Состав и свойства вычислительных систем. Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем.

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность тема. Вычислительная система - это совокупность аппаратных и программных средств, которые обеспечивают автоматизацию, сбор, накопление, обработку, систематизацию, сохранение, представление, передачу информации.

Вычислительные системы используют повсеместно. А популярность распределенный и облачных вычислений, говорит о том что в области IT-технологий большую нишу занимают работы, выполняемые вычислительными системами.

Предмет исследования – состав и свойства вычислительных систем. Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем.

Объект исследования – технологии программирования.

Цель работы – состав и свойства вычислительных систем. А также информационное и математическое обеспечение вычислительных систем.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Рассмотреть основные определения вычислительных систем;

2. Описать классификацию вычислительных систем;

3. Изучить состав и свойства вычислительных систем;

4. Рассмотреть информационное обеспечение вычислительных систем;

5. Описать математическое обеспечение и методики его разработки.

Данная тема широко освещена в работах по программированию на различных языках, в работах зарубежных и российских авторов: Кузьмич, Р.И., Степина, В. В., Сергеев, С. Л., Ларин, М. В

Структура работы. Работа выполнена на 35 листах, содержит 14 рисунков и 2 листинга программы.

ГЛАВА 1. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

1.1. История и классификация вычислительных систем

Вычислительная система, совокупность аппаратно-программных средств, образующих единую среду, предназначенную для решения задач обработки информации (вычислений) [1]^[1].

Первые компьютеры создавались на основе однопроцессорных ЭВМ, процессоры управляли операциями ввода-вывода, но при этом скорость работы внешнего устройства значительно меньше скорости работы процессора, поэтому во время операций ввода-вывода процессор простаивал. В конце 1950-х – нач. 1960-х гг. для параллельного выполнения вычислений и операций обмена данными ЭВМ стали комплектовать независимыми процессорами ввода-вывода, ну а также был осуществлён переход на новую элементную базу - интегральные схемы. В результате такого перехода, появились новые технические решения [2]^[2]:

• разделение процессов обработки информации и ее ввода-вывода,
• множественный доступ и коллективное использование вычислительных ресурсов в пространстве и во времени.
• многопользовательская и многопрограммная обработка.

Вот с этого момента, считается и появился термин «вычислительная система»

Отличительной особенностью вычислительной системы по отношению к ЭВМ является наличие в них нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку. Создание вычислительной системы необходимо для [8]^[3]:

• повышения производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных,
• повышения надежности и достоверности вычислений,
• предоставления пользователям дополнительных сервисных услуг и т.д.

Существует множество классификаций вычислительных систем[9]^[4]. Рассмотрим в курсовой работе некоторые (Рисунок 1).

Рисунок – Классификация вычислительных систем

1. Классификация вычислительных систем - по назначению [9]^[5]:

• универсальные вычислительные системы – ориентированы на решение широкого класса задач,
• специализированные вычислительные системы - ориентированы на решение узкого класса задач.

2. Классификация вычислительных систем - по типу построения:

• многомашинные вычислительные системы - вычислительная система строится на базе нескольких компьютеров,
• многопроцессорные вычислительные системы - вычислительная система строится на базе нескольких процессоров.

Многомашинные вычислительные системы появились раньше, чем многопроцессорные. Основные отличия многомашинных вычислительных систем заключаются в организации связей и обмена информацией между ЭВМ[7]^[6]. Многомашинная вычислительная система может быть организовано на уровне:

• процессоров – тогда информационная связь реализуется через регистры процессорной памяти (на уровне специальных возможностей операционной системы);
• оперативной памяти – сводится к программной реализации общего поля оперативной памяти(на уровне специальных возможностей операционной системы);
• каналов связи - формируется общее поле внешней памяти и общий доступ к устройствам ввода-вывода (реализуется внешними программами-драйверами).

Работа многопроцессорных систем [1]^[7] сводятся к созданию общего поля оперативной памяти для всех процессоров. Многопроцессорные системы работают под управлением единой операционной системы, общей для всех процессоров.

Многопроцессорные системы имеют следующие недостатки [11]^[8]:

• при большом количестве объединяемых процессоров возможно возникновение конфликтных ситуаций, в которых несколько процессоров обращаются с операциями типа ”чтение” и ”запись” к одним и тем же ячейкам памяти.
• проблема коммутации и доступа абонентов к оперативной памяти.

Опыт построения подобных систем показал, что они эффективны при небольшом числе объединяемых процессоров (от 2 до 10).

Типичным примером массовых многомашинных вычислительных систем могут служить компьютерные сети, примером многопроцессорных вычислительных систем — суперкомпьютеры.

3. Классификация вычислительных систем[7]^[9] - по типу ЭВМ или процессоров, используемых для построения вычислительных систем, различают:

• однородные системы – вычислительная система строится на базе однотипных компьютеров или процессоров. Однородные системы позволяют использовать стандартные наборы технических, программных средств, стандартные протоколы (процедуры) сопряжения устройств.
• неоднородные системы - – вычислительная система включает в свой состав различные типы компьютеров или процессоров. При построении системы приходится учитывать их различные технические и функциональные характеристики, что существенно усложняет создание и обслуживание неоднородных

4. Классификация вычислительных систем - по методам управления:

• централизованные - управление у главной или диспетчерской ЭВМ (процессор),
• децентрализованные - функции управления распределены между ее элементами.
• со смешанным управлением - совмещаются процедуры централизованного и децентрализованного управления.

5. Классификация вычислительных систем - по принципу закрепления вычислительных функций :

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

6. Классификация вычислительных систем[7]^[10]- по степени территориальной разобщенности вычислительных модулей вычислительных систем:

• территориально-сосредоточенные вычислительные системы – все компоненты располагаются в непосредственной близости друг от друга;
• распределенные вычислительные системы – компоненты располагаться на значительном расстоянии друг от друга;
• структурно-одноуровневые вычислительные системы – имеют один общий уровень обработки данных;
• многоуровневые (иерархические) вычислительные структуры – машины или процессоры распределены по разным уровням обработки информации.

7. Классификация вычислительных систем[10]^[11] - по режиму работы :

• системы, работающие в оперативном временном режиме - используют режим реального масштаба времени,
• системы, работающие в неоперативном временном режиме.

1.2. Состав и свойства вычислительных систем

Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Аппаратные и программные средства вычислительной техники принято рассматривать отдельно. Такой принцип разделения имеет для информатики особое значение, поскольку очень часто решение одних и тех же задач может обеспечиваться как аппаратными, так и программными средствами (Рисунок 2).

Рисунок – Состав вычислительных систем

К аппаратным средствам[10]^[12] относятся электронные схемы, из которых построена вычислительная система, и схемы, обеспечивающие их работоспособность.

К программным средствам относятся последовательности команд, реализующие решение задач и функции по обработке информации.

Критериями выбора аппаратного или программного решения являются производительность и эффективность [6]^[13]. Обычно принято считать, что аппаратные решения в среднем оказываются дороже, зато реализация программных решений требует более высокой квалификации персонала.

Общая схема аппаратного обеспечения[6]^[14] вычислительной системы показана на рисунке 3.

Рисунок - Общая схема аппаратного обеспечения вычислительной системы

К аппаратному обеспечению вычислительных систем обычно относят [4]^[15]:

• центральный процессор (процессоры) - устройство, выполняющее арифметические и логические операции, и управляющее другими устройствами компьютера
• оперативная память - энергозависимая память (при выключении компьютера вся записанная на ней информация стирается). ОЗУ используется для чтения и записи
• Системная шина (информационная магистраль) соединяет устройства внутри системного блока компьютера и обеспечивает их взаимодействие. Это набор дорожек на на материнской плате, по которым передается информация в виде сигналов.
• периферийные устройства
• сетевое оборудование

Кроме того, в аппаратное обеспечение компьютера также входят внешние (по отношению к системному блоку) компоненты — периферийные устройства [4]^[16]:

• Устройства ввода
• клавиатура
• мышь, трекбол или тачпад
• графический планшет
• джойстик
• сканер
• микрофон
• устройства вывода
• монитор
• колонки/наушники
• печатающие устройства типа принтера или плоттера
• для связи используются различные модемы и сетевое оборудование: маршрутизатор, сетевой коммутатор, беспроводная точка доступа.

Архитектура вычислительных систем [5]^[17] — совокупность важнейших решений об организации вычислительной системы

Архитектура состоит из следующих понятий:

• структурные элементы, их интерфейсы, а также поведение структурных элементов, из которых состоит система;

• включенные выбранные элементы структуры и поведения всех систем;

• архитектурный стиль, лежащий в основе всей организации - все элементы, их интерфейсы, их сотрудничество и их связи.

Наиболее характерными видами современных вычислительных систем являются [5]^[18]:

• Встроенные программные системы
• Клиент-серверные системы
• Интегрированные распределенные решения
• Системы реального времени
• Web – сервисы
• Системы мобильных устройств
• Системы носимых компьютеров
• Системы для управления информацией
• Вычислительные системы промежуточного уровня
• Вычислительные системы для виртуализации
• Облачные вычисления и центров обработки данных
• Системы для управления знаниями
• Системы для научных вычислений

В целом для современного развития программных систем характерна тенденция к значительному усложнению архитектуры.

Клиент-серверные [10]^[19] системы широко используются в течение последних десятков лет. Известны основные типы серверов:

• сервера приложений,
• веб-сервер,
• сервер баз данных,
• почтовый сервер,
• файловый сервер, и другие (Рисунок 4)

Рисунок – Клиент-серверные системы

.Сегодня, большинство Web-приложений разработаны на .NET или Java-платформы, хотя некоторые программисты и бизнес-компании до сих пор пишут веб-приложения в C. В веб-программировании также широко используемых языков с динамическими типами - JavaScript, Python, Ruby, для который характерно динамическое изменение типов переменных. Что удобно, так как это отражает динамичный характер веб-приложений и веб-сайтов[6]^[20].

Интернет-приложения делятся на клиентские (например, веб-браузеры) и серверные (например, Web-сервисы). (Рисунок 5)

Рисунок – Web – сервисы

Интегрированные решения [6]^[21] распределенных систем программного обеспечения. для управления информацией и эксплуатации предприятий, фирм, банков, университетов. Для интегрированных решений, характерно аутентификации и аутентификации пользователей, работа с базами данных, работа с сетью, реализации бизнес-логики. Интегрированные решения могут быть разработаны с использованием различных языков программирования. (Рисунок 6)

Рисунок – Интегрированные распределенные решения

Встроенные системы (Рисунок 7) - программное обеспечение для микропроцессоров, которые управляют работой широкого спектра устройств - от ядерных реакторов до холодильников, кардиостимуляторы, линий электропередач и легковых автомобилей [11]^[22]. Типичные требования к программному обеспечению встраиваемых систем, - зафиксировать максимально допустимое время отклика, который определяет производительность, надежность и безопасность, и управляемый объект в целом, а иногда и само существование предмета или живого организма , Типичное требование для основного цикла работы таких систем - отсутствие прерываний, которые могут вызвать недопустимые задержки.

Рисунок – Встроенные системы

Системы для мобильных устройств. (Рисунок 8) - один из самых современных и распространенных видов программного обеспечения. Ее характерными чертами являются: ограничения на ресурсы (в первую очередь - на объем памяти), также приходится учитывать различия в архитектуре конкретных моделей мобильных устройств (дисплея и клавиш)[6]^[23]. Программные системы для мобильных устройствах, как правило, разрабатываются на платформе Java, или с продуктами Microsoft, например, платформы .NET Compact Framework [8]^[24].

Рисунок – Системы мобильных устройств

Как экзотический, но актуальный пример, приведем также программное обеспечение носимых компьютеров. Они встроены в спецодежду или обувь., используемые человеком, выполняют мониторинг состояния и поведения человека и дают экспертные рекомендации. Данный класс устройств также имеет весьма жесткие ограничения по памяти [8]^[25].

Вычислительные системы центров обработки данных (ЦОД) - особо важную роль в нем играют СУБД, например, Microsoft SQL Server.(Рисунок 9)

Рисунок - –Центры обработки данных

Системы для облачных вычислений (cloud computing) – это сетевая операционная система (например, Microsoft Windows Azure) [6]^[26], и программное обеспечение, функции которого заключается в обеспечении пользовательского доступа через «облако», то есть через сеть, а также приложения для хранения данных на «облачные» серверы. (Рисунок 10)

Рисунок – Вычислительные системы для облачных вычислений

Программное обеспечение является одним из видов обеспечения вычислительной системы. Под программным обеспечением понимают программу или множество программ, используемых для управления компьютером [6]^[27].

Программное обеспечение многопроцессорных вычислительных систем отличается большей сложностью. Это объясняется сложностью принятия решения в каждой конкретной ситуации. Все операции планирования и диспетчеризации связаны с динамическим распределением ресурсов. Очень часто возникают множественные конфликты, требующие сложных процедур решения, что приводит к задержкам в вычислениях. Как таковые автономные ОС отдельных процессоров отсутствуют. Методики создания программного, информационного и математического обеспечения подробно рассмотрены во второй главе.

Технические и эксплуатационные характеристики вычислительных систем [5]^[28]:

• быстродействие и производительность,
• показатели надежности, достоверности, точности,
• емкость оперативной и внешней памяти,
• габаритные размеры,
• стоимость технических и программных средств,
• особенности эксплуатации и др.

Наиболее характерными чертами современных вычислительных систем являются:

• Надежные и безопасные вычисления .
• Единая инфраструктура.
• Повторная используемость.
• Сервисно-ориентированная архитектура.
• Виртуализация
• Облачные вычисления
• Web -awareness, т.е. ориентация на использование в Интернете.
• универсализация представления моделей программ. UML - стандарт для моделирования программ и процессов их разработки. Представление данных - стандарт - XML.
• Управление знаниями – используется для решения многих реальных задач, где недостаточно чисто алгоритмических методов.

Вывод по главе 1

В первой главе курсовой работы рассмотрен вопрос, связанный с предметом курсовой работы, а именно, с основными сведеньями по вычислительным системам, и получены следующие выводы:

1. Вычислительная система, совокупность аппаратно-программных средств, образующих единую среду, предназначенную для решения задач обработки информации (вычислений).

2. Отличительной особенностью вычислительной системы по отношению к ЭВМ является наличие в них нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку.

3. Существует множество классификаций вычислительных систем. В курсовой работе рассмотрена следующая классификация вычислительных систем:

• по назначению:
• по типу построения:
• по типу ЭВМ или процессоров, используемых для построения вычислительных систем
• по методам управления:
• по принципу закрепления вычислительных функций
• по степени территориальной разобщенности вычислительных модулей вычислительных систем:
• по режиму работы.

4. Вычислительные системы состоят из аппаратного и программного обеспечения. К аппаратным средствам относятся электронные схемы, из которых построена вычислительная система, и схемы, обеспечивающие их работоспособность. К программным средствам относятся последовательности команд, реализующие решение задач и функции по обработке информации.

5. Архитектура вычислительных систем — совокупность важнейших решений об организации вычислительной системы Наиболее характерными видами современных вычислительных систем являются:

• Встроенные программные системы
• Клиент-серверные системы
• Интегрированные распределенные решения
• Системы реального времени
• Web – сервисы
• Системы мобильных устройств
• Системы носимых компьютеров
• Системы для управления информацией
• Вычислительные системы промежуточного уровня
• Вычислительные системы для виртуализации
• Облачные вычисления и центров обработки данных
• Системы для управления знаниями
• Системы для научных вычислений

2. ИНФОРМАЦИОННОЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Наряду с аппаратным и программным обеспечением вычислительных систем иногда рассматривают информационное и математическое обеспечение.

2.1. Информационное обеспечение вычислительных систем

Под информационным обеспечением вычислительных систем понимают совокупность программ и данных, необходимых для работы различных программ [12]^[29].

Информационное обеспечение определяет способы и формы отображения состояния объекта управления в виде данных внутри информационной системы, документов, графиков и сигналов вне информационной системы.

Внешнее информационное обеспечение включает (Рисунок 11).:

• правила классификации и кодирования информации;
• нормативно-справочную информацию;
• оперативную информацию;
• методические и инструктивные материалы.

Внутреннее информационное обеспечение включает описание:

• входных сигналов и данных;
• промежуточных информационных массивов;
• выходных сигналов и документов

Требования к информационному обеспечению вычислительных систем обширен и содержит множество аспектов, а именно [13]^[30]:

1. Выходная информация, необходимая пользователю должна иметь удобный вид. Неполнота и противоречивость данных недопустима.

2. Форматы данных и сообщений, должны максимально эффективно использовать производительность технических средств. Данные, имеющие гетерогенную природу (различные по своей природе – это аудио, видео, и пр. виды информации) должны обрабатываться одинаково эффективно.

Рисунок – Информационное обеспечение

3. Создание единой информационно-коммуникационной среды. Для этого могут быть применены две основные технологии – клиент-серверная и файл-серверная[13]^[31].

4. Массивы информации в виде баз данных, могут иметь статус коллективного и индивидуального.

5. Базы данных, могут размещаться локально на одной ЭВМ или являются распределенными и располагаются на нескольких ЭВМ.

6. Программно-технические средства информационного обеспечения должны быть рассчитаны на перспективу длительной эксплуатации и развития.

7. Информационное обеспечение вычислительных систем должно обеспечивать корректное взаимодействие с прикладными программам на основе протоколов.

Набор уровней и протоколов называется архитектурой сети.

Согласованная и открытая архитектура информационного обеспечения вычислительных систем должна поддерживаться стандартными прикладными интерфейсами.

Современный этап развития науки и техники предполагает, что информационное обеспечение вычислительных систем перешли от баз данных к базам знаний. Т.е. вычислительные системы сейчас, основаны на знаниях, и отличаются от используемых повсеместно баз данных[12]^[32]

2.2. Математическое обеспечение вычислительных систем

Математическое обеспечение - состоит из алгоритмического и программного (Рисунок 12). Алгоритмическое обеспечение (АО) - это совокупность математических методов, моделей и алгоритмов, используемых в системе для решения задач и обработки информации. Программное обеспечение состоит из общего (операционные системы, трансляторы, тесты и диагностика и др., т. е. все то, что обеспечивает работу "железа") и специального (прикладное программное обеспечение, обеспечивающее автоматизацию процессов управления в заданной предметной области).

Рисунок – Состав математического обеспечения

Математическое обеспечение вычислительных систем [3]^[33] — состоит из фонда программ вычислительных алгоритмов. Фонд программ вычислительных алгоритмов непрерывно пополняется.

Одна из классификаций математического обеспечения предполагает деление его на следующие разделы:

1. подпрограммы - наиболее известное и часто используемое математическое обеспечение. В настоящее время подпрограммы пишутся на языках высокого уровня.
2. пакеты программ - называют комплекс программ для решения серийных задач в конкретной области,
3. библиотеки программ - данный вид математического обеспечения состоит из набора пакетов программ, предназначенных для решения широкого круга задач, например задач численного анализа, математической статистики и др,
4. системы математического обеспечения - это библиотеки программ широкого назначения с проблемно-ориентированным языком, обеспечивающим дружественный интерфейс с пользователями.

2.3. Современные методики создания математического и информационного обеспечения вычислительных систем

Разработка информационного и математического обеспечения вычислительных систем тесна связана с созданием программного обеспечения. К современным методикам создания программного обеспечения относят[6]^[34]:

1. Традиционное программирование

2. Сентенциальное программирование

3. Функциональное программирование

4. Событийное программирование

5. Параллельное программирование

Рассмотрим подробнее некоторые методики создания информационного и математического обеспечения вычислительных систем

1. Традиционное программирование

Для большинства языков характерно, что программист может думать о выполнении программы как о работе автомата, имеющего активный процессор и пассивную память, связанные канало. Появление в языке структур данных и так называемых высокоуровневых конструкций, а также возможности использования библиотек — это всего лишь повышение уровня абстрактного вычислителя языка, который, тем не менее, трактуется как автомат традиционного типа, пусть даже с весьма сложными командами. Если язык не соответствует этому представлению о работе программы, то мы называем этот язык нетрадиционным.

С этой точки зрения такие современные языки, как С++, Ada или Java, остаются традиционными[6]^[35].

Конструкции традиционных языков.

• Оператор. Основной конструкцией, выражающей действия, является оператор.
• Присваивание значений - понятие переменной рассматривается как аналог ячейки памяти. Присваивание предназначено для локального запоминания результата вычислений.
• Структура управления. Оператор перехода трактуется как явное указание того оператора, который должен выполняться следующим.
• Приведение.
• Подпрограмма — группа операторов, имеющая собственное имя. К такой последовательности можно обращаться неоднократно. Особенность подпрограмм в том, что их описание отделено от оператора вызова подпрограммы, а после исполнения оператора вызова управление возвращается в тот же контекст, который был до вызова, а управление передается оператору, непосредственно следующему за вызовом.

Листинг 1 – Пример программы на С

В достаточно развитых языках программист строит тексты программ в соответствии с особенностями решаемой задачи, отходя от тех правил, которые явно поддерживаются языком , но иногда приходится прибегать к хакерскому моделированию нужных возможностей.

2. Сентенциальное программирование[13]^[36]

Сентенциальное программирование возникает тогда, когда данные имеют четкую и достаточно сложную глобальную структуру, действия направлены прежде всего на перестройку этой структуры.

Программист при формулировке условий может позволить себе не задумываться о том, как происходит их распознавание, и сосредоточиться на самой важной части: описании перестроек структуры.

В настоящее время доступны в двух наиболее передовых и альтернативных систем сентенционного программирования Пролог и Рефал. Эта функция - подготовка информации для действий, возможно, является характеристикой сентенционного программирования. В частности, она разделяет те случаи, когда лучше использовать сентенциальные программирования, а те случаи, когда уместно событийного программирования.

В настоящее время глобальное состояние системы верификации сентенциальная программирования осуществляется путем обработки метаданных. Выражение с метаданными отличается от того, в нем есть переменные. Например, если маленькие буквы обозначают константы и большие - переменные, 1 + - выражение, X + 1 - метаданные.

При проверке появляется возможность определить некоторые метаданные друг с другом или с данными и одновременно вычисляет замену. Функция, которая присваивает значения переменным - заместительная предоставляет необходимые шаги для реализации информации о программе работы.

Этот метод работы согласуется с формулировкой глобальной окружающей среды в логике и теории алгоритмов, но его нельзя считать априорно исчерпывающим. В будущем могут быть и другие формы глобального проверки данных[13]^[37] .

Листинг 2 – Пример программы на Prolog

3.Функциональное программирование

Функциональное программирование рассмотрим на примере языка LISP.

LISP - основан на сильной теоретической основе и пытался поднять практику программирования на уровень понятий, а не наоборот - опустить концепции до уровня, который существовал в то время в языках ,

В настоящее время, функциональное программирование представлено семейством языков, но LISP не сдает свои позиции.

Основной единицей данных для LISP- является список.

Списки определяются следующим индуктивным определением.

1. Пустой список () (также называемый ноль) список.

2. Если L1,. , , , Ln, п> = 1 - атомы или списки, которые (l1,, пер ...) - список.

Элементы списка (l1, ..., Ln) называется l1,. , , , Ln. списки равенства определяется следующим индуктивным определением.

1. л = ноль тогда и только тогда, когда л есть также равны нулю.

2. (l1, ..., Ln) = (k1, ..., Km) тогда и только тогда, когда п = т и соответствующий Li = ки.

Для LISP (как и для любого другого функционального языка программирования) обязательно надо сказать, где и как разместить структуры данных (списки)[8]^[38].

Рисунок Структура информации, сопоставленной атому языка LISP

Списки следует рассматривать как чисто математические объекты со сложной структурой, которая всегда точно указывает на текущие вычислительные элементы:

4. Событийное программирование

Исторически сложилось, что этот стиль стал популярным в развитии операционных систем. Существуют различные способы реагирования на события, в том числе его передачи на обработку программе, которые будет выполнять обработку прерывания.

Из-за потребности обработки прерывания, и сформировался стиль программирования, который управляет событиями. Наиболее очевидная область его адекватного применения - внедрение интерактивных программ взаимодействия с пользователем и решения прочих подобных задач (например, те, которые требуют обследования датчиков состояния любых технологических процессов).

В частности, взаимодействие с пользователем требуется только события, такие как нажатие на кнопку, переместить курсор мыши, чтобы указать кнопки освещения, и так далее. Не случайно, что те прерывания, которые способны перенаправлять операционную систему для обработки уровня пользовательской программы, стали основой для разработки системы мероприятий, ответ на который установлен в стиле событийно-ориентированной. События такого рода могут быть переданы от одного процессора к другому, не нарушая условий адекватного использования этого стиля: достаточно объявить перенаправленное событие продукт нового события.

Примером языка, в некоторой степени, на основе событийного программирования, может служить Perl[8]^[39].

Событийный стиль удобен не только на уровне конкретных программ. Часто концептуальное понимание проблемы полезно системе с точки зрения событий, и только потом решить, как реализовать систему: непосредственно использовать событие в качестве инструмента управления для модели взаимодействия управляемой событиями доступными средствами, или отказаться от этого механизма в дальнейшем развитии.

В событийном программировании, разделение генерации и обработки событий влечет за собой их полную независимость.

5. Параллельное программирование

В структурном программировании данные организованы в сеть, по которой движется программа. Эта сеть является частичным порядком, и если в сети можно выделить несколько подсетей, слабо связанных друг с другом и проходящих через некоторый сегмент исходной сети с начала до конца, то эти подсети можно исполнять на независимых вычислителях, которые в критические моменты времени взаимодействуют между собой.

Обычно такое разбиение сети данных не единственно, и поэтому можно один и тот же алгоритм исполнять на параллельных системах разной архитектуры[6]^[40].

Рисунок - Развилка

Тогда естественно вести вычисления на одно-, двух- или трехпроцессорной машине. В случае многопроцессорной машины в начале, так и на заключительном этапе вычисления последовательно проходят в три ветви и распределяются между процессорами. В частности, если две боковые ветви занимают меньше времени вычислений, чем основной, можно распределить двухпроцессорной машине, и на том же процессоре.

На заключительном этапе распараллеливается выполнение программы только после того, как завершены все три ветви, давая вклад в него. Такой параллелизм, когда завершение блока параллельных процессов необходимо успешно завершить все параллельные ветви, есть стандартные вычислительные задачи и называется параллелизм. Насколько успешным будет результат распараллеливания зависит от равномерности распределения вычислительной нагрузки между ветвями

Одним из главных критериев качества математического обеспечения считается надежность вычислений, которая обеспечивается, в частности, сертификацией библиотечных программ. Так как лицензия одной программы дешевле лицензии целой библиотеки, то на рынке математического обеспечения всегда будут востребованы пакеты программ, ориентированные под конкретные запросы пользователей. Можно предположить, что будущее данного направления состоит в ускоренном развитии технологии “облачных пакетов” — генерация сертифицированных пакетов программ с открытым исходным кодом ,настроенных на заданную предметную область и конкретную вычислительную среду.

Вывод по главе 2

Во второй главе курсовой работы акцент был сделан на рассмотрения вопроса информационного и математического обеспечения вычислительных систем, и получены следующие выводы:

1. Информационное обеспечение определяет способы и формы отображения состояния объекта управления в виде данных внутри информационной системы, документов, графиков и сигналов вне информационной системы.

2. Современный этап развития науки и техники предполагает, что информационное обеспечение вычислительных систем перешли от баз данных к базам знаний.

3. Математическое обеспечение вычислительных систем — состоит из фонда программ вычислительных алгоритмов.

4. Разработка информационного и математического обеспечения вычислительных систем тесна, связана с созданием программного обеспечения. К современным методикам создания программного обеспечения относят:

• Традиционное программирование
• Сентенциальное программирование
• Функциональное программирование
• Событийное программирование
• Параллельное программирование

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения курсовой работы получены следующие выводы:

1. Вычислительная система, совокупность аппаратно-программных средств, образующих единую среду, предназначенную для решения задач обработки информации (вычислений).

2. Отличительной особенностью вычислительной системы по отношению к ЭВМ является наличие в них нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку.

3. Существует множество классификаций вычислительных систем. В курсовой работе рассмотрена следующая классификация вычислительных систем:

• по назначению:
• по типу построения:
• по типу ЭВМ или процессоров, используемых для построения вычислительных систем
• по методам управления:
• по принципу закрепления вычислительных функций
• по степени территориальной разобщенности вычислительных модулей вычислительных систем:
• по режиму работы.

4. Вычислительные системы состоят из аппаратного и программного обеспечения. К аппаратным средствам относятся электронные схемы, из которых построена вычислительная система, и схемы, обеспечивающие их работоспособность. К программным средствам относятся последовательности команд, реализующие решение задач и функции по обработке информации.

5. Архитектура вычислительных систем — совокупность важнейших решений об организации вычислительной системы Наиболее характерными видами современных вычислительных систем являются:

• Встроенные программные системы
• Клиент-серверные системы
• Интегрированные распределенные решения
• Системы реального времени
• Web – сервисы
• Системы мобильных устройств
• Системы носимых компьютеров
• Системы для управления информацией
• Вычислительные системы промежуточного уровня
• Вычислительные системы для виртуализации
• Облачные вычисления и центров обработки данных
• Системы для управления знаниями
• Системы для научных вычислений

6. Информационное обеспечение определяет способы и формы отображения состояния объекта управления в виде данных внутри информационной системы, документов, графиков и сигналов вне информационной системы.

7. Современный этап развития науки и техники предполагает, что информационное обеспечение вычислительных систем перешли от баз данных к базам знаний.

8. Математическое обеспечение вычислительных систем — состоит из фонда программ вычислительных алгоритмов.

9. Разработка информационного и математического обеспечения вычислительных систем тесна, связана с созданием программного обеспечения. К современным методикам создания программного обеспечения относят:

• Традиционное программирование
• Сентенциальное программирование
• Функциональное программирование
• Событийное программирование
• Параллельное программирование

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вычислительная система Авторы: В. В. Шилов, А. В. Ермолович URL: https://bigenc.ru/technology_and_technique/text/3475479 (дата обращения 07.12.2020)
2. Лекция "Вычислительные системы" URL: https://sites.google.com/site/informatika1011kl/lekcia-vycislitelnye-sistemy (дата обращения 07.12.2020)
3. Фисун В.А. - Математическое обеспечение вычислительных систем - Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2012
4. Ершова М, Соловьев А. Организация вычислительных систем URL: https://www.intuit.ru/studies/courses/92/92/info (дата обращения 07.12.2020)
5. Технические средства обработки информации URL: https://www.lessons-tva.info/edu/e-inf1/e-inf1-2-2.html (дата обращения 07.12.2020)
6. Архитектура программных систем. ru.wikipedia.org [Электронный ресурс] (Дата обращения 07.12.2020).
7. Кузьмич, Р.И. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации : учеб. пособие / Р.И. Кузьмич, А.Н. Пупков, Л.Н. Корпачева. - Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2018. - 120 с.
8. Степина, В. В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы : учебник / В.В. Степина. — Москва : КУРС: ИНФРА-М, 2017. — 384 с.
9. Сергеев, С. Л. Архитектуры вычислительных систем: учебник: Учебник / Сергеев С.Л. - СПб:БХВ-Петербург, 2010.
10. Аппаратное обеспечение вычислительных систем : учебное пособие / сост.: В. С. Мошкин, А. А. Филиппов. – Ульяновск: УлГТУ, 2014. – 94 с
11. Степина, В. В. Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем: Учебник / В.В. Степина. — Москва : КУРС: ИНФРА-М, 2017. — 288 с.
12. Ларин, М. В. Информационное обеспечение управления : учебное пособие / М. В. Ларин. - 2-е изд. - Москва : Рос. гос. гуманитари. ун-т, 2019. - 281с.
13. Битюцкий, В. П. Математическое обеспечение автоматизации проектирования: Учебное пособие / Битюцкий В.П., Битюцкая С.В., - 2-е изд., стер. - Москва :Флинта, Изд-во Урал. ун-та, 2017. - 72 с.

1. Вычислительная система Авторы: В. В. Шилов, А. В. Ермолович URL: https://bigenc.ru/technology_and_technique/text/3475479 (дата обращения 07.12.2020) ↑

2. Лекция "Вычислительные системы" URL: https://sites.google.com/site/informatika1011kl/lekcia-vycislitelnye-sistemy (дата обращения 07.12.2020) ↑

3. 8. Степина, В. В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы : учебник / В.В. Степина. — Москва : КУРС: ИНФРА-М, 2017. — 384 с. ↑

4. Сергеев, С. Л. Архитектуры вычислительных систем: учебник: Учебник / Сергеев С.Л. - СПб:БХВ-Петербург, 2010. ↑

5. Сергеев, С. Л. Архитектуры вычислительных систем: учебник: Учебник / Сергеев С.Л. - СПб:БХВ-Петербург, 2010. ↑

6. Кузьмич, Р.И. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации : учеб. пособие / Р.И. Кузьмич, А.Н. Пупков, Л.Н. Корпачева. - Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2018. - 120 с. ↑

7. Вычислительная система Авторы: В. В. Шилов, А. В. Ермолович URL: https://bigenc.ru/technology_and_technique/text/3475479 (дата обращения 07.12.2020) ↑

8. Степина, В. В. Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем: Учебник / В.В. Степина. — Москва : КУРС: ИНФРА-М, 2017. — 288 с. ↑

9. Кузьмич, Р.И. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации : учеб. пособие / Р.И. Кузьмич, А.Н. Пупков, Л.Н. Корпачева. - Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2018. - 120 с. ↑

10. Кузьмич, Р.И. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации : учеб. пособие / Р.И. Кузьмич, А.Н. Пупков, Л.Н. Корпачева. - Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2018. - 120 с. ↑

11. Аппаратное обеспечение вычислительных систем : учебное пособие / сост.: В. С. Мошкин, А. А. Филиппов. – Ульяновск: УлГТУ, 2014. – 94 с ↑

12. Аппаратное обеспечение вычислительных систем : учебное пособие / сост.: В. С. Мошкин, А. А. Филиппов. – Ульяновск: УлГТУ, 2014. – 94 с ↑

13. Архитектура программных систем. ru.wikipedia.org [Электронный ресурс] (Дата обращения 07.12.2020). ↑

14. Архитектура программных систем. ru.wikipedia.org [Электронный ресурс] (Дата обращения 07.12.2020). ↑

15. Ершова М, Соловьев А. Организация вычислительных систем URL: https://www.intuit.ru/studies/courses/92/92/info (дата обращения 07.12.2020) ↑

16. Ершова М, Соловьев А. Организация вычислительных систем URL: https://www.intuit.ru/studies/courses/92/92/info (дата обращения 07.12.2020) ↑

17. Технические средства обработки информации URL: https://www.lessons-tva.info/edu/e-inf1/e-inf1-2-2.html (дата обращения 07.12.2020) ↑

18. 1Технические средства обработки информации URL: https://www.lessons-tva.info/edu/e-inf1/e-inf1-2-2.html (дата обращения 07.12.2020) ↑

19. Аппаратное обеспечение вычислительных систем : учебное пособие / сост.: В. С. Мошкин, А. А. Филиппов. – Ульяновск: УлГТУ, 2014. – 94 с ↑

20. Архитектура программных систем. ru.wikipedia.org [Электронный ресурс] (Дата обращения 07.12.2020). ↑

21. Архитектура программных систем. ru.wikipedia.org [Электронный ресурс] (Дата обращения 07.12.2020). ↑

22. Степина, В. В. Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем: Учебник / В.В. Степина. — Москва : КУРС: ИНФРА-М, 2017. — 288 с. ↑

23. Архитектура программных систем. ru.wikipedia.org [Электронный ресурс] (Дата обращения 07.12.2020). ↑

24. Степина, В. В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы : учебник / В.В. Степина. — Москва : КУРС: ИНФРА-М, 2017. — 384 с. ↑

25. Степина, В. В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы : учебник / В.В. Степина. — Москва : КУРС: ИНФРА-М, 2017. — 384 с. ↑

26. Архитектура программных систем. ru.wikipedia.org [Электронный ресурс] (Дата обращения 07.12.2020). ↑

27. Архитектура программных систем. ru.wikipedia.org [Электронный ресурс] (Дата обращения 07.12.2020). ↑

28. Технические средства обработки информации URL: https://www.lessons-tva.info/edu/e-inf1/e-inf1-2-2.html (дата обращения 07.12.2020) ↑

29. Ларин, М. В. Информационное обеспечение управления : учебное пособие / М. В. Ларин. - 2-е изд. - Москва : Рос. гос. гуманитари. ун-т, 2019. - 281с. ↑

30. Битюцкий, В. П. Математическое обеспечение автоматизации проектирования: Учебное пособие / Битюцкий В.П., Битюцкая С.В., - 2-е изд., стер. - Москва :Флинта, Изд-во Урал. ун-та, 2017. - 72 с. ↑

31. Битюцкий, В. П. Математическое обеспечение автоматизации проектирования: Учебное пособие / Битюцкий В.П., Битюцкая С.В., - 2-е изд., стер. - Москва :Флинта, Изд-во Урал. ун-та, 2017. - 72 с. ↑

32. Ларин, М. В. Информационное обеспечение управления : учебное пособие / М. В. Ларин. - 2-е изд. - Москва : Рос. гос. гуманитари. ун-т, 2019. - 281с. ↑

33. Фисун В.А. - Математическое обеспечение вычислительных систем - Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2012 ↑

34. Архитектура программных систем. ru.wikipedia.org [Электронный ресурс] (Дата обращения 07.12.2020). ↑

35. Архитектура программных систем. ru.wikipedia.org [Электронный ресурс] (Дата обращения 07.12.2020). ↑

36. Битюцкий, В. П. Математическое обеспечение автоматизации проектирования: Учебное пособие / Битюцкий В.П., Битюцкая С.В., - 2-е изд., стер. - Москва :Флинта, Изд-во Урал. ун-та, 2017. - 72 с. ↑

37. Битюцкий, В. П. Математическое обеспечение автоматизации проектирования: Учебное пособие / Битюцкий В.П., Битюцкая С.В., - 2-е изд., стер. - Москва :Флинта, Изд-во Урал. ун-та, 2017. - 72 с. ↑

38. 8. Степина, В. В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы : учебник / В.В. Степина. — Москва : КУРС: ИНФРА-М, 2017. — 384 с. ↑

39. Степина, В. В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы : учебник / В.В. Степина. — Москва : КУРС: ИНФРА-М, 2017. — 384 с. ↑

40. Степина, В. В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы : учебник / В.В. Степина. — Москва : КУРС: ИНФРА-М, 2017. — 384 с. ↑