Вычислительные машины, комплексы, системы и сети
Совокупность технических и программных средств, предназначенных для информационного обслуживания людей и технических объектов, называют обобщающим термином система обработки данных. Другим обобщающим термином является информационная система. Если информационная система используется для управления в технических системах, ее часто называют информационно-управляющей системой. Это наиболее общие названия для систем такого назначения.
Вычислительный комплекс — это несколько ВМ (или вычислительных систем), информационно связанных между собой (обычно по последовательному каналу). При этом каждая ВМ самостоятельно управляет своими вычислительными процессами, и информационный обмен между ВМ комплекса не является интенсивным (в сравнении с информационным взаимодействием процессоров в мультипроцессорных системах). Особенно широкое применение ВК получили в информационно-управляющих системах. Объекты управления в технических системах часто имеют значительную протяженность в пространстве и содержат большое число агрегатов, технологических установок и т.п. Все эти технические средства снабжаются датчиками, характеризующими их состояние, исполнительными органами (двигателями, электромагнитами и пр.), сигнализаторами.
Вычислительной системой называют информационную систему, настроенную на решение задач конкретной области применения, т.е. в ней имеется аппаратная и программная специализация, обеспечивающая повышение производительности и снижение стоимости. Часто ВС содержит несколько процессоров, между которыми в процессе работы происходит интенсивный обмен информацией, которые имеют единое управление вычислительными процессами. Такие системы называются мультипроцессорными.
Современные передовые компьютерные технологии базируются на ТВС (используются также другие равнозначные термины: компьютерные сети, информационно-вычислительные сети). ТВС — сеть обмена и распределенной обработки информации, образуемая множеством абонентских систем и телекоммуникационной подсистемой, реализующей информационное взаимодействие абонентских систем. Отличительной особенностью сетей как класса информационных систем являются развитые функции информационного взаимодействия. По подходам к организации информационного взаимодействия ВМ в сетях телекоммуникационная подсистема напоминает почтовую службу и систему телефонной связи между людьми. При этом набор соответствующих функций непрерывно расширяется, а средства и технологии их реализации совершенствуются. Средства передачи и обработки информации в сети ориентированы на коллективное использование общесетевых ресурсов — аппаратных, информационных и программных.
Абонентская система — это совокупность ВМ, программного обеспечения (ПО), периферийного оборудования, средств связи с телекоммуникационной подсистемой (коммуникационной подсетью).
Коммуникационная подсистема — совокупность физической среды передачи информации, аппаратных и программных средств, обеспечивающих информационное взаимодействие абонентских систем. В качестве физической среды передачи информации используют витую пару, кабель, оптоволокно, электромагнитные волны. Аппаратуру информационных систем, включающую устройства вычислительной техники и телекоммуникаций, называют аппаратным обеспечением.
Второй важной составляющей информационных систем является математическое (программное) обеспечение. Оно включает в себя: программы, обрабатываемые данные, языки программирования, документацию к ним.
Средства вычислительной техники — аппаратные и программные модули, производимые компьютерной индустрией и используемые для построения вычислительных машин, комплексов, систем и сетей.
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.