Классификация компьютерных систем
Классификация компьютерных систем проводится по следующим признакам [2]:
· по способу построения;
· по функциональному назначению;
· по размещению информации в сети;
· по числу главных вычислительных машин (ГВМ)
· по типу используемых ЭВМ
· по методу передачи данных
· по реализации топологии соединения компьютерных систем в сети.
По способу построения, различают на сосредоточенные и распределенные (Рис. 2. 1).
По функциональному назначению различают компьютерные системы: автоматизированной обработки данных и автоматизированные системы контроля управления производством, технологическими процессами и объектами. Автоматизированные системы обработки данных различают:информационные,предоставляющие пользователю в основном информационное обслуживание;вычислительные, выполняющие главным образом решение задач с обменом данными и программами между ЭВМ сети, и смешанныеинформационно-вычислительные.
По размещению информации в системе разделяют с централизованным банком данных, формируемым в одном из узлов системы, и с распределенным банком данных, состоящим из отдельных локальных банков, расположенных в узлах системы.
По степени территориальной рассредоточенности можно выделить крупномасштабные, илиглобальные, вычислительные системы, охватывающие территорию страны, нескольких стран с расстояниями между узлами сети, измеряемыми тысячами километров;региональные системы, охватывающие определенные регионы — город, район, область и т. п.;локальные вычислительные системы с максимальным расстоянием между узлами системы не более нескольких километров.
Рис. 2. 1. Классификация компьютерных систем по способу построения
По числу ГВМ следует различать сети с несколькими и с одной ГВМ. Последние относятся к вычислительным системам с телеобработкой, которые представляют собой комплексы, состоящие из вычислительной машины и удаленных абонентских пунктов (АП), связанных с помощью каналов и аппаратуры передачи данных.
По типу используемых ЭВМ выделяютоднородные сети, содержащие программно-совместимые машины, инеоднородные, если машины сети программно несовместимы. На практике сети часто являются неоднородными.
По методу передачи данных различают вычислительные сети с коммутацией каналов, с коммутацией сообщений, с коммутацией пакетов и со смешанной коммутацией. Для современных компьютерных систем и сетей характерно использование коммутации пакетов.
Коммутация пакетов является развитием метода коммутации сообщений. Она позволяет добиться дальнейшего увеличения пропускной способности сети, скорости и надежности передачи данных.
Поступающее от абонента сообщение разбивается на пакеты, имеющие фиксированную длину, например 1 Кбайт. Пакеты метятся служебной информацией-заголовком, указывающим адрес пункта отправления, адрес пункта назначения и номер пакета в сообщении.
В системе передачи данных между абонентами с коммутацией пакетов используются два способа передачи: дейтаграммный и виртуальный.
Дейтаграммный способ — передача данных отдельных, не связанных между собой пакетов. Важным достоинством дейтаграммного способа коммутации пакетов является возможность одновременной передачи пакетов одного и того же сообщения разными маршрутами, что уменьшает время и увеличивает надежность передачи сообщения. При передаче короткими пакетами уменьшаются вероятность появления ошибок и время занятости каналов повторными передачами. Однако при этом наблюдаются случаи обгона сообщений. Привязка сообщений ко времени их выдачи и нумерация позволяют это обнаружить. При дейтаграммном способе не гарантируется очередность и надежность доставки пакетов.
Виртуальный способ – передача данных в виде последовательностей связанных в цепочки пакетов. Организация виртуального канала между двумя процессами равносильна выделению им дуплексного канала связи, по которому данные передаются в их естественной последовательности. Виртуальный канал сохраняет все вышеописанные преимущества коммутации пакетов в отношении скорости передачи и мультиплексирования, но требует предварительной процедуры установления соединений. По окончании сеанса связи канал распадается и возвращает ресурсы для установления новых виртуальных соединений.
Важным признаком классификации компьютерных систем являетсяреализация топологии их соединения в сети. Топологическая структура сети оказывает значительное влияние на ее пропускную способность, устойчивость сети к отказам ее оборудования, на логические возможности и стоимость сети. В настоящее время наблюдается большое разнообразие в топологических структурах вычислительных сетей: (Рис. 2. 1).
Рис. 2. 2. Топологические структуры компьютерных вычислительных сетей (а — одинарная многоточечная линия типа «шина»; б — петлевая сеть типа «кольцо»; в — звездообразная сеть типа «звезда»; г — полносвязная сеть; д — древовидная сеть
Топология крупных компьютерных систем может представлять собой комбинацию нескольких топологических решений.
В вычислительных сетях (системах) ее абоненты оснащаются специальными программными средствами для сетевой обработки данных. К программным средствам предъявляются требования по сохранению работоспособности сети при изменении ее структуры, при отказах отдельных ЭВМ, каналов и узлов связи, а также обеспечению возможности работы ЭВМ с терминалами различных типов и взаимодействия разнотипного оборудования.
Источник
Классификация компьютерных систем
Суперкомпьютеры (super-computers) –мощные многопроцессорные компьютеры.
Однозначного определения не существует («любой компьютер, который создал Сеймур Крэй», «любой компьютер, весящий более тонны», компьютеры, в которых проблемы вычислений сведены к проблемам ввода-вывода и т.д.)
Производительность таких систем измеряется на уровне petaflops(10 15 вещественных операций в секунду; аббревиатура flopsрасшифровывается как floating-point operations per second). (Tianhe-2 – 54 пф (Xeon, Ivy Bridge); Titan – 27 пф (Cray, AMD)МГУ – «Ломоносов», 1554 графических процессора NVIDIA Tesla X2070 и столько же 4-ядерных процессоров, 1,3 петафлопс; Япония – K Computer 8,16 петафлопс, 68544 процессора, 548352 ядра)
Суперкомпьютеры используются для вычислений, требующих больших вычислительных мощностей, сверхвысокой производительности и большого объема памяти: задачи моделирования климата, физических процессов и т.д. ОС для суперкомпьютеров должны поддерживать распараллеливание решения задач и синхронизацию параллельных процессов, одновременно решающих подзадачи некоторой программы.
Многоцелевые компьютеры, или компьютеры общего назначения (mainframes)– традиционное историческое название для компьютеров, распространенных в 1950-х – 1970-х гг. Именно для mainframe-компьютеров создавались первые ОС. Типичные примеры таких компьютеров: IBM 360/370; из отечественных – М-220, БЭСМ-6. На таких компьютерах решались все необходимые задачи – от расчета зарплаты сотрудников в организации до расчета траекторий космических ракет. Появление РС и закрытость архитектуры вытеснили мейнфреймы с рынка. Однако, в настоящее время интерес к мейнфреймам стабилен. Причины:
— централизованные системы зачастую эффективнее распределенных;
— время наработки на отказ – порядка 15 лет;
— нормальная рабочая нагрузка – до 95% от пиковой производительности;
— централизованное хранение экономит время на сбор данных по сети;
— скоростные подсистемы ввода-вывода и т.д.
Примеры: IBM z114 (14 микропроцессоров, 248 GB памяти); Fujitsu 2000C (16 процессоров, 64 GB).
Кластеры компьютеров (computer clusters) – группы компьютеров, физически расположенные рядом и соединенные друг с другом высокоскоростными линиями связи. Кластеры используются для высокопроизводительных параллельных вычислений. Как правило, кластеры располагаются в исследовательских институтах и в университетах. Самый распространенный вариант – Beowulf-кластеры. Наиболее известные: исследовательский центр CERN, Швейцария (где находится большой адронный коллайдер); IBM Roadrunner Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико, США; вычислительный кластер львовского Института физики конденсированных систем; кластер Института кибернетики СКІТ-3 (5,32 Тфлопс, 50 процессоров Intel Xeon E5440 и 72 процесори Intel Xeon E5440); кластер НТУУ «КПІ» (44 узла с двумя четырехъядерными процессорами Intel Xeon E5440 и 78 узлов с двумя двухъядерными процессорами Intel Xeon 5160)
Операционная система для кластеров должна предоставлять средства для конфигурирования кластера, управления компьютерами (процессорами), входящими в него, распараллеливания решения задач между компьютерами кластера и мониторинга кластерной компьютерной системы. Примеры: MS Windows 2003 for clusters; Windows 2008 High-Performance Computing (HPC), Linux CentOS/RHEL (платный) или Debian.
Настольные компьютеры (desktops)– это наиболее распространенные в настоящее время компьютеры. Размещаются на рабочем столе.
Портативные компьютеры (laptops, notebooks, netbooks, планшеты)– дословно «компьютеры, помещающиеся на коленях»; «компьютеры-тетрадки») – это миниатюрные компьютеры, по своим параметрам практически не уступающие настольным, но меньшего размера. На портативных компьютерахчасто используются те же операционные системы, что и для настольных компьютеров. У планшетов обычно отсутствует клавиатура, они комплектуются сенсорными экранами. Один из критических параметров: время автономной работы.
Карманные портативные компьютеры и органайзеры (КПК, handhelds, personal digital assistants – PDA)– это «игрушки для взрослых» в виде миниатюрного компьютера, помещающегося на ладони или в кармане. Самый серьезный недостаток – это неудобство ввода информации и маленький экран. Операционные системы для КПК аналогичны ОС для ноутбуков, но учитывают более жесткие ограничения КПК по аппаратному обеспечению: Windows Mobile, Symbian, Google Android. В настоящий момент КПК практически полностью вытеснены коммуникаторами и смартфонами.
Мобильные устройства (mobile intelligent devices – мобильные телефоны, коммуникаторы)– это устройства, используемые в основном для голосовой связи, реже – для записи или обработки какой-либо информации или для выхода в Интернет. Наиболее важные параметры мобильного устройства – качество голосовой связи и время автономной работы батареи. Еще один критический параметр – качество встроенной цифровой фото/видеокамеры. Операционные системы компактны, из-за жестких ограничений по оборудованию. ОС: Symbian, Google Android, Microsoft Windows Mobile.
Носимые компьютеры (wearable computers) –устройства для специальных применений (встроенные в скафандр космонавта, в кардиостимулятор и т.п.). Быстродействие достаточно низкое. Основное свойство – сверхвысокая надежность. ПО обладает минимально возможным временем ответа (response time)– интервалом, в течение которого система обрабатывает информацию от датчиков, от пользователя или из сети. С этой точки зрения, ОС для носимых компьютеровможно отнести к системам реального времени.
Встраиваемые компьютеры. Управляют автономными системами. Являются специализированными устройствами.
Компьютерные системы могут представлять собой либо централизованные, либо распределенные системы.Распределенные системы (distributed systems)– это системы, состоящие из нескольких вычислительных центров, объединенных линиями связи. В централизованных системах существует единственный центр обработки информации..
Системы реального времени (real-time systems) –вычислительные системы, предназначенные для управления различными техническими, военными и другими объектами, где недопустимо превышение ожидаемого времени ответасистемы. Для ОС это требование, например, предполагает отказ от использования системы прерываний.
Основные типы микропроцессорных систем:
· микроконтроллеры – чаще всего являются частью более сложных систем (например, контроллеров).Системная шина микроконтроллера скрыта от пользователя внутри микросхемы. Возможности подключения внешних устройств ограничены. Устройства на микроконтроллерах обычно предназначены для решения одной задачи;
· контроллеры – управляющие системы, выполненные в виде отдельных модулей. Создаются для решения какой-то отдельной задачи или группы близких задач. Обычно не имеют возможностей подключения дополнительных узлов и устройств (большой памяти, средств ввода/вывода). Системная шина чаще всего недоступна пользователю. Структура контроллера оптимизирована под максимальное быстродействие. Выполняемые программы обычно хранятся в постоянной памяти и не меняются. Конструктивно контроллеры выпускаются в одноплатном варианте;
· микрокомпьютеры – более мощные МПС с развитыми средствами сопряжения с внешними устройствами. Производятся в корпусах с разъемами системной магистрали, доступными пользователю;
· компьютеры (в том числе персональные) – самые мощные и наиболее универсальные МПС. Они обязательно предусматривают возможность модернизации и подключения новых устройств. Системная шина доступна пользователю. Компьютер всегда имеет развитые средства связи с пользователем, средства длительного хранения информации большого объема и средства связи с другими компьютерами по информационным сетям. Основные недостатки ПК – большие размеры корпуса; аппаратурная избыточность для простых задач; неприспособленность большинства ПК к работе в сложных условиях.
Источник
Классификация компьютерных систем
Классификация компьютерных систем проводится по следующим признакам [2]:
по способу построения;
по функциональному назначению;
по размещению информации в сети;
по числу главных вычислительных машин (ГВМ)
по типу используемых ЭВМ
по методу передачи данных
по реализации топологии соединения компьютерных систем в сети.
По способу построения, различают на сосредоточенные и распределенные (Рис. 2. 1).
По функциональному назначению различают компьютерные системы: автоматизированной обработки данных и автоматизированные системы контроля управления производством, технологическими процессами и объектами. Автоматизированные системы обработки данных различают: информационные, предоставляющие пользователю в основном информационное обслуживание; вычислительные, выполняющие главным образом решение задач с обменом данными и программами между ЭВМ сети, и смешанные информационно-вычислительные.
По размещению информации в системе разделяют с централизованным банком данных, формируемым в одном из узлов системы, и с распределенным банком данных, состоящим из отдельных локальных банков, расположенных в узлах системы.
По степени территориальной рассредоточенности можно выделить крупномасштабные, или глобальные, вычислительные системы, охватывающие территорию страны, нескольких стран с расстояниями между узлами сети, измеряемыми тысячами километров; региональные системы, охватывающие определенные регионы — город, район, область и т. п.; локальные вычислительные системы с максимальным расстоянием между узлами системы не более нескольких километров.
Рис. 2. 1. Классификация компьютерных систем по способу построения
По числу ГВМ следует различать сети с несколькими и с одной ГВМ. Последние относятся к вычислительным системам с телеобработкой, которые представляют собой комплексы, состоящие из вычислительной машины и удаленных абонентских пунктов (АП), связанных с помощью каналов и аппаратуры передачи данных.
По типу используемых ЭВМ выделяют однородные сети, содержащие программно-совместимые машины, и неоднородные, если машины сети программно несовместимы. На практике сети часто являются неоднородными.
По методу передачи данных различают вычислительные сети с коммутацией каналов, с коммутацией сообщений, с коммутацией пакетов и со смешанной коммутацией. Для современных компьютерных систем и сетей характерно использование коммутации пакетов.
Коммутация пакетов является развитием метода коммутации сообщений. Она позволяет добиться дальнейшего увеличения пропускной способности сети, скорости и надежности передачи данных.
Поступающее от абонента сообщение разбивается на пакеты, имеющие фиксированную длину, например 1 Кбайт. Пакеты метятся служебной информацией-заголовком, указывающим адрес пункта отправления, адрес пункта назначения и номер пакета в сообщении.
В системе передачи данных между абонентами с коммутацией пакетов используются два способа передачи: дейтаграммный и виртуальный.
Дейтаграммный способ — передача данных отдельных, не связанных между собой пакетов. Важным достоинством дейтаграммного способа коммутации пакетов является возможность одновременной передачи пакетов одного и того же сообщения разными маршрутами, что уменьшает время и увеличивает надежность передачи сообщения. При передаче короткими пакетами уменьшаются вероятность появления ошибок и время занятости каналов повторными передачами. Однако при этом наблюдаются случаи обгона сообщений. Привязка сообщений ко времени их выдачи и нумерация позволяют это обнаружить. При дейтаграммном способе не гарантируется очередность и надежность доставки пакетов.
Виртуальный способ – передача данных в виде последовательностей связанных в цепочки пакетов. Организация виртуального канала между двумя процессами равносильна выделению им дуплексного канала связи, по которому данные передаются в их естественной последовательности. Виртуальный канал сохраняет все вышеописанные преимущества коммутации пакетов в отношении скорости передачи и мультиплексирования, но требует предварительной процедуры установления соединений. По окончании сеанса связи канал распадается и возвращает ресурсы для установления новых виртуальных соединений.
Важным признаком классификации компьютерных систем является реализация топологии их соединения в сети. Топологическая структура сети оказывает значительное влияние на ее пропускную способность, устойчивость сети к отказам ее оборудования, на логические возможности и стоимость сети. В настоящее время наблюдается большое разнообразие в топологических структурах вычислительных сетей: (Рис. 2. 1).
Рис. 2. 2. Топологические структуры компьютерных вычислительных сетей (а — одинарная многоточечная линия типа «шина»; б — петлевая сеть типа «кольцо»; в — звездообразная сеть типа «звезда»; г — полносвязная сеть; д — древовидная сеть
Топология крупных компьютерных систем может представлять собой комбинацию нескольких топологических решений.
В вычислительных сетях (системах) ее абоненты оснащаются специальными программными средствами для сетевой обработки данных. К программным средствам предъявляются требования по сохранению работоспособности сети при изменении ее структуры, при отказах отдельных ЭВМ, каналов и узлов связи, а также обеспечению возможности работы ЭВМ с терминалами различных типов и взаимодействия разнотипного оборудования.
Источник
