Системотехника, вычислительные комплексы и сети ЭВС - 2
Кафедра КИБЭВС
Прищепа Л.С.
Томск-2003

№ 1
Базисные понятия системотехники: техническая основа АСУ и автоматических систем управления. На что они ориентированы в отношении средств использования информации объекта.
• технические средства системы управления ориентированы на сбор, передачу информации от управляемых объектов, а также обработку функциональных (управленческих) задач (ФЗ).

№ 2
Особенность технической основы АСУ (специализированные ИВК), предназначенной для решения определенного круга задач.
• достаточно стабильный состав пользователей (управляемых объектов) и проблемная направленность (ограниченный перечень ФЗ); специализация архитектуры ИВК путем функциональной и программной специализации отдельных модулей ИВК.

№ 3
Задачи системного проектирования.
• на основе требований заказчика определить требования к ВК и цели проекта; связи с внешней средой (входные и выходные воздействия и реакции); состав компонент (морфологию) ИВК и их взаимосвязи, структуру: логическую семантическую и функциональную организацию комплекса, а также методы распределения ресурсов и иерархии управления.

№ 4
Сколько определений ОС известно? Какова функция ОС в ВК?
• два определения ОС. Например, набор программ для организации вычислительного процесса и распределения ресурсов между заданиями.

№ 5
Как обеспечено выполнение программ в традиционных ЭВМ в отношении выделения, разделения и управления ресурсами ВС (вычислительной системы) в соответствии с входящим потоком заданий на обслуживание.
• традиционные ЭВМ обеспечивают управление выполнением некоторой программы, для которой выделены требуемые ресурсы, но не могут решать вопросы разделения и управления ресурсами ВС в соответствии с входящим потоком заданий на обслуживание.

№ 6
Каким образом обеспечены дополнительные функции управления ВС.
• дополнительные функции управления обеспечивает ОС путем предоставления пользователю специального языка управления заданиями (ЯУЗ) и команд обращения к супервизору (SVC-программы). Программы пользователей пишутся в рамках расширенной виртуальной машины. Управление передается ОС, т.к. реально (физически) эти команды SVC в ЭВМ не реализованы.

№ 7
Типы систем.
• ВС первого порядка: один процессор, ОС используется по Определению 2; ВС второго порядка: многомашинные и многопроцессорные. ОС имеет средства для распараллеливания решения сложных задач, управления обменом между ЭВМ по протоколам межмашинной связи. ВС третьего порядка: распределенные ВС (сети ЭВМ). Строят по иерархическому принципу объединения ВС первого и второго порядков, что обеспечивает взаимодействие удаленных процессов и оперативное изменение конфигурации распределенных ВС.

№ 8
Стадия предпроектных работ (НИР). На каком основании разрабатывают техническое задание (ТЗ)?
• ТЗ разрабатывают на основе первичного описания объекта. ТЗ на аппаратуру ВС, ТЗ на программы ОС.

№ 9
Типичная последовательность этапов проектирования.
• 1) общий эскизный проект как приближенное описание модулей ВС и их интерфейсов;
2) точное описание спецификация модулей и их интерфейсов;
3) общее проектирование модулей ВС;
4) детальное проектирование модулей.

№ 10
Основные принципы методологии проектирования ВС и их развитие при структурном проектировании.
• 1) принцип абстракций – согласуется с концепцией многоуровневых виртуальных систем, когда размерность ВС не позволяет охватить все детали системы.
2) принцип структуирования – ВС представляется совокупностью (структурой) отдельных более простых подсистем, каждую из которых можно проектировать отдельно. Структуирование продолжают до тех пор, пока полученные части можно будет описывать математически.
3) принцип модульности позволяет модифицировать, заменять и включать в систему новые модули, объединять модули в различных комбинациях.
4) принцип очередей или портов – подсистемы, управляемые портами или очередями, внимание на методы связи между подсистемами (компонентами, модулями, процессами).

№ 11
Два подхода к проекту ВС в соответствии с принципами абстракции и структуирования.
• 1) от аппаратуры “вверх” к виртуальной машине пользователя;
2) от виртуальной машины “вниз” к аппаратуре (физический слой ВС).

№ 12
Модули ВС.
• множество аппаратных и программных модулей, информационных таблиц, массивов, стеков (компоненты системы).

№ 13
Две возможности структурной реализации алгоритмов управления ВС.
• 1) структурная фиксация алгоритмов с помощью схем на элементной базе ВС;
2) структурная фиксация алгоритмов в микропрограммной памяти (постоянной или перепрограммируемой).

№ 14
Метод “снизу вверх”. Какое проектирование названо синтетическим.
• каждый последующий слой модулей (в том числе – программных модулей ОС) создается на базе предыдущих, первый слой на базе аппаратуры.

№ 15
Причины трудностей метода “снизу вверх”.
• 1) необходимо с самого начала проектирования принимать решение о выборе способа реализации компонент ВС (особенно ОС) – с помощью аппаратуры, микропрограмм или программ. Это сделать достаточно трудно.
2) вначале необходимо разработать аппаратные средства, а потом – проектировать ВС. Остается неясным выбор языка, реализуемого аппаратными средствами (слой ВСо).
3) базовые модули слоя ВСi нельзя пропустить в описании и сразу перейти к модулям некоторого среднего слоя (непонятно, может быть они слабо будут использоваться в последующих слоях или совсем не понадобятся).

№ 16
Сущность метода “сверху вниз”.
• исходят от виртуальной системы с требуемыми свойствами и, пользуясь принципами 1 и 2 (абстракций и структуирования), последовательно разрабатывают слои виртуальной системы вплоть до аппаратуры.

№ 17
Метод “сверху вниз”. Каким методом систематически производят анализ компонент слоев ВС.
• метод называют аналитическим.

№ 18
Что характеризует структурную организацию ВС.
• структурную организацию ВС характеризуют понятия семантической, физической и логической организации.

№ 19
Чем характеризуется функциональная организация ВС.
• функциональная организация – совокупность компонент и связей между ними, отражающая состав, порядок распределения функций и принципы взаимодействия компонент при организации вычислительного процесса.

№ 20
Чем характеризуется информационная организация ВС.
• совокупность информационных компонент (списков, очередей, стеков, простых переменных и т.п.), отображающих состояние мультипрограммного вычислительного процесса в их связи с (функциональными) компонентами.

№ 21
В чем сущность системы обработки данных (СОД).
• совокупность технических средств и программного обеспечения, предназначенная для информационного обслуживания пользователей и технических объектов.

№ 22
Как определены технические средства СОД.
• оборудование для ввода, хранения, преобразования и вывода данных (ЭВМ, устройства сопряжения ЭВМ с объектами, аппаратура передачи данных и линии связи).

№ 23
Чем определяется эффективность СОД.
• техническими средствами, их производительностью и надежностью.

№ 24
Чем достигается повышение производительности и надежности одномашинных СОД.
• достигается совершенствованием элементно-технической базы. Трудно обеспечить абсолютную надежность элементной базы, т.е. не исключена возможность потери работоспособности одномашинной СОД.

№ 25
Для чего связывают между собой несколько ЭВМ (многомашинный ВК - ММВК).
• для повышения производительности и надежности СОД.

№ 26
Как обеспечивается либо косвенная, либо прямая связь между ЭВМ в ММВК.
• косвенно посредством доступа к общим наборам данных, либо прямо через адаптер связи канала ввода-вывода (КВВ) двух ЭВМ (в режиме прерывания).

№ 27
Как определен многопроцессорный комплекс (МПВК).
• комплекс нескольких процессоров с общим ОЗУ и ПУ (каналы ввода-вывода), которые объединены средствами коммутации. Средства коммутации обеспечивают доступ каждого процессора к любому ОЗУ или ПУ.

№ 28
Каковы базовые средства создания СОД различного назначения.
• базовые средства СОД различного назначения выбирают из ММВК многомашинных ВК, или МПВК многопроцессорных ВК.

№ 29
Определение вычислительной системы (ВС) в отношении СОД.
• СОД для задач конкретной области применения включает технические средства и ПО, ориентированные на решение определенной совокупности задач.

№ 30
Два способа ориентации ВС на класс решаемых задач.
• 1) ВС строится на основе ЭВМ или ВК общего применения. Ориентация обеспечивается за счет прикладных программных средств ОС.
2) ориентация на заданный класс задач достигается средствами специализированных ЭВМ и ВК.

№ 31
Как определен интерфейс передачи данных.
• число линий для передачи данных и управляющих сигналов протокола обмена.

№ 32
Три класса интерфейсов.
• параллельные, последовательные и связные интерфейсы.

№ 33
Как определен состав технических средств СОД (системы).
• определяется структурой (конфигурацией) СОД, т.е. тем из каких элементов состоит система и каким образом эти элементы связаны между собой. Инженерная форма представления структуры – схема (производственно-направленный граф), а математическая модель – граф (вершины – элементы, а дуги – связи).

№ 34
Чем определяются процессы (динамический объект) в системах параллельной обработки данных.
• процесс представляют как воздействие потока команд на соответствующую последовательность данных вызываемых этой последовательностью команд. Параллелизм обработки данных организуют как способ одновременного воздействия одного (или нескольких) потоков команд над одним (или несколькими) потоками данных.

№ 35
Как разделяют СОД, исходя из возможности существования одиночных и множественных потоков команд и данных.
• 1) система с одиночным (ОК) потоком команд и одиночным (ОД) потоком данных (ОКОД);
2) система с множественным (МК) потоком команд и одиночным (ОД) потоком данных (МКОД);
3) система с одиночным (ОК) потоком команд и множественным (МД) потоком данных (ОКМД);
4) система с множественным (МК) потоком команд и множественным (МД) потоком данных (МКМД);

№ 36
Как характеризуется система ОКОД.
• реализована однопроцессорной ЭВМ. Состав ЗУ, УУ, АЛУ. Процесс параллельной обработки – совмещение во времени различных этапов различных задач (ввод, вывод, обработка). Многомодульность ОЗУ (модули для команд и данных различные).

№ 37
Как характеризуется система МКОД.
• несколько потоков команд воздействуют на единственный поток данных. Система реализована, когда один поток команд разделяется устройством управления на несколько потоков микрокоманд, каждая из которых реализуется специализированным устройством (конвейерная система).

№ 38
Как характеризуется система ОКМД.
• По одной программе обработка нескольких потоков данных. Для каждого потока данных – свое АЛУ. Управление реализуется ЭВМ для нескольких АЛУ, а память – матричная (адресная).

№ 39
Как характеризуется система МКМД.
• множественный поток команд и множественный поток данных. Два способа построения: для каждой последовательности команд и данных имеется свое ЗУ; все команды и данные размещены в общем ЗУ. Это различие приводит к двум типам систем или комплексов: многомашинным, многопроцессорным.

№ 40
Многомашинные комплексы (ММВК). Как определен ММВК и как различают их по характеру связей ЭВМ.
• комплекс из двух и более ЭВМ (каждая из которых имеет процессор, ОЗУ, набор ПУ и работает под управлением своей ОС). Функции комплекса реализуют связи ЭВМ в соответствии с целями комплекса. По характеру связей ЭВМ комплексы различают: косвенно- или слабосвязанные; прямосвязанные; сателлитные.

№ 41
Как характеризуются косвенно- или слабосвязанные комплексы (ММВК).
• ММВК имеют ЭВМ, связанные друг с другом только на информационном уровне через внешнее ЗУ. Обмен осуществляется по принципу “почтового ящика”. Каждая ЭВМ помещает в общую внешнюю память информацию, руководствуясь своей программой, а другая ЭВМ принимает эту информацию, исходя из собственной потребности. Такую организацию связей ЭВМ используют с целью повышения надежности ВК. Основная ЭВМ вычисляет результат, сохраняя в общем ЗУ всю информацию для продолжения решения с любого момента времени. Вторая ЭВМ – в режиме “ожидания”, начинает работу по сигналу оператора комплекса в случае отказа основной ЭВМ.

№ 42
Способы организации косвенно- или слабосвязанного ММВК.
• 1) резервная ЭВМ находится в выключенном состоянии (незагруженный резерв). Необходимо время на включение, вхождение в режим и диагностику состояния. Это возможно, когда резервная ЭВМ не выдает управляющую информацию.
2) резервная ЭВМ – в состоянии готовности (нагруженный резерв). В состоянии самоконтроля. Основная ЭВМ обновляет информацию в ЗУ с некоторой дискретностью. Резервная ЭВМ начинает работу над уже решенной подзадачей (для достаточно медленного процесса управления). Эту ЭВМ можно использовать для решения вспомогательных задач.
3) для исключения перерывов в выдаче результата обе ЭВМ одновременно решают одни и те же задачи, но память обновляет основная. Общее ЗУ используют для взаимного контроля. (Если три ЭВМ, то результат достоверен, когда одинаков для не менее двух ЭВМ).

№ 43
Виды связей в прямосвязанных ММВК.
• а) общее ОЗУ;
б) прямое управление процессор – процессор;
в) адаптер канал – канал.
- связь через общее ОЗУ сильнее, чем через ВЗУ, хотя и информационная в виде ‘почтового ящика’. Процессоры имеют прямой доступ к ОЗУ.
- непосредственная связь процессоров может быть не только информационной, а один из процессоров может управлять действиями другого.
- связь через адаптер канал-канал обеспечивает синхронизацию работы двух ЭВМ и буферизацию информации при ее передаче.

№ 44
Характеристика многопроцессорных ВК (МПВК).
• ВК включает два и более процессоров, общее ОЗУ, общие ПУ, работающие под управлением единой ОС, осуществляющую общее руководство техническими и программными средствами ВК. Процессоры могут иметь свои ОЗУ и ПУ.

№ 45
Типы структурной организации МПВК.
• три типа МПВК:
1) с общей шиной (ОШ);
2) с перекрестной коммутацией;
3) с многовходовыми ОЗУ.
В комплексах с общей шиной интерфейсы являются односвязными, обмен информацией организован только между двумя устройствами; иначе – конфликт (приоритеты, очереди …).
В МПВК с перекрестной коммутацией связи осуществляются с помощью коммутационной матрицы. Она подключает любую пару, связи не зависят друг от друга. Нет конфликтов из-за связей, но возникают конфликты из-за ресурсов. Упростить и удешевить ВК можно введением двух и более коммутационных матриц.
В МПВК с многовходовыми ОЗУ все, что связанно с коммутацией устройств, осуществляется в ОЗУ. Средства коммутации распределены между устройствами.

№ 46
Три типа организации вычислительного процесса в МПВК.
• организация вычислительного процесса в МПВК зависит от типа функционирования ОС:
а) ведущий - ведомый;
б) раздельное выполнение заданий в каждом процессе;
в) симметричная (однородная) обработка всеми процессорами.
- Ведущий-ведомый. Один из процессоров (ведущий) исполняет функции распределения задач и ресурсов, организует передачу информации, переназначение задач в случае отказа одного из процессоров. Остальные процессоры – исполнительные.
- Раздельное выполнение заданий: все процессоры равноправны. Каждому из них определен набор задач и выделены ресурсы. Перезапуск отказавшего процессора может сделать только оператор комплекса, а супервизорные программы должны обладать повторной входимостью (несколько процессоров имеют возможность работы с одной и той же программой ОС).
- Симметричная (однородная) обработка. Процессоры максимально самостоятельны. Каждый процессор, закончив задачу, сам выбирает новую из общего потока (или очереди).

№ 47
Как определены вычислительные сети (базовая сеть).
• объединение ЭВМ с помощью базовой сети передачи данных, составленной из каналов и узлов связи. Узлы связи принимают и передают данные абоненту путем подключения к узлам базовой сети (обмен между любыми парами ЭВМ, к которым подключены терминалы пользователя).

№ 48
Как определены локальные вычислительные сети (ЛВС).
• способ объединения ЭВМ, расположенных на незначительном расстоянии с помощью моноканала – одного для всех ЭВМ сети (последовательный интерфейс).

№ 49
Локальная вычислительная сеть (ЛВС). Понятие моноканала.
• Системы сети расположены на небольшом расстоянии. Средство связи – последовательный интерфейс. Передающей средой являются скрученные пары (витая пара) проводов, коаксиальные и волоконно-оптические кабели: образуют единственный моноканал, обслуживающий все системы ЛВС в режиме мультиплексирования.

№ 50
Две основные конфигурации ЛВС.
• а) магистральная (шинная);
б) кольцевая.
В магистральной ЛВС данные, передаваемые любой системой ЛВС, равнодоступны остальным системам сети. В кольцевой структуре данные из одной системы ретранслируются в другую в одном направлении. Другие конфигурации связей: звездообразная или произвольная (несколько магистральных и кольцевых подсетей).

№ 51
Как интерпретируют уровни и протоколы ЛВС.
• ЛВС интерпретируют в терминах стандартной семиуровневой архитектуры открытых систем.

№ 52
Типы соединений ЛВС (три) для моноканала.
• а) экранированные пары проводов;
б) коаксиальные кабели;
в) волоконно-оптические линии.

№ 53
Показатели эффективности организации моноканала.
• а) затрата оборудования в адаптер;
б) пропускная способность;
в) средняя задержка передачи данных.

№ 54
Три способа доступа к моноканалу.
• а) свободный;
б) управляемый;
в) комбинированный.
Свободный доступ (случайный) – система захватывает канал в произвольный момент времени. Станции могут искажать данные. При управляемом доступе канал предоставлен системам поочередно. Для ЛВС магистральной структуры широко используют свободный доступ, а для кольцевой – управляемый доступ.

№ 55
Какие блоки включены в структуру адаптера моноканала.
• сетевые адаптеры обеспечивают сопряжение узлов ЛВС с моноканалом и реализуют протоколы канального уровня: управление физическим каналом; доступ к каналу; передача информации. В структуру адаптера включены блоки: приемопередатчик; блок управления доступом; блок управления передачей; блок управления приемом.