Информационные вычислительные системы сети и технологии

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации — это средства для оказания разнообразных информационных и вычислительных услуг организациям и частным лицам.

Основные термины и понятия

• Электронная система – это любые электронные устройства, которые выполняют обработку информационных данных.
• Задача– это комплекс функций, которые должна исполнить электронная система.
• Быстродействие– это скоростные характеристики осуществления электронной системой её задач.
• Гибкость – это возможность системы перестраиваться для работы с разными задачами.
• Избыточность – это уровень соотношения сложности поставленной задачи и возможностей системы.
• Интерфейс – это правила обмена информационными данными, которые подразумевают электронную, структурную и логическую возможность обмена между различными блоками, принимающими участие в таком обмене.

Вычислительная или микропроцессорная система является частным случаем электронной системы, которая служит для работы с входными сигналами и отправки выходных сигналов (данных). Входными и выходными сигналами могут быть как сигналы аналогового формата, так и цифровые кодированные цепочки данных. В составе вычислительной системы имеются устройства для сохранения и передачи информационных сигналов. Ниже приведена блок-схема электронной вычислительной системы.

Рисунок 1. Блок-схема электронной вычислительной системы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Вычислительные системы могут выполнены как программируемые или с жёсткой логической структурой. Системы с «жёсткой логикой» отличаются тем, что в них принципы работы и сохранения данных напрямую связаны с её схемной реализацией. То есть все системы, сделанные на основе «жёсткой логики», в любом случае являются специализированными, рассчитанными на узкий проблемный класс решаемых задач.

Под программируемой или универсальной системой понимается вычислительная система, способная к адаптации под любой класс задач. Она может перенастраиваться на различные алгоритмы функционирования без изменения аппаратного обеспечения. Выбор другого алгоритма работы выполняется заданием системе новой информации для управления. Главным достоинством таких систем считается возможность изменения типа решаемых задач без схемотехнических модификаций системы.

Процессор

Основой всех вычислительных систем считается процессор, то есть модуль, выполняющий обработку информационных данных в вычислительной системе. Процессор является заменителем почти всей жёсткой логики, которая потребовалась бы в этом случае. Основные функции процессора следующие:

1. Выполнение арифметических операций.
2. Выполнение логических операций.
3. Операции временного сохранения кодов команд.
4. Обмен данными среди модулей микропроцессорной системы.

Другие модули вычислительных систем служат для осуществления вспомогательных операций:

1. Сохранение информационных данных, включая управляющую программу.
2. Обеспечение обмена данными с внешними модулями.
3. Обеспечение связи с пользователями.

Следует помнить, что процессорный модуль осуществляет весь набор действий поочерёдно, то есть исполняет последовательно весь прописанный набор команд. Это и хорошо, и плохо, так как последовательное выполнение команд приводит к прямой зависимости времени выполнения алгоритма от его объёма и уровня сложности.

Команда, которая осуществляется в данный момент времени, задаётся управляющей программой. Программа является комплексом инструкций, которые составил программист. Под командой понимается кодовый набор двоичных цифр, который процессор расшифровывает и понимает, что он должен исполнить. Разные команды имеют разное время исполнения и это означает, что интервал времени, требуемый для выполнения всей программы, зависит как от числа команд, так и от типа этих команд в программе. Весь набор команд, которые способен исполнить процессор, является системой команд процессора. Система команд процессора может состоять из набора от нескольких десятков до сотен команд.

Структурная организация вычислительной системы

Типовой вариант структуры вычислительной системы состоит из следующих модулей:

1. Процессорный модуль.
2. Модули памяти, которые включают оперативную и постоянную память.
3. Модули ввода и вывода, которые служат для обмена информацией с внешними модулями.

Весь набор модулей вычислительной системы объединён общей шиной или иначе каналом, или системной магистралью. Ниже приведена общая структура вычислительной системы:

Рисунок 2. Общая структура вычислительной системы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Системная магистраль состоит из четырёх шин более низкого уровня:

Режимы работы вычислительной системы

Гибкость работы вычислительной системы обеспечивается тем, что все операции определяются программным обеспечением. Помимо этого, гибкость в работе даёт настройка режима информационного обмена по системной шине. Почти все вычислительные системы могут работать в трёх режимах информационного обмена по системной шине:

1. Режим программного обмена данными.
2. Режим обмена по прерываниям программы.
3. Режим обмена по прямому доступу к памяти.

Многомашинные вычислительные комплексы

Чтобы реализовать распределённую обработку данных, были разработаны многомашинные структуры вычислительных систем, действующие по следующим направлениям:

1. Многомашинные вычислительные комплексы являются группой ЭВМ, которые связаны специальными коммуникационными средствами. Такие комплексы могут делится на:
   • Локальные, когда все компьютеры находятся в одном помещении.
   • Дистанционные, когда компьютеры могут находиться на большом расстоянии от головной ЭВМ и для коммуникации применяются каналы связи по телефонным линиям.
2. Полноформатная вычислительная сеть, которая объединяет большое число компьютерных терминалов и другого оборудования, объединённых коммуникационными линиями связи.

Источник

1. Введение

1.1. Общие сведения о вычислительных системах, сетях и телекоммуникаций.

Компьютерные сети, называемые также «вычислительными сетями», или «сетями передачи данных», являются логическим результатом эволюции двух важнейших научно-технических отраслей современной цивилизации – компьютерных и телекоммуникационных технологий. С одной стороны, сети представляют собой частный случай распределенных вычислительных систем, в которых группа компьютеров согласованно выполняет набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме. С другой стороны, компьютерные сети могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах.

Вычислительная сеть – это совокупность компьютеров, соединенных линиями связи. Линии связи образованы кабелями или проводами, р/каналами и оптическими коммуникационными устройствами. Все сетевое оборудование работает под управлением системного и прикладного программного обеспечения.

Хронологически первыми появились «глобальные сети». Они объединяют компьютеры, рассредоточенные на расстоянии сотен и тысяч километров. Традиционные глобальные компьютерные сети очень многое унаследовали от телефонных сетей. В основном они предназначены для передачи данных. В них часто используются уже существующие не очень качественные телефонные линии связи, что приводит к более низким, чем в локальных сетях, скоростям передачи данных и обеспечивает набор предоставляемых услуг передачей файлов, преимущественно не в оперативном, а в фоновом режиме, с использованием электронной почты.

Локальные сети сосредоточены на территории не более 1-2 км; построены с использованием дорогих высококачественных линий связи, которые позволяют, применяя более простые методы передачи данных, чем в глобальных сетях, достичь высоких скоростей обмена данными порядка 100 Мбит/с. Предоставляемые услуги отличаются широким разнообразием и обычно предусматривают реализацию в режиме подключения «on-line».

В конце 80-х годов локальные и глобальные сети имели существенные отличия по протяженности и качеству линий связи, сложности методов передачи данных, скорости обмена данными, разнообразию услуг и масштабируемости. В дальнейшем в результате тесной интеграции локальных и глобальных сетей произошло взаимопроникновение соответствующих технологий.

Одним из проявления сближения локальных и глобальных сетей является появление сетей масштаба большого города, занимающих промежуточное положение между локальными и глобальными сетями. Региональные или городские сети предназначены для обслуживания территории крупного города. При достаточно больших расстояниях между узлами (десятки километров) они обладают качественными линиями связи и высокими скоростями обмена, иногда даже более высокими, чем в традиционных локальных сетях. Они обеспечивают экономическое соединение локальных сетей между собой, а также выход в глобальные сети.

В настоящее время все большее распространение получили «корпоративные сети». Корпоративная сеть (Intranet) – это сеть на уровне компании, предприятия, главным назначением которой является поддержание работы этой компании, предприятия. Пользователями корпоративной сети являются только сотрудники данного предприятия.

Тенденция сближения различных типов сетей характерна не только для локальных и глобальных компьютерных сетей, но и для телекоммуникационных сетей других типов. К телекоммуникационным сетям, кроме компьютерных, относятся телефонные сети, радиосети и телевизионные сети. Во всех них в качестве ресурса, предоставляемого клиентам, выступает информация.

Телефонные сети оказывают «интерактивные услуги» (interactive services), так как два абонента, участвующие в разговоре (или несколько абонентов, если это конференция или циркулярная связь), попеременно проявляет активность.

Радиосети и телевизионные оказывают «широковещательные услуги» (broadcast service) – при этом информация распространяется только в одну сторону – из сети к абонентам, по схеме «один-ко-многим» (point-to-multipoint).

Конвергенция телекоммуникационных сетей идет по многим направлениям.

Прежде всего, наблюдается «сближение видов услуг», предоставляемых клиентам. Компьютерные сети изначально разрабатывались для передачи алфавитно-цифровой информации, которую часть называют просто данными (data), в результате у компьютерных сетей имеется и другое название- «сети передачи данных» (data network). Телефонные сети и радиосети созданы для передачи только голосовой информации, а телевизионные передают голос и изображение.

Первая попытка создания универсальной, так называемой «мультисервисной сети», способной оказывать различные услуги, в том числе услуги телефонии и передачи данных, привела к появлению технологии цифровых сетей с интегральными услугами – ISDN (Integrated Service Digital Network).

Технология сближения сетей происходит сегодня на основе цифровой передачи информации различного типа, метода коммутации пакетов и программирования услуг. Телефония уже давно сделала ряд шагов навстречу компьютерным сетям. Прежде всего, за счет представления голоса в цифровой форме, что делает принципиально возможным передачу телефонного и компьютерного трафика по одним и тем же цифровым каналам (телевидение также может сегодня передавать изображение в цифровой форме). Телефонные сети широко используют комбинацию методов коммутации каналов и пакетов.

Сегодня пакетные методы коммутации постепенно теснят традиционные для телефонных сетей методы коммутации каналов даже при передаче голоса. У этой тенденции есть достаточно очевидная причина – на основе коммутации пакетов можно более эффективно использовать пропускную способность каналов связи и коммутационного оборудования.

Однако, неверно было бы говорить, что методы коммуникации каналов морально устарели и у них нет будущего. На новом витке спирали развития они находят свое применение, но только в других формах. Так, их используют сверхскоростные магистрали DWDM (Dense Wave Division Multiplexing – технология спектрального – до 100 Гбит/с мультиплексирования), где коммутация происходит на уровне спектральных каналов.

Источник