Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

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

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ.

В данной теме мы рассмотрим основы и применения вычислительных систем и в некоторых сфера таких как автоматизация рабочих мест и медицине.

Вычисление можно рассматривать как чисто физическое явление, происходящее внутри замкнутой физической системы, называемой компьютером. Примеры таких физических систем включают цифровые компьютеры, механические компьютеры, квантовые компьютеры, ДНК-компьютеры, молекулярные компьютеры, компьютеры на основе микрожидкостей, аналоговые компьютеры или сетевые оборудования. Эта точка зрения была принята физикой вычислений, разделом теоретической физики, а также областью естественных вычислений.

Исследования в области вычислительных систем сосредоточены на разработке вычислительных моделей, использовании вычислительных ресурсов в параллельных распределенных средах, базах данных, графических представлениях и т.д. Разработка методов вычислительного интеллекта и интеллектуального анализа данных для моделирования сложных систем была основным направлением исследований. Работа в основном связана с разработкой алгоритмов, основанных на нечеткой логике, нейронных сетях, машинах опорных векторов, генетических алгоритмах и методах оптимизации, вдохновленных природой. Эти методы широко применяются в большинстве областей знаний, позволяя разрабатывать партнерские проекты с другими исследовательскими областями.

Вычислительные методы, до сих пор ограничивавшихся детерминированными решениями, начали работать с неопределенностями. Начиная с девяностых годов, эволюция алгоритмов и увеличение вычислительной мощности компьютеров позволили разработать надежные модели из баз данных. В последнее время исследования были сосредоточены на извлечении знаний из больших коллекций документов.

Исследования вычислительных систем и технологий поддерживаются Агентством перспективных исследовательских проектов обороны, разведывательной деятельностью по перспективным исследовательским проектам, Министерством энергетики, Национальным научным фондом, Управлением военно-морских исследований, Министерством обороны и Государственным департаментом.

Состав вычислительных систем

Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Аппаратные и программные средства вычислительной техники принято рассматривать отдельно. Соответственно, отдельно рассматривают аппаратную конфигурацию вычислительных систем и их программную конфигурацию. 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. Критериями выбора аппаратного или программного решения являются производительность и эффективность. Обычно принято считать, что аппаратные решения в среднем оказываются дороже, зато реализация программных решений требует более высокой квалификации персонала.

К аппаратному обеспечению вычислительных систем относятся устройства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию — аппаратную конфигурацию, необходимую для исполнения конкретных видов работ, можно собирать из готовых узлов и блоков.

По способу расположения устройств относительно центрального процессорного устройства (ЦПУ— Central Processing Unit, CPU) различают внутренние и внешние устройства. Внешними, как правило, являются большинство устройств ввода-вывода данных (их также называют периферийными устройствами) и некоторые устройства, предназначенные для длительного хранения данных.

Согласование между отдельными узлами и блоками выполняют с помощью переходных аппаратно-логических устройств, называемых аппаратными интерфейсами. Стандарты на аппаратные интерфейсы в вычислительной технике называют протоколами. Таким образом, протокол — это совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками устройств для успешного согласования их работы с другими устройствами.

Многочисленные интерфейсы, присутствующие в архитектуре любой вычислительной системы, можно условно разделить на две большие группы: последовательные и параллельные. Через последовательный интерфейс данные передаются последовательно, бит за битом, а через параллельный — одновременно группами битов. Количество битов, участвующих в одной посылке, определяется разрядностью интерфейса, например восьмиразрядные параллельные интерфейсы передают один байт (8 бит) за один цикл.

Параллельные интерфейсы обычно имеют более сложное устройство, чем последовательные, но обеспечивают более высокую производительность. Их применяют там, где важна скорость передачи данных: для подключения печатающих устройств, устройств ввода графической информации, устройств записи данных на внешний носитель и т. п. Производительность параллельных интерфейсов измеряют байтами в секунду (байт/с; Кбайт/с; Мбайт/с).

Устройство последовательных интерфейсов проще; как правило, для них не надо синхронизировать работу передающего и принимающего устройства (поэтому их часто называют асинхронными интерфейсами), но пропускная способность их меньше и коэффициент полезного действия ниже, так как из-за отсутствия синхронизации посылок полезные данные предваряют и завершают посылками служебных данных, то есть на один байт полезных данных могут приходиться 1-3 служебных бита (состав и структуру посылки определяет конкретный протокол).

Поскольку обмен данными через последовательные устройства производится не байтами, а битами, их производительность измеряют битами в секунду (бит/с, Кбит/с, Мбит/с). Несмотря на кажущуюся простоту перевода единиц измерения скорости последовательной передачи в единицы измерения скорости параллельной передачи данных путем механического деления на 8, такой пересчет не выполняют, поскольку он не корректен из-за наличия служебных данных. В крайнем случае, с поправкой на служебные данные, иногда скорость последовательных устройств выражают в знаках в секунду или, что тоже самое, в символах в секунду (с/с), но эта величина имеет не технический, а справочный, потребительский характер.

Последовательные интерфейсы применяют для подключения «медленных» устройств (простейших устройств печати низкого качества, устройств ввода и вывода знаковой и сигнальной информации, контрольных датчиков, малопроизводительных устройств связи и т. п.), а также в тех случаях, когда нет существенных ограничений по продолжительности обмена данными (большинство цифровых фотокамер).

Рис. 1 – Взаимодействия программного и аппаратного обеспечения

Программы — это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы — управление аппаратными средствами. Даже если на первый взгляд программа никак не взаимодействует с оборудованием, не требует никакого ввода данных с устройств ввода и не осуществляет вывод данных на устройства вывода, все равно ее работа основана на управлении аппаратными устройствами компьютера.

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии (Рис. 1). Несмотря на то, что мы рассматриваем эти две категории отдельно, нельзя забывать, что между ними существует диалектическая связь, и раздельное их рассмотрение является по меньшей мере условным.

Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией. Между программами, как и между физическими узлами и блоками существует взаимосвязь — многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть, мы можем говорить о межпрограммном интерфейсе. Возможность существования такого интерфейса тоже основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимодействующих между собой уровней. Уровни программного обеспечения представляют собой пирамидальную конструкцию. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней. Такое членение удобно для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установки программ до практической эксплуатации и технического обслуживания. Обратите внимание на то, что каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы. Так, например, вычислительная система с программным обеспечением базового уровня не способна выполнять большинство функций, но позволяет установить системное программное обеспечение.

Базовый уровень является самым низким уровнем программного обеспечения, представляет базовое программное обеспечение. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Как правило, базовые программные средства непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, называемых постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ— Read Only Memory, ROM). Программы и данные записываются («прошиваются») в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.

В тех случаях, когда изменение базовых программных средств во время эксплуатации является технически целесообразным, вместо микросхем ПЗУ применяют перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ — Erasable and Programmable Read Only Memory, EPROM). В этом случае изменение содержания ПЗУ можно выполнять как непосредственно в составе вычислительной системы (такая технология называется флэш-технологией), так и вне ее, на специальных устройствах, называемых программаторами.

Системный уровень — переходный. Программы, работающие на этом уровне, обеспечивают взаимодействие прочих программ компьютерной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением, то есть выполняют «посреднические» функции.

1.1. Понятие вычислительных систем

Термин вычислительная система появился в начале - середине 60-х гг. при появлении ЭВМ III поколения. Это время знаменовалось переходом на новую элементную базу - интегральные схемы. Следствием этого явилось появление новых технических решений: разделение процессов обработки информации и ее ввода-вывода, множественный доступ и коллективное использование вычислительных ресурсов в пространстве и во времени. Появились сложные режимы работы ЭВМ - многопользовательская и многопрограммная обработка.

Под вычислительной системой (ВС) понимают совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенную для сбора, хранения, обработки и распределения информации.

Отличительной особенностью ВС по отношению к ЭВМ является наличие в них нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку. Создание ВС преследует следующие основные цели: повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных, повышение надежности и достоверности вычислений, предоставление пользователям дополнительных сервисных услуг и т.д.

Параллелизм в вычислениях в значительной степени усложняет управление вычислительным процессом, использование технических и программных ресурсов. Эти функции выполняет операционная система ВС.

В программном обеспечении ВС операционная система занимает основное положение, поскольку осуществляет планирование и контроль всего вычислительного процесса. Любой из компонентов программного обеспечения обязательно работает под управлением ОС.

В соответствии с условиями применения различают три режима ОС: пакетной обработки, разделения времени и реального времени.

В режиме пакетной обработки ОС последовательно выполняет собранные в пакет задания. В этом режиме пользователь не имеет контакта с ЭВМ, получая лишь результаты вычислений.

В режиме разделения времени ОС одновременно выполняет несколько задач, допуская обращение каждого пользователя к ЭВМ.

В режиме реального времени ОС обеспечивает управление объектами в соответствии с принимаемыми входными сигналами. Время отклика ЭВМ с ОС реального времени на возмущающее воздействие должно быть минимальным.

1.2. История вычислительных систем

Известно, что компьютер был изобретен английским математиком Чарльзом Бэбиджем в конце восемнадцатого века. Его "аналитическая машина" так и не смогла но-настоящему заработать, потому что технологии того времени не удовлетворяли требованиям по изготовлению деталей точной механики, которые были необходимы для вычислительной техники. Известно также, что этот компьютер не имел операционной системы.

Рис.2 Компьютерная система 1940-х

Некоторый прогресс в создании цифровых вычислительных машин произошел после второй мировой войны. В середине 40-х были созданы первые ламповые вычислительные устройства (Рис.2). В то время одна и та же группа людей участвовала и в проектировании, и в эксплуатации, и в программировании вычислительной машины. Это была скорее научно-исследовательская работа в области вычислительной техники, а не использование компьютеров в качестве инструмента решения каких-либо практических задач из других прикладных областей. Программирование осуществлялось исключительно на машинном языке. Об операционных системах не было и речи, все задачи организации вычислительного процесса решались вручную каждым программистом с пульта управления. Программа загружалась в память компьютера с колоды перфокарт. Вычислительная система могла одновременно выполнять только одну операцию: операцию ввода-вывода или самовычисление. В конце этого периода появляется первое системное программное обеспечение. Возникают прообразы первых компиляторов символических языков, а в 1954г. Нет Рочестер разрабатывает ассемблер для IBM – 701. В целом первый период характеризуется крайне высокой стоимостью вычислительной системы, их малым количеством, и низкой эффективностью использования.

Рис.3 Компьютерная система 1950-х

С середины 50-х годов начался новый период в развитии вычислительной техники, связанный с появлением новой технической базы - полупроводниковых элементов (Рис.3). Компьютеры второго поколения стали более надежными, теперь они смогли непрерывно работать настолько долго, чтобы на них можно было возложить выполнение действительно практически важных задач. Снижается потребление электроэнергии. Совершенствуются системы охлаждения. Уменьшились размеры. Снизилась стоимость эксплуатации и обслуживания вычислительной техники. Использование компьютеров коммерческими фирмами. Именно в этот период произошло разделение персонала на программистов и операторов, эксплуатационщиков и разработчиков вычислительных машин.

Одновременно наблюдается бурное развитие алгоритмических языков (LISP, kobo, Alco -go,pl). Появляются первые настоящие компиляторы, редакторы связи, библиотеки математических и служебных подпрограмм. Упрощается процесс программирования, происходит деление персонала на программистов и операторов, специалистов и разработчиков вычислительных машин. Также изменяется сам процесс прогона программ. Теперь пользователь приносит программы с входными данными в виде колоды перфокарт и указывает необходимые ресурсы. Такая колода получила название задание. Оператор загружает задание в память машины и запускает её на выполнение. Полученные выходные данные печатаются на принтере. Процесс ввода, вычисления, вывода выходных данных длится продолжительное время. Смена запрошенных ресурсов вызывает приостановку выполнения программ, в результате процессор часто простаивает. Для повышения эффективности использования компьютера, задания с похожими ресурсами начинают собирать вместе, создавая пакет заданий.

Вывод: появляются первые системы пакетной обработки, которые просто автоматизируют запуск одной программы с пакета за другой и тем самым увеличивают коэффициент загрузки процессора. При реализации систем пакетной обработки был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе операторов какую работу он хочет выполнить на вычислительной машине. Системы пакетной обработки стали прообразом современных операционных систем. Они были первыми системными программами для управления вычислительными процессами.

Следующий важный период развития вычислительных машин относится к 1965-1980 годам. В это время в технической базе произошел переход от отдельных полупроводниковых элементов типа транзисторов к интегральным микросхемам, что дало гораздо большие возможности новому, третьему поколению компьютеров.

Рис.4 Компьютерная система IBM/360

Для этого периода характерно также создание семейств программно-совместимых машин. Первым семейством программно-совместимых машин, построенных на интегральных микросхемах, явилась серия машин IBM/360 (Рис. 4). Построенное в начале 60-х годов это семейство значительно превосходило машины второго поколения по критерию цена/производительность. Вскоре идея программно-совместимых машин стала общепризнанной.

Программная совместимость требовала и совместимости операционных систем. Такие операционные системы должны были бы работать и на больших, и на малых вычислительных системах, с большим и с малым количеством разнообразной периферии, в коммерческой области и в области научных исследований. Операционные системы, построенные с намерением удовлетворить всем этим противоречивым требованиям, оказались чрезвычайно сложными "монстрами". Они состояли из многих миллионов ассемблерных строк, написанных тысячами программистов, и содержали тысячи ошибок, вызывающих нескончаемый поток исправлений. В каждой новой версии операционной системы исправлялись одни ошибки и вносились другие.

Важнейшим достижением ОС данного поколения явилась реализация мультипрограммирования. Мультипрограммирование — это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются несколько программ. Пока одна программа выполняет операцию ввода-вывода, процессор не простаивает, как это происходило при последовательном выполнении программ (однопрограммный режим), а выполняет другую программу (многопрограммный режим). Когда операция ввода вывода заканчивается процессор возвращается к выполнению первой программы. Мультипрограммирование требует наличия в памяти нескольких программ одновременно, при этом каждая программа загружается в свой участок оперативной памяти, называемым разделом и не должен влиять на выполнение другой программы.

Появление мультипрограммирования требует настоящей революции в построении вычислительной системы, особую роль играет аппаратная поддержка, наиболее существенные особенности:

1) реализация защитных механизмов программ должны иметь доступ к распределению ресурсов, что приводит к появлению привилегированных и не привилегированных команд. Привилегированные команды могут исполняться только ОС. Например, команда ввода-вывода. При помощи реализации защитных механизмов переход управления от прикладных программ к ОС сопровождается контрольной сменой режима. Кроме того, эта защита памяти позволяет изолировать конкурирующие программы друг от друга.

2) наличие внешних и внутренних прерываний. Внешнее прерывание оповещает ОС о том, что произошло асинхронное событие завершилась операция ввода-вывода. Внутреннее прерывание возникает, когда выполнение программы привело к ситуации требующей вмешательства ОС.

3) развитие параллелиризма в архитектуре, прямой доступ к памяти и организация канала ввода- вывода позволила освободить центральный процессор от рутинных операций.

Не менее важна в мультипрограммировании роль ОС. Она отвечает за:

1) организацию интерфейса между прикладными и аппаратными программами при помощи системных вызовов.

2) операция очереди из задания в памяти и выделение заданию процессора планирование использования процессора.

3) переключение с одного задания на другое требует сохранение содержимого регистров структур данных необходимых для выполнения задания.

4) поскольку память является ограниченным ресурсом нужны стратегии управления памятью, т.е. надо упорядочить процесс размещения замещения и выборки информации.

5) организация хранения информации на внешних носителях в виде файлов доступ к ним только определенному пользователю.

6) из-за требования санкционированного обмена данных необходимо обеспечить средствами коммуникаций.

7) для корректного обмена данными необходимо разрешать конфликтные ситуации, возникающие при работе с различными ресурсами, надо снабдить систему средствами синхронизации.

Мультимедийные системы обеспечивают возможность более эффективного использования системных ресурсов, но они еще долго оставались пакетными. Пользователь не мог непосредственно взаимодействовать с заданием и должен был предусмотреть с помощью управляющих карт всевозможные ситуации. Отладка программы занимала много времени и переосмысление возможностей применение клавиатуры поставили на очередь решение этой проблемы. Логическим расширением систем мультимедиа стали системы распределения времени. В них процессор переключается между заданиями не только во время операции ввода-вывода, но и просто по прошествию определенного времени. Это позволяет:

1) пользователю взаимодействовать со своими программами во время их работы интерактивно.

2) работать нескольким пользователям одновременно на одном компьютерной системе, чтобы уменьшить количество ограничений была внедрена идея неполного нахождения исполняемой программы в оперативной памяти. Основная часть программы находилась на диске и фрагмент которой необходимо выполнить может быть загружен в оперативную память, а ненужный выкачен обратно на диск. Это реализуется с помощь механизмов виртуальной памяти, основным достоинством, которого является создания оперативной памяти неограниченной иллюзии.

3) записывать информацию на диск не использовать перфокарты, а непосредственно с клавиатуры.

Другое нововведение - спулинг (spooling). Спулинг в то время определялся как способ организации вычислительного процесса, в соответствии с которым задания считывались с перфокарт на диск в том темпе, в котором они появлялись в помещении вычислительного центра, а затем, когда очередное задание завершалось, новое задание с диска загружалось в освободившийся раздел.

Наряду с мультипрограммной реализацией систем пакетной обработки появился новый тип ОС - системы разделения времени. Вариант мультипрограммирования, применяемый в системах разделения времени, нацелен на создание для каждого отдельного пользователя иллюзии единоличного использования вычислительной машины.

Современные ВС сильно отличаются друг от друга своими возможностями и характеристиками, и этим обусловлено разнообразие признаков, по которым классифицируют ВС (напр., по типам и числу ЭВМ или процессоров, архитектуре системы, режимам работы, методам управления элементами системы). Так, ВС бывают разделимые (включающие несколько ЭВМ, которые способны работать независимо друг от друга) и неразделимые (или многопроцессорные, состоящие из процессоров, каждый из которых может выполнять свои функции только в составе ВС). Одним из видов неразделимых ВС являются кластеры, состоящие из нескольких связанных между собой ЭВМ, которые находятся в едином корпусе или соединены скоростным каналом связи.

ВС делят также на однородные и неоднородные. Однородная ВС строится на базе однотипных процессоров или ЭВМ, а неоднородная состоит из ЭВМ или процессоров различных типов. Выделяют многомашинные и многопроцессорные ВС. В многомашинных ВС каждый из процессоров имеет свою локальную оперативную память и работает, как правило, под управлением своей операционной системы, а в многопроцессорных ВС процессоры работают с общей оперативной памятью под управлением единой операционной системы. Также выделяют классы параллельных ВС: SMP (симметричная мультипроцессорная обработка данных – группа процессоров работает с общей памятью), MPP (ВС с массовым параллелизмом – процессоры, число которых практически не ограничено, работают каждый со своей памятью), NUMA (промежуточная архитектура, сочетающая свойства классов SMP и MPP).

Если в состав ВС кроме цифровых вычислительных машин входят аналоговые вычислительные машины, то она относится к гибридным ВС. Эти ВС обычно используются при моделировании сложных систем, динамических процессов и другое, например при разработке геолого-технологических моделей нефтяных и газовых месторождений, систем управления полётом самолёта.

В 1966 М. Флинн (США) предложил классифицировать ВС по числу потоков команд и потоков данных. Он выделил 4 класса:

1) SISD (один поток команд – один поток данных), к которому относятся системы с одним процессором;

2) SIMD (один поток команд – много потоков данных), включающий однородные векторные и матричные ВС;

3) MISD (много потоков команд – один поток данных);

4) MIMD (много потоков команд – много потоков данных), в котором каждый процессор работает по своей программе и со своими данными.

Эта классификация до сих пор актуальна, однако она не позволяет достаточно полно и точно охарактеризовать все виды ВС (например, потоковые), поэтому попытки более точно систематизировать всё разнообразие ВС продолжаются. Например, классификация Базу (США, 1987) основана на последовательном определении принятых при проектировании ВС решений: уровня параллелизма (данные, команды или задачи), метода реализации алгоритмов (аппаратный или программный), способа параллельного выполнения команд (конвейеризация или одновременное независимое), а также способа управления процессом выполнения команд (синхронный или асинхронный). Кришнамурти (Индия, 1989) предложил классифицировать ВС по четырём характеристикам: уровню параллелизма; способу реализации параллелизма (аппаратный или аппаратно-программный), топологии (матрица, линейный массив, тор, дерево, звезда и другие), степени связи процессоров (сильная, слабая, средняя) и механизму взаимодействия процессоров (посредством передачи сообщений, разделяемых переменных или по готовности операндов), способу управления (синхронный, асинхронный, потоком данных).

Важными вехами в развитии ВС стало создание таких систем, как ILLIAC IV (сдана в эксплуатацию в 1974; матричная В. с. из 64 процессоров), векторно-конвейерные «Cray-1» (1976, США), «Cyber 205» (1981, США), «Cray C90» (1991, США), ВС с массовым параллелизмом «Connection Machine-1» (объединяла 65 536 одноразрядных процессоров, связанных через гиперкуб, 1985), «Cray T3E» (1995) и др. В России выпускались ВС ПС-2000 (производство с 1981) и ПС-3000 (произ-во в 1984–87), многопроцессорные вычислит. комплексы «Эльбрус-1» (1980), «Эльбрус-2» (1985). Самая быстродействующая ВС в России на середину 2015 – «Ломоносов-2» производства компании «Т-Платформы», установленная в МГУ им. М. В. Ломоносова. Она занимает 31-е место в июньском выпуске международного рейтинга суперкомпьютеров TOP500, достигая производительности 1,8 Пфлопс (1 Пфлопс=1015 операций над вещественными числами в секунду) в тесте LINPACK при теоретическом пределе используемого оборудования в 2,6 Пфлопс. Первое место в TOP500 c рекордной производительностью в 33,8 Пфлопс занимает В. с. «Тяньхэ-2», спроектированная Оборонным научно-техническим университетом Народно-освободительной армии КНР.

1.3. Классификации и архитектура вычислительных систем.

Существует большое количество признаков, по которым классифицируют вычислительные системы.

По назначению вычислительные системы делят на:

универсальные
специализированные.

Специализированные системы ориентированы на решение узкого класса задач, в отличие от универсальных, предназначенных для широкого спектра задач.

По типу построения вычислительные системы разделяются на:

многомашинные
многопроцессорные

Это значит, что вычислительные системы могут строиться на базе нескольких компьютеров или на базе нескольких процессоров. В первом случая ВС будет многомашинной, во втором — многопроцессорной.

Многомашинные вычислительные системы (ММС) появились раньше, чем многопроцессорные. Основные отличия ММС заключаются в организации связей и обмена информацией между ЭВМ комплекса. Многомашинная ВС содержит некоторое число компьютеров, информационно взаимодействующих между собой. Машины могут находиться рядом друг с другом, а могут быть удалены друг от друга на некоторое, иногда значительное расстояние (вычислительные сети). В многомашинных ВС каждый компьютер работает под управлением своей операционной системы (ОС). А поскольку обмен информацией между машинами выполняется под управлением ОС, взаимодействующих друг с другом, динамические характеристики процедур обмена несколько ухудшаются (требуется время на согласование работы самих ОС). Информационное взаимодействие компьютеров в многомашинной ВС может быть организовано на уровне:

- процессоров;
- оперативной памяти;
- каналов связи.

При непосредственном взаимодействии процессоров друг с другом информационная связь реализуется через регистры процессорной памяти и требует наличия в ОС весьма сложных специальных программ.

Взаимодействие на уровне оперативной памяти (ОП) сводится к программной реализации общего поля оперативной памяти, что несколько проще, но также требует существенной модификации ОС. Под общим полем имеется в виду равнодоступность модулей памяти: все модули памяти доступны всем процессорам и каналам связи.

На уровне каналов связи взаимодействие организуется наиболее просто и может быть достигнуто внешними по отношению к ОС программами-драйверами, обеспечивающими доступ от каналов связи одной машины к внешним устройствам других (формируется общее поле внешней памяти и общий доступ к устройствам ввода-вывода).

Ввиду сложности организации информационного взаимодействия на 1-м и 2-м уровнях в большинстве многомашинных ВС используется 3-й уровень, хотя и динамические характеристики (в первую очередь быстродействие), и показатели надежности таких систем существенно ниже.

Многопроцессорные системы (МПС) содержат несколько процессоров, информационно взаимодействующих между собой либо на уровне регистров процессорной памяти, либо на уровне ОП. Этот тип взаимодействия используется в большинстве случаев, ибо организуется значительно проще и сводится к созданию общего поля оперативной памяти для всех процессоров. Общий доступ к внешней памяти и устройствам ввода-вывода обеспечивается обычно через каналы ОП. Важным является и то, что многопроцессорная вычислительная система работает под управлением единой ОС, общей для всех процессоров. Это существенно улучшает динамические характеристики ВС, но требует наличия специальной, весьма сложной ОС.

Однако МПС имеют и существенные недостатки. Они, в первую очередь, связаны с использованием ресурсов общей оперативной памяти. 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. Помимо процессоров к ОП подключаются все процессоры ввода-вывода, средства измерения времени и т.д. Поэтому вторым серьезным недостатком МПС является проблема коммутации и доступа абонентов к ОП. Процедуры взаимодействия очень сильно усложняют структуру ОС МПС. Опыт построения подобных систем показал, что они эффективны при небольшом числе объединяемых процессоров (от 2 до 10). Типичным примером массовых многомашинных ВС могут служить компьютерные сети, примером многопроцессорных ВС — суперкомпьютеры.

По типу ЭВМ или процессоров, используемых для построения ВС, различают:

однородные системы
неоднородные системы.

Однородная ВС строится на базе однотипных компьютеров или процессоров. Однородные системы позволяют использовать стандартные наборы технических, программных средств, стандартные протоколы (процедуры) сопряжения устройств. Поэтому их организация значительно проще, облегчается обслуживание систем и их модернизация.

Неоднородная ВС 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 систем.

По методам управления элементами ВС различают:

централизованные
децентрализованные
со смешанным управлением.

В централизованных ВС за управление отвечает главная или диспетчерская ЭВМ (процессор). Ее задачей является распределение нагрузки между элементами, выделение ресурсов, контроль состояния ресурсов, координация взаимодействия. Централизованный орган управления в системе может быть жестко фиксирован или эти функции могут передаваться другой ЭВМ (процессору), что способствует повышению надежности системы. Централизованные системы имеют более простые ОС.

В децентрализованных системах функции управления распределены между ее элементами. Каждая ЭВМ (процессор) системы сохраняет известную автономию, а необходимое взаимодействие между элементами устанавливается по специальным наборам сигналов. С развитием ВС и, в частности, сетей ЭВМ, интерес к децентрализованным системам постоянно растет.

В системах со смешанным управлением совмещаются процедуры централизованного и децентрализованного управления. Перераспределение функций осуществляется в ходе вычислительного процесса, исходя из сложившейся ситуации.

По принципу закрепления вычислительных функций за отдельными ЭВМ (процессорами) различают системы с жестким и плавающим закреплением функций. В зависимости от типа ВС следует решать задачи статического или динамического размещения программных модулей и массивов данных, обеспечивая необходимую гибкость системы и надежность ее функционирования.

По степени территориальной разобщенности вычислительных модулей ВС делятся на системы:

территориально-сосредоточенные – это когда все компоненты располагаются в непосредственной близости друг от друга;
распределенные – это когда компоненты могут располагаться на значительном расстоянии, например, вычислительные сети;
структурно-одноуровневые – это когда имеется лишь один общий уровень обработки данных;
многоуровневые (иерархические) структуры – это когда в иерархических ВС машины или процессоры распределены по разным уровням обработки информации, некоторые машины (процессоры) могут специализироваться на выполнении определенных функций.

По режиму работы ВС различают системы, работающие в оперативном и неоперативном временных режимах. Первые, как правило, используют режим реального масштаба времени. Этот режим характеризуется жесткими ограничениями на время решения задач в системе и предполагает высокую степень автоматизации процедур ввода-вывода и обработки данных.

На рис. 3 представлена принципиальная схема классификации вычислительных систем.

Рис. 3. Принципиальная схема классификации вычислительных систем.

Большое разнообразие структур ВС затрудняет их изучение. Поэтому вычислительные системы классифицируют с учетом их обобщенных характеристик. С этой целью вводится понятие «архитектура системы». Архитектура ВС — совокупность характеристик и параметров, определяющих функционально-логическую и структурную организацию системы. Понятие архитектуры охватывает общие принципы построения и функционирования, наиболее существенные для пользователей, которых больше интересуют возможности систем, а не детали их технического исполнения. Поскольку ВС появились как параллельные системы, то и рассмотрим классификацию архитектур под этой точкой зрения. Эта классификация архитектур была предложена М. Флинном (М. Flynn) в начале 60-х гг. В ее основу заложено два возможных вида параллелизма: независимость потоков заданий (команд), существующих в системе, и независимость (несвязанность) данных, обрабатываемых в каждом потоке. Классификация до настоящего времени еще не потеряла своего значения. Однако подчеркнем, что, как и любая классификация, она носит временный и условный характер. Своим долголетием она обязана тому, что оказалась справедливой для ВС, в которых ЭВМ и процессоры реализуют программные последовательные методы вычислений. С появлением систем, ориентированных на потоки данных и использование ассоциативной обработки, данная классификация может быть некорректной. Согласно этой классификации, существует четыре основных архитектуры ВС, представленных на рис. 11.3:

• одиночный поток команд — одиночный поток данных (ОКОД), в английском варианте — Single Instruction Single Data (SISD) — одиночный поток инструкций — одиночный поток данных;

• одиночный поток команд — множественный поток данных (ОКМД), или Single Instruction Multiple Data (SIMD) — одиночный поток инструкций — одиночный поток данных;

• множественный поток команд — одиночный поток данных (МКОД), или Multiple Instruction Single Data (MISD) — множественный поток инструкций — одиночный поток данных; 8

• множественный поток команд — множественный поток данных (МКМД), или Multiple Instruction Multiple Data (MIMD) — множественный поток инструкций — множественный поток данных (MIMD).

ОКОД (SISD) - архитектура;
ОКМД (SIМD) - архитектура;
МКОД (МISD) - архитектура;
МКМД (МIMD) – архитектура;

Коротко рассмотрим отличительные особенности каждой из архитектур.

Архитектура ОКОД охватывает все однопроцессорные и одномашинные варианты систем, т.е. с одним вычислителем. Все ЭВМ классической структуры попадают в этот класс. Здесь параллелизм вычислений обеспечивается путем совмещения выполнения операций отдельными блоками АЛУ, а также параллельной работы устройств ввода-вывода информации и процессора. Закономерности организации вычислительного процесса в этих структурах достаточно хорошо изучены.

Архитектура ОКМД предполагает создание структур векторной или матричной обработки. Системы этого типа обычно строятся как однородные, т.е. процессорные, элементы, входящие в систему, идентичны, и все они управляются одной и той же последовательностью команд. Однако каждый процессор обрабатывает свой поток данных. Под эту схему хорошо подходят задачи обработки матриц или векторов (массивов), задачи решения систем линейных и нелинейных, алгебраических и дифференциальных уравнений, задачи теории поля и др. В структурах данной архитектуры желательно обеспечивать соединения между процессорами, соответствующие реализуемым математическим зависимостям. Как правило, эти связи напоминают матрицу, в которой каждый процессорный элемент связан с соседними.

По этой схеме строились системы:

первая суперЭВМ — ILLIAC-IV, отечественные параллельные системы-ПС-2000, ПС-3000.

Идея векторной обработки широко использовалась в таких известных суперЭВМ, как Cyber-205 и Gray-I, II, III.

Узким местом подобных систем является необходимость изменения коммутации между процессорами, когда связь между ними отличается от матричной.

Кроме того, задачи, допускающие широкий матричный параллелизм, 9 составляют достаточно узкий класс задач.

Структуры ВС этого типа, по существу, являются структурами специализированных суперЭВМ.

Третий тип архитектуры МКОД предполагает построение своеобразного процессорного конвейера, в котором результаты обработки передаются от одного процессора к другому по цепочке. Выгоды такого вида обработки понятны. Прототипом таких вычислений может служить схема любого производственного конвейера.

В современных ЭВМ по этому принципу реализована схема совмещения операций, в которой параллельно работают различные функциональные блоки, и каждый из них делает свою часть в общем цикле обработки команды. В ВС этого типа конвейер должны образовывать группы процессоров. Однако при переходе на системный уровень очень трудно выявить подобный регулярный характер в универсальных вычислениях. Кроме того, на практике нельзя обеспечить и «большую длину» такого конвейера, при которой достигается наивысший эффект. Вместе с тем конвейерная схема нашла применение в так называемых скалярных процессорах суперЭВМ, в которых они применяются как специальные процессоры для поддержки векторной обработки.

Архитектура МКМД предполагает, что все процессоры системы работают по своим программам с собственным потоком команд. В простейшем случае они могут быть автономны и независимы. Такая схема использования ВС часто применяется на многих крупных вычислительных центрах для увеличения пропускной способности центра. Больший интерес представляет возможность согласованной работы ЭВМ (процессоров), когда каждый элемент делает часть общей задачи. Общая теоретическая база такого вида работ практически отсутствует. Но можно привести примеры большой эффективности этой модели вычислений. Подобные системы могут быть многомашинными и многопроцессорными. Например, отечественный проект машины динамической архитектуры (МДА) — ЕС-2704, ЕС-2127 — позволял одновременно использовать сотни процессоров.

1.4. Архитектура вычислительных систем.

Архитектура ВС — совокупность характеристик и параметров, определяющих функционально-логическую и структурную организацию системы. Понятие архитектуры охватывает общие принципы построения и функционирования, наиболее существенные для пользователей, которых больше интересуют возможности систем, а не детали их технического исполнения. Поскольку ВС появились как параллельные системы, то и рассмотрим классификацию архитектур с этой точки зрения.

Рис.5 Классификация Майкла Флинна

Эта классификация архитектур была предложена М. Флинном в начале 60-х гг (Рис.5). В её основу заложено два возможных вида параллелизма: независимость потоков заданий (команд), существующих в системе, и независимость (несвязанность) данных, обрабатываемых в каждом потоке. Классификация до настоящего времени еще не потеряла своего значения. Как и любая классификация, она носит временный и условный характер. Своим долголетием она обязана тому, что оказалась справедливой для ВС, в которых ЭВМ и процессоры реализуют программные последовательные методы вычислений. С появлением систем, ориентированных на потоки данных и использование ассоциативной обработки, данная классификация может быть некорректной.

Согласно этой классификации, существует четыре основных архитектуры ВС:

• одиночный поток команд - одиночный поток данных (ОКОД), в английском варианте

SISD - одиночный поток инструкций - одиночный поток данных;

• одиночный поток команд — множественный поток данных (ОКМД)

SIMD – одиночный поток инструкций – одиночный поток данных;

• множественный поток команд — одиночный поток данных (МКОД),

MISD - множественный поток инструкций - одиночный поток данных;

• множественный поток команд — множественный поток данных (МКМД),

MIMD - множественный поток инструкций - множественный поток данных.

Коротко рассмотрим отличительные особенности каждой из архитектур.

Архитектура ОКМД предполагает создание структур векторной или матричной обработки. Системы этого типа обычно строятся как однородные, т.е. процессорные, элементы, входящие в систему, идентичны, и все они управляются одной и той же последовательностью команд. Но каждый процессор обрабатывает свой поток данных. Под эту схему хорошо подходят задачи обработки матриц или векторов (массивов), задачи решения систем линейных и нелинейных, алгебраических и дифференциальных уравнений, задачи теории поля и др. В структурах данной архитектуры желательно обеспечивать соединения между процессорами, соответствующие реализуемым математическим зависимостям. Эти связи напоминают матрицу, в которой каждый процессорный элемент связан с соседними.

Архитектура МКОД предполагает построение своеобразного процессорного конвейера, в котором результаты обработки передаются от одного процессора к другому по цепочке. Выгоды такого вида обработки понятны. Прототипом таких вычислений может служить схема любого производственного конвейера. В современных ЭВМ по этому принципу реализована схема совмещения операций, в которой параллельно работают различные функциональные блоки, и каждый из них делает свою часть в общем цикле обработки команды.

2. Основные области применения вычислительных систем.

Применение методов и средств информатики возможно во всех тех областях человеческой деятельности, в которых существует принципиальная возможность (и необходимость) регистрации и обработки информации. По этому поводу существует справедливое высказывание: "Применение вычислительных машин ограничено только рамками нашей фантазии". Сейчас трудно назвать такую сферу деятельности человека, в которой не применяют или не пытаются применить современные информационные технологии. Среди наиболее значительных областей применения средств обработки данных следует выделить:

1. Военное дело, например, системы противоракетной обороны, космические системы.

2. Моделирование физических явлений и исследование построенных моделей с помощью компьютеров.

3. Обработка конкретных экспериментальных данных при проведении математических, физических, химических, биологических, социологических, исторических, археологических и т. п. исследований.

4. Решение задач метеопрогноза.

5. Автоматизированные рабочие места (АРМ) специалиста, например, АРМ бухгалтера, руководителя, врача и т. д.

6. Системы автоматического проектирования, обеспечивающие поддержку работы инженера-конструктора, существенно повышающие производительность его труда и сокращающие сроки разработок.

7. Управление работой отдельных станков (станки с числовым программным управлением), роботы, робототехнические линии, цеха и заводы-автоматы.

8. Автоматизированные системы планирования и управления производством, начиная с отдельных предприятий и кончая управлением целыми отраслями (железнодорожный транспорт, авиация и т. д.).

9. Получение изображений внутренних частей непрозрачных тел, в том числе в медицине - компьютерная томография, и на производстве - контроль качества, не разрушающий изделий.

10. Системы массового обслуживания и информационно-справочные системы. Например, системы резервирования и продажи железнодорожных и авиабилетов.

11. Обслуживание крупных спортивных мероприятий - мировых и европейских чемпионатов, Олимпийских игр.

12. Базы данных правовой информации (быстрый доступ к нормативным актам, указам и постановлениям правительства, статьям Уголовного и других кодексов), криминалистические базы данных, хранящие сведения о преступниках и т. д.

13. Банковские и биржевые компьютерные системы.

14. Библиографические компьютерные системы.

15. Подготовка различных документов, отчетов и других печатных материалов, рекламное дело.

16. Компьютерная верстка и подготовка к изданию газет, журналов, книг.

17. Аранжировка музыкальных произведений, цветомузыка.

18. Скульптура и архитектура.

19. Компьютерный дизайн разрабатываемых устройств, помещений.

20. Компьютерная мультипликация и анимация ("оживление" изображений – воспроизведение последовательности изображений, создающее впечатление движения).

21. Машинный перевод с различных естественных языков.

22. Лингвистика, расшифровка неизвестных языков.

23. Криптография – шифрование и расшифровка документов, доступ к которым должен быть ограничен.

24. Компьютерная геодезия и картография.

25. Обучающие, тестирующие и контролирующие программы.

26. Цифровая аудио- и видеозапись.

27. Новые средства связи, базирующиеся на локальных и глобальных сетях.

Также необходимо упомянуть еще об одной, весьма специфической области "применения" информационных технологий. Практически одновременно с появлением персональных компьютеров и ростом популярности компьютерных сетей появились программы, которые были названы компьютерными вирусами. Основной целью выполнения таких программ можно считать нанесение вреда аппаратным средствам, программам или данным конкурентов. Важным отличительным признаком вирусов является их способность к самораспространению, которое позволяет вирусам за небольшой промежуток времени "заразить" большое количество компьютеров и нанести максимальный вред.

2.1. Применение вычислительных систем в сфере автоматизирования рабочего места.

Автоматизированное рабочее место (АРМ) — это рабочее место специалиста, оснащенное персональным компьютером, программным обеспечением и совокупностью информационных ресурсов индивидуального или коллективного пользования, которые позволяют ему вести обработку данных с целью получения информации, обеспечивающей поддержку принимаемых им решений при выполнении профессиональных функций (Рис.6).

Рис.6 Автоматизированное рабочее место

Отдел, оснащенный совокупностью АРМ работников этой службы, становится автоматизированным подразделением. В нем значительная часть рутинной работы по переработке информации выполняется компьютером. Вместе с тем специалист может активно вмешиваться в процесс решения задач обработки данных, самостоятельно формируя информацию, позволяющую принимать обоснованные решения. Компьютер становится повседневным орудием труда специалиста, органично вписываясь в технологию его работы. При: акцент переносится с формально-логических аспектов информации на процесс принятия решений. Такая технология сокращает поток бумажных носителей, снижает трудоемкость выполняемых работ, повышает профессиональный уровень работников и комфортность условий их работы: Как и при ручной технологии организации работы, специалист несет полную персональную ответственность за весь процесс, но, продолжая выполнять традиционные функции, он выступает и в роли оператора ПЭВМ, становясь непосредственным участником процесса автоматизированной обработки информации.

Структура АРМ включает пять основных компонентов:

персональный компьютер;
комплекс программ для обработки информации;
обучающую систему (гипертекстовую систему документации для пользователя;
интегрированную систему подсказок;
систему закладок, указателей и справок;
систему примеров;
систему контроля и обнаружения ошибок);
средства настройки АРМ (алгоритмов расчетов, аналитических и технологических параметров;
устройств: принтера, сканера, модема; эргономики экранных форм и т. д.);
средства эксплуатации АРМ (классификаторы, генератор отчетных форм, инструментарий приема/передачи данных по каналам связи, копирования и сохранности данных, администратор баз данных, мониторинг работы конкретных пользователей).

Кроме этого, АРМ комплектуется документацией и методическими материалами по применению программ, а также регламентами выполнения работ по обработке информации. Конкретная насыщенность каждой из компонент определяется решаемыми задачами. АРМ могут функционировать автономно или в составе компьютерной сети. При автономном режиме работы АРМ создаются для решения отдельных функциональных задач и не могут оперативно использовать всю информационную базу экономического объекта, а обмен информацией между различными АРМ выполняется с помощью машинных носителей. Работа на базе компьютерных сетей позволяет организовать обмен данными между АРМ по каналам связи, объединить информационное пространство объекта управления и организовать доступ к нему любого работника в пределах его полномочий. Каждое АРМ рассматривается как самостоятельная подсистема, а вместе они составляют единое целое. При этом начальник отдела имеет возможность руководить процессом решения функциональных задач и интегрировать результаты работы отдельных специалистов, оперативно получая обработанную информацию для принятия решений. В то же время сохраняется возможность автономной работы каждого специалиста.

Классификация автоматизированных рабочих мест делится по следующим типам:

1) По степени автоматизации:

а) ручные рабочие места — имеющиеся в распоряжении работника специальная мебель (стол, стул, шкафы, телефон, линейки, таблицы и другие подсобные средства);

б) механизированные рабочие места, кроме того, содержат простейшие или программируемые калькуляторы; автоматизированные рабочие места обязательно используют ПК с соответствующим программным обеспечением.

2) По количеству сотрудников, использующих АРМ, и выполняемых ими функций:

а) индивидуальные АРМ, которые характерны для руководителей различных рангов;

б) групповые АРМ, используемые лицами, которые готовят информацию с целью ее дальнейшего использования и принятия управленческих решений руководителями (АРМ бухгалтеров, финансистов, делопроизводителей и др.).

3) По типизации решаемых функциональных задач:

а) уникальные АРМ, узкоспециализированные для решения набора нестандартных задач;

б) массовые АРМ, создаваемые для решения типичных задач в различных отраслях.

4) По специализации:

а) АРМ руководителя характеризуется функциональной замкнутостью, полностью обеспечивающей автономную работу руководителя.

б) АРМ специалиста должно предоставить ему возможность решать любые стоящие перед ним функциональные задачи, максимально используя всю необходимую информацию.

б) АРМ технического работника должно избавить его от каждодневного выполняемой рутинной работы, требующей определенных профессиональных навыков.

5) По технической базе создания АРМ:

а) АРМ на базе больших (универсальных) ЭВМ, обеспечивающих специалистам возможность работать с большими массивами данных при технической и программной поддержке, осуществляемой силами работников собственного информационного центра (ИВЦ).

б) АРМ на базе персональных компьютеров являются наиболее простым и распространенным вариантом создания автоматизированных рабочих мест, так как избавляют от всех недостатков АРМ на базе больших ЭВМ.

2.2. Аппаратно-компьютерные медицинские системы

Аппаратно-компьютерные медицинские системы представляют собою комплекс, состоящий из двух частей - медицинского аппарата и специализированного компьютера. В качестве медицинских аппаратов могут быть представлены диагностические, лечебные или контролирующие (мониторинговые) устройства. Компьютерная часть системы может базироваться на любой аппаратной платформе, находящейся под управлением специализированных медицинских программ.

Аппаратно-компьютерные медицинские системы по своему назначению подразделяются на 5 основных групп:

• для получения медицинских изображений органов человека,

• для получения параметрических данных,

• для получения функциональных данных,

• для выполнения мониторинга,

• терапевтического направления.

Системы для получения медицинских диагностических изображений представляют собой сложные технические устройства, в которых установлены мощные компьютеры. Они работают, как правило, под управлением сложных операционных систем, таких, например, как Unix, Windows NT, Linux, и имеют развитое прикладное программное обеспечение. Для получения медицинских диагностических изображений используются аппаратно-компьютерные комплексы двух типов. В первом из них первоначальное изображение получается в аналоговом виде, затем оно оцифровывается в АЦП и далее существует в матричном виде.

Рис. 7 Схема построения рентгеновского комплекса с цифровым терминалом

Рис.8 Цифровая рентгенограмма коленного сустава (боковая проекция)

Так устроены рентгенодиагностические аппараты с цифровым терминалом (Рис.7). В них аналоговое изображение оцифровывается ПЗС-матрицей и затем передается в процессор для дальнейшей обработки и анализа. Итоговое изображение представляет собою рентгенограмму с высокой четкостью и большой фотографической широтой (Рис. 8). Отметим, что в настоящее время, помимо рентгеновских аппаратов вышеуказанного типа, существуют рентгенографические системы, работающие без аналогового этапа. В таких системах цифровое рентгеновское изображение формируется сразу же на цифровом плоском детекторе. Подобная технология носит название прямой цифровой рентгенографии (ddR - direct digital Radiography). В настоящее время рентгенография - один из наиболее распространенных методов рентгенологического исследования. Нередко она применяется в комбинации с искусственным контрастированием органов.

Системы получения функциональных данных. Имеют в своем составе датчики функции органов. Сигналы с этих датчиков оцифровываются в АЦП и затем передаются в компьютер. Задача компьютера - отсечь в автоматическом режиме шумы и сигналы, выходящие за рамки доверительного интервала, выделить репрезентативную (достоверную) группу полезных данных и затем провести их анализ. Итогом анализа может служить распечатка в виде цифр или заключения, которые быть переданы по каналам связи для консультации или дальнейшего изучения. Функциональная схема медицинского аппаратно-компьютерного комплекса для регистрации нескольких параметров приведена на (Рис. 9)

Рис. 9 Функциональная схема медицинского аппаратно-компьютерного комплекса для регистрации нескольких параметров

Существует еще один вид медицинских аппаратно-компьютерных систем, определяющих функциональное состояние изучаемых органов. В этих системах компьютер выполняет задачу анализатора серии изображений, каждое из которых показывает функциональную активность органа. В итоге получаются результирующие кривые, отражающие характер функции этого органа. Подобным образом определяют, например, функциональную активность почек при радионуклидной визуализации (Рис. 10) или состояние кровотока в сосудах при магнитно-резонансной томографии (Рис. 11).

Рис. 10 Радионуклидное исследование функции почек - рентгенография. На сцинтиграммах выделены зоны интереса, в которых построены кривые, отображающие функцию каждой почки в отдельности

Рис. 11 Магнитно-резонансная томография артерий нижних конечностей и кривая, построенная компьютером и показывающая интенсивность кровотока в систолу и диастолу

Все аппаратно-компьютерные медицинские системы диагностического направления условно делятся на оператор зависимые и оператор независимые. К первым относятся такие системы, в которых результирующие данные в значительной степени зависят от искусства врача, его умения управлять первичным сбором данных. К таким системам можно отнести ультразвуковые сканеры. В них результирующая ультразвуковая картина исследуемого органа в значительной степени зависит от того, как врач проводит лоцирование исследуемого органа, каково расположение датчика и ракурс визуализации. Поэтому при подобных исследованиях твердые копии изображений имеют ограниченное медицинское и юридическое значение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Как уже известно вычислительные системы в наше время применяются во многих сферах и в каждой из них имеются определенные проблемы, которые требуют индивидуального подхода.

Программное обеспечение многопроцессорных вычислительных систем отличается крайне большой сложностью. Это объясняется глубинной трудностью всестороннего анализа процессов, формируемых в вычислительных системах, а также трудностью принятия решения в каждой определенной ситуации. Здесь все операции планирования и функций диспетчера связаны с постоянным распределением ресурсов оперативной и внешней памяти, процессоров, данных системных таблиц, программ, периферийного оборудования и т.п.

Центральное значение отводится к данной степени использования и методам управления общей оперативной памятью. Здесь довольно часто могут формироваться конфликты больших объемов, требующие решения сложных процедур, что приводит к нежелательным задержкам в вычислениях.

Подводя итоги, можно сказать, что вычислительные системы в наше время является как мощное средство для обработки заданий пользователей, также вычислительные системы широко используются не только автономно, но и в сетях электроно вычислительных машин в качестве серверов. С повышением размеров сетей и их развитием также возрастают и плотности информационных потоков, нагрузки на средства доступа к сетевым ресурсам и на средства обработки задач. Круг заданий, решаемый серверами, постоянно увеличивается, становится многообразным и сложным. Чем выше ранг используемой сети, тем более специализированными они становятся. Администраторы сетей должны постоянно наращивать их производимость и количество, при этом необходимо оптимизировать характеристики сети под возрастающие запросы пользователей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Поспелов Д. А. Введение в теорию вычислительных систем. М., 1972г - стр. 114.; (Дата обращения 22.07.2020г.)

Головкин Б. А. Параллельные вычислительные системы. М., 1980г. – стр.96; (Дата обращения 22.07.2020г.)

Игнатущенко В. В. Организация структур управляющих многопроцессорных вычислительных систем. М., 1984;

Барский А. Б. Параллельные процессы в вычислительных системах. Планирование и организация. М., 1990г. - стр. 223.; (Дата обращения 22.07.2020г.)

Корнеев В. В. Параллельные вычислительные системы. М., 1999г – стр.101.; (Дата обращения 22.07.2020г.)

Воеводин В. В., Воеводин Вл. В. Параллельные вычисления. СПб., 2002г. – стр.212; (Дата обращения 22.07.2020г.)

Столлингс У. Структурная организация и архитектура компьютерных систем. 5-е изд. М., 2002г. – стр.257 (Дата обращения 22.07.2020г.)

Алехина Г.В., Годин И.М., Иванько А.Ф., Иванько М.А., Мастяев Ф.А., Петрик Е.А. Информатика. / Московская финансово-промышленная академия. – М., 2005г. – стр.172. (Дата обращения 22.07.2020г.)

Эндрю Таненбаум, Мартин ван Стеен. Распределенные системы. Принципы и парадигмы = Andrew S. Tanenbaum, Maarten van Steen. "Destributed systems. Principles and paradigms". — Санкт-Петербург: Питер, 2003. — 877 с. (Дата обращения 22.07.2020г.)

Успенский, Пётр. Глава 3 // В Поисках Чудесного. Фрагменты Неизвестного Учения — 1992. — С. 72—83. (Дата обращения 20.07.2020г.)

Тихонов С. Г. Оборонные предприятия СССР и России: в 2 т. — М.: ТОМ, 2010. — Т. 2. — С. 47-48, 82-83. — 608 стр. (Дата обращения 21.07.2020г.)

Королюк И.П. Медицинская информатика: Учебник / - 2 изд., перераб. и доп. - Самара: ООО «Офорт» : ГБОУ ВПО «СамГМУ».2012.- 244 стр. 2012г. (Дата обращения 19.07.2020г.)

ПРИЛОЖЕНИЯ

Описание автоматизации рабочего места

Аверченков, В.И. Автоматизация обеспечения технологичности конструктивных форм сборочных соединений в условиях применения CAD/CAM/CAE-систем [Текст] / В.И. Аверченков, Д.О. Кузнецов // Вестник компьютерных и информационных технологий. - М.: Машиностроение, 2006. - №1. - С.7-14. (Обращения 18.07.2020 г.)

Бертсекас, Д. Сети передачи данных [Текст] / Д. Бертсекас, Р. Галлагер. - М.: Мир, 2008. - 554 с. (Обращения 18.07.2020 г.)

Биргер, И.А. Принципы технической диагностики. Изд. 4-е доп. Текст - М.: 2006. - 240 с. (Обращения 21.07.2020 г.)

Описание применения в медицине вычислительных систем

Информационные технологии и вычислительные системы: Высокопроизводительные вычислительные системы. Математическое моделирование. Биоинформатика и медицина. Интеллектуальный анализ текстов. Прикладные аспекты информатики / Под ред. С.В. Емельянова. - М.: Ленанд, 2013. - 100 c. (Обращения 21.07.2020 г.)

Рис. 12. Компьютерная система 1970-х

Рис. 13. Автоматизированное рабочее место офтальмолога

Рис. 14. Заключительная таблица ЭКГ холтеровского суточного мониторинга. Выявлены одиночные экстрасистолы

Рис. 15. Остеоденситограмма с указанием минерализации скелета