Средства вычислительной техники

Средства вычислительной техники (СВТ) реализуют обработку данных и представляют собой совокупность ЭВМ, вычислительных комплексов и вычислительных систем различных классов.

Определим смысловое значение каждого из упомянутых терминов -«ЭВМ», «вычислительный комплекс», «вычислительная система» - и покажем существующую между ними разницу.

ЭВМ (электронная вычислительная машина, компьютер) -совокупность технических средств, предназначенных для организации ввода, хранения, автоматической обработки по заданной программе и вывода данных (информации).

К техническим средствам относятся (рис. 1.3):

• центральный процессор (ЦП);

• оперативная (основная) память (ОП);

• внешние устройства (ВУ), включающие устройства ввода-вывода (УВВ) и внешние запоминающие устройства (ВЗУ);

• процессоры (каналы) ввода-вывода (ПВВ, КВВ).

Вычислительный комплекс (ВК) - совокупность технических средств, содержащая несколько центральных процессоров и представляющая собой одну ЭВМ с несколькими ЦП (МПВК -многопроцессорный ВК)или объединение нескольких однопро­цессорных ЭВМ (ММВК -многомашинный ВК)(рис. 1.4).

Основной целью построения ВКявляется обеспечение высокой надежности и/или производительности, не достижимой для однопроцессорных ЭВМ.

Вычислительная система (ВС) - совокупность технических и программных средств, ориентированных на решение определенной совокупности задач.

К программным средствам относятся (рис. 1.5):

• системное программное обеспечение, представляющее собой совокупность стандартных программных средств, обеспечивающих функционирование ВС и включающих операционную систему (ОС), основными составляющими которой для организации эффективного функционирования ВС, являются управляющие программы (УП), а также трансляторы с алгоритмических языков и библиотеки математических и служебных программ;

• прикладное программное обеспечение в виде множества прикладных программ (ПП), обеспечивающих ориентацию ВС на решение задач конкретной области применения.

Понятие «вычислительная система» в рассматриваемом контексте полностью согласуется с понятием «система», сформулированным в общей теории систем, в соответствии с которым система должна обладать структурной и функциональной организацией, атакже фундаментальными свойствами:целостностью, связностью, организованностью и интегративностъю. Последнее означает, что система обладает свойствами (функциями), которые не присущи ни одному из элементов, входящих в состав системы.

Именно программные средства обеспечивают функциональную организацию ВС, реализуемую управляющими программами операционной системы и прикладными программами. Свойство интегративности в значительной степени обеспечивается прикладными программами. Действительно, элементы (устройства) ЭВМ обеспечивают функции обработки данных (ЦП), хранения данных (ОП, ВЗУ), ввода и вывода данных (УВВ). В то же время вычислительная система с соответствующим программным обеспечением может выполнять функции перевода с одного языка на другой, играть в шахматы и другие игры, воспроизводить звук, фото- и видеоизображения и т.д., то есть ВС обладает функциями, не присущими отдельным устройствам ЭВМ.

Таким образом, многопроцессорный (многомашинный) ВК, рассматриваемый в совокупности с программным обеспечением, можно называть многопроцессорной (многомашинной) вычислительной системой - МПВС (ММВС), а суперЭВМ с программным обеспечением -высокопроизводительной ВС (ВПВС).

Ещё одной отличительной особенностью ЭВМ от ВС является единица измерения производительности. Производительность ЭВМ измеряется в MIPS (миллион инструкций, команд или операций в секунду) или в FLOPS (операций с плавающей точкой в секунду - для суперЭВМ), а производительность ВС - в количестве задач, выполняемых системой за единицу времени, называемой системной производительностью. Очевидно, что системная производительность зависит как от параметров технических средств ВС, так и от параметров программных средств, в частности, прикладных программ. Ясно, что количество «коротких» задач, выполняемых системой за единицу времени в ВС, всегда будет больше, чем «длинных» задач.

На системном уровне в качестве основной единицы работы ВС рассматривается задача,представляющая совокупность определенной прикладной программы с определенным набором данных (рис. 1.6).

Причиной инициализации задачи может быть задание (команда, запрос, транзакция).

Выполнение задач в ВС называется вычислительным процессом.

Определенный порядок (последовательность) прохождения задач через систему, то есть управление вычислительным процессом, осуществляется управляющими программами ОС.

К программным средствам ВС тесно примыкают базы данных и системы управления базами данных, которые можно рассматривать как самостоятельную составляющую ВС - информационное обеспечение (рис. 1.7).

База данных (БД) - упорядоченные наборы данных (файлы), имеющие определенную структуру.

Системы управления базами данных (СУБД) - специальные программные средства, предназначенные для формирования, модификации и выборки данных.

Часто термин "вычислительная система" используется в качестве обобщенного понятия. При этом предполагается, что ВС может быть построена на базе однопроцессорной ЭВМ, многомашинного или многопроцессорного вычислительного комплекса, а компьютерная сеть, представляющая собой объединение нескольких ВС, может рассматриваться как система более высокого уровня.

Компьютерная сеть кроме функций ввода, хранения, обработки и вывода данных реализует функции по передаче данных на значительные расстояния между абонентами сети, в качестве которых выступают ВС и пользователи сети, имеющие доступ к ресурсам сети с помощью удаленных терминалов.

Средства телекоммуникаций

Средства телекоммуникаций (СТК) реализуют передачу данных и образуют телекоммуникационную сеть (сеть связи, сеть передачи данных), состоящую из узлов связи (УС), объединенных каналами связи (КС) для передачи данных (рис. 1.8).

Способ объединения УС и КС определяет топологию (конфигурацию) телекоммуникационной сети.

Канал связи (КС) включает в себя линию связи (ЛС) и каналообразующее оборудование.

Линия связи (ЛС) представляет собой физическую среду передачи, по которой передаются сигналы, вместе с аппаратурой передачи данных (АПД), формирующей сигналы, соответствующие типу ЛС (рис. 1.9).

Аппаратура передачи данных (АПД) осуществляет преобразование сигналов в соответствии с типом среды передачи (линии связи). К АПД относятся различного типа модемы (модуляторы-демодуляторы), используемые в телефонных и высокочастотных КС: телефонные, кабельные, радиомодемы, xDSL-модемы, адаптеры и т.д.

Каналообразующее оборудование (КО) предназначено для формирования канала передачи данных между двумя взаимодействующи­ми абонентами, при этом в одной и той же линии связи одновременно может быть сформировано несколько каналов за счет использования различных методов уплотнения.

Технология уплотнения и формирования многоканальных систем передачи данных в компьютерных сетях называется мультиплексирова­нием и реализуется мультиплексорами и демультиплексорами. Обычно каналообразующее оборудование входит в состав узлов телекоммуникационной сети.

Основными функциями узлов связи являются:

• маршрутизация, заключающаяся в выборе направления передачи (маршрута) данных;

• коммутация, заключающаяся в установлении физического или логического соединения между входными и выходными портами узла;

• мультиплексирование, заключающееся в объединении нескольких входящих в узел потоков данных в один выходящий из узла поток;

• демультиплексирование, заключающееся в разделении одного входящего в узел потока данных на несколько выходящих из узла потоков.

В качестве узлов связи в вычислительных сетях используются специализированные сетевые устройства: концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.

В качестве оконечного оборудования данных (00Д) (рис. 1.9) могут выступать компьютеры и сетевое оборудование (мосты, коммутаторы, маршрутизаторы), находящееся в узлах сети.

Состав ЭВМ, вычислительного комплекса, системы и сети, а также взаимосвязь между рассмотренными понятиями иллюстрируется рис.1.10.