Общие положения
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.
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 памяти или по структуре памяти выделяют 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.