ТЕКСТОВЫЕ ПРОЦЕССОРЫ
1. Виды текстов.
Все современные вычислительные машины имеют пакеты прикладных программ. На автоматизированных рабочих местах пользователей происходит централизация пакетов и их интеграция.
Интеграция ППП требует от пользователя достаточно высокой квалификации. Многие пакеты содержат не только прикладные проги, но и имеют встроенные средства разработки приложений.
Изначально все ВМ создавались для автоматизации вычислителей. Однако в настоящее время доля чистых вычислений мала - 9-10%, а остальное время уходит для обработки специфических видов информации. Доля обработки текстов, справок - 20% - для обработки графики.
Для обработки специфической информации (текстовой, графической, рисунков, фотографий) современные классические структуры ЭВМ подходят плохо. Только в последних разработках CPU Pentium MMX включены 57 новых команд для обработки специальной информации.
Суть команд: большой операцией можно обрабатывать большое количество точек находящихся на экране.
Программное обеспечение связанное с обработкой текстов получило название текстовых процессоров.
С каждым текстом связаны определенные особенности.
Текст - документ.
С понятием документа связано 4 аспекта:
1 аспект - содержательный, предполагает ясность и точность изложения, лаконизм достоверность информации, ее полнота, своевременность.
2 аспект - изобразительный (как выглядит документ). Визуальное впечатление от документа, какие средства использованы, шрифт, стиль, рубрикация документа.
3 аспект - операционный (какие средства использованы для подготовки документа)
4 аспект - внутримашинный (способ обработки и хранения). Он показывает, какая память нужна для обработки документа, какие средства должны привлекаться для работы документа.
Различают следующие виды документов:
1. Прозаический (от справки)
2. Табличный (символы)
3. Программный текст (для записи различных программ). Исторически этот тип появился первым.
Практически любые ППП содержат собственные средства для разработки собственные прог. Например: турбо-паскаль, турбо-си.
4. Поэтический (четверостишья и т.д.)
5. Графический (нет определяющих символов, а поле экрана предоставляется в определенной яркости и цветности). Каждая точка 16 цветов. Наиболее простые текстовые процессоры вместо графики используют псевдографику (для построения таблиц и т.д.).
6. Формульный текст (наличие строк, подстрок). Имеются верхние и нижние индексы.
7. Шаблонный
8. Смешанный (включающий любые сочетания из перечисленных).
2. Классификация текстовых процессоров.
В зависимости от используемого программного обеспечения пользователь имеет дело с различными текстовыми редакторами. Все они различаются своими возможностями и используемыми средствами.
В порядке нарастания их мощности:
1. Самые простые - встроенный редактор ДОС (F6 + ctrl Z) позволяет работать только с одной строчкой.
2. Встроенный редактор Norton, до 32 кб (позволяет обрабатывать до 20 страниц).
3. Редакторы компьютерных прог (турбо-паскаль, турбо-си).
4. Общепользовательские редакторы (Word, Lexicon, Multedit (только тексты), Wordstar).
5. Редакторы научных документов, использующихся для записи формул Unveditor, Chiwriter, Rt-chk.
6. Редакторы издательских систем. Имеют большой спектр для разработки издательских документов большой сложности (Word (самая маломощная), Page Marker, Ventura Publisher.
Размещение текстов по странице - верстка.
7. Корректоры текстов (исправляющие ошибки).
Спеллеры - средства для обнаружения ошибок, воспроизведение текста. Orfo.
Перекодировщики текстов. В интернете существует 4 различных кодировки текста.
3. Основные операции.
Любой текстовый процессор должен содержать следующие процедуры:
- процедуры набора и ввода текста
- редактирование текста
- печати документов
- ведение архивов
1 символ - 1 байт
256 различных комбинаций
Кроме стандартов имеются символы управляющие печатью. Управляющие символы включают в действие определенные проги.
Нажатие на enter, означает то, что в стандартном буфере данных, рассчитанном на 80 символов, закончить заполнение буфера на данной позиции. Содержимое буфера поместить в оперативную память, затем очистить. Буфер и курсор поместить в начало буфера для заполнения.
4. Тенденции развития.
4.1. Понятие гипертекста.
В настоящее время большое количество текстовых документов оседает в хранилищах автоматизированных данных, например в интернете. Организация хранилища, выборки и обработки текстовых документов предполагает их формализацию. При этом эта формализация несколько скрыта от пользователя.
Формализация в процессе поиска осущест. сл. обр.
1. Выявляются признаки, по которым мы будем осуществлять поиск необходимых документов. В количестве таких документов берутся ключевые слова.
Обычно в качестве ключевых слов рассматривают корни основных терминов + суффиксы.
Кроме ключевых слов каждая отрасль оперирует ключевыми понятиями. Это группы слов или определенные значения известных слов.
Словарь ключевых понятий называется “тезаурус”. В пространстве ключевых понятий каждый документ образует своеобразный вектор. Вес каждого понятия определяется частотой его повторения в документе. Для поиска необходимых документов составляется поисковый образ, вектор которого показывает какой документ нам требуется.
Пример: А=16 (1), 27 (3), 195 (4), 327 (1), 592 (3).
16 - 16 слово
(1) - встречается 1 раз
Предположим, что в документе Д1 - 16 (2), 82 (3), 195 (2), 327 (2), 984 (2).
16 слово - 2 разряда
Белый шум - это выдача ложных сообщений на поисковый образ.
Чтобы ослабить влияние белого шума используется обратная связь. Обратная связь пользователей, в которой он дает свое отношение к результатам поиска позволяет усилить или ослабить веса отдельных составляющих вектора, что позволит в большей степени учесть интересы пользователей и усилить эффект работы системы.
4.1. Ключевые слова в документе позволяют провести нелинейную организацию текста. При этом поиск данных и их обработка осуществляется ассоциативно.
В интернете существует язык HTML - позволяет описывать ключевые слова в гипер-тексе.
4.1.2. Продукты мультимедиа предполагают дополнение гипертекста звуковыми и видео эффектами, что усиливает психологическое и эмоциональное воздействие на человека. Считается, что 70% информации человек принимает через органы зрения, 20% через органы слуха, смысловой канал - 8%.
Все продукты мультимедиа затрагивают в основном программное обеспечение ЭВМ, однако количественное воспроизведение звуковых и видеоэффектов накладывает требования и на технические средства. Продукты мультимедиа находят свое применение в интерактивных видеодисках (игры). Мультимедиа - различные тренажеры (летчики), обучающие среды, изучение различных новых технологий.
Широкое распространение продуктов мультимедиа ожидается через 2-3 года. К этому времени весь машинный парк и его программное обеспечение перейдут на 32-х разрядные приложения. Эти продукты позволяют воспроизводить виртуальную реальность. Ожидается, что в будущем продукты мультимедиа будут заменяться продуктами “гипермедиа”, т.е. методы обработки гипертекстов будут расширены и на нетекстовые виды информации.
ПАКЕТЫ ПРОГРАММ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ
1. Виды АСУ.
АСУ отличаются от автоматических СУ тем, что в качестве объекта управления используется используются не машины, а люди. АСУ начали развиваться 30 лет назад. Математическая база этого управления создавалась в течение 15-20 лет.
АСУ:
- со сложным технологическим процессом (управление или выплавка стали, добыча угля)
Признаки АСУ:
1. Управление машинами и механизмами
2. Передача информации в виде электрических сигналов
- АС Организационного Управления
Признаки АСОУ:
1. Управление людьми
2. Информация передается в виде документов стандартной или нестандартной формы.
Роль человека в АСУ:
1. Постановка целей, задач и критериев управления.
2. Внесение творческого элемента в производственные процессы.
3. Окончательный отбор вырабатываемых систем и решений и придания им юридической силы.
4. Снабжение системы недостающей информацией. Автоматизация либо невозможна, либо нецелесообразна.
Основной эффект любой АСУ достигается за счет полноты своевременности и оптимальности принимаемых решений.
2. Обобщенная схема применения ЭВМ в АСУ.
В любой АСУ вся необходимая для управления информация должна накапливаться в памяти АСУ.
В качестве побочного эффекта это уравнение позволяет ликвидировать любые организационные несогласованности. Функционирование АСУ достигается экономией труда без снижения качества труда.
3. Принцип построения информационной базы.
Информационную базу образуют данные 2 массивов:
- массивы нормативного
- массивы текущего объекта управления
Эти данные создают информационную модель объекта управления.
Как и другая модель она не может полностью соответствовать реальному объему управления. Организация определенной базы должна отвечать целому ряду требований:
1. Принцип автоматизации документооборота. Автоматизация документооборота имеет целью уменьшить избыточность в информационной базе и хранить информацию.
2. Принцип единства информационной базы. Все данные используются без дублирования для решения всех информационных задач.
3. Гибкость информационной базы. Она постоянно должна развиваться и вширь и вглубь. Иметь возможность модифицироваться и адаптироваться.
4. Информационная база в обязательном порядке должна обеспечиваться специальным ПО, которое должно затрагивать ОС, библиотеки или хранилища данных и рабочие массивы.
Информационная база состоящая из этих массивов не очень удобна для решения информационных задач.
Для улучшения работы используются индексные массивы, упорядоченные по какому-то признаку. Они позволяют ускорить обработку в десятки, а то и сотни раз.
5. Развитие базы может иметь заблаговременное, либо постепенное развитие. Обычно в начале АСУ создается по типовому варианту, а затем осуществляет дальнейшее наращивание за счет автоматизации задач управления.
6. Принцип комплексности задач управления и рабочих прог.
7. Принцип специализации или системной ориентации. Принцип затрагивает разработку вспомогательных прог, обеспечивающих работу экономисто-...
8. Принцип оптимизации ввода-вывода информации. Крупные информационные базы хранят громадные массивы информации. Обновление информации - очень трудоемкий процесс, чреватый появлением ошибок - одна из причин появления неверных данных. Поэтому при вводе и модификации информации, информация вводится не целиком, а только изменениями.
9. Принцип совмещения этапов подготовки документов (первичного материального финансового учета) с формированием машинного документа. Эта операция (совмещения) позволяет откат, со временем вернуться и исправить ошибку.
10. Принцип согласованности пропускных способностей отдельных от частей системы.
Организация информационной базы предполагает централизацию в хранении информации. Однако это не означает, что необходимо обеспечивать централизованную обработку этой информации. Появление сетей приводит к децентрализации обработки. Например: в сетях клиент-сервер.
1. Место и роль табличных процессоров.
Все экономисты (80-90%) работают с фотографическими документами, которые предоставляют собой двумерные таблицы, каждое поле которых несет определяющую характеристику объекта управления. Характеристики могут быть количественными и качественными. В отличие от чисто текстовых документов, в фотографических документах стандартизируется форма документов, а значит и стандартные виды обработки информации. Здесь более простые методы поиска, языки запросов и более естественные методы обработки.
Табличный процессор - пакет прог, предназначенный для обработки электронной копии двумерных документов стандартного вида.
Однако электронные таблицы стандартного вида позволяют исключить дублирование информационных потоков.
1 область Табличный калькулятор - когда нужно обрабатывать данные по формуле.
2 область Обработка первичных данных в регламентном режиме. Поэтому целесообразно на каждую формулу разрабатывать шаблон. Различные заполнения данными приводит к формированию конкретного документа.
3 область применения - для моделирования результатов принятых решений. Применение табличного процессора позволяет найти оптимальный вариант.
4 область Деловая графика.
5 область Создание специальных прог обработки информации, что позволяет отделить среду обработки информации от прог и использовать проги автономно.
Среди всех табличных процессоров пакет Excel имеет следующие отличительные особенности:
1) Обилие функциональных возможностей по представлению текста, данных и их обработки.
2) Дружественность интерфейса (система связи человек-машина), а именно:
- панель инструментов
- продуманное меню
- использование горячих клавиш
3) Интеграрованность пакета с родственными пакетами (Word, Access, презентации и т.д.).
4) Встроенная система программирования (Visual Basic for Applications).
5) Более глубокой автоматизации вычислений:
а) цепочка зависимостей может быть сколь угодно длинной
б) значение ячейки может повлиять на значение других ячеек, что позволяет строить параллельные вычисления
в) цепочки вычислений могут быть циклическими
г) при вычислениях могут использоваться разветвления, т.е. вычисления могут нести условный характер, могут быть многовариантными
д) вычисления могут быть очень сложными и использовать не только арифметические формулы, но и встроенные функции (например: функции для работы с датами)
Стандартизация форм документов обрабатываемых табличными процессорами предлагает и стандартизацию процедур разработки этих документов. Поэтому работа с Excel состоит из следующих этапов или комбинаций этих этапов:
1) Создание шаблона этих документов. Шаблон включает создание заголовка документов, обозначение строк и столбцов.
2) Введение символов
3) Сохранение шаблона для последующей работы
2. Редактирование шаблонов при необходимости:
- введение новых столбцов и строе
- удаление ненужных
- формирования отдельных полей и т.д.
3. Ввод данных в таблицы
4. Ввод необходимых формул и функций
5. Подготовка таблиц к печати
6. Печать таблиц с результатами расчетов
7. Построение графиков и печать этих графиков
1. Принципы построения и работы с СУБД.
Табличные процессоры являлись предшественниками СУБД. Они получили свое развитие в 1980-1982гг. Примерно к 1985г. Определились основные недостатки табличных процессоров. Пример: ориентация на стандартные формы документов не позволила ликвидировать избыточность в хранящихся данных. Безизбыточное хранение больших массивов информации АСУ предполагает их структурирование. Структурирование - введение соглашений о способах представления данных. В структурировании информации во многом схожи с гипертекстовой разметкой. Хранилище данных предполагает снабжение системы специальным ПО, которое включает в свой состав следующие документы:
- математическое обеспечение
- лингвистическое обеспечение (языки + трансляторы)
- информационное обеспечение
- методическое обеспечение
- организационное обеспечение
Организация данных предполагает их упорядочение и размещение. Задачей информационного обеспечения является удовлетворение информационных требований пользователей.
База данных - совокупность взаимосвязанных данных совместно хранящихся во внешней памяти.
СУБД - языковые и программные средства, предназначенные для создания и использования БД с помощью прикладных прог.
Администратор БД - лицо или группа лиц предназначенных для управления процессами хранения и обработки информации. Основная функция администратора - разработка структуры хранилища данных и взаимосвязи.
Основные функции управления БД:
1) сокращение избыточности информации
2) хранение и целостность
3) разграничение доступа
4) независимость представления данных об интересах пользователей
2. Логические структуры БД.
БД могут иметь различную организацию.
Физическая организация - размещение конкретных видов информации на определенных носителях.
Логическая организация данных предполагает создание моделей, т.е. создание моделей или формального ... данных.
Модель данных определяет: состав данных, типы данных, связи данных. Модель данных описывается на языке описания данных. Исторически сложилось, что модели данных могут быть 3-х типов:
- историческая
- сетевая
- реляционная модель (более распространенная)
Каждая ячейка - элемент таблицы. Связь таблиц устанавливается через однородные данные.
1. Предпосылки развития вычислительных систем и вычислительных сетей.
Электронно-вычислительная техника является самой динамично развивающейся областью в науке и практике. Каждые 2 года появляются новые типы CPU, а каждые 5 лет - удвоение скорости работы вычислителей. Побудительным мотивом развития средств ЭВТ являются противоречие между всевозрастающими требованиями пользователей и возможностью производства. На достаточно коротком промежутке времени отличающегося стабильностью элементной базы остается справедливым квадратичный закон стоимости от производительности.
Достигнуть требуемых характеристик в вычислительной технике путем построения вычислительных систем, у которых зависимость не квадратичная а линейная. Вычислительные системы требуют комплексированности или соединения программных модулей между собой.
Основными причинами развития ВС является экономическая. Эффект от вычислительных систем заключается в следующем:
1. Увеличение необходимой надежности - дополнительно комплексированные средства позволят обеспечивать работоспособность системы, даже если часть этих средств откажет в работе.
2. Повышенный уровень достоверности.
3. Увеличение количества и качества услуг, предъявляемых пользователем.
Кроме этих основных преимуществ в вычислительных системах имеется дополнительные и именно улучшается использование оборудования и прог. Улучшается техническая эксплуатация и ПО. При организации систем можно вести централизованное обслуживание техники и ПО, т.е. уменьшить численность обслуживающего персонала и повысить квалификацию.
При построении ВС необходимо руководствоваться следующими принципами:
1. Должна обеспечиваться модульность структуры как технических, так и программных средств.
2. Принцип типизации, стандартизации, унификации.
3. Иерархии управления при функционировании аппаратно-программного комплекса.
4. Обеспечение различных режимов работы.
5. Система должна сохранить способность к самоорганизации, адаптации.
2. Квалификация вычислительных систем.
В настоящее время существует тысячи ВС. Для того, чтобы разобраться в их возможностях, необходима их квалификация по мелким признакам.
1 уровень квалификации учитывает расстояние между некомплексируемыми модулями. Сосредоточение ВС предполагает расположение вычислительных модулей в непосредственной близости друг от друга. Передача информации между модулями осуществляется с помощью простейших связей. Расстояние между модулями можно увеличить до нескольких сот метров, если использовать экранизированные (коаксиальные) кабели (в оплетке). *Обычным кабелем можно соединить PC не более 10-15м.
В распределенных системах расстояние между модулями может быть очень велико (км). Поэтому для связи модуля используется каналообразующая аппаратура - преобразование сигналов и передача их по специальным каналам связи.
ВС могут быть многомашинными и многопроцессорными. В многомашинных системах каждая машина работает под управлением собственной ОС. Подключенные к ней другие машины рассматриваются ОС как специализированные внешние устройства. В многопроцессорных системах координация работ CPU осуществляется общей ОС. Кроме того, все CPU имеют общую RAM. Кроме этих признаков классификации рассматриваются и более мелкие:
1. По числу комплексированных ЭВМ или CPU.
2. По однотипности комплексированных элементов.
3. По степени территориальной обобщенности.
4. По методам управления различают централизованное и децентрализованное управление. Централизованное лучше используется в простых.
5. По структурным признакам (могут иметь свою иерархию). Чаще всего рассматривают топологические признаки.
6. По принципу закрепления функции различают:
- с жестким распределением функции
- с плавающим распределением функции управления
7. По временным режимам работы.
3. Комплексированность и совместимость в ВС.
Связь модулей в систему потребует, чтобы объединенные модули были совместимы. Понятие совместимости включает 3 аспекта:
1. Аппаратурную совместимость.
2. Программную совместимость.
3. Информационную совместимость.
1. Аппаратурная совместимость предполагает стандартизацию и унификацию связей. Понятие связи включает и стандартизацию кабельных соединений их разъемов, алгоритмов взаимодействия (последовательность сигналов), стандартизацию электрических сигналов.
2. Программная совместимость зависит от однородности и однотипности комплексированных средств. Если комплексированные средства однотипные, то программные средства полные. Если комплексированные средства не однородные, не одновременные, то такие системы совместимы по принципу “снизу вверх” (386-Pentium). Если комплексируется однотипная аппаратура, то обмен исходными модулями с последующей трансляцией их после обмена.
3. Информационная совместимость. Она предполагает, что передаваемые информации одинаково интерпретируются объектами, т.е. должны быть стандартизованы алфавиты, разрядность, форматы, структура, разновидность и т.д.
4. Взаимодействие комплексированных ЭВМ CPU может производиться по различным уровням. Различают логические и физические уровни.
Логические уровни:
5 логических уровней комплексирования:
Логические уровни объединяют средства комплексирования, имеющие общие принципы управления и работы.
1 уровень - уровень комплексирования CPU. Передача информации идет через систему прямого управления.
CPU - инициатор обмена - должен ... через интерфейс ... команду “прямое чтение” или “прямая запись”. Другой CPU, получив это прерывание, отвечает противоположной командой. После этого передается байт данных. Каждый байт 8 разрядов (0-255). Содержимое байта играет роль сигнала - приказа.
Этот канал не предназначается для передачи больших информационных массивов, т.к. процессы взаимодействия на каждый байт предостанавливают работу обоих CPU.
2 уровень. Общая оперативная память.
Она формируется из оперативной памяти комплексированных ЭВМ. В количестве устройства напряжения используется коммутатор. Этот уровень является наиболее предпочтительным из всех. Однако его реализация встречает трудности.
ООП является ядром классической структуры. Абонентами которых являются все каналы и комплексируемые CPU, т.е. память является своеобразной системой массового обслуживания. При этом создаваться различные конфликты. Для их разрешения необходимо предусматривать буферные зоны - создания в них очереди, обслуживание очереди и т.д. Поэтому в настоящее время многопроцессорные системы позволяют комплексировать не более 2-х, 4-х CPU. Не существует эффективных коммутаторов ООП.
3 логический уровень. Является основным при комплексировании ЭВМ. Согласователь скоростей или адаптер канал-канал работает по принципу.
Канал - инициатор обмена передает очередной байт на регистр обмена и взводит флажок - канал получатель считывает этот флажок, что является сигналом на установку следующего байта. число передаваемых байтов подсчитывается счетчиком. Скорость передачи данных - 1-10мбит/сек. Достоинством уровня является то, что передача данных между каналом осуществляется параллельными вычислениями CPU, не меньше им.
4 - уровень управления внешними устройствами. Осуществляется через групповые устройства управления, или контроллеры, которые позволяют управлять сразу несколькими накопителями. В количестве средства комплексирования здесь используется встроенные двухканальные переключатели. Для исключения конфликтных ситуаций на этом уровне используются команды управления и переключателя. “Зарезервировать и освободить”. Канал, выигравший состязание, резервирует контроллер за собой до полного окончания работ с требуемым накопителем. После команды “освободить” устройство становится доступным к другим каналам.
5 уровень. Уровень общих количественных устройств. Используется крайне редко, только для управления дорогостоящих универсальных аппаратур. Все внешние устройства являются устройствами точной механики, а значит они менее ... , чем чисто электронные устройства. Поэтому лучше использовать 4-й уровень комплексирования, который позволяет управлять группой устройств, а не отдельным устройством.
Многопроцессорные системы создаются на 2-ом логическом уровне. Многомашинные системы создаются при комплексировании на 1, 3, 4 и 5 рядах.
На практике стараются комбинировать уровни, что позволит создавать более гибкие системы оперативного обмена. На каждом логическом уровне может быть несколько логических устройств, на физическом - число устройств может быть иным.
Разделение физических и логических уровней позволяет обеспечить независимость разработки прог от конкретной аппаратурной реализации системы.
Стыковка логических и физических уровней обеспечивается:
а) при установке и генерации ОС
б) по указаниям оператора в начале вычислительного процесса
в) директивами пользователем размещаемыми в проге
Перечисленные 5 уровней имеют аналоги и в ПЭВМ:
1 уровень в ПЭВМ. Реализуются системы прерывания относящиеся к классу внешних
2 уровень. Общая оперативная память реализуется только в серверах. Наиболее распространенные серверы с двумя, четырьмя CPU Pentium. Имеются разработки, включающие до 10 CPU на общее поле RAM.
3 уровень. Полностью соответствует каналам прямого доступа к памяти, при котором передача данных между памятью и внешним устройством осуществляется параллельно вычислением в CPU.
4 уровень. Уровень управления.
5. Многомашинные комплексы.
Все ВС имеют истоки - это многопрограммные комплексы.
Принцип.
Коммутатор - это электронное устройство, позволяющее соединить объекты между собой. В положении ключа или 1 или 3, одна ЭВМ является основной, другая - вспомогательной. Вспомогательная может находиться на профилактике, либо заниматься не основными, а второстепенными вычислениями - так наз. резерв. В случае выхода из строя основного ЭВМ, другая ЭВМ ее замещает. Это режим повышенной надежности. В положении ключа 2 обе машины могут решать одну и ту же важную задачу.
6. Многопроцессорные ВС.
Для многопроцессорных является общая ОП, поэтому для управления многопроцессорной ВС является общая ОС, которая имеет сложные встроенные программные средства. ООП призвана обслуживать не только n CPU, но также все подключенные каналы и специализированные внешние устройства (таймеры, CPU прямого доступа и др.) ООП становится системой массового обслуживания, поскольку при работе возможны различные конфликты. Разрешение конфликтов может привести к появлению очередей запросов и их последующей разгрузке, поэтому на практике отсутствует МВС, имеющее большое число комплексированных CPU. Обычно комплексируют не более 2-4 CPU. В качестве средств комплексирования используют следующие:
1. Количество конфликтов уменьшается пропорционально количеству комплексированных CPU.
2. Уменьшение количества обращений к памяти за счет использования сверхоперативной памяти. Каждый CPU имеет свою кэш память. Однако этот способ не позволяет полностью уменьшить конфликты, поскольку возникает новая проблема: как синхронизировать содержимое эталона и копии.
3. Средством решения противоречия. Организация многоходовой памяти. Любая память имеет адрес, вход и выход информации. ООП делается многоблочной. Каждый блок имеет собственный вход и выход. ОС закрепляет отдельные блоки за отдельными CPU, что дает преимущества - все блоки могут работать параллельно. Этот вариант является развитием 2 варианта. Этот вариант находит применение в серверах сети, когда каждый CPU сервера обслуживает свое подмножество клиентов.
4. ООП может комплектоваться различного рода коммутаторами. При больших значения N и K коммутаторы становятся очень громоздки, потребляют большую мощность, техническое обслуживание затрудняется. При значениях N и K = 15-20 коммутатор становится приличных размеров и потребляет большую мощность. На практике часто используют не централизованный коммутатор, а распределенный коммутатор, т.е. слои распределяют либо по CPU, либо по блокам памяти.
7. ВС на базе CPU.
7.1. Введение.
С появлением CPU появились новые возможности для построения специфических структур ВС. CPU имеет 30-летнюю историю развития. До настоящего времени структуры ВС в основном воспроизводились в суперЭВМ. Наибольшее применение ВС нашли в суперЭВМ типа Gray - I, II, III.
Cyber - 205, 305 ... (CDC).
ВС в этих суперЭВМ комбинировали в определенных соотношениях векторную и конвейерную обработку. Опыт построения этих систем показал, что все суперЭВМ являются по существу специализированными вычислителями, чем больше быстродействие они обеспечивают, тем уже становился класс алгоритма, которые они эффективно обрабатывают. Универсальных структур ЭВМ не существует. Эффективной структурой ВС следует считать ту, у которой структура в наибольшей степени соответствует (или может быть подстроена) под структуру задач, решаемых на этой системе.
Виды программного параллелизма
Аппаратно-программные средства
1. Отдельные фазы команд
Множественный поток Команд Отдельный поток Данных ОКОД МКОД
2. Отдельные команды и операторы
ОКОД МКОД
3. Циклы и операции
ОКМД
4. Отдельные проги и подпроги
МКМД
5. Отдельные ветви вычислений или части задания
6. Независимые задания
7.2. ОКОД
Применение CPU позволяет использовать модификацию классических структур ЭВМ. Архитектура ОКОД (одномашинные или однопроцессорные позволяет строить виды структур:
- RISC - CPU - структура с ограниченной системой команд
- VLIW - CPU - структура с очень длинным кодом
В настоящее время основным видом CPU считается Pentium 2. Эти CPU относятся к RISC CPU у которых состав команд очень небольшой и соответствует операциям типа алгебраического сложения. Все сложные команды выполняются в виде подпрог.
RISC - набор команд очень небольшой. Они позволяют уменьшить время выполнения команд, а значит увеличить частоту работы конвейера команд. При этом число обращений к ОЗУ сокращается.
Все CPU типа Pentium имеют очень длинное командное слово. Буфер команд CPU имеет целью обеспечить более полную загрузку CPU. При этом появляется возможность параллельно выполнять несколько команд не связанных общими данными. Например сложение и пересылка 2-х операндов с одного места на другое. CPU Pentium позволяет снизить негативное влияние операций типа IF при которых приходится перезагружать конвейер команд. Т.е. в CPU типа Pentium имеется возможность предсказания переходов с последующим отбрасыванием ветвей. Это предсказание позволяет сократить количество срывов в конвейере при выполнении команд.
7.3. ОКМД
Успехи в микроэлектронике позволяют использовать целые матрицы CPU, работающих по одной и той же проге с разными данными. Такие структуры эффективны при векторной и матричной обработке. Каждый CPU имеет связи с соседним CPU. Однако эффективная работа подобных схем возможна только на матричных и векторных задачах. В подобных структурах очень тяжело обеспечить загрузку аппаратуры, поскольку отсутствует теория параллельного программирования. Поэтому данная структура находит ограниченное применение.
Структуры ОКМД могут быть реализованы в CPU исполнении в виде сопроцессоров для больших ЭВМ. Например, в серверах сети эти структуры могут обслуживать большие хранилища информации, повышая производительность и скорость обработки данных. В ПЭВМ появление таких сопроцессоров маловероятно.
7.4. Структуры МКОД.
МКОД - это структуры типа конвейер
Структуры этого типа не нашли большого применения в ВС. Это обусловлено тем, что обычно все ЭВМ (CPU) универсальны в своей основе. Поэтому нет необходимости обеспечивать конвейерную обработку. Кроме того программный принцип управления не дает возможность организовать эфф длинные конвейеры. Обычно считается, что линейный участок проги не превышает 7-10 (15) команд. После этих команд конвейер перезапускается.
Как вариант можно рассматривать многофункциональную обработку в существующих ЭВМ:
а) во всех современных ЭВМ имеется совмещение операции при которой организуется II-ная работа отдельных блоков (выборка команды, выборка операндов и т.д.)
б) как вариант конвейера можно рассматривать II-ную обработку центрального CPU ЭВМ и сопроцессора.
в) конвейер мы находим в суперЭВМ, когда обеспечивается подпитка информации в кэш-памяти в память команд и в память данных.
г) в сетях ЭВМ возможна II-ная работа нескольких клиентов с одной центральной БД. Но эта дисциплина обслуживания больше относится к структуре МКМД.
7.5. МКМД
Наиболее интересным видом является МКМД. Эта структур дает множество структур. Обычно эти структуры различают по степени связанности: сильносвязанные и слабосвязанные.
Архитектура МКМД в самом простом варианте предполагает наличие нескольких автономных вычислителей, каждый из которых работает с собственным потоком заданий. Такая структура увеличивает производительность системы, очень проста по построению и управлению.
Более интересны структуры у которых информационные потоки ветвятся образуя II-ные ветви.
Если вычислители находятся в непосредственной близости друг от друга, то они сильно связаны. Интенсивность передачи информации в таких системах может быть очень высокой и осуществляться небольшими порциями.
Симметричные структуры могут относиться к архитектуре ОКМД, где в узлах матрицы CPU находятся отдельные микропроцессоры, способные передавать своим соседям отдельные байты или слова информации.
Симметричные структуры строятся их однотипных элементов, что упрощает построение и управление структурой в целом. Однако обеспечить полную загрузку подобных структур практически не удается. Для этого отсутствуют методы программирования и языки программирования. Кроме того, очень тяжело обеспечить передачу данных между CPU, не являющимися соседними. А значит класс эффективно решаемых задач резко сужается.
Подобные системы не могут найти очень широкого распространения. Их удел - только специальные виды вычислений, т.е. векторы и матрицы.
SMP - структуры - это системы, подключенные к CPU к ООП.
Это мультипроцессирование с разделением памяти.
Появление мощных CPU типа Pentium привело к появлению многопроцессорных систем на их основе. На общей шине ОП можно комплексировать 2, 4 и до 10 CPU.
Однако увеличение числа комплексируемых CPU приводит к появлению большого количество конфликтов. Поэтому в ПЭВМ таких систем не ожидается, а такие системы могут встречаться только при построении серверов сети. Каждый сервер управляет своей группой клиентов; поскольку интересы пользователей различны, то появление конфликтов маловероятно. CPU ведут обработку параллельно, не мешая друг другу.
1. Системы массового параллелизма MPP.
В них предполагается менее интенсивное взаимодействие комплексируемых CPU или ЭВМ. Здесь вычислители более автономны, поэтому их взаимодействие предполагает передачу и прог и данных. Частота обмена небольшая.
Различают:
MPP - системы массового параллелизма (э