Главная
страница 1страница 2страница 3страница 4
1 вопрос. Общие принципы построения вычислительных машин.
Концепция Дж.Фон Неймана. 40-е годы 29 века. Согласно этой концепции, определена автономно работающая ВМ содержащая устройство управления, арифметико лог устройство, память и устройства ввода вывода.

  1. Двоичное кодирование информации, разделение ее на слова фиксированной разрядности;

  2. Линейно адресная организация памяти(N ячеек по n разрядов). Аппаратные средства для записи, хранения и чтения слова из n двоичных разрядов называют ячейкой памяти. Ячейки пронумерованы по порядку 0,1…N-1. Номер ячейки-адрес. В командах программы адрес является именем(идентификатором) переменной, хранящейся в соответствующей ячейке.

  3. Представление алгоритма программой, состоящей из команд. Команда является предписанием, определяющим шаг процесса выполнения программы. Она содержит код операции, адреса операндов и другие служебные коды.

  4. Хранение команд и данных в одной памяти. Различие их заключается только в способе использования и интерпретации считанного из памяти слова.

  5. Вычислительный процесс организуется как последовательное выполнение команд в порядке, определяемом программой.

  6. Жесткость архитектуры — неизменность в процессе работы ВМ, ее структуры, списка команд, методов кодирования данных.

Вопрос 2. Основные характеристики и классификация компьютеров.

Основные характеристики:



  1. Быстродействие. Производительность.

Быстродействие – характеризуется числом определенного типа команд, выполняемых в единицу времени.

  1. Производительность – объем работ (количество программ), выполняемых в единицу времени. Для оценки быстродействия в современных ЭВМ применяют характеристику MSLOPS (миллион операций с плавающей точкой).

  2. Емкость запоминающих устройств

  3. Надежность – способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени.

  4. Точность – возможность различать почти равные значения

  5. Достоверность – свойство информации быть правильно воспринятой.

Классификация компьютеров

  1. По возможности и назаначению

  • Супер ЭВМ

  • Большие ЭВМ

  • Средние ЭВМ

  • Персональные ЭВМ

  • Мобильные и карманные

  • Встраиваемые микропроцессоры

  1. По месту и роли в информационных сетях

  • Мощные машины, включаемые в состав вычислительных центров

  • Кластерные структуры – многомашинные вычислительные системы

  • Серверы – вычислительные машины и системы

  • Рабочие станции – используются в качестве коммутационных устройств

  • Сетевые компьютеры

Вопрос 3. Структурные схемы и взаимодействие устройств компьютера.

Каждое внешнее устройство взаимодействует с процессором ПК через специальный блок – КОНТРОЛЛЕР, который преобразует информацию, поступающую от процессора в соответствующие сигналы, управляющие работой устройства. Существуют контроллеры монитора, клавиатуры, принтера, дисковода…Данные, управляющие сигналы, адреса должны передаваться от одного устройства к другому. Следовательно, в компьютере должно быть некое устройство, которое организует передачу информации между всеми его составными частями. Эти функции выполняет системная шина.



Системная шина – информационная магистраль, которая связывает друг с другом все устройства компьютера (группа токопроводящих кабелей или линий на системной плате) По системной шине осуществляется передача данных, адресов, управляющих команд, поэтому системная шина состоит из шины данных, адресной шины и шины команд. Системная шина предназначена для передачи информации, закодированной в двоичном коде. Характеристика системной шины, определяющая количество бит информации, передаваемых одновременно, называется разрядностью.

Машинный код.

Машинные коды естественные и эспоциональные подразумевает запись числа в нормализованном виде т.е. не ноль.

Если ноль то положительное

Если 1 то отрицательное

Дополнительный код отрицательного числа путём инвертирования разрядов и их увеличения нка 1 исходных разрядов.

Модифицированный код отличается от дополнительного 2 цифрами! 00 полож 11 отрицательное.



Техническая интерпретация логических функций

По логическим выражениям проектируются схемы ЭВМ. При этом следует придерживаться следующей последовательности действий.

1. Словесное описание работы схемы.

2. Формализация словесного описания.

3. Запись функций в дизъюнктивной (конъюнктивной) совершенной нормальной форме по таблицам истинности.

4. Минимизация логических зависимостей с целью их упрощения.

5. Представление полученных выражений в выбранном логически полном базисе элементарных функций.

6. Построение схемы устройства.

7. Проверка работоспособности полученной схемы. Покажем взаимосвязь перечисленных этапов на примере.

Кодирование информации: нечисловой текстовой, звуковой.
Для преобразования числовой, текстовой, графической, звуковой информации в цифровую необходимо применить кодирование. Кодирование - это преобразование данных одного типа через данные другого типа. В ЭВМ применяется система двоичного кодирования, основанная на представлении данных последовательностью двух знаков: 1 и 0, которые называются двоичными цифрами.

Например, для представления текстовой информации используется таблица нумерации символов или таблица кодировки символов, в которой каждому символу соответствует целое число (порядковый номер). Восемь двоичных разрядов могут закодировать 256 различных символов.

Существующий стандарт ASCII (8 - разрядная система кодирования) содержит две таблицы кодирования - базовую и расширенную. Первая таблица содержит 128 основных символов, в ней размещены коды символов английского алфавита, а во второй таблице кодирования содержатся 128 расширенных символов.

Так как в этот стандарт не входят символы национальных алфавитов других стран, то в каждой стране 128 кодов расширенных символов заменяются символами национального алфавита. В настоящее время существует множество таблиц кодировки символов, в которых 128 кодов расширенных символов заменены символами национального алфавита.

В настоящее время существует универсальная система UNICODE, основанная на 16 - разрядном кодировании символов. Эта 16 -разрядная система обеспечивает универсальные коды для 65536 различных символов, т.е. в этой таблице могут разместиться символы языков большинства стран мира.

Звук.

Звуковые волны при помощи микрофона превращаются в аналоговый переменный электрический сигнал. Он проходит через звуковой тракт и попадает в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) - устройство, которое переводит сигнал в цифровую форму.



Принцип работы АЦП заключается в следующем: он измеряет через определенные промежутки времени амплитуду сигнала и передает дальше, уже по цифровому тракту, последовательность чисел, несущих информацию об изменениях амплитуды

Во время аналого-цифрового преобразования никакого физического преобразования не происходит. С электрического сигнала как бы снимается отпечаток или образец, являющийся цифровой моделью колебаний напряжения в аудиотракте. Если это изобразить в виде схемы, то эта модель представлена в виде последовательности столбиков, каждый из которых соответствует определенному числовому значению. Цифровой сигнал по своей природе дискретен - то есть прерывист, поэтому цифровая модель не совсем точно соответствует форме аналогового сигнала.



Программное обеспечение ЭВМ: структура ПО, операционные системы

Совокупность программ, предназначенная для решения задач на ПК, называется программным обеспечением. Состав программного обеспечения ПК называют программной конфигурацией.

Программное обеспечение, можно условно разделить на три категории:

системное ПО (программы общего пользования), выполняющие различные вспомогательные функции, например создание копий используемой информации, выдачу справочной информации о компьютере, проверку работоспособности устройств компьютера и т.д.

прикладное ПО, обеспечивающее выполнение необходимых работ на ПК: редактирование текстовых документов, создание рисунков или картинок, обработка информационных массивов и т.д.

инструментальное ПО (системы программирования), обеспечивающее разработку новых программ для компьютера на языке программирования

Операционная система — комплекс программ, обеспечивающий управление аппаратными средствами компьютера, организующий работу с файлами и выполнение прикладных программ, осуществляющий ввод и вывод данных.

Режимы работы ЭВМ.

Под режимом работы ЭВМ понимают принципы структурной и функциональной организации аппаратных и программных средств.


  • Однопрограммные(непосредственный и косвенный доступ)

  • Многопрограммные.

  • Режим пакетной обработки(приоритетность)

  • Режим разделения времени(кванты времени)

  • Режим реального времени(Конкр. Кол-во времени )

Классификация информационных систем

Информационная система — это взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели.

  1. Классификация информационных систем по функциональному признаку

Функциональный признак определяет назначение подсистемы, а также ее основные цели, задачи и функции

  1. Классификация информационных систем по уровням управления

Выделяют:

• информационные системы оперативного (операционного) уровня – бухгалтерская, банковских депозитов, обработки заказов, регистрации билетов, выплаты зарплаты;

• информационная система специалистов – офисная автоматизация, обработка знаний (включая экспертные системы);

• информационные системы тактического уровня (среднее звено) – мониторинг, администрирование, контроль, принятие решений;

• стратегические информационные системы – формулирование целей, стратегическое планирование.

Архитектуры вс.

Архитектура ВС — совокупность характеристик и параметров, определяющих функционально-логическую и структурную организацию системы.

Согласно этой классификации существует четыре основных архитектуры ВС.

• одиночный поток команд — одиночный поток данных (ОКОД). в английском варианте — Single Instruction Single Data (S1SD) — одиночный поток инструкций — одиночный поток данных;

• одиночный поток команд — множественный поток данных (ОКМД). или Single Instruction Multiple Data (SIMD) — одиночный поток инструкций — одиночный поток данных;

• множественный поток команд — одиночный поток данных (МКОД). или Multiple Instruction Single Data (MISD) -- множественный поток инструкций — одиночный поток данных;

• множественный поток команд — множественный поток данных (МКМД). ипи Multiple Instruction Multiple Data (MIMD) — множественный поток инструкций — множественный поток данных (MIMD).



Многопроцессорные вычислительные системы

Эталонная модель взаимодействия открытых систем

-7- прикладной уровень: передача информации между программами;


-6- уровень представления: шифрование, кодирование и сжатие данных;
-5- сеансовый уровень: установка, поддержка и разрыв соединения;
-4- транспортный уровень: точность доставки, уровень качества услуг;
-3- сетевой уровень: маршруты передачи, обработка и передача сообщений;
-2- канальный уровень: управление каналом связи, доступ к среде передачи и адресация;
-1- физический уровень: cвязь на уровне аппаратуры.

  1. Уровень приложения

  1. Уровень представления(обесп. чтобы информация из прикладного уровня одной системы, была читаемой для прикладного уровня другой системы)

  1. Уровень сеанса(устанавливает, управляет и завершает сеансы взаимодействия между прикладными задачами)

  1. Транспортный уровень(надежная транспортировка данных через сеть)

  1. Сетевой уровень(обеспечив.соедин и выбор маршрута)

  1. Канальный уровень(обесп. надежный транзит данных через физ.канал)

  1. Физический уровень(пооддерж.и разъед.физ канала между конеч.системами)

Управление доступом к передающей среде

MAC-уровень, уровень управления доступом к среде (передачи) Media Access Control Layer. - один из двух подуровней, составляющих канальный уровень (Data Link Layer) модели OSI. MAC-уровень отвечает за передачу пакетов данных между сетевыми картами (NIC) по разделяемому каналу. MAC-подуровень использует MAC-протокол, гарантирующий, что сигналы от разных станций, посылаемые по одному каналу, не сталкиваются.


Для различных сетей используются разные протоколы, напр. для Ethernet, маркерное кольцо (Token Ring), маркерная шина (Token Bus).

Метод доступа — это способ «захвата» передающей среды, способ определения того, какая из рабочих станций сети может следующей использовать ресурсы сети. Но так же называется и набор правил (алгоритм), используемых сетевым оборудованием, чтобы направлять поток сообщений через сеть, и один из основных признаков, по которым различают сетевое оборудование. .

Все ППД делятся на два класса: ППД типа первичный/вторичный и равноранговые ППД. При реализации ППД первого класса в сети выделяется первичный (главный) узел, который управляет всеми остальными (вторичными) узлами, подключенными к каналу, и определяет, когда и какие узлы могут производить обмен данными. В сетях, где реализуются равноранговые (одноуровневые, одноранговые) протоколы, все узлы имеют одинаковый статус. Однако если предварительно узлам присвоить разные приоритеты, то для них устанавливается неравноправный доступ в сеть.



Программное обеспечение сетей

Практически все услуги сети Internet построены на принципе ≪клиент — сервер≫, причем сервер — это компьютер, способный предоставлять клиентам сетевые услуги по их запросам. Программное обеспечение сети можно разделить на серверное и клиентское. В состав доступного КПО входят такие пакеты, как Mail2, NCSATelnet, KA9Q, Chameleon, Cello, Mosaie, Minuet, PC-NET, PC-Interface, Waterloo-TCP, LAN-WorkPlace, PC-TCP, TCP-Open, Trumpet. Dmail.

Программное обеспечение сервера занимается предоставлением сетевых услуг, а клиентское программное обеспечение осуществляет передачу запросов серверу и получение от него ответов.

Передача дискретных сообщений на каналом уровне.
Канальный уровень обеспечивает передачу пакетов данных, поступающих от протоколов верхних уровней, узлу назначения, адрес которого также указывает протокол верхнего уровня. Протоколы канального уровня оформляют переданные им пакеты в кадры собственного формата, помещая указанный адрес назначения в одно из полей такого кадра, а также сопровождая кадр контрольной суммой. Протокол канального уровня имеет локальный смысл, он предназначен для доставки кадров данных, как правило, в пределах сетей с простой топологией связей и однотипной или близкой технологией, например в односегментных сетях Ethernet или же в многосегментных сетях Ethernet и Token Ring иерархической топологии, разделенных только мостами и коммутаторами. Другой областью действия протоколов канального уровня являются связи типа «точка-точка» глобальных сетей, когда протокол канального уровня ответственен за доставку кадра непосредственному соседу. Адрес в этом случае не имеет принципиального значения, а на первый план выходит способность протокола восстанавливать искаженные и утерянные кадры, так как плохое качество территориальных каналов, особенно коммутируемых телефонных, часто требует выполнения подобных действий.

Наиболее существенными характеристиками метода передачи, а значит, и протокола, работающего на канальном уровне, являются следующие:



  • асинхронный/синхронный;

  • символьно-ориентированный/бит-ориентированный;

  • с предварительным установлением соединения/дейтаграммный;

  • с обнаружением искаженных данных/без обнаружения;

  • с обнаружением потерянных данных/без обнаружения;

  • с восстановлением искаженных и потерянных данных/без восстановления;

  • с поддержкой динамической компрессии данных/без поддержки.

Многие из этих свойств характерны не только для протоколов канального уровня, но и для протоколов более высоких уровней.

Маршрутизация в сетях

Алгоритм маршрутизации — это правило назначения выходной линии связи данного узла связи ТКС для передачи пакета, базирующееся на информации, содержащейся в заголовке пакета (адреса отправителя и получателя), и информации о загрузке этого узла (длина очередей пакетов) и, возможно, ТКС в целом.

Основные цели маршрутизации заключаются в обеспечении:

• минимальной задержки пакета при его передаче от отправителя к получателю;

• максимальной пропускной способности сети, что достигается, в частности, нивелировкой загрузки линий связи ТКС;

• максимальной защиты пакета от угроз безопасности содержащейся в нем информации;

• надежности доставки пакета адресату;

• минимальной стоимости передачи пакета адресату.



Различают следующие способы маршрутизации.

1. Централизованная маршрутизация реализуется обычно в сетях с централизованным управлением. Выбор маршрута для каждого пакета осуществляется в центре управления сетью, а узлы сети связи только воспринимают и реализуют результаты решения задачи маршрутизации.

2. Распределенная (децентрализованная) маршрутизация выполняется главным образом в сетях с децентрализованным управлением. Функции управления маршрутизацией распределены между узлами сети, которые располагают для этого соответствующими средствами. Распределенная маршрутизация сложнее централизованной, но отличается большей гибкостью.

3. Смешанная маршрутизация характеризуется тем, что в ней в определенном соотношении реализованы принципы централизованной и распределенной маршрутизации. Задача маршрутизации в сетях решается при условии, что кратчайший маршрут, обеспечивающий передачу пакета за минимальное время, зависит от топологии сети, пропускной способности линий связи, нагрузки на линии связи.

Методы маршрутизации. Различают три вида маршрутизации - простую, фиксированную и адаптивную. Принципиальная разница между, ними — в степени учета изменения топологии и нагрузки сети при решении задачи выбора маршрута.

Простая маршрутизация отличается тем, что при выборе маршрута не учитывается ни изменение топологии сети, ни изменение ее состояния (нагрузки). Она не обеспечивает направленной передачи пакетов и имеет низкую эффективность. Ее преимущества — простота реализации алгоритма маршрутизации и обеспечение устойчивой работы сети при выходе из строя отдельных ее элементов. Из этого вида некоторое практическое применение получили случайная и лавинная маршрутизации.

Случайная маршрутизация характеризуется тем, что для передачи пакета из узла связи выбирается одно, случайно выбранное, свободное направление. Пакет ≪блуждает≫ по сети и с конечной вероятностью когда-либо достигает адресата.

Лавинная маршрутизация (или заполнение пакетами всех свободных выходных направлений) предусматривает передачу пакета из узла по всем свободным выходным линиям. Поскольку это происходит в каждом узле, имеет место явление ≪размножения≫ пакета, что резко ухудшает использование пропускной способности сети. Значительное ослабление этого недостатка достигается путем уничтожения в каждом узле дубликатов (копий) пакета и продвижения по маршруту только одного пакета. Основное преимущество такого метода — гарантированное обеспечение оптимального времени доставки пакета адресату, так как из всех направлений, по которым передается пакет, хотя бы одно обеспечивает такое время.

Фиксированная маршрутизация характеризуется тем, что при выборе маршрута учитывается изменение топологии сети и не учитывается изменение ее нагрузки. Для каждого узла назначения направление передачи выбирается по таблице маршрутов (каталогу), которая определяет кратчайшие пути. Каталоги составляются в центре управления сетью. Они составляются заново при изменении топологии сети. Отсутствие адаптации к изменению нагрузки приводит к задержкам пакетов сети. Различают однопутевую и многопутевую фиксированные маршрутизации. Первая строится на основе единственного пути передачи пакетов между двумя абонентами, что сопряжено с неустойчивостью к отказам и перегрузкам, а вторая — на основе нескольких возможных путей между двумя абонентами, из которых выбирается наиболее предпочтительный путь. Фиксированная маршрутизация применяется в сетях с мало изменяющейся топологией и установившимися потоками пакетов.

Адаптивная маршрутизация отличается тем, что принятие решения о направлении передачи пакетов осуществляется с учетом изменения как топологии, так и нагрузки сети. Существуют несколько модификаций адаптивной маршрутизации, различающихся тем, какая именно информация используется при выборе маршрута. Получили распространение такие модификации, как локальная, распределенная, централизованная и гибридная адаптивные маршрутизации.

Локальная адаптивная маршрутизация основана на использовании информации, имеющейся в данном узле и включающей: таблицу маршрутов, которая определяет все направления передачи пакетов из этого узла; данные о состоянии выходных линий связи (работают или не работают); длину очереди пакетов, ожидающих передачи. Преимущество такого метода состоит в том, что принятие решения о выборе маршрута производится с использованием самых последних данных о состоянии узла. Недостаток метода заключается в его ≪близорукости≫, поскольку выбор маршрута осуществляется без учета глобального состояния всей сети. Следовательно, всегда есть опасность передачи пакета по перегруженному маршруту.

Распределенная адаптивная маршрутизация основана на использовании информации, указанной для локальной маршрутизации, и данных, получаемых от соседних узлов сети. В каждом узле формируется таблица маршрутов (каталог) ко всем узлам назначения, где указываются маршруты с минимальным временем задержки пакетов. До начала работы сети это время оценивается, исходя из топологии сети. В процессе работы сети узлы периодически обмениваются с соседними узлами, так называемыми таблицами задержки, в которых указывается нагрузка (длина очереди пакетов) узла. После обмена таблицами задержки каждый узел пере рассчитывает задержки и корректирует маршруты с учетом поступивших данных и длины очередей в самом узле. Обмен таблицами задержки может осуществляться не только периодически, но и асинхронно в случае резких изменений нагрузки или топологии сети.

Централизованная адаптивная маршрутизация характеризуется тем, что задача маршрутизации для каждого узла сети решается в центре маршрутизации (ЦМ). Каждый узел периодически формирует сообщение о своем состоянии (длине очередей и работоспособности линий связи) и передает его в ЦМ. По этим данным в ЦМ для каждого узла составляется таблица маршрутов. Естественно, что передача сообщений в ЦМ, формирование и рассылка таблиц маршрутов - все это сопряжено с временными задержками, следовательно, с потерей эффективности такого метода, особенно при большой пульсации нагрузки в сети. Кроме того, есть опасность потери управления сетью при отказе ЦМ.

Гибридная адаптивная маршрутизация основана на использовании таблиц маршрутов, рассылаемых ЦМ узлам сети, в сочетании с анализом длины очередей в узлах. Следовательно, здесь реализуются принципы централизованной и локальной маршрутизации. Гибридная маршрутизация компенсирует недостатки централизованной (маршруты, формируемые центром, являются несколько устаревшими) и локальной (≪близорукость≫ метода) маршрутизации и воспринимает их преимущества: маршруты центра соответствуют глобальному состоянию сети, а учет текущего состояния узла обеспечивает своевременность решения задачи

следующая страница >>
Смотрите также:
1 вопрос. Общие принципы построения вычислительных машин
666.23kb.
4 стр.
1 вопрос. Общие принципы построения вычислительных машин
666.85kb.
4 стр.
«Введение. Принципы построения операционных систем»
424.92kb.
5 стр.
Лекции Тема Общие принципы построения ЭВМ принципы построения и архитектура ЭВМ
48.3kb.
1 стр.
Исследование и разработка методов построения программных средств классификации многотемных гипертекстовых документов
252.56kb.
1 стр.
Лекции Тема Общие принципы построения операционных систем
45.45kb.
1 стр.
Разработка и исследование методов повышения скорости доступа к удалённым данным в распределённых вычислительных системах
251.66kb.
1 стр.
Книга фгуп «Санкт-Петербургское окб «Электроавтоматика»
102.81kb.
1 стр.
Принципы построения образовательных курсов по свободному по на базе операционной системы Linux
27.23kb.
1 стр.
Вопросы по специальности 05. 13. 11 Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей
50.61kb.
1 стр.
Дипломированного специалиста 653900 «Биомедицинская техника»
33.79kb.
1 стр.
Рекомендации по оптимизации мероприятий повышающих живучесть информационно-вычислительных комплексов асу
48.73kb.
1 стр.