задач управления налагаются ограничения , определяющие предельное допустимое время ответа для задач соответственно. Режим, при котором организация обработки данных подчиняется темпу процессов вне КС, называется обработкой в реальном масштабе времени.
Пакетная обработка данных характеризуется:
1. большим объемом вводимых-выводимых данных и вычислений, приходящихся на одно взаимодействие пользователя с системой (на одну задачу);
2. низкой интенсивностью взаимодействия и допустимостью большого времени ответа.
В пакетном режиме организация процесса в системе имеет целью не минимизацию времени ответа, а снижение стоимости обработки данных за счет эффективного использования ресурсов системы. В пакетном режиме управление процессами – выбор заданий из очереди на обработку и порядок выполнения задач – направлено на повышение производительности системы за счет формирования смеси задач, обеспечивающей максимальную загрузку по возможности всех ресурсов системы.
Оперативная обработка данных характеризуется:
1. малым объемом вводимых-выводимых данных и вычислений, приходящимся на одно взаимодействие пользователя с системой (на одну задачу);