Информатика ТЕМА 1 Системы обработки данных Проф Григорьев

Информатика ТЕМА 1 Системы обработки данных Проф. Григорьев В. А. Редакция 2012

Содержание • Определение информатики Введение • 1. Системы обработки данных (СОД). Классификация СОД. • 2. Вычислительные комплексы. ММВК. МПВК. • 3. Эволюция вычислительных систем Тема 1 2

ИНФОРМАТИКА [informatics, computer science]: • Научное направление, изучающее свойства информации и способы ее представления, накапливания, автоматической обработки и передачи. • Информатика начала формироваться в начале 1970 -х гг. , как дополнение и конкретизация кибернетики в связи с использованием ЭВМ в управлении, науке, проектировании, образовании, сфере услуг и т. д. • В неё входит группа дисциплин, занимающихся различными вопросами, связанными с разработкой и применением вычислительной техники. : прикладная математика, программирование, искусственный интеллект, архитектура ЭВМ, вычислительные сети и др. • Современная прикладная И. занимается специальными информационными системами, основанными на ЭВМ и реализующими машинные информационные технологии. Тема 1 3

Эти информационные системы подразделяются на • управленческие, • административные, • исследовательские, • учебные, • проектирующие, • коммуникационные, • военные и т. д. Информатика охватывает все аспекты их разработки, внедрения и влияния на развитие общества. Развитие вычислительной техники позволило И. перейти от изучения и разработки систем обработки данных к системам обработки знаний, т. е. к применению машин непосредственно в творческих процессах, широкому их использованию в качестве интеллектуальных помощников людей. Тема 1 4

ВВЕДЕНИЕ • Методы проектирования и эксплуатации вычислительных комплексов, систем и компьютерных сетей, составляющих Тема 1 5

Теория вычислительных систем состоит из двух разделов: • Архитектуры систем • Метрической теории систем. Свойства системы (информационной, компьютерной и т. д. ) оцениваются совокупностью технических и программных средств. Изучение архитектуры ВС включает анализ логической организации систем, определяющей процессы обработки данных: • Состав, назначение, принципы взаимодействия технического и программного обеспечения; • Методы представления данных. Тема 1 6

В рамках изучения технических и программных средств реализации информационных процессов производится: 1. Выявление способов построения систем обработки данных; 2. Выявление рациональных вариантов распределения функций по обработке данных между техническими и программными данными; 3. Изучение состава и конфигурации систем; 4. Изучение способов организации вычислительных процессов. Тема 1 7

1. Системы обработки данных (СОД). Классификация СОД. • Системы обработки данных (СОД) представляют собой совокупность технических средств и программного обеспечения, предназначенных для информационного обслуживания пользователей и технических объектов. Технические средства включают: • ЭВМ, • Устройства сопряжения, • Аппаратуру передачи данных, • Линии передачи данных. Программноеобеспечение включает • совокупность программ, реализующих возложенные на систему функции по выполнению актов обработки данных: ввода, хранения, преобразования, обработки и вывода. Тема 1 8

• Эффективность СОД определяется техническими средствами: именно они определяют в наибольшей степени надёжность и производительность системы. • Классификация СОД осуществляется по уровню территориальной рассредоточенности СОД. Тема 1 9

СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ Сосредоточенные системы Распределённые системы Системы телеобработки ЭВМ, ПЭВМ Вычислительные комплексы ВК (ММВК, МПВК) Вычислительные системы ВС (ММВС, МПВС) Компьютерные сети: ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ КЛАСТЕРЫ Тема 1 Локальные Региональные Глобальные 10

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА, компьютер [computer]. • Устройство или комплекс устройств, предназначенные для автоматизации обработки информации. • Существуют два класса машин: цифровые вычислительные машины и аналоговые вычислительные машины. • В настоящее время в основном используются цифровые вычислительные машины. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА [computer system]. Совокупность аппаратных и программных средств компьютера, взаимодействующих для решения задач обработки информации. Например, простейшей В. с. является персональный компьютер с установленным на нем программным обеспечением Тема 1 11

Следует отметить, что , как правило, понятие ВС используется тогда, когда созданная система не укладывается в понятие ВК. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА МРР, система МРР [massively parallel processors system, МРР system] - Многопроцессорная вычислительная система с распределенной памятью, обладающая высокой степенью параллелизма. В. С. МРР может состоять из сотен и тысяч процессоров. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС, многомашинный вычислительный комплекс (ММВК) [computer complex, multiple computer complex]. Совокупность двух и более ЭВМ, работающих как единая вычислительная система Тема 1 12

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ КЛАСТЕР, кластер [computer cluster, cluster]. Совокупность компьютеров, объединенных в локальную вычислительную сеть для решения одной задачи путем проведения параллельных вычислений. • В. КЛ нужно рассматривать как один многопроцессорный компьютер, не использующий систему разделения времени и работающий в режиме монопольного использования. • В качестве вычислительных узлов обычно используются доступные однопроцессорные или симметричные многопроцессорные компьютеры. Каждый узел работает под управлением своей копии операционной системы, чаще всего — стандартной. Тема 1 13

МПВС эвм ПРЯМАЯ СВЯЗЬ РАЗДЕЛЯЕМЫЕ ДИСКИ СТРУКТУРА КЛАСТЕРА Тема 1 14

• Состав и мощность узлов могут меняться даже в рамках одного В. КЛ. • Коммуникационная среда, обеспечивающая взаимодействие компьютеров в В. КЛ, может создаваться с использованием стандартных сетевых технологий, исходя из соображений стоимости, производительности и масштабируемости. Применяются и сети Ethernet со скоростью передачи данных 100 Мбит/с, и сети со скоростью 1000 Мбит/с • Среди достоинств В. КЛ. можно указать относительно низкую стоимость (В. КЛ. из 10 рабочих станций дешевле десятипропессорного суперкомпьютера), высокую надежность (выход из строя вычислительных узлов не обязательно приводит к остановке всей системы) и приспособленность к постепенному наращиванию и модификации без длительной остановки на замену оборудования. Тема 1 15

В распределённых системах процессы обработки данных рассредоточены по многим компонентам системы, а в сосредоточенных - сконцентрированы в местах обработки данных. 2. Вычислительные комплексы. ММВК. МПВК. Вычислительный комплекс (ВК) включает совокупность технических средств (как правило, несколько ЭВМ или процессоров) и общесистемное программное обеспечение. Тема 1 16

• Косвенная связь (слабосвязанные ЭВМ) Операцио нная система 1 ЭВМ 1 Операцио нная система 2 ЭВМ 2 Каждая ЭВМ работает под управлением своей ОС ВЗУ используется по принципу почтового ящика Внешнее запоминающее Устройство (ВЗУ) Тема 1 17

• Прямая связь Операцио нная система 1 ЭВМ 1 Операцио нная система 2 ЭВМ 2 Прямая связь обеспечивает: • Более оперативное взаимодействие ЭВМ, • Координацию обработки данных, • Параллельную обработку данных. Адаптер каналов ввода вывода Тема 1 18

Многомашинные системы – • несколько компьютеров, работающих под управлением собственной ОС, • связанных в единое целое специальными программными и аппаратными средствами, • взаимодействуют через внешнюю память, • истинный параллелизм - распределение вычислительной нагрузки на уровне задач, • территориально тесно связанные. Тема 1 19

• Многопроцессорный ВК Процессорное поле ПР 11 ПР 2 ПР 1 ПР 3 ПР 4 . . ОБЩАЯ ОС ПРN ПУ 1 Каналы ввода вывода ПУ N Каналы ввода вывода Модульное ОЗУ М 1 2 3 4 5 …… БД Тема 1 БД БД 20

МУЛЬТИПРОЦЕССОР Тема 1 21

3. Эволюция вычислительных систем Эволюция вычислительной телекоммуникаций Эволюция компьютерных техники сетей Эволюция Тема 1 22

ВЦ предприятия ВЦ на базе мейнфрейма ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР (ВЦ) [computer center]. Самостоятельное учреждение или подразделение учреждения, оснащенное комплексом средств вычислительной техники и предназначенное для предоставления услуг по обработке и хранению данных. Если ВЦ снабжен информационной системой, то его называют информационновычислительным центром. Централизованная система на базе мэйнфрейма Тема 1 23

Вычислительный центр на базе мэйнфрейма Пакет заданий Устройство ввода Пользователи с заданиями на выполнение вычислительной работы Тема 1 24

ВЦ на базе мейнфрейма Предприятие Удалённое подразделение Многотерминальная система – прообраз вычислительной сети Тема 1 25

Вычислительный центр на базе мэйнфрейма 4 этаж - Офисы 3 этажа Офисы 2 этажа Офисы 1 этажа Терминал пользователя Тема 1 26

• Многотерминальные централизованные системы уже имели все внешние признаки локальных вычислительных сетей, однако по существу ими не являлись, так как сохраняли сущность централизованной обработки данных автономно работающего компьютера. Тема 1 27

Объединение удаленных супер-ЭВМ глобальными связями Сотни или тысячи километров 1969 – начало работ по созданию сетей с коммутацией пакетов, 1974 – архитектура SNA (IBM), сети Х. 25 • Главным результатом создания первых глобальных компьютерных сетей был отказ от принципа коммутации каналов, на протяжении многих десятков лет успешно использовавшегося в телефонных сетях. Тема 1 28

Появление миникомпьютеров • В результате технологического прорыва в области производства компьютерных компонентов появились большие интегральные схемы (БИС). • Их сравнительно невысокая стоимость и богатые хорошие функциональные возможности привели к созданию миникомпьютеров, которые стали реальными конкурентами мэйнфреймов. Тема 1 29

Предприятие мини-ЭВМ Автономное использование нескольких миникомпьютеров на одном предприятии Тема 1 30

мини-ЭВМ Устройство сопряжния мини-ЭВМ терминалы мини-ЭВМ ПК ПК Различные типы связей в первых локальных сетях Тема 1 31

Создание персональных компьютеров (начало 80 -х) послужило мощным катализатором для бурного роста локальных сетей, появилась отличная материальная основа в виде десятков и сотен машин, принадлежащих одному предприятию и расположенных в пределах одного здания. Стандартные технологии • В середине 80 -х годов положение дел в локальных сетях стало кардинально меняться. Утвердились стандартные технологии объединения компьютеров в сеть — • Ethernet • Arcnet • Token Ring • Token Bus • несколько позже — FDDI. Тема 1 32

Стандартные сетевые технологии Элементы локальных сетей Ethernet, Token Ring, Arc. Net: • компьютеры • сетевые адаптеры • драйверы сетевых адаптеров • коаксиальный кабель • операционная система Классификация сетей по территориальному признаку ¨ Локальные сети (Local Area Network - LAN) ¨ Глобальные сети (Wide Area Network - WAN) ¨ Городские сети (Metropolitan Area Network - MAN) Тема 1 33

Первые ламповые компьютеры Начало 40 -х Первые компьютеры на полупроводниковых схемах (транзисторах). Середина 50 -х Первые компьютеры на интегральных схемах. Первые мультипрограммные ОС. Середина 60 -х Первые глобальные связи компьютеров. Конец 60 -х Начало передач по телефонным сетям голоса в цифровой форме. Конец 60 -х Появление больших интегральных схем. Первые мини-компьютеры. Начало 70 -х Первые нестандартные локальные сети. Начало 70 -х Создание сетевой архитектуры IBM SNA. 1974 Создание технологии Х. 25. 1974 Появление персональных компьютеров. Начало 80 -х Создание Internet в современном виде. Установка на всех узлах стека TCP/IP. Начало 80 -х Появление стандартных технологий локальных сетей. Начало коммерческого использования Internet. Изобретение Web. Ethernet – 1980 Token Ring – 1985 FDDI -1985 Конец 80 -х Тема 1 1991 34

Вычислительные сети как распределенные системы Распределенные функции: обработки, хранения, ввода -вывода данных, доступ пользователей к компьютеру. Степень взаимосвязности элементов системы: • мультипроцессорные системы, • многомашинные системы, • вычислительные сети, • распределенные вычислительные среды. Преимущества распределенных систем: • Возможность превышения максимальной производительности одного процессора, • Лучшее соотношение производительность/стоимость • Соответствие распределенному характеру обработки данных (банки, учреждения, производство) • Повышенная надежность (живучесть). Простота наращивания и расширения Тема 1 35

Проблемы: Сложность организации совместной работы отдельных элементов распределенной системы (сложность ОС, приложений, коммуникационного оборудования); Проблема безопасности данных; Проблема надежного обмена данными. Вычислительные сети • взаимодействие с помощью сообщений через каналы связи; • основная цель – разделение ресурсов: файлов, дисков, принтеров, модемов, факсов. Истинно распределенные вычислительные среды • Сеть выступает как единый компьютер. • Сеть прозрачна для пользователя. • Параллелизм на уровне задачи. Тема 1 36

Распределенный характер сетевых приложений ос Сетевая ОС Клиент Сервер Запрос р Зап Клиент в От ет Ответ Тема 1 37

l Разделение локальных ресурсов каждого компьютера всеми пользователями сети достигается с помощью : между клиентов (client), которые формируют запросы на доступ к удаленным компьютерам (СЕРВЕРАМ), серверов (server), принимающих эти запросы из сети и предоставляющих запрашиваемые ресурсы. Набор модулей «клиент – сервер» представляет собой распределенную программу, реализующую сетевую службу (service). Тема 1 38