3.4.Вычислительные сети, используемые в сапр
Для одновременного обслуживания необходимого числа пользователей технические средства САПР должны включать в себя много терминалов, территориально разнесенных по различным подразделениям предприятия и группируемые в комплексы, управляемые территориальными мини-ЭВМ. При этом центральная ЭВМ должна работать в режиме разделения времени, распределяя свои ресурсы между всеми обращающимися к ней пользователями.
Таким образом, удовлетворение требований, предъявляемых к техническим средствам САПР, обуславливают организацию ТС в виде вычислительной сети.
Компьютерная (вычислительная) сеть – это совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных. При этом под системой понимается автономная совокупность, состоящая из одной или нескольких ЭВМ, программного обеспечения, периферийного оборудования, терминалов, средств передачи данных, физических процессов и операторов, способная осуществлять обработку информации и выполнять функции взаимодействия с другими системами.
Обобщенная структура компьютерной сети
Компьютерные сети являются высшей формой многомашинных ассоциаций. Выделим основные отличия компьютерной сети от многомашинного вычислительного комплекса.
Первое отличие – размерность. В состав многомашинного вычислительного комплекса входят обычно две, максимум три ЭВМ, расположенные преимущественно в одном помещении. Вычислительная сеть может состоять из десятков и даже сотен ЭВМ, расположенных на расстоянии друг от друга от нескольких метров до десятков, сотен и даже тысяч километров.
Второе отличие – разделение функций между ЭВМ. Если в многомашинном вычислительном комплексе функции обработки данных, передачи данных и управления системой могут быть реализованы в одной ЭВМ, то в вычислительных сетях эти функции распределены между различными ЭВМ.
Третье отличие – необходимость решения в сети задачи маршрутизации сообщений. Сообщение от одной ЭВМ к другой в сети может быть передано по различным маршрутам в зависимости от состояния каналов связи, соединяющих ЭВМ друг и другом.
Объединение в один комплекс средств вычислительной техники, аппаратуры связи и каналов передачи данных предъявляет специфические требования со стороны каждого элемента многомашинной ассоциации, а также требуют специальной терминологии.
Абоненты сети – это объекты, генерирующие или потребляющие информацию в сети. Абонентами сети могут быть отдельные ЭВМ, комплексы ЭВМ, терминалы, промышленные роботы, станки с числовым программным управлением и т.д. Любой абонент сети подключается к станции.
Станция – аппаратура, которая выполняет функции, связанные с передачей и приемом информации.
Совокупность абонента и станции называют абонентской системой. Для организации взаимодействия абонентов необходима физическая передающая среда. Физическая передающая среда – линии связи или пространство, в котором распространяются электрические сигналы, и аппаратура передачи данных.
На базе физической передающей среды строится коммуникационная сеть, которая обеспечивает передачу информации между абонентскими системами. Такой подход позволяет рассматривать любую компьютерную сеть как совокупность абонентских систем и коммуникационной сети. Обобщенная структура компьютерной сети имеет вид:
КОММУНИКАЦИОННАЯ СЕТЬ –
-Абонентская система 1
-Абонентская система 2
-Абонентская система 3
-Абонентская система N
45.Вычислительные сети сапр
Локальную вычислительную сеть (ЛВС) объединяют в единую информационную систему АРМ, ЭВМ, графопостроителями, терминальными станциями и другой специализированной аппаратурой. ЛВС имеют открытую архитектуру, обеспечивающую возможность подключения к сети любых других ЛВС. Основное достоинство – низкая стоимость системы передачи данных. ЛВС САПР обеспечивают:
1) использование режимов пакетной и диалоговой обработки, разделения времени, виртуальной памяти;
2) экономичную обработку информации по принципу «наиболее важные процессы САПР выполняются КТС с высокой производительностью, меньше всего на дешевых ЭВМ»;
3) высокую надежность и достоверность функционирования, высокую производительность;
4) применение разнообразного проблемно-ориентированного ПО, централизованных и локальных БД;
5) работу с АРМ различного назначения;
6) централизованную и децентрализованную обработку информации.
Использование ЛВС позволяет создать САПР нового поколения, объединяющие контрольно-измерительные комплексы и места сбора информации с АРМ конструкторов, механиков и т.д. Основное назначение ЛВС – распределение ресурсов ЭВМ (программ, периферийных устройств, терминалов, памяти) для эффективного решения задач САПР. ЛВС должна иметь надежную, быструю и дешевую систему передачи данных (СПД). Для достижения этого ЛВС выполняется на основе следующих принципов.
1. Принцип единых протоколов. Протоколы межмашинной связи в ЛВС предназначены для организации обмена информацией между компонентами сети. Протоколы сети определяют форму сообщения или пакета сообщений (длину, заголовок, знак окончания, дополнительную информацию для повышения достоверности передачи информации и др.). Все процедуры управления и соответствующие им протоколы едины для всей сети и не зависят ни от типа ЭВМ, ни от происходящих в них процессов.
2. Принцип единой передающей среды. При построении СПД для ЛВС используют активную или пассивную структуру передающей среды. Активная структура выполняется на основе распределенных усилителей и преобразователей, обеспечивающих передачу информации в параллельном и последовательном кодах. Пассивная структура выполняется на основе пассивного носителя (коаксиального либо плоского кабеля). Она использует преобразователи-усилители одного типа, обеспечивающие возможность работы либо в параллельном, либо в последовательном коде.
Структура передающей среды реализована с применением либо моноканала, либо многопроводной связи. Более дешевой является структура с моноканалами, так как снижаются издержки на эксплуатацию и прокладку соединений. Моноканалами являются физическая среда, аппаратные и программные средства, предназначенные для параллельной передачи одновременно всем абонентским системам. Моноканал предназначен для коллективного использования большим числом абонентских систем (с высокой пропускной способностью передачи информации). Физическая среда моноканала реализуется посредством волоконно-оптических линий связи, коаксиальных или плоских кабелей, скрученных пар проводов и т.д.
3. Принцип единого метода управления. Протоколы ЛВС применяют централизованные и децентрализованные формы управления одноузловой структурой моноканала. Принцип единого метода управления проявляется в выборе одной из этих форм, обеспечивающей достаточную надежность работы СПД и максимальную загрузку каналов связи. При этом для определения метода управления следует учитывать структуру соединений, их длину, число абонентов и сложность обработки информации с помощью ресурсов ЛВС.
Для централизованных форм управления характерны обилие служебной информации и приоритетность подключаемых к моноканалу станций. Защита от конфликтов в моноканале реализуется центральной управляющей вычислительной машиной. В децентрализованных формах управления, допускающих одинаковый приоритет всех станций, подключаемых к моноканалу, применяют многоступенчатые тракты защиты от конфликтов, учитывающие противоречивые требования надежности и максимальной загрузки моноканала. При использовании в ЛВС нескольких методов управления средой передачи данных существенно увеличивается сложность схемных решений контроллеров, с помощью которых станции ЛВС подключаются к СПД.
4. Принцип информационной и программной совместимости предусматривает совместимость операционных систем, программ и систем управления базами данных, рассредоточенных в рамках ЛВС (возможность адаптации процессов к пересылаемой информации и применения единых систем кодирования и контроля информации).
5. Принцип гибкой модульной организации предусматривает проектирование СПД ЛВС на основе набора гибких конструктивно законченных модулей. ЛВС классифицируются (рис. 1.28):
— по топологическим признакам – иерархической, кольцевой и звездообразной конфигурации, конфигурации типа «общая шина»;
— по методам управления ресурсами СПД, т.е. с детерминированным и случайным доступом к моноканалу;
— по программному обеспечению – с единой операционной поддержкой и едиными методами теледоступа, ориентированными на конкретную ЛВС и ЛВС с наборами компонентов поддержки;
— по методу передачи данных – сети с коммутацией каналов, с коммутацией сообщений и коммутацией пакетов, причем в современных ЛВС характерно использование коммутации пакетов;
— по техническому обеспечению – гомогенные (применение в станциях однотипного оборудования) и гетерогенные (подключение любых абонентских комплексов) ЛВС.
Рис. 1.28. Классификация ЛВС
Анализируя способы реализации технического обеспечения САПР на базе стандартных многоуровневых структур вычислительных систем коллективного пользования и на базе ЛВС, можно сделать следующие выводы. Сетевая архитектура по сравнению со стандартной многоуровневой имеет ряд преимуществ:
1) возможность взаимодействия с одного и того же терминала с ресурсами всех рабочих и терминальных машин ЛВС;
2) обеспечение высокой надежности обработки путем замены вышедшей из строя рабочей машины резервной;
3) повышение эффективности функционирования ЭВМ за счет их специализации на выполнение определенных функций хранения и управления данными, геометрического моделирования, подготовки управляющей информации для программного управляемого оборудования.
Типы вычислительных сетей (ВС) в САПР
В САПР небольших проектных организаций, насчитывающих не более единиц-десятков компьютеров, которые размещены на малых расстояниях один от другого (например, в одной или нескольких соседних комнатах) объединяющая компьютеры сеть является локальной. Локальная вычислительная сеть (ЛВС или LAN — Local Area Network) имеет линию связи, к которой подключаются все узлы сети. Топология вычислительных сетей (ВС) в САПР может быть: шинная (bus); кольцевая (ring); звездная (star). Протяженность линии связи и число подключаемых узлов в ЛВС ограничены.
Рис.2. Шинная топология вычислительных сетей (ВС)
Рис. 3. Кольцевая топология вычислительных сетей (ВС)
Рис. 4. Звездная топология вычислительных сетей (ВС)
В более крупных по масштабам проектных организациях в сеть включены десятки-сотни и более компьютеров, относящихся к разным проектным и управленческим подразделениям и размещенных в помещениях одного или нескольких зданий. Такую сеть называют корпоративной. В структуре корпоративной ВС можно выделить ряд ЛВС, называемых подсетями, и средства связи ЛВС между собой. В эти средства входят коммутационные серверы (блоки взаимодействия подсетей). Если коммутационные серверы объединены отделенными от ЛВС подразделений каналами передачи данных (КПД), то они образуют новую подсеть, называемую опорной (или транспортной), а вся сеть в этом случае имеет иерархическую структуру (несколько уровней).
Если здания проектной организации удалены друг от друга на значительные расстояния (вплоть до их расположения в разных городах), то корпоративная сеть по своим масштабам становится территориальной сетью (WAN — Wide Area Network). В территориальной сети различают магистральные каналы передачи данных (магистральную сеть), имеющие значительную протяженность, и каналы передачи данных, связывающие ЛВС (или совокупность ЛВС отдельного здания или кампуса) с магистральной сетью и называемые абонентской линией или соединением «последней мили». Обычно создание выделенной магистральной сети, т.е. сети, обслуживающей единственную организацию, обходится для нее слишком дорого. Поэтому чаще прибегают к услугам провайдера, т.е. организации, предоставляющей телекоммуникационные услуги многим пользователям. В этом случае внутри корпоративной сети связь на значительных расстояниях осуществляется через магистральную сеть общего пользования. В качестве магистральной сети общего пользования можно использовать, например, городскую или междугородную телефонную сеть или территориальные сети передачи данных.
Наиболее распространенной формой доступа к этим сетям (магистральным сетям общего пользования) в настоящее время является обращение к глобальной вычислительной сети Internet. Для многих корпоративных сетей возможность выхода в Internet является желательной не только для обеспечения взаимосвязи удаленных сотрудников собственной организации, но и для получения других информационных услуг. Развитие виртуальных предприятий, работающих на основе CALS-технологий, с необходимостью подразумевает информационные обмены через территориальные сети, как правило, через Internet.