Многопрограммный режим работы вс позволяет

Режимы работы вс

Развитие
цифровых вычислительных машин и ВС
постоянно преследовало две цели: 1)
повышение производительности ЦВМ или
ВС, т.е. сведение к минимуму времени,
необходимого на выполнение некоторого
объёма вычислительных работ;2)
предоставление максимальных удобств
абонентам в процессе их взаимодействия
с ЦВМ или ВС. Достижение этих целей
обусловлено появлением различных форм
взаимодействия абонентов с ВС.

Под
режимом работы понимаются принципы
структурной организации и функционирования
аппаратных и программных средств
(главным образом ОС) ВС, которые определяют
её производительность.

Режим
работы ВС определяется в основном
методом использования ресурсов системы
и количеством задач, одновременно
находящихся в обработке.

Однопрограммный
режим работы. Это
такой способ организации вычислительного
процесса, при котором все ресурсы системы
отдаются для реализации только одной
программы (задачи). При однопрограммном
режиме в каждый момент времени работает
только одно из устройств – процессор
или устройство ввода – вывода, а остальные
устройства в эти моменты простаивают.

Простои
устройства значительны. При быстродействии
процессора порядка 50 тысяч операций в
секунду простои процессора, наиболее
дорогого устройства, могут составить
40….50% и более. С ростом быстродействия
процессора простои процессора
увеличиваются и при быстродействии
порядка миллиона операций в секунду
доля простоев, может составить 80..90%, что
недопустимо.

Возможны
две разновидности однопрограммного
режима: однопрограммный режим с
непосредственным допуском абонента к
машине и однопрограммный режим с
последовательным выполнением программ
без участия абонентов (режим косвенного
доступа).

В
первом случае абонент сам работает за
пультом ЦВМ (ВС): вводит программу,
запускает её в непрерывном или циклическом
режиме и наблюдает за ходом решения и
выводом результатов. Находясь за пультом
машины, абонент имеет её в своём полном
распоряжении, он ведет с ней диалог.

Применение
однопрограммного режима с непосредственным
доступом чрезвычайно невыгодно с точки
зрения производительности машины
(системы), так как время реакции абонента
очень велико по сравнению со временем
реакции машины (системы). По мере
увеличения быстродействия машин при
их совершенствовании разница во времени
реакции машины и абонента возрастает,
что приводит к уменьшению эффективности
работы машины в однопрограммном режиме.
На рис. 11.1 показаны временные диаграммы
работы ВС в однопрограммном режиме
непосредственного доступа при выполнении
программ А и В. В этом случае время
«непроизводительной» работы процессора
(его простои) включает как время работы
устройств ввода – вывода, так и время
реакции оператора (абонента) t₀.

Во втором случае доступ к машине (системе)
осуществляется косвенным образом,
посредством операционной системы,
осуществляющей переход от задачи к
задаче и контроль за её исполнением.
При таком методе эксплуатации машины
(системы) потери времени значительно
сокращаются, и повышается эффективность
её использования. Часто рассмотренный
режим называют косвенным доступом или
последовательной обработки пакетами.
Результаты решения абонент получает
после реализации всего пакета.

Ввод А

Вывод А

Счет А

t_А

Ввод В

Вывод В

Счет В

t_В

t₀

Ввод

Вывод

Счёт

Действия

оператора

t

Рис. 11.1. Временная диаграмма работы ВС
в однопрограммном режиме непосредственного
доступа

В режиме пакетной обработки в любой
текущий момент времени выполняется
только одна программа (она находится в
оперативной памяти), а остальные задачи
пакета находятся в состоянии ожидания
во внешней памяти или устройстве ввода.
Переход к очередной программе разрешается
после завершения текущей программы или
в случае её аварийного останова.

Применение режима однопрограммной
пакетной обработки позволяет уменьшить
время совокупности задач, но время
пребывания на обработке каждой пакетной
задачи увеличивается. Это недопустимо
в отдельных случаях, так как потери,
вызванные простоем абонентов в ожидании
результатов обработки, иногда могут
быть больше, чем экономия средств,
достигаемая за счет увеличения
производительности системы. Устранить
недостатки, свойственные однопрограммному
режиму, можно путем организации
многопрограммного режима работы ВС.

Многопрограммный режим работы.
Это такой способ организации решения
задач, при котором несколько программ
находятся в оперативной памяти и
выполнение одной из них может быть
прервано для перехода к выполнению
другой программы с последующим возвратом
к прерванной программе. При этом
одновременно выполняется несколько
программ.

Количество программ, обрабатываемых
одновременно в многопрограммном режиме,
называется коэффициентом
мультипрограммирования. С увеличением
коэффициента мультипрограммирования
увеличивается вероятность того, что в
любой момент времени для каждого
устройства ВС найдётся работа и,
следовательно, уменьшается величина
простоя устройств. Современные ВС имеют
коэффициент мультипрограммирования,
равный 8…15.

В случае многопрограммной работы, как
в случае однопрограммной, процессор ВС
в каждый момент времени выполняет
команды какой — либо одной программы в
порядке, предусмотренном этой программой.
Остальные, «одновременно» выполняемые
с текущей программы, находятся в
оперативной памяти в состоянии готовности
или ожидания завершения какого – либо
события (например, завершения ввода –
вывода очередной порции данных).
Одновременность обработки (кажущееся
совмещение) заключается в том, что после
выполнения части одной программы
процессор, если это необходимо, может
быть переключен на выполнение другой
программы при сохранении возможности
вернуться к незаконченной программе и
продолжать её решение. Попеременное
выполнение программ короткими отрезками
времени создаёт у абонента впечатление
одновременности.

Режим многопрограммной работы ВС
характеризуется также широким
использованием параллельной работы
различных устройств системы (истинное
совмещение). Примером такого совмещения
является параллельная работа процессора,
осуществляющего счет по одной программе,
и внешних устройств, осуществляющих
выполнение операций ввода – вывода
других программ.

Для обеспечения многопрограммного
режима необходимо, чтобы ВС обладала
следующими средствами и возможностями
:

1. Емкость
   памяти должна быть достаточна для
   размещения информации, относящейся к
   нескольким задачам, которые должны
   обрабатываться в многопрограммном
   режиме.

2. В
   ВС должна быть обеспечена возможность
   параллельной работы процессора и
   внешних устройств.

3. ВС
   должна иметь развитую систему прерывания,
   посредством которой процессор
   информируется о моментах окончания
   операций в других устройствах ВС.

4. ВС
   должна иметь средства защиты памяти,
   которые исключают возможность обращения
   программы (при неправильном её выполнении)
   к областям оперативной памяти,
   принадлежащим другим программам;

5. ВС
   должна быть оснащена средствами,
   обеспечивающими управление памяти
   между различными программами абонентов.

Управление вычислительным процессом,
распределение ресурсов ВС между
отдельными программами, связь между
отдельными программами абонентов и
другое осуществляются комплексом
управляющих программ, образующих
операционную систему. В многопрограммных
ВС используется сочетание программных
и аппаратурных средств управления
вычислительным процессом, что даёт
возможность организовать несколько
режимов работы ВС.

В настоящее время принято различать
следующие формы многопрограммной работы
ВС: классическое мультипрограммирование,
параллельную обработку и разделение
времени, не являющиеся взаимоисключающими.

Классическое мультипрограммирование.
Этот режим часто в литературе называется
просто мультипрограммированием. Он
характеризуется тем, что правила перехода
от программы к программе устанавливаются
из соображений достижения максимальной
производительности ВС путем возможно
более широкого использования совмещений.
Основная идея здесь состоит в стремлении
избежать простоя наиболее дорогостоящего
оборудования ВС, в частности процессора.
В режиме классического мультипрограммирования,
как только приостанавливается одна
программа, управление передается другой
программе, находящейся в оперативной
памяти и готовой к работе. Это позволяет
до минимума сократить простои процессора.

Необходимо отметить, что реализация
рассматриваемого режима улучшения
качества обслуживания пользователей
непосредственно не предусматривается.
Может случиться так, что одна из программ
редко оказывается в состоянии ожидания
и поэтому надолго монополизирует
центральный процессор, блокируя тем
самым программы остальных пользователей.
Кроме того, мультипрограммирование
совершенно не совместимо с непосредственным
доступом – это один из видов пакетной
обработки задач, т.е. все пользователи,
получают результаты одновременно.

Условием прерывания текущей программы
в режиме классического мультипрограммирования
является естественное прерывание во
время ожидания ввода – вывода. Условием
передачи управления очередной программе
является её высший приоритет по сравнению
с другими, готовыми к обработке.
Производительность ВС во многом зависит
от состава пакета программ, подлежащих
совместному исполнению. Практически
неизбежно возникают отдельные периоды,
когда все программы находятся в состоянии
ожидания и центральный процессор
простаивает. С целью ликвидации таких
простоев в систему вводят планирующую
программу, роль которой состоит в
формировании остальных пакетов программ.
Правильная организация мультипрограммирования
позволяет повысить производительность
ВС по сравнению с однопрограммным
режимом в пределах 1,5….1,8.

Пример организации многопрограммной
обработки программ с различными
приоритетами приведен на рис. 11.2.
Считается, что каждая программа
осуществляет ввод – вывод через
закрепленное за ней отдельное устройство,
время переключения с одной программы
на другую пренебрежимо мало, и программы
переходят в состояние ожидания после
выполнения команды ввода – вывода.
Приоритет А выше приоритета В, и приоритет
программы В выше приоритета программы
С.

Рис.11.2. Временная диаграмма работы ВС
в режиме классического мультипрограммирования

Параллельная обработка. В этом
многопрограммном режиме переход от
программы к программам, загруженных в
оперативную память, осуществляется
через короткие промежутки (кванты)
времени, что создает у пользователей
впечатление одновременности исполнения
нескольких программ. Этот режим не
отличается эффективностью использования
аппаратурных средств, поскольку в
периоды ожидания завершения операций
ввода – вывода процессор будет
простаивать, но обеспечивает некоторое
улучшение качества обслуживания
пользователей. Оно выражается в том,
что у пользователей создается впечатление
отсутствия очереди, так как решение их
задач не прерывается на длительные
промежутки времени. Более того, если
пользователю предоставляются некоторые
средства прямого доступа (по крайней
мере, для вывода результатов информации),
это впечатление еще более усиливается
выдачей результатов по мере их выработки.

В большинстве случаев параллельная
обработка сочетается с классическим
мультипрограммированием, т.е. имеется
два типа прерываний, вызывающих переход
к другой программе: естественное
прерывание во время ожидания ввода –
вывода (мультипрограммирование);
вынужденное прерывание в конце отрезка
времени, отводимого каждой программе
(параллельная обработка).

Выбор программы для передачи ей управления
осуществляется путем сканирования
(циклический или поочерёдной выбор).

Разделение времени. Это наиболее
развитая форма многопрограммной работы,
которая совмещает преимущества
параллельной обработки, предполагающие
улучшение качества обслуживания
пользователей, преимущества
мультипрограммирования, назначение
которого заключается в эффективности
загрузки оборудования, с добавлением
непосредственного доступа пользователя
к ВС. Непосредственный доступ к ВС, как
правило, определяет необходимость
работы ВС в реальном времени.

Длительность квантов времени, выделяемых
поочередно программам различных
пользователей, не является фиксированной,
а меняется в зависимости от рассматриваемой
программы и конкретных условий
эксплуатации в момент передачи управления
от одного пользователя к другому. Выбор
очередной программы (пользователя) и
выделение этой программе кванта времени
осуществляются специальной программой
операционной системы. Эта планирующая
программа использует систему приоритетов,
разрабатываемую таким образом, чтобы
почти мгновенно реагировать на запросы,
связанные с коротким временем обслуживания,
не слишком задерживая при этом выполнение
длинных программ и обеспечивая тем
самым оптимизацию времени ответа.

ВС, работающие в режиме разделения
времени, называют системами с разделением
времени (СВР). СВР имеют две формы
использования: «запрос – ответ» и
диалоговую (разговорную).

При форме использования СВР «запрос –
ответ» в ВС каждому из запросов должна
быть предусмотрена специальная программа,
вырабатывающая ответ. Множество таких
программ хранится во внешней памяти.
При возникновении запроса осуществляются
выход в оперативную память соответствующей
программы и передача ей управления. В
результате выполнения этой программы
формируется требуемый ответ.

В периоды ожидания очередного запроса
ВС используется для выполнения так
называемых фоновых программ, приоритет
которых ниже программ ответа. При
возникновении на одном из удаленных
пультов запроса выполнение фоновой
программы прекращается до тех пор, пока
из удаленных пультов запроса выполнение
фоновой программы прекращается до тех
пор, пока на данный пульт не будет передан
ответ, после чего управление передается
прерванной программе. Этим самым
достигается эффективное использование
ресурсов системы.

При реализации диалоговой формы
использования ВС предусматривается
разделение ресурсов системы между
ограниченным количеством удаленных
пользователей, имеющих прямой доступ
к ВС через терминалы. В распоряжение
пользователей предоставляется разговорный
язык, позволяющий осуществить пошаговую
трансляцию, выдачу содержимого ячеек
памяти и т.п. Для получения небольшого
времени ответа, необходимого для ведения
диалога, как транслятор, так и программы
пользователей должны постоянно находиться
в фиксированных областях оперативной
памяти. Диалоговый режим широко
применяется для составления и отладки
программ пользователем, для предоставления
доступа к системе широкого круга
пользователей, не только не являющихся
специалистами в области программирования,
но и не знакомых с программами, которые
им предстоит использовать. В этом случае
диалог ведёт сама программа, определяя
каждый раз не только свой ответ на
очередной вопрос пользователя, но и
предлагая ему возможные варианты
дальнейших вопросов. С точки зрения
оперативности диалоговой системы
уступают системам типа «запрос – ответ»,
однако, обеспечивают решения значительно
более сложных задач.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Многопрограммный режим — работа

Cтраница 1

Многопрограммный режим работы ЭВМ обеспечивает наиболее полную загрузку всех устройств машины.
 [1]

Многопрограммный режим работы ЭВМ в реальном масштабе времени или в суточном режиме выступает важным фактором эффективного функционирования системы учетной информации. Попеременная работа по нескольким программам, вызываемым операционной системой, обеспечивает интеграцию и ускоряет обработку данных. Организация процесса обработки данных должна основываться на максимальном приближении времени решения учетных задач к моменту совершения хозяйственных операций.
 [2]

Организация многопрограммного режима работы может быть реализована для любого распределителя.
 [4]

Организация многопрограммного режима работы — довольно кропотливое дело, но пользователю не приходится об этом беспокоиться, так как мультипрограммирование обеспечивается имеющимися операционными системами. Не следует думать, что одновременно в памяти могут находиться только две программы. Дисковая операционная система ( ДОС ЕС) допускает совместное выполнение трех программ, а некоторые варианты более мощной Операционной системы ( ОС ЕС) — до 52 программ, которым поочередно, в соответствии с определенными правилами, предоставляется центральный процессор и другие ресурсы.
 [5]

Для обеспечения многопрограммного режима работы в рассматриваемой ЦВМ предусмотрена схема прерывания. Получая эту информацию, а также — по связи 22 — информацию о занятости процессора, схема прерывания определяет, какую из программ в сложившейся ситуации следует выполнять, и в соответствии с принятым решением посылает по связи 23 сигнал, определяющий начало одной из зафиксированных в ПА программ.
 [6]

ВС работает в многопрограммном режиме работы.
 [7]

Постановка задачи учитывает также многопрограммный режим работы ЭВМ. Результаты решения рассматриваемой задачи могут быть применены при проектировании одно — и многомашинных комплексов ЭВМ, состоящих из машин одинаковой или различной производительности, комплектуемых различными наборами внешних устройств и объемами оперативной памяти. Результаты могут быть использованы при построении многопроцессорных комплексов ( МПК), когда целью построения МПК является достижение определенной производительности или экономичности.
 [8]

Управляющая система ЭВМ ПС-300 обеспечивает многопрограммный режим работы в реальном времени при работе до 32 задач-программ пользователя.
 [10]

Для современных управляющих ЦВМ характерным является многопрограммный режим работы. Наличие нескольких программ дает возможность управлять разнородным оборудованием объекта, одновременно с этим обмениваться информацией с внешними механизмами, а также вводить информацию с клавиатуры или индицировать число на пульте оператора. Все эти и многие другие задачи выполняются программным способом в общем процессоре. Это приводит к необходимости прервать идущую программу, запомнив место ее прерывания, выполнить прерывающую программу, а затем завершать выполнение прерванной. В таких случаях говорят, что ЦВМ может работать в режиме разделения времени. Время работы процессора распределяется между программами в соответствии с их приоритетом.
 [11]

Значительно повысило эффективность использования ЭВМ создание программ, обеспечивающих многопрограммный режим работы машины. При выполнении на ЭВМ одной программы не все устройства машины работают во времени с одинаковой загрузкой.
 [12]

В наибольшей степени совмещение может быть обеспечено только при многопрограммном режиме работы, когда одновременно исполняются несколько программ пользователей. Под одновременностью понимается следующее: в каждый момент времени процессор исполняет команды лишь одной программы, однако ее исполнение может быть прервано для перехода к другой программе пользователя с последующим возвратом к ранее прерванной программе.
 [13]

Защита памяти применяется в современных моделях ЭВМ, имеющих, как правило, многопрограммный режим работы, при котором в памяти машины одновременно хранится несколько независимых программ и независимые, информационные массивы данных. Многопрограммный режим работы требует принятия специальных мер, предотвращающих разрушение одних программ другими, что вполне возможно из-за ошибок в программах. Кроме того, возможны ошибки оператора за пультом, например неправильный набор адреса при ручной записи, которые повлекут за собой искажение информации в чужих программах.
 [14]

Диспетчерская система, организующая работу устройств ЦВМ и управляющая всем ходом вычислительного процесса при многопрограммном режиме работы. Диспетчерская система анализирует поток входных задач, рационально загружает отдельные устройства ЦВМ, руководит последовательностью решаемых задач.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

   3

Режимы работы ЭВМ.

Под режимом работы понимают принципы структурной и функциональной организации аппаратных и программных средств. В общем случае режимы использования ЭВМ подразделяют на однопрограммные и многопрограммные.

Однопрограммные режимы работы появились первыми. При их реа­лизации все основные ресурсы ЭВМ (время работы процессора, опера­тивная память и др.) полностью отдаются в монопольное владение пользо­вателя. Однопрограммный режим может иметь модификации: однопрограммный режим непосредственного доступа и однопрограммный режим косвенного доступа.

В режиме непосредственного доступа пользователь получает ЭВМ в полное распоряжение: он сам готовит ЭВМ к работе, загружа­ет задания, инициирует их, наблюдает за ходом решения и выводом результатов. По окончании работ одного пользователя все ресурсы ЭВМ передаются в распоряжение другого. Этот тип ре­жима характеризуется весьма низкой полезной загрузкой техничес­ких средств.  

В      режиме косвенного доступа пользователь не имеет прямого кон­такта с ЭВМ. Этот режим был предшественником многопрограмм­ных режимов в ЭВМ высокой и средней производительности, он пред­назначался обеспечить более полную загрузку процессора за счет сокращения непроизводительных его простоев. В настоящее время режим косвенного доступа практически не используется, так как вре­мя работы процессоров в современных ЭВМ не является главным ре­сурсом системы, но принципы построения этого режима позволяют лучше уяснить сущность многопрограммной обработки. Суть режи­ма состоит в следующем.

Режим косвенного доступа имеет существенный недостаток. Он не позволяет полностью исключить случаи простоя процессора или непроизводительного его использования.

Многопрограммный (многопользовательский) режим работы ЭВМ позволяет одновременно обслуживать несколько программ пользователей. Реализация режима требует соблюдения следующих непременных условий:

•   независимость подготовки заданий пользователями;

•   разделение ресурсов ЭВМ в пространстве и во времени;

Рекомендуемые материалы

•   автоматическое управление вычислениями.

Режим классического мультипрограммирования, или пакетной обработки, применительно к однопроцессорным ЭВМ является осно­вой для построения всех других видов многопрограммной работы. Режим имеет целью обеспечить минимальное время обработки паке­та заданий и максимально загрузить процессор.

Пакет заданий упорядочивается в соответствии с приоритетами заданий, и обслуживание программ ведется в порядке очередности. Обычно процессор обслуживает наиболее приоритетную программу. Как только ее решение завершается, процессор переключается на следующую по приоритетности программу.

Режим разделения времени является более развитой формой мно­гопрограммной работы ЭВМ. В этом режиме, обычно совмещенным с фоновым режимом классического мультипрограммирования, отдель­ные наиболее приоритетные программы пользователей выделяются в одну или несколько групп. Для каждой такой группы устанавливает­ся круговое циклическое обслуживание, при котором каждая програм­ма группы периодически получает для обслуживания достаточно ко­роткий интервал времени — время кванта (_кв).

После завершения очередного цикла процесс выделения квантов повторяется.

Более сложной формой разделения времени является режим реаль­ного времени. Этот режим имеет специфические особенности:

•   поток заявок от абонентов носит, как правило, случайный, непред­сказуемый характер;

•   потери поступающих на вход ЭВМ заявок и данных к ним не до­пускаются, поскольку их не всегда можно восстановить;

«Вопрос 5» — тут тоже много полезного для Вас.

•   время реакции ЭВМ на внешние воздействия, а также время выда­чи результатов i-и задачи должно удовлетворять жестким ограни­чениям вида

t_p  ≥    t^dоп_p      .

Многозадачный и многопоточный режимы Windows. Операцион­ная среда Windows 2000 и ее предшественница Windows NT поддер­живают так называемые многозадачные и многопоточные режимы работы.

Многозадачный режим предполагает, что каждый из процессов (отдельных запущенных программ), активизированных в среде Windows, требует определенных ресурсов.

В ранних версиях Windows 3.x многозадачность называлась коо­перативной (Cooperative) или невытесняющей. Этот режим прак­тически полностью соответствовал режиму косвенного доступа, т.е. работа очередной программы монополизировала ресурсы систе­мы и не прерывалась до ее окончания. При этом возникали случаи, когда отказ (зависание) одного из процессов парализовывал всю систему.

Многопрограммные режимы работы ЭВМ. Требования к многопрограммным режимам
работы.

Многопрограммный режим работы ЭВМ позволяет одновременно об­служивать несколько программ пользователей.
Реализация режима требует соблюдения следующих непременных условий:

• независимости подготовки заданий пользователями;

• разделения ресурсов ЭВМ в пространстве и
времени;

• автоматического управления вычислениями.

Независимость подготовки заданий пользователями
обеспечивается раз­витыми средствами САП. Используя имеющиеся языки
программирования, пользователи не должны учитывать ситуации, в которых может
произойти одновременное их обращение к одним и тем же ресурсам ЭВМ. Они могут
использовать даже одинаковые идентификаторы, обращаться к одним и тем же
библиотекам программ и массивам данных, задействовать одни и те же устройства и
т.д. Очереди к общим ресурсам должны обслуживаться сред­ствами ОС, не создавая
взаимных помех пользователям.

Разделение ресурсов ЭВМ между программами
пользователей обеспечи­вается аппаратно-программными средствами системы.
Программы управле­ния заданиями ОС определяют виды требуемых ресурсов в
заданиях пользо­вателей и регламентируют их использование. Перспективное
планирование при этом отсутствует, так как заранее определить динамику
последующих вычислений практически невозможно. Отдельные виды ресурсов,
например области оперативной и внешней памяти, допускают одновременное их ис­пользование
программами пользователей. В этом случае пространство адре­сов памяти
разбивается на непересекающиеся зоны или разделы. «Охрану границ»
этих зон обеспечивают схемы защиты памяти — аппаратурные и про­граммные
средства ЭВМ.

Некоторые виды ресурсов допускают только
последовательное их исполь­зование программами пользователей, например, в
однопроцессорной ЭВМ время работы единственного процессора является
неразделяемым ресурсом. Его использование предполагает упорядочение потока
заявок и поочередное его использование программами. В современных ЭВМ
упорядочение потока заявок обеспечивается на основе их приоритетов, где приоритет
— некоторая априорная характеристика заявки, определяющая ее место в очереди на
об­служивание. Формирование очередей обеспечивают программные компоненты ОС.
Обслуживание очередей заявок выполняется с использованием системы прерываний и
приоритетов. Последняя выделяет из группы одновременно поступающих заявок одну,
наиболее приоритетную.

Автоматическое управление вычислительным процессом
в многопрог­раммном режиме выполняется центральной программой управления задача­ми.
Сущность управления сводится к управлению ресурсами. При этом ОС составляет
таблицы управления, выделяет ресурсы, запускает их в работу и корректирует
таблицы.

Различные формы многопрограммных
(мультипрограммных) режимов работы различаются в
основном значимостью различного рода ресурсов и правилами перехода от
обслуживания одной программы пользователя к другой. Эти правила отличаются
условиями прерывания текущей программы и услови­ями выбора новой программы из
очереди, которой передается управление.

Различают следующие виды многопрограммной работы:
классическое мультипрограммирование, режим разделения времени, режим реального
вре­мени и целый ряд производных от них.

СОДЕРЖАНИЕ

Билет № 9Архитектура вычислительных систем

Большое разнообразие структур ВС затрудняет их
изучение. Поэтому их классифицируют с учетом их обобщенных характеристик. С
этой целью вводится понятие архитектура системы.

Архитектура ВС — совокупность характеристик и параметров, определяющих
функционально-логическую и структурную организацию системы. Понятие
архитектуры охватывает общие принципы построения и функционирования, наиболее
существенные для пользователей, которых больше интересуют возможности систем,
а не детали их технического исполнения. Поскольку ВС появились как
параллельные системы, то и рассмотрим классификацию архитектур под этой
точкой зрения. 

Эта классификация архитектур была
предложена Флинном (M. Flynn) в начале 60-х гг. В ее основу заложено два возможных вида
параллелизма: независимость потоков заданий (команд), существующих в
системе, и независимость (несвязанность) данных,
обрабатываемых в каждом потоке. Классификация до настоящего времени
еще не потеряла своего значения. Однако подчеркнем, что, как и любая
классификация, она носит временный и условный характер.

Согласно данной классификации существуют четыре
основные архитектуры ВС, представленные на рис.

1) одиночный поток команд — одиночный поток данных
(ОКОД), в английской аббревиатуре Single Instruction Single Data (SISD), — одиночный поток инструкций — одиночный
поток данных;

2) одиночный поток команд — множественный поток
данных (ОКМД), или Single Instruction
Multiple Data (SIMD), —
одиночный поток инструкций -множественный поток
данных;

3)множественный поток команд — одиночный поток данных
(МКОД), или Multiple Instruction
Single Data (MISD), —
множественный поток инструкций — одиночный поток данных;

4)множественный поток команд — множественный поток
данных (МКМД), или Multiple histruction
Multiple Data (MIMD), —
множественный поток инструкций — множественный поток данных.

Коротко рассмотрим отличительные особенности каждой
из архитектуры

Архитектура ОКОД охватывает все однопроцессорные и одномашинные
варианты систем, т.е. с одним вычислителем. Все ЭВМ классической структуры
попадают в этот класс. Здесь параллелизм вычислений обеспечивается путем
совмещения выполнения операций отдельными блоками АЛУ, а также параллельной
работой устройств ввода-вывода информации и
процессора. Закономерности организации вычислительного процесса в этих
структурах достаточно хорошо изучены.

Архитектура ОКМД предполагает создание структур векторной или матричной обработки.
Системы этого типа обычно строятся как однородные, т.е. процессорные
элементы, входящие в систему, идентичны, и все они управляются одной и той же
последовательностью команд. Однако каждый процессор обрабатывает свой поток
данных. Под эту схему хорошо подходят задачи обработки матриц или векторов
(массивов), задачи решения систем линейных и нелинейных, алгебраических и
дифференциальных уравнений, задачи теории поля и др. В структурах данной
архитектуры желательно обеспечивать соединения между процессорами,
соответствующие реализуемым математическим зависимостям. Как правило, эти
связи напоминают матрицу, в которой каждый процессорный элемент связан с соседними.

Узким местом подобных систем является необходимость
изменения коммутации между процессорами, когда связь между ними отличается от матричной. Кроме того, задачи, допускающие широкий
матричный параллелизм, составляют достаточно узкий класс задач. Структуры ВС
этого типа, по существу, являются структурами специализированных суперЭВМ.

Третий тип архитектуры МКОД предполагает построение своеобразного процессорного
конвейера, в котором результаты обработки передаются от одного процессора к
другому по цепочке. Выгоды такого вида обработки понятны. Прототипом таких
вычислений может служить схема любого производственного конвейера. В
современных ЭВМ по этому принципу реализована схема совмещения операций, в
которой параллельно работают различные функциональные блоки, и каждый из них
делает свою часть в общем цикле обработки команды.

В ВС этого типа конвейер должны образовывать группы
процессоров. Однако при переходе на системный уровень очень трудно выявить
подобный регулярный характер в универсальных вычислениях. Кроме того, на
практике нельзя обеспечить и “большую длину” такого конвейера, при которой
достигается наивысший эффект. Вместе с тем конвейерная схема нашла применение
в так называемых скалярных процессорах суперЭВМ, в которых они применяются
как специальные процессоры для поддержки векторной обработки.

Архитектура МКМД предполагает, что все процессоры системы работают по своим программам
с собственным потоком команд. В простейшем случае они могут быть автономны и
независимы. Такая схема использования ВС часто применяется на многих крупных
вычислительных центрах для увеличения пропускной способности центра. Большой
интерес представляет возможность согласованной
работы ЭВМ (процессоров), когда каждый элемент делает часть общей задачи.
Общая теоретическая база такого вида работ практически отсутствует. Но можно
привести примеры большой эффективности этой модели вычислений. Подобные
системы могут быть многомашинными и многопроцессорными.

Вопрос 10 —
Топология ЛВС

Под
топологией вычислительной сети понимается конфигурация графа, вершинам
которого соответствуют компьютеры сети (иногда и другое оборудование,
например концентраторы), а ребрами – физические связи между ними. Компьютеры,
подключенные к сети, часто называют станциями
или узлами сети.

    Заметим, что конфигурация физических
связей определяется электрическими соединениями компьютеров между собой и
может отличаться от конфигурации логических
связей между узлами сети. Логические связи представляют собой маршруты
передачи данных между узлами сети и образуются путем соответствующей
настройки коммуникационного оборудования.

    Выбор топологии электрических связей
существенно влияет на многие характеристики сети. Например, наличие резервных
связей повышает надежность сети и делает возможным балансирование загрузки
отдельных каналов. Простота присоединения новых узлов, свойственная некоторым
топологиям, делает сеть легко расширяемой. Экономические соображения часто
приводят к выбору топологий, для которых характерна минимальная суммарная
длина связи.

    Рассмотрим некоторые наиболее часто
встречающиеся топологии.

    Полносвязная
топология (рис.1, а) соответствует сети, в которой каждый
компьютер сети связан со всеми остальными. Несмотря на логическую простоту,
этот вариант оказывается громоздким и неэффективным. Действительно, каждый
компьютер в сети должен иметь большое количество коммуникационных портов,
достаточное для связи с каждым из остальных компьютеров сети. Для каждой пары
компьютеров должна быть выделена отдельная электрическая линия связи. Полносвязные топологии применяются редко, так как не
удовлетворяют ни одному из приведенных выше требований. Чаще этот вид
топологии используется в многомашинных комплексах иди
глобальных сетях при небольшом количестве компьютеров.

    Все другие варианты основаны на неполносвязных
топологиях, когда для обмена данными между двумя компьютерами может
потребоваться промежуточная передача данных через другие узлы сети.

    Ячеистая топология (mesh)
получается путем удаления некоторых возможных связей (рис.1, б). В сети с
ячеистой топологией непосредственно связываются только те компьютеры, между
которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между
компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные
передачи через промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединение
большого количества компьютеров и характерна, как правило, для глобальной
сети.

    Общая шина (рис. 1, в) является
очень распространенной (а до недавнего времени самой распространенной)
топологией для локальных сетей. В этом случае компьютеры подключаются к
одному коаксиальному кабелю по схеме “монтажного
ИЛИ”. Передаваемая информация может распространятся
в обе стороны.

Применение общей шины снижает стоимость проводки,
унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность почти
мгновенного широковещательного обращения ко всем станциям сети. Таким
образом, основными преимуществами такой схемы являются дешевизна и простота
разводки кабеля по помещениям. Самый серьезный недостаток общей шины
заключается в ее низкой надежности.

Топология
звезда (рис. г) в этом случае
каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству,
называемому концентратором, который
находится в центе сети. В функции концентратора входит направление
передаваемой информации одному или всем остальным компьютерам сети. Главное
преимущество этой топологии перед общей шиной – существенно
большая надежность. Любые неприятности с кабелем касаются лишь того
компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность
концентратора может вывести из строя всю сеть.

   К недостаткам топологии звезда относится
более высокая стоимость сетевого оборудования из – за необходимости приобретения концентратора. Кроме того,
возможности по наращиванию количества узлов сети ограничивается количеством
портов концентратора. Иногда имеет смысл строить
сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных
между собой связями типа звезда (рис. д). В
настоящее время иерархическая звезда является самым распространенным типом
топологии связей как в локальных, так и глобальных
сетях.

В
сетях с кольцевой конфигурацией (рис. е) данные передаются по кольцу
от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении. Если
компьютер распознает данные как “свои”, то он копирует их себе во внутренний
буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры,
чтобы в случае выхода из строя или отключения какой – либо станции не
прервался канал связи между остальными станциями. Кольцо представляет собой
очень удобную конфигурацию для организации обратной связи – данные, сделав
полный оборот, возвращаются к узлу – источнику. Поэтому этот узел может
контролировать процесс доставки данных адресату.

В
то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию – звезда,
кольцо или общая шина, для крупных сетей характерно наличие произвольных
связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно
связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют
сетями со смешанной топологией.

Вопрс
11 – Система адресации электронной почты

Для
того, чтобы ваше электронное письмо дошло до своего
адресата, необходимо, чтобы оно было оформлено в соответствии с
международными стандартами и имело стандартизованный почтовый электронный
адрес. Общепринятый формат послания определяется документом под названием
«Standard for the Format of
ARPA — Internet Text messages«, сокращенно — Request
for Comment или RFC822, и
имеет заголовок и непосредственно сообщение. Заголовок выглядит
приблизительно так:

From:
почтовый электронный адрес — от кого пришло послание

To:
почтовый электронный адрес — кому адресовано

Cc:
почтовые электронные адреса — кому еще направлено

Subject:
тема сообщения (произвольной формы)

Date:
дата и время отправки сообщения

Строки
заголовка From: и Date:
формируются, как правило, автоматически, программными средствами. Помимо этих
строк заголовка, послание может содержать и другие, например:

Message-Id:
уникальный идентификатор послания, присвоенный ему почтовой машиной;

Reply-To:
обычно адрес абонента, которому вы отвечаете на присланное вам письмо.

Само
послание — как правило, текстовый файл достаточно
произвольной формы.

При
передаче нетекстовых данных (исполняемой программы, графической информации)
применяется перекодировка сообщений, которая выполняется cоответcтвующими программными средствами.

Почтовый
электронный адрес может иметь разные форматы. Наиболее широко распространена
система формирования адреса DNS (Domain Name System), применяемая в
сети Internet. Дешифрацию адреса и перевод его в
необходимый формат осуществляют встроенные программные средства, применяемые
в данной сети электронной почты.

Почтовый
электронный адрес имеет все эти составляющие. Для того,
чтобы отделить идентификатор абонента от его почтовых координат, используется
значок @. Почтовый электронный адрес в формате Internet
может иметь вид:

Vasa@msk.ru

В
рассматриваемом примере Vasa — идентификатор
абонента. То, что стоит справа от знака @, называется доменом и однозначно
описывает местонахождение абонента. Составные части домена разделяются
точками.
Самая правая часть домена, как правило, обозначает код страны адресата — это
домен верхнего уровня. Код страны утвержден международным стандартом ISO. В
нашем случае, ru— код России. Однако в качестве
домена верхнего уровня может фигурировать и обозначение сети. Например, в
США, где существуют сети, объединяющие высшие учебные заведения или
правительственные организации, в качестве доменов верхнего уровня
используются сокращения edu — Educational
institutions, gov — Government institutions и
другие.

Следующий
поддомен — msk — является
однозначно определяемым внутри домена верхнего уровня. Нетрудно догадаться,
что обозначает он код города — Москва. Совокупность составных частей домена msk.ru называется доменом второго уровня. Аббревиатуры
домена второго уровня определяются в соответствии с правилами, принятыми
доменом верхнего уровня.