"Структура вычислительных сетей"

Вычислительная система – это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих компьютеров (процессоров), периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенных для подготовки и решения задач пользователя.

Структура ВС

Структура ВС - это совокупность комплексируемых элементов и их связей. В качестве элементов ВС выступают отдельные ЭВМ и процессоры.

Упрощенная схема вычислительного процесса может быть описана следующим образом.

По указанию устройства управления (УУ) управляющая информационная (команда) считывает из запоминающего устройства, передается в УУ и расшифровывается. Она определяет, какая операция и над какими данными должна выполняться в АЛУ. Получив соответствующие указания и адреса, запоминающее устройство выдает требуемые числа в АЛУ, где они преобразуются. Результаты обработки пересылаются в ОЗУ на хранение. Окончательная результатная информация из ОЗУ с помощью устройств вывода поступает на дисплей, печатающее устройство или на машинный носитель.

Вычислительные системы имеют многоуровневую информационную организацию.

На I уровне системы располагаются ЦП, в состав которых входят АЛУ, центральные устройства управления и внутренняя память процессоров (иногда сверхоперативная память СОП). Процессоров может быть несколько. Они могут быть универсальными и специализированными и отличаться своими функциональными возможностями. На этом же уровне находятся модули ОЗУ.

Арифметико-логическое устройство - это блок ЭВМ, в котором происходит преобразование данных по командам программы: арифметические действия над числами, преобразование кодов и др.

Управляющее устройство координирует работу всех блоков компьютера.

II уровень составляют процессоры ввода-вывода (каналы ввода - вывода), которые предназначены для выполнения операций ввода – вывода и обеспечивают все двусторонние связи между ОП и процессором, с одной стороны, и множеством различных периферийных устройств – с другой. Каналы ввода – вывода позволяют осуществлять параллельную работу высокоскоростного ЦП и сравнительно медленно действующих устройств ввода – вывода с различными техническими характеристиками. Благодаря такому построению исключает «жесткое» подключение периферийных устройств к ЦП. Канал ввода–вывода представляет собой самостоятельное в логическом отношении устройство, работающее по собственной программе, хранимой в памяти машины.

На III уровне находятся интерфейс ввода – вывода (устройство сопряжения) и устройство управления внешними устройствами (УУВУ).

Связь ЦП с внешними устройствами как через селекторный, так и через мультиплексный каналы выполняется по универсальному стандартному принципу, заключающемуся в наличии определенного набора сигналов и одной и той же временной диаграммы взаимодействия для всех внешних устройств независимо от их типа. Благодаря наличию стандартного сопряжения последовательность управляющих сигналов одинакова для всех устройств, связанных с одним каналом.

IV уровень составляет периферийные устройства.

К ним относятся внешние запоминающие устройства(ВЗУ)  и устройства ввода-вывода.

В современных вычислительных системах можно выделить V уровень, который составляют абонентские пункты, аппаратура передачи данных и каналы связи. Этот уровень необходим при использовании ВС в системах распределенной обработки данных, вычислительных центрах коллективного пользования, вычислительных сетях.

В описанной многоуровневой структуре реализуется классическая фон- неймановская организация ВС и предполагает последовательную обработку информации по заранее составленной программе.

Классификация ВС

По назначению ВС делятся на:

• универсальные ВС - предназначаются для решения самых различных задач;
• специализированные системы - ориентированы на решение узкого класса задач.

По типу ВС:

• многомашинная ВС - содержит некоторое число компьютеров, информационно взаимодействующих между собой. Машины могут находиться рядом друг с другом, а могут быть удалены друг от друга на некоторое, иногда значительное расстояние (вычислительные сети);
• многопроцессорная ВС – в ней имеется несколько процессоров, информационно взаимодействующих между собой либо на уровне регистров процессорной памяти, либо на уровне оперативной памяти.

По типу ЭВМ или процессоров:

• однородные ВС -  предполагают комплексирование однотипных ЭВМ или процессоров;  
• неоднородные ВС – комплексирование разнотипных ЭВМ.

По степени территориальной разобщенности:

Системы совмещенного (сосредоточенного) и распределенного (разобщенного) типов. Обычно такое деление касается только ММС. Многопроцессорные системы относятся к системам совмещенного типа. Более того, учитывая успехи микроэлектроники, это совмещение может быть очень глубоким. При появлении новых СБИС появляется возможность иметь в одном кристалле несколько параллельно работающих процессоров.

По методам управления элементами ВС:

• централизованные ВС - распределение нагрузки между элементами, выделение ресурсов, контроль состояния ресурсов, координация взаимодействий;
• децентрализованные ВС -  функции управления распределены между элементами;
• системы со смешанным управлением - совмещаются процедуры централизации и децентрализации управления.

По принципу закрепления вычислительных функций:

• системы с жестким закреплением функций;
• системы с плавающим закреплением функций.

По режиму работы ВС:

• оперативные ВС - работают в реальном масштабе времени, в них реализуется оперативный режим обмена информацией – ответы на запросы поступают незамедлительно;
• неоперативные ВС - допускают режим “задержанного ответа”, когда результаты выполнения запроса можно получить с некоторой задержкой.