Информационные процессы системы и сети часть 2 к

Скачать презентацию Информационные процессы системы и сети часть 2 к

Инфопроцессы и сети_часть2.pptx

Количество слайдов: 93

Информационные процессы, системы и сети часть 2 к. т. н. , доцент О. В. Симаков Москва 2013

Вычислительная машина фон Неймана

Классификация ЭВМ по принципу действия По принципу действия вычислительные машины делятся на три больших класса: аналоговые (АВМ), цифровые (ЦВМ) и гибридные (ГВМ). Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме. Аналоговые вычислительные машины (АВМ) - вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т. е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения). Гибридные вычислительные машины (ГВМ) - вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.

Классификация ЭВМ по поколениям элементной базы Общепринятой классификацией компьютеров является классификация по поколениям ЭВМ, в основе которой лежит элементная база. Первое поколение - электронные вакуумные лампы (1946 -до середины 50 -х годов ХХ века); Второе поколение - полупроводниковые приборы, транзисторы (до середины 60 -х годов ХХ века); Третье поколение - интегральные схемы на полупроводниковых элементах (до конца 70 -х годов); Четвертое поколение - сверхбольшие интегральные схемы (с начала 80 -х годов по настоящее время). Пятое поколение отличительными чертами ЭВМ этого поколения являются новые технологии производства, переход к новым многопроцессорным архитектурам, новые способы ввода-вывода, искусственный интеллект и т. д.

Современные большие ЭВМ. Современные большие ЭВМ называются мэйнфреймами или суперкомпьютерами. Эти ЭВМ характеризуются наивысшим уровнем производительности и надежности, рассчитанные на практически любые уровни нагрузки, обладающие высокой устойчивостью к сбоям и авариям. Они обеспечивают решение любых задач, требующих больших вычислительных ресурсов: от метеорологических прогнозов и изучения управляемого термоядерного синтеза до исследований генома человека и разведки нефти и газодобычи. Мэйнфрейм создается в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем (МПВС): - магистральные(конвейерные) МПВС, в которых процессоры одновременно выполняют разные операции над последовательным потоком обрабатываемых данных; по принятой классификации такие МПВС относятся к системам с многократным потоком команд и однократным потоком данных (МКОД или MISD - Multiple Instruction Single Data); - векторные МПВС, в которых все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными - однократный поток команд с многократным потоком данных (ОКМД или SIMD - Single Instruction Multiple Data); - матричные МПВС, в которых МП одновременно выполняют разные операции над несколькими последовательными потоками обрабатываемых данных - многократный поток команд с многократным потоком данных (МКМД или MIMD - Multiple Instruction Multiple Data).

Компьютерная архитектура

История периферийных устройств

Структура современного ПК 1) материнская плата (Motherboard), называемая ещё главной (Mainboard) или системной платой; 2) CPU (Central Processing Unit) - центральный процессор; FPU (Floating Point Processing Unit) — сопроцессор; 3) винчестер или накопитель на жёстком магнитном диске, обозначенный в документации как HDD (Hard Disk Drive); 4) RAM (Random Access Memory) — оперативное запоминающее устройство (ОЗУ); 5) ROM (Read Only Memory) — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ); 6) графический контроллер — устройство, выполняющее графические операции и обработку видеоданных; акселератор —процессор, ускоряющий обработку видео изображений ; 7) элементы электрических соединений узлов и блоков переходные контакты, плоские кабели и монтажные провода; 8) корпус (case) — защищает компоненты PC от внешнего воздействия и содержит блок питания; 9) мультимедиа компоненты — звуковая карта, CD-ROM, DVD-ROM, карты видео ввода-вывода; 10) устройства коммуникаций — модем, сетевая карта; 11) устройства ввода — клавиатура, мышь, трэкболл, джойстик, дигитайзер

Обобщенная схема технической конфигурации ПК

Материнская плата (Motherboard) • Это основной компонент компьютера, самое большое и сложное устройство. Именно к "маме" подключаются все другие устройства, входящие в состав системного блока. • Функция: обеспечивает связь между всеми устройствами ПК, посредством передачи сигнала от одного устройства к другому. l. На поверхности материнской платы имеется большое количество разъемов предназначенных для установки других устройств: sockets – гнезда для процессоров; slots – разъемы под оперативную память и платы расширения; контроллеры портов ввода/ вывода.

Процессор (CPU) • Процессор - мозг компьютера Тактовая частота = количество элементарных операций (тактов) за 1 секунду [Hz, MHz, GHz] Основные производители: Intel, Cyrix, AMD

Память компьютера Расположена на материнской плате Память Внутренняя Оперативная (ОЗУ) 1 -8 -16 Gb 2100 Mb/c Постоянная (ПЗУ) ROM-BIOS 64 Gb Винчестер (НЖМД) 250, 500 Gb 33 Mb/с Внешняя CD-ROM 650 Mb 7800 Kb/c DVD-ROM до 17 Gb 7800 Kb/c

Оперативная память (ОЗУ / RAM) • 72 -пиновые разъемы SIMM • 168 -пиновые разъемы DIMM Чаще всего используют модули динамической памяти SDRAM и DDR SDRAM (SDRAM II) - Double Date Rate SDRAM - удвоенная скорость передачи данных по сравнению с обычной SDRAM. Время доступа от 70 до 4 нс (нано = 10 -9) Объем одного модуля 512 Mb, 1 - 8 Gb RAM быстродействие

Винчестер (НЖМД / HDD) • Емкость 250, 500 Gb, 1 - 4 Тb • время доступа 8 мс (мили = 10 -6) • скорость передачи данных от 33 Мбайт/с • скорость вращения 7200, 10000, 12000 об/мин НЖМД – накопитель на жестких магнитных дисках HDD – Hard Disc Drive

Дисковод DVD-ROM DVD (Digital Versatile Disk) цифровой многофункциональный диск (видео фильмы, игры, энциклопедии…) Стандарты • DVD-5 – 1 сторона, 1 слой; . 4, 7 Gb • DVD-9 – 1 сторона, 2 слоя; 8, 5 Gb • DVD-10 – 2 стороны, 1 слой; 9, 4 Gb • DVD-18 - 2 стороны, 2 слоя; 17, 0 Gb 4, 7 Gb =133 мин. видео в формате MPEG-4 со звуком Dolby Digital на 8 языках и субтитрами на 32 языках. VHS – 320 линий на кадр MPEG 4 – 500 линий на кадр

Дисковод DVD-ROM Параметр CD-ROM DVD-ROM диаметр 120 мм толщина 1, 2 мм шаг дорожки 1, 6 мкм 0, 74 мкм длина волны 780 нм 640 нм вместимость 0, 65 Gb 4, 7 Gb кол-во слоев 1 1, 2, 4 инфракрасный (по 0, 6 мм на слой) красный

Flash-память • Флэш-память - особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти. – Энергонезависимая - не требующая дополнительной энергии для хранения данных (только для записи). – Перезаписываемая - допускающая изменение (перезапись) данных. – Полупроводниковая - не содержащая механически движущихся частей (как обычные жёсткие диски или CD), построенная на основе интегральных микросхем. • • • l Флэш-память исторически происходит от ROM памяти, и функционирует подобно RAM. В отличие от RAM, при отключении питания данные из флэш-памяти не пропадают. Ячейка флэш-памяти не содержит конденсаторов, а состоит из одного транзистора особой архитектуры, который может хранить несколько бит информации. Объем до 64 Gb Замены памяти RAM флэш-памятью не происходит потому что флэш-память: – работает существенно медленнее; – имеет ограничение по количеству циклов перезаписи (от 10000 до 1000000 для разных типов).

Графический контроллер (видеокарта/ видеоплата/ графический адаптер) Первый IBM PC не предусматривал возможности вывода графических изображений. Современный позволяет выводить на экран двух- и трёхмерную графику и полноцветное видео. Графический контроллер обладает собственной оперативной памятью: 1 – 8 Gb Разрешающая способность - способность видеокарты разместить на экране определенное количество точек, из которых состоит изображение. Чем больше точек будет на экране, тем менее зернистым и качественным будет изображение, тем больше графической информации можно разместить на экране.

Графические режимы Режим Разрешение (гор. x вер. ) VGA 640 x 480 SVGA 800 x 600 XGA 1280 x 1024 UXGA 1600 x 1200 600 1024 x 768 SXGA А SVGA 800 А 768 XGA 1024

Звуковой адаптер (звуковая карта/ плата/ sound card) • Слоты ISA (8 MHz/ 16 bit/ устаревшие) • Слоты РСI (33 MHz/ 64 bit/ современные) Разрядность записи звука и динамический диапазон – разница между самым тихим и самым громким звуком 8 bit – 256 уровней – диапазон 48 д. Б 16 bit – 65536 уровней – диапазон 96 д. Б 20 -22 bit - профессиональные Технические характеристики ASUS ROG Vulcan Pro Динамики, мм 40, с неодимовым магнитом Частотная характеристика наушников, Гц от 10 до 20000 Cопротивление, Ом 32 Уровень пассивного шумоподавления, д. Б >30 Уровень активного шумоподавления ANC, д. Б >15 Эффективная пропускная способность режима ANC, Гц >600 Коэффициент гармонических искажений, % <=0, 01 Чувствительность микрофона, д. Б -42 Размер, см 21 x 18 x 7 Цена, рублей 4 400 (средняя цена на сентябрь 2012 г. )

Мониторы ЖК (LCD) • Управление светом лампы подсветки, проходящим через слой жидких кристаллов за счёт изменения ими плоскости поляризации.

Модем (МОдулятор-ДЕМодулятор) внешний Устройство для передачи сигнала (двоичного кода) по телефонным линиям. Модуляция – преобразование дискретного сигнала компьютера в аналоговый, передающийся по телефонным линиям (модулирование несущей частоты телефонной линии). Коммутируемые - 300 - 112 800 бод (бит/c) Выделенные – 112 800 бод (бит/c) 3 G модемы – до 21, 6 Мбит/с

Аппаратная платформа компьютеров - 1

Аппаратная платформа компьютеров - 2

Структура ЭВМ общего назначения

Архитектура персонального компьютера

Архитектура персонального компьютера - 2

Упрощенная блок схема процессора Pentium

Архитектура сервера HP Superdome

Блок-схема процессора Super SPARC

Набор кристаллов процессора hyper. SPARC

Блок-схема процессора Ultra. SPARC-1

Хранение информации. Устройства непосредственно подключенные к серверам (DAS).

Хранение информации. Конфликт целей

Хранение информации. Устройства непосредственно подключенные к серверам (DAS). Минусы такой топологии очевидны: • Низкая надежность – при проблемах сети или аварии сервера данные становятся недоступны всем сразу. • Высокая латентность, обусловленная обработкой всех запросов одним сервером и использующимся транспортом (чаще всего – IP). • Высокая загрузка сети, часто определяющая пределы масштабируемости путём добавления клиентов. • Плохая управляемость – вся ёмкость доступна одному серверу, что снижает гибкость распределения данных. • Низкая утилизация ресурсов – трудно предсказать требуемые объёмы данных, у одних устройств DAS в организации может быть избыток ёмкости (дисков), у других её может не хватать – перераспределение часто невозможно или трудоёмко.

Обеспечения надежного хранения информации с использованием RAID

Хранение информации. Устройства непосредственно подключенные к серверам (DAS), парк серверов.

Хранение информации. Сетевое хранилище данных (Network Attached Storage - NAS). NAS поддерживает работу с протоколами шаринга CIFS и NFS (CIFS (Common Internet File System) для Windows-систем (раньше называлась SMB — Server Message Blocks) или NFS (Network File System) для UNIX/Linux-систем. Клиент монтирует у себя файловую систему, предоставляемую NAS'ом и выполняет операции чтения/записи в обычном файловом режиме, а сервер NAS их обрабатывает, переводя на язык блочного доступа.

Внешний вид EMC Clariion CX 500

Хранение информации. Сеть хранения данных (Storage Area Network - SAN).

Инфраструктура системы хранения данных на основе SAN Fibre Channel - FC Host Bus Adapter — HBA

Инфраструктура системы хранения данных на основе SAN 1 - Контроллер (процессорный модуль) СХД, включающий в себя: центральный процессор (или процессоры) – обычно на системе работает специальное ПО, выполняющее роль «операционной системы» ; интерфейсы для коммутации с жёсткими дисками – в нашем случае это платы, обеспечивающие подключение дисков Fibre. Channel по схеме петли с арбитражным доступом (FC-AL); кэш-память; контроллеры внешних портов Fibre. Channel. 2 - Внешний интерфейс FC; как мы видим, тут их по 2 штуки на каждый процессорный модуль; 3 - Жёсткие диски – ёмкость расширяется дополнительными дисковыми полками; 4 - Кэш-память в такой схеме обычно зеркалируется, чтобы не потерять сохранённые там данные при выходе любого модуля из строя.

Хранение информации. Преимущества SAN • Высокая надёжность доступа к данным, находящимся на внешних системах хранения. Независимость топологии SAN от используемых СХД и серверов. • Централизованное хранение данных (надёжность, безопасность). • Удобное централизованное управление коммутацией и данными. • Перенос интенсивного трафика ввода-вывода в отдельную сеть, разгружая LAN. • Высокое быстродействие и низкая латентность. • Масштабируемость и гибкость логической структуры SAN • Географически размеры SAN, в отличие от классических DAS, практически не ограничены. • Возможность оперативно распределять ресурсы между серверами. • Возможность строить отказоустойчивые кластерные решения без дополнительных затрат на базе имеющейся SAN. • Простая схема резервного копирования – все данные находятся в одном месте. • Наличие дополнительных возможностей и сервисов (снапшоты, удаленная репликация). • Высокая степень безопасности SAN. Недостаток: высокая стоимость

Структурная схема EMC Symmetrix DMX-3

IBM Total Storage серии DS 8000

Компоненты комплекса СХД HP MSA 1000, адаптеры Fibre. Channel, кабели LC-LC Коммутаторы Cisco для SAN

Отличия и конвергенция SAN и NAS • NAS работает поверх локальной сети, используя обычное сетевое оборудование. • Он работает преимущественно с файлами (пример: документы общего пользования, word- и excel-файлы). • Он позволяет коллективное использование информации на дисках (одновременный доступ с нескольких компьютеров). • SAN работает в собственной сети, для использования которой нужен специальный Host Bus Adapter (HBA). • Он работает на уровне блоков данных. Это могут быть файлы, но это могут быть и нефайловые методы хранения. Например база данных Oracle на т. н. raw-partition. • Для компьютера это локальный диск, поэтому коллективное использование информации на SAN диске обычно невозможно (или делается очень сложно и дорого). .

Отличия и конвергенция SAN и NAS (продолжение) Плюсы NAS: • дешевизна и доступность его ресурсов не только для отдельных серверов, но и для любых компьютеров организации. • простота коллективного использования ресурсов. минусы NAS: • невозможно использовать «нефайловые» методы. • доступ к информации через протоколы «сетевых файловых систем» зачастую медленнее, чем как к локальному диску. Плюсы SAN: • можно использовать блочные методы доступа, хранение «нефайловой» информации (часто используется для баз данных, а также для почтовой базы Exchange). • «низкоуровневый» доступ к SAN-диску обычно более быстрый, чем через сеть. Гораздо проще сделать очень быстрый доступ к данным с использованием кэширования. • Некоторые приложения работают только с «локальными дисками» и не работают на NAS (пример — MS Exchange) Минусы SAN: • Стоимость подключения к FC-SAN довольно велика (около 1000— 1500$ за плату FC HBA). Подключение к i. SCSI (IP-SAN) гораздо дешевле, но требует поддержки i. SCSI на дисковом массиве.

Локальная вычислительная сеть Создание ЛВС обеспечивает: • Возможность совместного использования ресурсов сети (файлов, принтеров, модемов и т. д. ); • Оперативный доступ к любой информации сети; • Надежные средства резервирования и хранения информации; • Защиту информации от несанкционированного доступа; • Возможность использования современных технологий, в частности, системы электронного документооборота, сетевых баз данных, приема/передачи факсов, доступа в Интернет.

Варианты структур локальных вычислительных сетей

Примеры построения локальной вычислительной сети

Структурированные кабельные сети

Локальная вычислительная сеть. Элементы.

Пример структуры СКС с привязкой к зданиям

Способы подключения сетевого оборудования к СКС

Расстояния в СКС по ISO/IEC 11801

Пассивное оборудование локальной вычислительной сети.

Локальная вычислительная сеть на технологии Wi. Fi

Локальная вычислительная сеть. Адресация устройств

Передача информации – это целенаправленный процесс, в результате которого информация передается от одного объекта к другому. Помехи Источник Кодирующее устройство Декодирующее устройство Защита от помех Приемник

Глобальная вычислительная сеть

Пример структуры глобальной вычислительной сети

Активное оборудование вычислительной сети

Взаимодействие локальных вычислительных сетей

ИС в глобальной вычислительной сети

Пользователи центров обработки данных

Центры обработки данных

Облачный центр обработки данных

Затраты на центр обработки данных

Структура технических средств обработки данных

Коммерческие дата-центры РФ 2012 год

Коммерческие дата-центры Москвы 2012 год

Структура дата-центра

ИТ-инфраструктура Мясницкая, д. 20 Кирпичная, д. 5 Сервера Узел СМЭВ ВOЛС SAN LTP WAN Сервера ВOЛС SAN LTP WAN T T TT Площадки ГУ-ВШЭ в Москве Канал связи MPLS 512 kb Филиал ГУ-ВШЭ СПб. Ф НФ ПФ 82

Требования к вычислительной инфраструктуре ! ! Необходимая производительность каждого элемента с точки зрения общей сбалансированности системы Надежный постоянный доступ к системе большого числа сотрудников различных подразделений и служб Не допускаются длительные простои системы (беcперебойность, безостановочность) Работа в режиме реального времени Недопустимы любые случаи потери или разрушения информации Специальные решения по защите данных Большие объемы хранимых данных (Терабайты) ! Работа с огромным количеством первичных документов ! Постоянная тенденция к расширению круга пользователей и спектра решаемых задач Масштабируемость с сохранением произведённых инвестиций Взаимосвязь с существующими прикладными системами Открытость Комплекс технических и организационных мер защиты от злонамеренного использования или разрушения 83 данных посредством несанкционированного доступа к ним и обеспечения безопасности ! ! Конфиденциальность финансовой информации Наличие развитых средств управления ресурсами Единая техническая политика

Вычислительная инфраструктура ERP-системы. Трёх-системный ландшафт Эксплуатация Внедрение Рабочие места пользователей Разработка Рабочие места групп внедрения PROD Рабочие места проектных групп и учебные классы TEST DEV транспорт те рф ей сы Интерфейсы Ин EDUC ы с ей ф р те Ин Существующие информационные системы 84

Вычислительная инфраструктура ERP-системы. Трёх-системный ландшафт Эксплуатация Рабочие места пользователей PROD Внедрение Разработка Рабочие места групп внедрения Рабочие места проектных групп и учебные классы TEST Backup DEV EDUC 85

Эволюция. Стратегия – направление развития системы Начальное освоение Опытное внедрение Пилотное проектирование ERP-подсистем Отработка проектных решений Минимально необходимая инфраструктура Создание всего комплекса инфраструктуры Обучение Типизация и локализация решений Массовое внедрение Полный охват ERP–системой бизнес-процессов на всех уровнях ведомства Наращивание информационновычислительных ресурсов Стратегическое развитие Развитие проектных решений Обеспечение 100% надежности инфраструктуры 86

Эволюция. Тактика - поэтапное наращивание конфигурации PROD TEST DEV Backup ВРЕМЯ EDUC В н е д р е н и е Р а з р а б о т к а PROD DEV Backup TEST EDUC TEST DEV 87 EDUC Эксплуатация Внедрение Разработка

Средства обеспечения управления: прикладные системы, платформы, технологии Корпоративные СУБД и прикладные системы: –Oracle 11 g Enterprise Edition на платформе Risk –MS SQL Server на платформе MS Windows Server – 1: С Бухгалтерия –Прикладная система Documentum –Электронная почта MS Exchange –Файловый сервис –ERP-система на основе программных продуктов SAP R/3 Аппаратно-программные средства: –Трехузловой кластер cерверов на платформе Risk –Двухузловые кластеры Intel-cерверов c ОС Windows Server –Инфраструктура и технологии сетей хранения данных (SAN) –Дисковые массивы EMC Symmetrix –Роботизированная библиотека Storage. Tek Катастрофоустойчивые технологии: –Кластерная программная технология Veritas Cluster Server –EMC SRDF по каналам Fibre Channel –Доступ серверов резервной серверной к хранилищу данных основной серверной через инфраструктуру SAN 88

Структурная схема корпоративного вычислительного центра Fast Ethernet Сервер приложений Сервер приложений Fast Ethernet Коммутатор Сервер БД SAN Conneсtrix DS-16 SRDF Хранилище данных Основная серверная ~150 метров в пределах двух зданий Хранилище Сервер БД Ленточная библиотека данных Резервная серверная 89

Функциональная схема решения Сервер архивации Основная серверная Кластеры серверов LAN Резервная серверная * SAN Time. Finder BCV SRDF Дисковый массив 90 Ленточная библиотека

Отказоустойчивость с элементами катастрофоустойчивости • Корпоративные серверы критических приложений работают в режиме отказоустойчивого кластера, обеспечивается высокая степень готовности приложений и доступности их для пользователей • Для консолидированного хранения и создания синхронных зеркальных копий критических корпоративных данных, а также для организации доступа к ним приложений и пользователей применяются высоконадежные интегрированные дисковые массивы Symmetrix и катастрофоустойчивые технологии компании EMC 2 • Существующий корпоративный информационно-вычислительный комплекс – кластерные конфигурации серверов и сеть доступа к данным – в настоящее время может быть интегрально оценен как отказоустойчивая система с высокой готовностью (по классу High Availability – менее суток простоя в год) с элементами катастрофоустойчивости • На используемой аппаратно-программной и технологической основе может быть выполнен переход к катастрофоустойчивой конфигурации корпоративного ВЦ без ревизии ранее принятых технических решений и с полным сохранением предшествующих инвестиций в 91 вычислительную инфраструктуру

Катастрофоустойчивое решение 1 этап: симметричная схема доступа к данным Основная серверная Кластеры серверов * LAN Резервная серверная Сервер архивации Программное обеспечение EMC Geo. Span for Veritas Cluster Server SAN Time. Finder BCV SRDF Дисковый массив Ленточная 92 библиотека

Катастрофоустойчивое решение 2 этап: удаленный резервный ВЦ Резервный ВЦ Основной ВЦ Распределенные кластерные конфигурации SRDF Распределенная инфраструктура SAN ЛВС Глобальная сеть передачи данных и специализированные каналы связи Территориально удаленное предприятие ЛВС Территориально удаленное предприятие 93