Теория вычислительных систем и сетей

Теория вычислительных систем

Теория вычислительных систем — это инженерное направление в науке, которое объединяет методики решения задач проектирования и эксплуатации вычислительной техники.

Введение

Вычислительная техника с момента своего зарождения в середине прошлого века прошла очень непростой, но стремительный и успешный путь, который отмечен периодическими сменами поколений электронных вычислительных машин (ЭВМ). Этот процесс имеет определённый набор закономерностей:

  1. Вся история развития электронных вычислительных систем отмечена доминированием стандартной структурной организации, то есть структуры фон Неймана, которая основана на методике последовательных вычислений.
  2. Главным направлением усовершенствования вычислительных систем считается постоянный рост их производительности и интеллектуальных свойств.
  3. Модификация вычислительных систем выполнялась в комплексном режиме, то есть совершенствовалась элементно-конструкторская база, структурные и аппаратные решения, системный и программный, а также пользовательский и алгоритмический уровни.
  4. В последнее время стал заметен кризис классических структур вычислительных систем, который связан с тем, что все основные идеи последовательного счёта себя исчерпали. На пределе возможностей находится и микроэлектроника, возможности которой также имеют границы.

Далее непрерывное развитие вычислительного оборудования может быть прямо сопряжено с использованием параллельных вычислений, с реализацией многопроцессорных систем и сетей, которые соединяют значительное число отдельных процессоров и (или) компьютеров. В этом направлении могут появиться просто гигантские возможности по усовершенствованию вычислительных систем. Однако необходимо заметить, что при безусловно заметных достижениях в сфере параллельных вычислительных процессов, пока нет их единой теоретической базы.

Теория вычислительных систем

Сам термин «вычислительная система» возник в шестидесятые годы прошлого века, когда появись компьютеры третьего поколения. Именно в тот период был осуществлён переход к новой элементной базе, а именно, интегральным схемам. Как следствие, появились новые технические решения, такие как, отделение процессов информационной обработки от ввода и вывода данных, общий коллективный доступ с общим использованием доступных вычислительных ресурсов во времени и пространстве. Были разработаны сложные режимы использования ЭВМ, а именно, многопользовательская и многопрограммная обработка.

Читайте также:  Вычислительные машины сети и телекоммуникационные системы ответы

Отражением этих новшеств и стало появление термина «вычислительная система». У него нет однозначного истолкования в литературе, и часто его даже относят к однопроцессорным компьютерам. Тем не менее, общим здесь может считаться выделение возможности формирования параллельных вычислительных ветвей, чего нет, и не предполагалось в стандартной структурной организации компьютеров.

Вычислительной системой является набор связанных взаимно и взаимодействующих между собой процессоров или компьютеров, набора периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенный для сбора, сохранения, обработки и перераспределения информации. Главным отличием вычислительной системы от компьютера считается присутствие в ней набора вычислителей, которые способны реализовать параллельную обработку. Формирование вычислительной системы имеет следующую совокупность целей:

  1. Увеличение производительности системы за счёт повышения быстродействия в процессах информационной обработки.
  2. Увеличение уровня надёжности и достоверности вычислительных процессов.
  3. Обеспечение пользователей рядом дополнительных сервисных услуг и так далее.

Однако параллельные вычисления способны существенно усложнить управление вычислительными процессами, использованием аппаратного и программного обеспечения. Данные функции возложены на операционную систему вычислительной системы.

Базовые принципы, которые учитываются при реализации вычислительных систем, следующие:

  1. Возможность использования системы в различных режимах работы.
  2. Модульная структура аппаратного и программного обеспечения, которая даёт возможность усовершенствования и модернизации вычислительных систем без коренного их переоборудования.
  3. Применение унификации и стандартизации технических и программных решений.
  4. Иерархический принцип организации управления процессами.
  5. Обеспечение способности системы адаптироваться к изменяющимся условиям, способности к самонастройке и самоорганизации.
  6. Наличие необходимых сервисных возможностей для пользователей при осуществлении вычислений.

На текущий момент имеется уже значительный практический опыт в проектировании и применении вычислительных систем различного использования. Данные системы могут иметь значительные отличия между собой по параметрам и набору возможностей. Отличия начинаются уже на уровне структурной организации.

Читайте также:  Какие бывают топологии сети передачи данных

Структурой вычислительной системы является набор составляющих её компонентов с их связями. Компонентами вычислительной системы могут быть отдельное компьютерное оборудование и процессорные модули. В вычислительных системах, которые относятся к категории больших систем, могут рассматриваться в качестве отдельных структур технические, программные, управленческие и другие структуры.

Известны следующие признаки, по которым может осуществляться классификация вычислительных систем:

  • Целевое предназначение и исполняемые функции.
  • Количество компьютерного оборудования или процессорных модулей.
  • Архитектурная организация системы.
  • Совокупность режимов работы.
  • Методика управления компонентами системы.
  • Уровень разобщённости компонентов вычислительной системы и другие признаки.

Но главными из них считаются признаки структурной и функциональной организации вычислительной системы.

Источник

Основы теории вычислительных систем Конспект лекций

Теория вычислительных систем (ВС) рассматривает методы построения и эксплуатации ВС. Под термином «ВС» понимается как ВС, так и информационная система, так и управляющая система.

Под средствами вычислительной техники могут пониматься вычислительные машины, вычислительные комплексы, многопроцессорные вычислительные комплексы, построенные на базе нескольких процессоров, либо объединение ВС в сети.

Основной компонент построения ВС и основным элементом анализа теории ВС является система обработки данных (СОД)

СОД – совокупность аппаратных и программных средств, предназначенных для информационного обслуживания пользователей. В качестве пользователя может выступать как одушевленный предмет, так и неодушевленный (техническая система).

Для того, чтобы создать некоторую ВС, ядром которой будет СОД, необходимо провести адаптацию СОД для выполнения определенного круга задач.

Проблема адаптации является одной из ключевых в построении ВС.

  1. адаптация систем, построенных на универсальных вычислительных средствах с применением прикладного ПО;
  2. адаптация систем, построенных на универсальных вычислительных средствах с применением специализированного ПО.

Характерной чертой теории ВС является представление системы, как совокупности ее составляющих частей с тесной взаимосвязью между собой и внешней средой. Поведение этой системы обуславливается взаимодействием всех свойств системы (производительность, надежность, стоимость).

Читайте также:  Защита конфиденциальной информации в компьютерных сетях

Вторая существенная особенность – рассматривается технические и программные средства, как единое целое. При таком подходе глубина рассмотрения составных элементов системы должна быть ограниченной. Это позволяет сделать системно-технический подход используемым для построения теории ВС.

Первый раздел изучает архитектуру, как общую, логическую организацию системы. Логическая организация определяет методы и режимы обработки данных, а также протоколы взаимодействия аппаратных и программных средств. Исследования в этой области направлены на выявление способов построения систем с заданными свойствами.

Метрическая теории направлена на количественную оценку показателей, характеризующих организацию и функционирование системы. Здесь исследуется влияние организации системы на ее характеристики. В рамках этой же теории может решаться вопрос о выборе оптимальных характерных устройств, входящих в состав системы.

Источник

Оцените статью
Adblock
detector