СОСТАВ И СВОЙСТВА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ. ИНФОРМАЦИОННОЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ.(Состав технических средств вычислительных систем)

Содержание:

Введение

В настоящей курсовой работе объектом исследования является состав, свойства, математическое и информационное обеспечение вычислительных систем. В теоретической части предметом исследования является изучение состава, свойств, математического и информационного обеспечения вычислительных систем. В практической части предложена структура вычислительной системы для условной коммерческой организации. Целью курсовой работы является исследование вычислительных систем. Задачами курсовой работы является определение состава и свойств существующих вычислительных систем, определение применяемого математического и информационного обеспечения в вычислительных системах. Актуальность темы исследования определяется следующими факторами: применение вычислительных систем в различных сферах деятельности (экономика, производство, государственное управление, медицина, военная промышленность, энергетика, информационные технологии и другие) предполагает решение различного вида задач [1, стр.78]. Соответственно, для каждого вида задач должна быть создана конкретная вычислительная система с заданными свойствами, которые обеспечиваются выбором архитектуры и состава технических средств, математического и информационного обеспечения. Кроме того, важно чтобы создаваемая вычислительная система выполняла требуемые задачи при минимальных затратах на ее создание. Постоянное совершенствование технических средств, математического и информационного обеспечения приводит к необходимости изменения архитектуры и состава технических средств, математического и информационного обеспечения в процессе эксплуатации вычислительных систем. Эти факторы требуют проведения исследования состава, свойств, математического и информационного обеспечения вычислительных систем для создания вычислительных систем, обеспечивающих выполнение поставленных задач.

Первые электронно-вычислительные машины (ЭВМ) были созданы в конце сороковых годов двадцатого столетия [5, стр. 39]. В этих ЭВМ процессор выполнял вычислительные функции и функции ввода-вывода. При выполнении ввода-вывода данных вычислительные функции не выполнялись. Это приводило к увеличению продолжительности вычислительного процесса. В конце пятидесятых годов операции ввода-вывода выполнялись специальными устройствами, что позволило сократить время выполнения вычислительного процесса за счет параллельного выполнения вычислительных функций и функций ввода-вывода [3, стр. 11]. С появлением в середине шестидесятых годов новой элементной базы в виде интегральных микросхем появилась возможность создавать более компактные технические средства. Появляется разнообразие технических средств, которые объединяются в локальные и распределенные вычислительные сети. Режим работы ЭВМ становится многопользовательским. Для управления работой технических средств и для обработки данных появляются системные и прикладные программные средства. В результате вычислений, обработки и накопления данных формируются базы данных. С увеличением разнообразия технических средств, с совершенствованием их параметров появляется возможность решения более широкого круга задач. С появлением персональных компьютеров стало возможным применять вычислительные средства для управления работой средних и мелких организаций. Сфера применения вычислительных средств увеличивается – коммерческие организации, банковский сектор, государственные учреждения, образовательные учреждения. Расширяется применение вычислительных средств в быту. Решение ряда задач потребовало создания информационного обеспечения. В результате технические, программные, информационные средства стали объединять в систему, а так как основная функция этой системы вычислительная, то и систему стали называть вычислительной [5, стр. 14].

Рассмотрим задачи, решаемые вычислительными системами, виды вычислительных систем для последующего правильного выбора состава вычислительной системы.

Объединим задачи в следующие группы – вычислительные задачи, задачи управления и задачи искусственного интеллекта.

Вычислительные задачи связаны с научно-техническим развитием. Это задачи проектирования новой техники, моделирование сложных процессов. Данные задачи требуют применения широкого спектра математического аппарата. Первоначально вычислительные системы создавались для автоматизации вычислений. Для решения этих задач требуется высокое быстродействие вычислительной системы.

Следующая группа задач, это задачи управления. Сюда относится управление снабжением, управление производством, управление сбытом, маркетинговые задачи, финансовое управление. Для решения этих задач требуется высокая надежность работы вычислительной системы.

Следующая группа задач, это задачи искусственного интеллекта – робототехника, перевод текстов с одного языка на другой, прогнозирование, моделирование сложных процессов. Решение этого типа задач предполагает параллельную обработку информации.

Таким образом, для решения определенного вида задач требуется различный состав и архитектура вычислительной системы.

Далее создание вычислительной системы предполагает достижение определенных целей. Это может быть следующее:

- повышение быстродействия вычислений;

- повышение достоверности вычислений;

- повышение надежности обработки и хранения данных;

- увеличение эффективности использования технических средств за счет более полной их загрузки;

- увеличение производительности вычислений путем распределения различных этапов вычислительного процесса по различным техническим средствам;

- увеличение количества функций, выполняемых программно-техническими средствами.

В зависимости от решаемой задачи различают следующие виды вычислительных систем [5, стр. 42]:

- локальные вычислительные системы;

- распределенные вычислительные системы;

- универсальные или специализированные вычислительные системы;

- однопроцессорные или многопроцессорные вычислительные системы;

- вычислительные системы индивидуального или коллективного пользования;

- однопрограммные или многопрограммные вычислительные системы.

Таким образом, для решения задач необходимо создать вычислительную систему, состоящую из технических средств, математического и информационного обеспечения.

Технические средства – устройства, выполняющие функции приема данных, обработки данных, передачи данных, хранения данных.

Математическое обеспечение – программные средства, использующее математический аппарат для управления работой технических средств [4, стр. 4].

Информационное обеспечение – базы данных и другие источники информации, используемые программными средствами для выполнения поставленных задач.

Выводы: во введении определены цели и задачи курсовой работы, указана актуальность темы, рассмотрена историография вычислительных систем, рассмотрены задачи, решаемые вычислительными системами, рассмотрены виды вычислительных систем.

Глава 1. Состав технических средств вычислительных систем

Состав вычислительной системы образует ее конфигурацию, причем отдельно техническую и программную конфигурацию [2, стр.168]. Распределим технические средства на следующие группы [4, стр. 193]:

- вычислительные средства, выполняющие функции обработки данных, т.е. электронно-вычислительная машина (компьютер) [4, стр. 13];

- внешние устройства, выполняющие функции управления данными, отображение данных, ввода-вывода данных, долговременного хранения данных;

- телекоммуникационные (сетевые) устройства, выполняющие функции передачи данных между компьютерами;

- каналы связи, устройства связывающие компьютеры между собой.

При формировании архитектуры вычислительной системы необходимо, чтобы выполнялась программно-техническая совместимость элементов системы. Техническая совместимость означает, что:

- подключаемые друг к другу технические средства имеют единые стандартные средства соединения (кабели, разъемы, единое назначение проводов в них);

- параметры электрических сигналов между аппаратурой должны быть едиными по амплитуде, длительности импульсов, полярности;

- различные последовательности электрических сигналов не должны противоречить друг другу (единый протокол обмена).

Отдельные устройства объединяются в вычислительные сети. Устройства, объединенные в единое целое в относительно небольшом пространстве (здание, помещение) образуют локальную вычислительную сеть [15, стр. 22]. Если устройства, входящие в вычислительную сеть, разнесены между собой на большие расстояния и объединены в работе каналами связи, то такие устройства образуют распределенную вычислительную сеть. По назначению вычислительные системы разделяют на универсальные и специализированные, предназначенные для решения узкого круга задач, например, бортовые вычислительные системы летательных аппаратов [2, стр.166]. Согласование в работе отдельных устройств вычислительной системы осуществляется с помощью интерфейса. Стандарты на интерфейсы образуют протоколы обмена данными. Интерфейсы разделяются на последовательные (передача сигналов последовательно по одному каналу) и параллельные (одновременная передача нескольких сигналов по нескольким каналам). Параллельные интерфейсы технически более сложные, однако их производительность более высокая. Скорость работы интерфейсов измеряется бит в секунду (бит/с). Аналогично скорость передачи данных в каналах связи измеряется бит в секунду (бит/с). Рассмотрим назначение отдельных технических устройств, входящих в вычислительные системы. Группировка устройств приведена в Приложении 1 «Состав технических средств вычислительных систем».

Процессор это центральная часть вычислительной системы, который выполняет арифметические функции, логические функции, временное хранение данных во внутренних регистрах, обмен данными внутри процессора. Остальные устройства вычислительной системы выполняют вторичные функции по отношению к процессору, т.е. вводят данные в процессор, отображают на экране, распечатывают данные, полученные от процессора, передают данные от процессора пользователям вычислительной системы. Для повышения производительности в вычислительных системах могут быть установлены несколько процессоров. В этом случае выполняются одновременно несколько частей одной задачи или выполняется многозадачный режим (выполняется одновременно несколько задач).

Оперативная память (ОЗУ, RAM) используется для оперативного (быстрого доступа) хранения и обмена информацией с другими устройствами компьютера [17, стр. 9].

Постоянная память (ПЗУ, ROM) в составе компьютера используется для хранения данных и программ.

Устройства ввода/вывода (I/O) используются для связи процессора с внешними устройствами.

Системная шина это несколько проводов, объединяющих различные устройства вычислительной системы между собой (процессор, оперативная память, контроллеры, дисководы, внутренняя постоянная память и другие). В состав системной шины входит: шина данных, адреса, шина управления, шина питания [5, стр. 86]. Передача информации между устройствами осуществляется по одним и тем же шинам, по обеим направлениям, но в разное время (мультиплексированный режим). Все устройства, подключенные к шине, имеют единый алгоритм (протокол) обмена информацией по шине [7, стр. 27].

Дисководы используются для записи информации на внешние носители (диски, дискеты) и считывания информации с внешних накопителей [16, стр. 20].

Дисплеи (мониторы, экраны) это устройства, предназначенные для отображения информации. Мониторы можно разделить на мониторы с использованием электронно-лучевых трубок (кинескопов) и на мониторы с плоским экраном (плазменные, люминесцентные, жидкокристаллические). Мониторы с плоским экраном имеют малый вес и размеры, незначительное потребление электроэнергии, длительной срок использования. В них отсутствует рентгеновское излучение.

Клавиатура используется для ручного ввода информации в компьютер.

Графический планшет (дигитайзер) используется для ручного ввода графической информации.

Манипулятор типа "мышь" используется для обработки информации на экране компьютера (выделение, перемещение, форматирование и другие). Кроме манипулятора типа «мышь» к устройствам управления курсором относятся джойстик, трекбол и другие [6, стр. 200].

Накопитель как внешнее устройство используется для записи/считывания информации в процессе выполнения какой-либо задачи [6, стр. 178]. В качестве накопителей используются накопители на гибких магнитных дисках (дискеты), накопители на жестких магнитных дисках (HDD), стриммеры, оптические запоминающие устройства (CD-диски, DVD-диски), твердотельные накопители (SSD). HDD состоят из одного или нескольких дисков, закрепленных на общей оси. Каждый диск обслуживает отдельная магнитная головка для записи/считывания информации. SSD работают на основе микросхем памяти и могут быть использованы вместо HDD [11, стр. 50]. В стриммерах запись информации осуществляется на магнитную ленту. В оптических запоминающих устройствах запись информации осуществляется на видеопластины. Внешние накопители используются также для резервирования данных с целью увеличения надежности работы вычислительной системы.

Принтеры используются для распечатки сформированной информации (документов). По типу печати принтеры разделяются на матричные, струйные, лазерные. По цветовой гамме принтеры разделяются на цветные и черно-белые. Матричные принтеры только черно-белые.

Графопостроитель (плоттер) используется для распечатки карт, чертежей, схем, графической информации с большой точностью.

Сканеры используются для преобразования распечатанных документов в электронный вид [6, стр. 171]. В сканере поверхность изображения освещается перемещающимся световым лучом, а фотоэлемент воспринимает отраженный свет и преобразует его в электрический сигнал. Далее аналоговый сигнал преобразуется в цифровой и поступает в компьютер. Принтеры и сканеры могут быть как отдельными устройствами так и устройствами, в которых объединены функции принтера, сканера и копировального устройства.

Акустические системы используются для воспроизведения звуковой информации. Акустические системы могут быть как встроенные, так и внешние [10, стр. 12]. Кроме того, акустические системы разделяются на пассивные и активные. Пассивные акустические системы не имеют усилителя и подключаются непосредственно к звуковой карте.

Мультиплексоры передачи данных (МПД) это устройства, предназначенные для распределения передачи данных от ЭВМ к различным пользователям, в том числе для удаленных ЭВМ по схеме ЭВМ-МПД-модем-канал связи-модем-пользователь (от 1 до N) или ЭВМ1-МПД-модем-канал связи-модем-МПД-ЭВМ2.

Модемы это устройства преобразующие сигнал ЭВМ в форму сигнала пригодную для передачи по каналам связи и, наоборот, для преобразования сигнала, полученного из канала связи в форму сигнала пригодного для обработки в ЭВМ.

Сетевой контроллер обеспечивает компьютеру возможность обмениваться данными с другими устройствами вычислительной сети.

Коммутатор (switch) используется для соединения нескольких устройств вычислительной сети [2, стр.107].

Репитеры используется для усиления сигнала в каналах связи вычислительной сети.

Межсетевой экран (брандмауэр) используются для контроля сетевой безопасности и правила доступа [1, стр. 120].

Маршрутизатор (роутер) используется для управления потоками данных в локальной или распределенной вычислительной сети. Маршрутизаторы используют таблицы маршрутизации для определения адреса назначения при передаче пакета данных. В процессе работы маршрутизаторы оптимизируют маршрут, фрагментирует пакеты данных [2, стр. 105].

Каналы связи используются для удаленного подключения пользователей к вычислительной системе или для передачи данных между ЭВМ, удаленных друг от друга на большие расстояния, но относящихся к одной или разным вычислительным системам. Это могут быть телефонные линии связи, линии оптоволоконной связи, радиоканал.

Отдельные устройства объединяются в электронно-вычислительные машины (компьютеры). ЭВМ разделяются на аналоговые и цифровые. По количеству решаемых задач, по объему памяти, по быстродействию ЭВМ можно распределить по следующим группам:

- многопользовательские ЭВМ с централизованной обработкой данных, с большим объемом базы данных;

- ЭВМ для научных исследований;

- ЭВМ для обработки финансовой информации;

- ЭВМ для малого бизнеса и для индивидуального пользования.

Конструктивно некоторые элементы компьютеров (системная или материнская плата, дисководы, блок питания, разъемы и другие устройства) могут объединяться в системные блоки [5, стр.91].

Вычислительные машины, управляющие определенными ресурсами системы образуют так называемые серверы (WEB серверы, серверы приложений, файл серверы, коммуникационные серверы и другие). Кроме того, серверы могут выполнять функции хранения информации общего пользования.

Выводы: в настоящей главе рассмотрены технические средства, входящие в состав вычислительных систем. Разработка новых технических средств, совершенствование существующих технических средств (повышение быстродействия, увеличение объема памяти) позволяет решать более широкий круг задач. Становится актуальной проблема выбора состава технических средств для оптимизации параметров вычислительных систем, например, повышение производительности при минимизации стоимости.

Глава 2. Математическое обеспечение вычислительных систем

Для решения различных задач, управления потоками информации в вычислительных сетях применяются математические методы – моделирование процессов управления, математическое программирование, теория массового обслуживания, оптимизационные методы, статистические методы, различные алгоритмы обработки информации и другие [5, стр. 38]. Математические методы реализуются в программных средствах, которые разделяются на системные и прикладные [5, стр. 339]. Системные программные средства – операционная система, драйверы устройств, обеспечивающие работоспособность конкретных устройств. Прикладные программные средства – программные средства, обеспечивающие выполнение конкретной задачи пользователя. Разработка программных средств проводится с помощью языков программирования. Рассмотрим виды системного и прикладного программного обеспечения вычислительных систем.

В системное программное обеспечение входит:

Операционная система это комплекс программ, предназначенных для управления ресурсами компьютера и для взаимодействия с пользователями вычислительной системы. Виды операционных систем – MS-DOS, Windows, Apple Mac OS X, Linux, Android. MS-DOS одна из первых операционных систем. В настоящее время среди пользователей популярна операционная система Windows. Разработано несколько версий операционной системы Windows [14, стр. 16]. Современные операционные системы позволяют обеспечить многозадачные и многопользовательские режимы работы вычислительных систем.

BIOS это программа первоначальной загрузки компьютера. Программа BIOS записана в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) и начинает выполняться сразу после включения компьютера. При этом BIOS выполняет проверку работоспособности оборудования компьютера, проводит тестирование оборудования компьютера, применяет настройки оборудования компьютера, передает операционной системе управление последующей загрузки.

Драйверы устройств это программные средства, предназначенные для подключения и настройки параметров внешних (периферийных) устройств.

Диспетчер файлов (проводник) это программа, обеспечивающая удобство в работе с файлами и папками (Windows Commander). Программа позволяет копировать, удалять, перемещать файлы и папки файлов.

Архиватор это программа, предназначенная для создания архива. Архивные файлы имеют повышенную плотность записи, поэтому объем архивного файла меньше первоначального (WinRar, WinZip). Архиваторы позволяют как заархивировать, так и разархивировать файл.

Средства диагностики это программы, предназначенные для проведения диагностики программных и технических средств.

Средства коммуникации это программы, которые выполняют операции по управлению передачей данных в вычислительных сетях, например, позволяют устанавливать связь с удаленными компьютерами, обеспечивают передачу данных по электронной почте.

Средства компьютерной безопасности это программы, обеспечивающие защиту данных от повреждений, защиту компьютера от несанкционированного доступа [12, стр. 36].

Таким образом, системные программные средства обеспечивают взаимодействие различных частей вычислительной системы между собой и подготавливают вычислительную систему для решения конкретных задач пользователями с помощью прикладных программных средств.

В прикладное программное обеспечение входит:

Текстовые редакторы это программы, предназначенные для ввода, редактирования, форматирования текста (WORD). Текстовые редакторы позволяют размещать в документе графики, таблицы и другие объекты. Наиболее мощные текстовые редакторы используются для подготовки к изданию печатной продукции – книг, журналов [6, стр. 236].

Табличные редакторы это программы, позволяющие формировать таблицы данных (Excel). Данные записываются в таблицы в различных форматах (текстовые, числовые и другие). Ячейки таблицы могут быть связаны друг с другом. Данные, записанные в ячейках таблицы, могут обрабатываться с помощью различных функций (арифметические, логические и другие). Табличные редакторы используются для формирования, обработки статистической информации, для формирования бухгалтерской, финансовой отчетности, для проведения экономических расчетов [6, стр. 237].

Графические редакторы это программы, предназначенные для создания и обработки графических изображений. Элементы графики – линии, точки, окружности, кривые, прямоугольники. При формировании изображений используются различные шрифты, цвета, форматы [6, стр. 238].

Системы автоматизированного проектирования это программы, предназначенные для автоматизации проектно-конструкторских работ. Данные программы применяются в архитектуре, приборостроении, машиностроении. При проектировании готовые конструктивные элементы могут быть выбраны из базы данных с помощью программы.

Система электронного документооборота это программа, предназначенная для хранения документов, учета документов, для организации процесса электронного согласования документов, для постановки задач и контроля за их исполнением (1С:Документооборот).

Системы управления базами данных (СУБД) это программы, предназначенные для управления базами данных, создания структуры базы данных, заполнения базы данных, передачи данных из одной базы данных в другую, поиска и форматирования данных. В данном случае базы данных представляют собой большие массивы данных, формированные в табличные структуры. На основании информации, хранящейся в базах данных, могут формироваться различные стандартные отчеты. Кроме того, СУБД позволяют обрабатывать нестандартные запросы пользователей. СУБД поддерживают диалоговый режим работы с пользователями [6, стр. 238].

Системы обработки финансово-экономической информации это программы, предназначенные для ввода, хранения, формирования финансовых документов, проведения аналитических исследований финансового состояния объекта. К программам данного типа относятся бухгалтерские программы, банковские программы, программы для финансово-экономического планирования.

Программы технического обслуживания это программы, предназначенные для проверки работоспособности, настройки, диагностики технических средств вычислительной сети [6, стр. 239]. К ним относятся диагностические программы, проверочные тест-программы, наладочные программы. Периодическое использование тест-программ позволяет повысить достоверность результатов обработки информации [13, стр. 65].

Для обеспечения работоспособности программно-технических средств вычислительных систем кроме технической совместимости должно быть выполнено условие программной совместимости [3, стр. 20]. При программной совместимости команды программных средств выполняются всеми устройствами вычислительной системы. Для обеспечения программной совместимости вновь разрабатываемые программные средства выполняются на более ранних моделях технических средств и, наоборот, более ранние версии программных средств не могут выполняться на вновь разработанных моделях технических средств.

Выводы: в настоящей главе рассмотрен состав программного обеспечения вычислительных систем. Приведенный состав не является исчерпывающим. Разработка новых технических средств и постановка новых задач приводит к необходимости постоянного совершенствования существующих программных средств и к разработке новых программных средств.

Глава 3. Информационное обеспечение вычислительных систем

Информационное обеспечение представляет собой совокупность информационных баз, унифицированной системы документации и системы классификации информации [8, стр. 15]. В состав информации входят массивы данных, документы и сообщения [8, стр. 18].

Для работы различных предприятий и организаций или для работы некоторых программных средств требуется информационное обеспечение в состав которого входят базы данных нормативных документов, переводчики с одного языка на другой, словари для проверки орфографии, классификаторы, базы данных предприятий и организаций. Пополнением и распространением различных баз данных информационного обеспечения занимаются специализированные организации или базы данных создаются непосредственно на предприятиях и организациях в зависимости от вида их деятельности. Информационное обеспечение требуется юридической службе, аудиторам, бухгалтерии предприятий и организаций. Информационное обеспечение также требуется для принятия управленческих решений на предприятиях и организациях. Базы данных могут размещаться на носителях вычислительной системы конкретного предприятия или может быть организован доступ по телекоммуникационным каналам связи к базам данных других предприятий и организаций. Это базы данных коллективного пользования. Примерами таких баз данных является Единый государственный реестр юридических лиц (ЕГРЮЛ), Единый государственный реестр недвижимости (ЕГРН). Особенностью информационного обеспечения является постоянное пополнение базы данных новой информацией, новыми документами. Для создания возможности пользования базами данных различными вычислительными системами необходимо обеспечить информационную совместимость, которая предполагает единые алфавиты, форматы, разрядность, структуру данных. К информационному обеспечению предъявляются требования достаточной полноты и отсутствие противоречивости в данных. Эффективность информационного обеспечения определяется следующими показателями: содержательность, репрезентативность, доступность, достаточность, достоверность, точность, актуальность [5, стр. 25].

Объем информации в базах данных вычислительных систем постоянно увеличивается [5, стр. 17].

При выборе состава информационного обеспечения вычислительной системы необходимо учитывать следующее: объем документооборота, формы документов, информационные связи между пользователями, состояние нормативно-справочной информации, организация обмена информацией на всех уровнях управления предприятием, обеспечение информацией, необходимой для планирования производства [8, стр. 7]. Информационное обеспечение предполагает сбор, передачу, обработку, анализ информации и принятие на основании этого управленческих решений [8, стр. 9]. Источники информации могут быть как внешние, так и внутренние по отношению к предприятию.

Рассмотрим применяемые на практике некоторые виды информационного обеспечения.

Базы данных нормативных документов (например: Консультант Плюс, Гарант) содержат документы, относящиеся к законодательству Российской Федерации (Кодексы, Постановления и Письма государственных органов, формы документов, утвержденные государственными органами, различные Методические указания, пояснения и комментарии законодательства, документы арбитражной практики и другие документы).

Переводчики (например: ABBYY Lingvo, Ectaco, PROMT) обеспечивают перевод текста с одного языка на другой. В зависимости от языка перевода выбирается тот или иной словарь. Перевод может осуществляться как одного слова, так и предложения в целом.

Словари необходимы для проверки орфографии в созданном тексте. Для этого элементы исходного текста сравниваются с эталонными данными, размещенными в словарях.

База данных предприятий и организаций (ЕГРЮЛ) содержит сведения о юридических лицах, зарегистрированных в Российской Федерации. Пополнением базы данных и внесением изменений в базу данных занимаются Инспекции федеральной налоговой службы (ИФНС). В состав базы данных входят сведения о руководителе, об участниках юридического лица, о величине уставного капитала, об изменениях в учредительных документах юридического лица, о финансовом состоянии юридического лица, о дате регистрации и постановке на учет юридического лица.

Выводы: в данной главе рассмотрено информационное обеспечение вычислительных систем. В отличие от технического и программного обеспечения, которые не требуют достаточного частого обновления, информационное обеспечение постоянно дополняется новыми документами и другой информацией, требующейся пользователям в процессе производственной деятельности.

Глава 4. Свойства вычислительных систем

Выбор состава технических и программных средств определяет численные показатели свойств вычислительной сети. Компьютер, имеющий процессор более быстродействующий обеспечивает увеличение производительности вычислительной системы. Увеличение внешней памяти компьютеров позволяет проводить резервное копирование данных, что увеличивает надежность работы вычислительной системы. Немаловажное значение в вычислительных системах имеет такое свойство как соотношение стоимости и производительности. Программные средства, обеспечивающие многозадачный режим работы позволяют увеличить производительность вычислительной системы [3, стр. 15]. Рассмотрим основные свойства вычислительных систем.

Производительность определяется количеством задач, выполняемых вычислительной системой в единицу времени и характеризует мощность вычислительной системы [2, стр. 171]. На производительность влияет быстродействие устройств, входящих в состав вычислительной системы, объем оперативной и внешней памяти, последовательность выполнения задач, скорость передачи данных по каналам связи. Производительность может быть повышена применением многозадачного режима работы и параллельной обработкой информации [1, стр.13].

Немаловажное значение в вычислительных системах имеет такое свойство как соотношение стоимости и производительности. В стоимость вычислительных систем входит стоимость технических средств и стоимость программного обеспечения. Стоимость и производительность компьютера связаны квадратичной зависимостью (закон Гроша) [6, стр. 249]:

С_К = К * П²_К

где:

С_К – стоимость компьютера;

К – коэффициент пропорциональности;

П_К – производительность компьютера.

Стоимость и производительность вычислительной системы связаны линейной зависимостью:

С_С = К * (П_К1 + …… + П_Кi)

где:

С_С – стоимость вычислительной системы;

К – коэффициент пропорциональности;

П_Кi – производительности компьютеров, входящих в состав вычислительной системы.

Загрузка устройств, входящих в состав вычислительной системы определяется соотношением времени работы данного устройства к времени работы системы. Увеличение загрузки устройств позволяет увеличить производительность вычислительной системы [3, стр. 27].

Временные свойства вычислительной системы определяются временем выполнения задачи и временем ожидания. Время выполнения задачи это промежуток времени от момента поступления задачи в вычислительную систему до момента окончания выполнения задачи вычислительной системой. Время ожидания это промежуток времени в течение которого задача ожидает предоставление ей необходимых ресурсов вычислительной системой. Таким образом, временные свойства определяют быстроту реакции вычислительной системы на поступающие задания.

Надежность определяет способность вычислительной системы выполнять задачи [5, стр. 644]. Надежность зависит от работоспособности технических средств, входящих в состав вычислительной системы. Работоспособность нарушается при отказе отдельных элементов технических средств. Интенсивность отказов определяется числом отказов в единицу времени. Промежуток времени между отказами определяется средним временем наработки на отказ (Т1). Работоспособность вычислительной системы восстанавливается в результате выполнения ремонтных работ. Время выполнения ремонтных работ или время восстановления работоспособности вычислительной системы (Т2) зависит от сложности вычислительной системы, от наличия и возможностей диагностического оборудования и диагностических программных средств. Коэффициент готовности К = Т1 / (Т1 + Т2) определяет вероятность возникновения отказов в вычислительной системе [2, стр. 171]. Надежность повышается резервированием элементов вычислительной системы.

Отказоустойчивость определяет способность вычислительной системы продолжать функционирование при отказе одного или нескольких элементов вычислительной системы [2, стр. 171]

Достоверность определяется вероятностью наличия ошибок в результатах выполнения задач [5, стр.391]. Ошибки могут возникать в следующих случаях:

- ошибки при вводе данных (операторские ошибки и сбой в работе технических средств);

- ошибки в алгоритмах обработки данных, т.е. в программных средствах;

- ошибки, возникающие при передачи данных по каналам связи из-за наличия шумов в каналах связи;

- ошибки при выводе полученной информации на бумажные или электронные носители.

Ошибки могут быть обнаружены различными методами, например, с помощью контрольных сумм.

Избыточность определяется наличием средств и возможностей вычислительной системы сверх необходимых для выполнения заданных функций [5, стр. 652].

Точность вычислений определяется разрядностью устройств, входящих в состав вычислительных систем [6, стр. 13]. При выполнении математических расчетов требуется высокая точность. Обработка текстов высокой точности не требует.

Экономическая эффективность вычислительной системы определяется отношением прибыли, получаемой от использования вычислительной системы к затратам на создание и эксплуатацию вычислительной системы [5, стр. 688].

Выводы: в настоящей главе рассмотрены свойства вычислительных систем. Как следует из вышесказанного, показатели свойств вычислительных систем зависят от состава технических и программных средств, а также от вида задач, которые выполняет вычислительная система. Для улучшения показателей применяются более совершенные технические средства с высокими значениями технических характеристик (быстродействие, объем памяти и другие). Однако, стоимость вычислительной системы при этом увеличивается. Поэтому при выборе состава вычислительной системы необходимо учитывать соотношение «цена – качество».

Глава 5. Вычислительная система на примере ООО «ХХХ»

Составим вычислительную систему условной коммерческой организации ООО "ХХХ". Для выбора состава вычислительной системы определим исходные данные (техническое задание) на основании которых будет создаваться вычислительная система:

- вид деятельности: консалтинговые услуги;

- численность сотрудников: 5 сотрудников;

- состав программного обеспечения: системное программное обеспечение, текстовый и графический редактор, программа бухгалтерского учета, программа телекоммуникационной связи с обслуживающим банком и с налоговой инспекцией;

- состав информационного обеспечения: база данных правовой информации.

Рабочее место каждого сотрудника оснастим компьютером, монитором, клавиатурой и манипулятором типа "мышь". Выберем компьютер LENOVO ThinkCentre M600 TINY, Intel Pentium J3710, DDR3 4Гб, 500Гб, Intel HD Graphics 405 со следующими основными характеристиками: процессор Intel Pentium J3710, частота процессора 1.6 ГГц (2.64 ГГц в режиме Turbo), оперативная память SO-DIMM, DDR3 4096 Мб, видеокарта Intel HD Graphics 405, HDD 500 Гб, 7200 об/мин, Wi-Fi; Bluetooth. Выберем Монитор HP 24w (1CA86AA) со следующими основными характеристиками: диагональ экрана 23.8"(60 см), разрешение 1920x1080 Пикс, яркость 250 кд/кв. м, динамическая контрастность 5 000 000:1, тип матрицы IPS, интерфейс связи с компьютером D-Sub; HDMI. Выберем клавиатуру Apple MB110RU/B со следующими основными характеристиками: количество клавиш 110, проводное подключение к компьютеру через порт USB 2.0. Выберем манипулятор типа «мышь» проводной Lenovo 300 USB (GX30M39704).

Для распечатки, сканирования и ксерокопирования сотрудниками документов выберем многофункциональное устройство (МФУ) HP LaserJet Pro M177fw (CZ165A) со следующими основными характеристиками: тип принтера лазерный, формат печати A4, разрешение печати 600x600 dpi, скорость печати до 16 стр./мин., тип сканера планшетный, формат оригинала A4, разрешение сканирования 1200 х 1200, скорость сканирования до 7,5 стр./мин., разрешение копира 300x300 dpi. МФУ применяется в режиме коллективного пользования.

Базы данных и программное обеспечение общего пользования разместим на сервере HPE ProLiant MicroServer Gen10 1xX3216 1x8Gb x4 3.5" SATA 1G 2P 1x200W 2xDisplayPort со следующими основными характеристиками: модель процессора X3216, частота процессора 3 Ггц, оперативная память DDR4 объемом 32 Гб.

Для соединения компьютеров сотрудников и МФУ с сервером выберем коммутатор (switch) TP-LINK TL-SG 108 с количеством портов коммутатора 8 x Ethernet 10/100/1000 Мбит/сек.

Для передачи данных через интернет выберем маршрутизатор (роутер) TP-Link TL-WR840N со следующими основными характеристиками: количество антенн 2, антенна внешняя, коэффициент усиления антенны 5 dBi, количество LAN портов 4, стандарты Wi-Fi 802.11b/g/n, диапазон частот 2.4 ГГц.

Схема сформированной вычислительной системы приведена в Приложении 2.

Системное программное обеспечение – операционная система Windows8.

В состав прикладного программного обеспечения входит:

- программа бухгалтерского учета «1С:Бухгалтерия», предназначенная для ведения бухгалтерского и налогового учета в организации;

- программа «Контур Экстерн», предназначенная для сдачи отчетности в налоговую инспекцию, в управление статистики и во внебюджетные фонды;

- программа «Банк-Клиент», предназначенная для передачи платежных поручений в обслуживающий организацию банк и для получения банковских выписок;

- программа Microsoft Office, используется текстовый и табличный редактор для составления документов и для составления расчетных таблиц.

В состав информационного обеспечения входит правовая база данных «Консультант Плюс», предназначенная для обеспечения сотрудников юридической информацией, нормативными документами.

Выводы: в настоящей главе рассмотрен состав вычислительной системы условной коммерческой организации. Составлена схема соединения технических средств в единое целое. Предложен состав программного и информационного обеспечения необходимого для обеспечения функционирования коммерческой организации. Состав прикладного программного обеспечения и информационного обеспечения может быть расширен при появлении новых видов деятельности в организации, т.е. вычислительная система является открытой.

Заключение

На процесс развития вычислительных систем влияют экономические факторы, а также возрастающая потребность в решении более широкого круга задач. Экономические факторы это снижение стоимости при увеличении производительности. Это достигается объединением различных программно-технических средств в единую систему, распределением ресурсов, обеспечением коллективного пользования распределенными ресурсами. При этом исключается дублирование информации у различных пользователей с одной стороны, и создаются единые базы данных, содержащие наиболее полную и достоверную информацию для многих пользователей с другой стороны. С объединением вычислительных ресурсов в вычислительную систему появляется возможность выполнения многозадачного режима работы с параллельной обработкой данных, что приводит к более полной загрузке вычислительных ресурсов и как следствие к сокращению времени обработки запросов, заданий в вычислительной системе. Создание в вычислительной системе единых баз данных, обеспечение доступа к этим базам данных большого количества пользователей позволяет расширить состав сервисных услуг для пользователей. Создание крупных вычислительных систем предполагает проведение унификации и стандартизации технических и программных средств. Так как вычислительные ресурсы распределены, то появляется необходимость в оптимизации загрузки вычислительных ресурсов. При подключении к вычислительной системе большого количества пользователей появляется необходимость в оптимальной маршрутизации пакетов данных в телекоммуникационной части вычислительной системы. Система диагностики должна своевременно обнаружить неисправность в технических средствах и перераспределить информационные потоки на другие технические средства таким образом, чтобы процесс выполнения задачи не прерывался.

В настоящее время для обеспечения конкурентоспособности экономики необходимо дальнейшее развитие вычислительных систем, в частности, создание вычислительных систем сверхвысокой производительности без которых невозможно: разработать изделия высокой сложности, разработать материалы с заданными свойствами, развивать перспективные технологии [9, стр. 10].

В настоящей курсовой работе исследован состав (Приложение 3) и свойства вычислительных систем. Цели и задачи курсовой работы выполнены. Актуальность курсовой работы подтверждается большими перспективами в развитии вычислительных систем. Информация, приведенная в настоящей курсовой работе может быть применена при создании вычислительных систем коммерческих организаций и других учреждений.

Библиография

1. С.Г. Бобков. Высокопроизводительные вычислительные системы. Москва.: НИИСИ РАН, 2014
2. А.Ю. Гребешков. Вычислительная техника, сети и телекоммуникации. Самара: ФГОБУ ВПО ПГУТИ, 2014
3. И.Ю. Митропольский. Концептуальный проект мультиархитектурной вычислительной суперсистемы. Москва: Техносфера, 2016
4. Ю.К. Ситников. Электронные вычислительные машины. Казань: КПФУ, 2014
5. В.Л. Бройдо. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. СПб.: Питер, 2004
6. А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. Москва: Финансы и статистика, 2004
7. С.И. Макаренко. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. Ставрополь: СФ МГГУ им. М.А. Шолохова, 2008
8. Г.П. Токмаков. Информационное обеспечение автоматизированных систем. Ульяновск: УГТУ, 2002
9. С.М. Абрамов, Е.П. Лилитко. Состояние и перспективы развития вычислительных систем сверхвысокой производительности. Информационные технологии и вычислительные системы. 2013 – вып.2
10. Д. Павлов. Мультимедийный театр формата 5.1. Мой друг компьютер. Вып.22 (249) октябрь 2016 г.
11. Джон Джекоби. Обзор SSD-накопителя. Мир ПК. Вып.8 август 2014 г.
12. А. Бережной. Обзор российских антивирусных систем. Системный администратор. Вып.11 (180) ноябрь 2017 г.
13. А. Сергеева. Особенности организации тестирования. Системный администратор. Вып.10 (167) октябрь 2016 г.
14. Как выглядела и менялась Windows. Мой друг компьютер. Вып.8 (261) апрель 2017 г.
15. Что такое локальная сеть? Мой друг компьютер. Вып.7 (156) март 2013 г.
16. Д. Костин. История развития компьютерных дисков. Мой друг компьютер. Вып.16 (243) август 2016 г.
17. Д. Ткаченко. Что такое оперативная память. Мой друг компьютер. Вып.8 (235) апрель 2016 г.

	Приложение 1
Состав технических средств вычислительных систем
Наименование группы технических средств	Состав группы технических средств
Электронно- вычислительная машина (компьютер)	процессор
	оперативная память
	контроллеры
	информационная шина
	накопитель на жестких дисках в составе компьютера
	дисководы
Внешние (периферийные) устройства	дисплей (монитор, экран)
	клавиатура
	манипулятор типа "мышь"
	устройства управления курсором
	накопитель на жестких дисках как внешнее устройство
	внешние накопители информации (дискеты, диски, флэшки, стриммеры)
	принтер
	сканер
	копировальное устройство
	графический планшет (дигитайзер)
	графопостроитель (плоттер)
	акустические системы
	фотокамеры, видеокамеры
	плееры, ТV-приемники
	специальные устройства систем мультмедиа
Телекоммуникационные (сетевые) устройства	мультиплексор передачи данных
	модемы
	коммутатор (switch)
	маршрутизатор (роутер)
	репитеры
	межсетевой экран (брандмауэр)
	сетевой контроллер
Каналы связи	проводные, беспроводные
	аналоговые, цифровые
	выделенные, коммутируемые

Приложение 2
Вычислительная система условной коммерческой организации ООО "ХХХ"
	СЕРВЕР
	коммутатор (switch)			компьютер 1
				компьютер 2
				компьютер 3
				компьютер 4
				компьютер 5
				МФУ
	маршрутизатор (роутер)
	интернет			банк
				налоговая инспекция

					Приложение 3
Состав вычислительной системы
вычислительная система
технические средства			математическое обеспечение		информационное обеспечение
вычислительные средства	средства связи	рабочие места пользователей	системные программные средства	прикладные программные средства
периферийные устройства