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.
Вычислительные машины, системы и сети
Вычислительные машины, системы и сети — это набор технического оборудования и программных средств, которые предназначены для информационного обслуживания специалистов и технических объектов.
Введение
Электронно-вычислительная машина (ЭВМ) — это комплекс технического оборудования и программных средств, предназначенных для осуществления автоматизированной подготовки и разрешения пользовательских проблем и задач. Данный комплекс включает в свой состав аппаратное, программное и информационное обеспечение.
Аппаратное обеспечение – это различные модули, которые образуют архитектурную организацию компьютера. Все компоненты, входящие в состав компьютера, подразделяются на внутренние и внешние устройства.
Программное обеспечение — это набор всех программ, который хранится во всех модулях постоянной памяти компьютера.
Информационное обеспечение состоит из определённой совокупности задач по переработке, сохранению и трансляции информации, решаемых при помощи компьютерного оборудования.
Вычислительные машины, системы и сети
Электронная система — это любой набор электронных устройств, выполняющих обработку информации.
Основными характеристиками, определяющими качество электронных вычислительных машин, являются следующие параметры:
- Быстродействие — количество команд, исполняемых ЭВМ за одну секунду.
- Производительность — объём работ, которые осуществляет ЭВМ за единицу времени, как правило, в секунду.
- Ёмкость памяти — число информационных структурных единиц, которые способны одновременно располагаться в памяти. Самой маленькой структурной единицей считается бит. Обычно ёмкость памяти оценивается в Мегабайтах или Гигабайтах. Ёмкость оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и внешних запоминающих устройств (ВЗУ) обычно оценивается отдельно.
- Надёжность — способность ЭВМ при заданных условиях осуществлять необходимый функциональный набор в определённый временной период.
- Точность — способность отличать почти одинаковые величины. Точность формирования итоговых результатов работы, как правило, задаётся разрядностью компьютера.
- Достоверность — свойство правильного восприятия и воспроизведения информации. Достоверность определяется вероятностью формирования безошибочных итогов.
- Гибкость — способность системы осуществлять перенастройку для решения разных задач.
- Избыточность — степень соотношения сложности решаемой задачи с системными возможностями.
Вычислительная система представляет собой частный случай электронной системы, предназначенной для обработки входных сигналов и трансляции выходных сигналов (информационных данных). В качестве входных и выходных сигналов могут использоваться как аналоговые, так и цифровые закодированные последовательности информационных данных. В состав вычислительной системы входят модули, предназначенные для хранения и пересылки сигналов данных. Ниже изображена структурная схема электронной вычислительной системы.
Рисунок 1. Структурная схема электронной вычислительной системы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Вычислительные системы могут быть реализованы с программируемой или с фиксированной логической структурной организацией. Системы, обладающие фиксированной или «жёсткой логикой», характеризуются тем обстоятельством, что у них принципы функционирования и хранения информации непосредственно зависят от её схемного построения. Это означает, что практически любая система, выполненная по принципу «жёсткой логики», всегда является специализированной, предназначенной для узкого проблемного класса решаемых задач.
Программируемая или универсальная система является вычислительной системой, способной адаптироваться к любой категории задач. Её можно перенастраивать под разные алгоритмы работы без коррекций аппаратного обеспечения. Назначение различных алгоритмов функционирования системы осуществляется путём задания новых управляющих информационных данных. Основным преимуществом данных систем является возможность задания разных типов разрешаемых задач без коррекции их схемотехнической организации.
Стандартная версия вычислительной системы включает в свой состав следующие компоненты:
- Модуль процессора.
- Блоки память, состоящие из оперативной и постоянной памяти (ОЗУ и ПЗУ).
- Устройство ввода и вывода данных, предназначенное для информационного обмена с внешними устройствами.
Все компоненты вычислительной системы имеют возможность информационного обмена при помощи общей шины, именуемой каналом связи или системной магистралью. На рисунке ниже изображена структурная схема вычислительной системы:
Рисунок 2. Структурная схема вычислительной системы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Системная магистраль включает в свой состав следующий набор шин, представляющих более низкие уровни:
Гибкость функционирования вычислительной системы достигается за счёт того, что весь операционный набор задаётся программным обеспечением. Кроме того, гибкости в работе способствует организация обмена информацией по системной магистрали. Практически любая вычислительная система способна действовать в следующих режимах обмена информацией по системной магистрали:
- Информационный обмен в программном режиме.
- Информационный обмен по прерыванию программы.
- Информационный обмен в режиме прямого доступа к памяти.
Для реализации режима распределённой обработки информационных данных, были реализованы многомашинные вычислительные системы, которые предназначены для следующих направлений:
- Многомашинные вычислительные системы, объединяющие в своём составе несколько ЭВМ, связанных специализированными средствами коммуникаций. Эти комплексы в свою очередь могут быть локальными или дистанционными. В локальных комплексах все ЭВМ располагаются в одном здании или помещении. В дистанционных комплексах все машины расположены на значительных удалениях от центральной ЭВМ и связь между ними обеспечивается использованием различных каналов связи.
- Полноформатная вычислительная сеть, объединяющая значительное количество различного компьютерного оборудования, которое подсоединено к коммуникационным линиям связи.