Вычислительные машины, системы и сети

Архитектура современных компьютеров. Организации памяти и архитектура процессора современных вычислительных машин. Страничная и сегментная организация виртуальной памяти. Кэш-память. Командный и арифметический конвейеры, параллельное выполнение независимых команд, векторные команды. Специализированные процессоры. Машины, обеспечивающие выполнение вычислений, управляемых потоком данных. Организация ввода-вывода, каналы и процессоры ввода-вывода, устройства сопряжения с объектами.

Классификация вычислительных систем (ВС) по способу организации параллельной обработки. Многопроцессорные и многомашинные комплексы. Вычислительные кластеры. Проблемно-ориентированные параллельные структуры: матричные ВС, систолические структуры, нейросети.

Назначение, архитектура и принципы построения информационно – вычислительных сетей (ИВС). Локальные и глобальные ИВС, технические и программные средства объединения различных сетей.

Методы и средства передачи данных в ИВС, протоколы передачи данных.

Особенности архитектуры локальных сетей (Ethernet, Token Ring, FDDI).

Сеть Internet, доменная организация, семейство протоколов TCP/IP. Информационно-вычислительные сети и распределенная обработка информации.

http://www.ict.nsc.ru/ru/education/postgraduate/programma-kandidatskogo-ekzamena-specialnosti-051311-matematicheskoe-programmnoe-obespechenie-vychislitelnyh-mashin-kompleksov-kompyuternyh-setey

 

№48 Принципы разработки программ для вычислительных комплексов и систем, компилирование программ.

Частотный принцип. Принцип основан на выделении в алгоритмах и данных особых групп по частоте использования.

Принцип модульности. Под модулем в данном контексте понимают функциональный элемент рассматриваемой системы, имеющий оформление, законченное и выполненное в пределах требований системы, и средства сопряжения с подобными элементами или элементами более высокого уровня данной или другой системы.

Принцип функциональной избирательности. Этот принцип является логическим продолжением частотного и модульного принципов и используется при проектировании программ.

Принцип функциональной избыточности. Этот принцип учитывает возможность проведения одной и той же работы различными средствами.

Принцип генерируемости. Основное положение этого принципа определяет такой способ исходного представления программы, который бы позволял осуществлять настройку на конкретную конфигурацию технических средств, круг решаемых проблем, условия работы пользователя.

Принцип «по умолчанию». Применяется для облегчения организации связей с системой как на стадии генерации, так и при работе с уже готовыми программами. \\2

 

Программное обеспечение (англ. software) – это совокупность программ, обеспечивающих функционирование компьютеров и решение с их помощью задач предметных областей. Программное обеспечение (ПО) представляет собой неотъемлемую часть компьютерной системы, является логическим продолжением технических средств и определяет сферу применения компьютера.

1. Системное программное обеспечение (системные программы);

2. Прикладное программное обеспечение (прикладные программы);

3. Инструментальное обеспечение (инструментальные системы).

К инструментальному программному обеспечению относят: системы программирования – для разработки новых программ, например, Паскаль, Бейсик. Обычно они включают: редактор текстов, обеспечивающий создание и редактирование программ на исходном языке программирования (исходных программ), транслятор, и т.д.

Транслятор (англ. translator – переводчик) – это программа-переводчик, которая преобразует программу с языка высокого уровня в программу, состоящую из машинных команд. Трансляторы реализуются в виде компиляторов или интерпретаторов, которые существенно различаются по принципам работы.

Компилятор (англ. compiler – составитель, собиратель) читает всю программу целиком, делает ее перевод и создает законченный вариант программы на машинном языке, который затем и выполняется. После компилирования получается исполняемая программа, при выполнении которой не нужна ни исходная программа, ни компилятор.

Интерпретатор (англ. interpreter – истолкователь, устный переводчик) переводит и выполняет программу строка за строкой. Программа, обрабатываемая интерпретатором, должна заново переводиться на машинный язык при каждом очередном ее запуске.

Откомпилированные программы работают быстрее, но интерпретируемые проще исправлять и изменять. \\1

http://bseu.by/it/oivt/tema3v2.htm \\1

https://it.wikireading.ru/58323 \\2

 

№49 Основные принципы и требования к конфигурированию операционных систем для вычислительных комплексов и систем.

ОС различаются по назначению, выполняемым функциям, формам реализации. В этом смысле каждая ОС — это уникальная сложная программная система. Однако существуют и общие принципы, реализованные в большинстве ОС:

— модульность, при которой каждый модуль выполняет определенную функцию и может быть относительно легко заменен на другой;

— функциональная избирательность, состоящая в выделении наиболее важных и часто используемых модулей в ядро ОС, которое размещается в оперативной памяти (ОП) ЭВМ для постоянного хранения (это так называемые резидентные программы);

— генерируемость ОС, т.е. настройка на требуемую конфигурацию вычислительной системы, осуществляемая в процессе загрузки или корректировки ОС;

— выполнение некоторых действий по умолчанию, т.е. при отсутствии указаний со стороны пользователей или главного оператора используются значения параметров, заложенные в ОС;

— перемещаемость модулей ОС (и прикладных программ), обеспечивается аппаратурными и программными средствами;

— защита модулей ОС и программ пользователей, находящихся как в ОП, так и во внешней памяти, размещаемой во внешних запоминающих устройствах (ВЗУ), от искажений или неправильных действий со стороны пользователей и их программ;

— независимость программ от внешних устройств; наиболее последовательно этот принцип реализован в ОС UNIX;

— открытость ОС и возможность ее наращивания.

http://csaa.ru/princip-osobogo-rezhima-raboty/

 

№50 Взаимосвязь программных и аппаратных вычислительных комплексов, и систем; классификация и требования, предъявляемые к интерфейсным устройствам.

Классификация ЭВМ по принципу действия. Электронная вычислительная машина, компьютер — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

По принципу действия вычислительные машины делятся на три больших класса:

аналоговые (АВМ),

цифровые (ЦВМ)

гибридные (ГВМ).

Критерием деления вычислительных машин на эти три класса является форма представления информации, с которой они работают.

Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) – вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.

Аналоговые вычислительные машины (АВМ) – вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения). АВМ машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше, чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2 –5%).На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.

Гибридные вычислительные машины (ГВМ) – вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.

Наиболее широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации – электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере.

Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям. По размерам и функциональным возможностям ЭВМ можно разделить на:

• сверхбольшие (суперЭВМ),
• большие (Mainframe),
• малые,
• сверхмалые (микроЭВМ).

Персональные компьютеры можно классифицировать по типоразмерам. Так, различают настольные (desktop), портативные (notebook), карманные (palmtop) модели. Совсем недавно появились устройства, сочетающие возможности карманных персональных компьютеров и устройств мобильной связи.

Периферийное устройство, периферия— часть аппаратного обеспечения, конструктивно отделенная от основного блока вычислительной системы. Периферийные устройства функционируют по командам центрального процессора. Периферийные устройства предназначены для внешней обработки данных, их подготовки, ввода, хранения, управления, защиты, вывода и передачи по каналам связи, но не являются существенно — необходимыми. Периферийное устройство может быть физически внешним (принтер, сканер, внешний модем), иногда находится в системном блоке (дисковод СО или внутренний модем).

http://csaa.ru/ponjatie-jevm-osnovnye-harakteristiki/

 

№51 Программные алгоритмы и их реализация с помощью современных средств программирования.

 

Алгоритм – это последовательность элементарных шагов, выполнение которой позволяет получать однозначный результат (не зависящий от того, кто выполнял эти шаги) или за конечное число шагов прийти к выводу о том, что решения не существует.

Задача называется алгоритмически неразрешимой, если не существует машины, модели или алгоритма, которые ее бы решали.

Алгоритм может быть предназначен для выполнения его человеком или автоматическим устройством. Создание алгоритма, пусть самого простого, — процесс творческий. Другое дело – реализация уже имеющегося алгоритма, ее можно поручить субъекту или объекту, который не обязан вникать в существо дела, а возможно, и не способен его понять. Такой субъект или объект принято называть формальным исполнителем. Каждый алгоритм создается в расчете на вполне конкретного исполнителя. Совокупность действий (шагов) образует систему команд исполнителя. Алгоритм должен содержать только те действия, которые допустимы для данного исполнителя.

Несколько общих свойств алгоритмов, позволяющих отличать алгоритмы от других инструкций [3]:

• дискретность – алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение простых или ранее определенных шагов; каждое действие исполняется только после того, как закончилось исполнение предыдущего;
• определенность – каждое действие, правило алгоритма должно быть четким, однозначным и не оставлять место для произвола, и не требовать никаких дополнительных указаний или сведений о решаемой задаче;
• результативность – алгоритм должен приводить к решению задачи за конечное число шагов;

• массовость – алгоритм должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся только исходными данными.

Чтобы алгоритм выполнил свое предназначение, его необходимо строить по определенным правилам.

http://csaa.ru/metody-izobrazhenija-algoritmov/

 

№52 ERP (Enterprise Resource Planning) - система планирования и управления ресурсами предприятия.

ERP (англ. Enterprise Resource Planning, планирование ресурсов предприятия) — организационная стратегия интеграции производства и операций, управления трудовыми ресурсами, финансового менеджмента и управления активами, ориентированная на непрерывную балансировку и оптимизацию ресурсов предприятия посредством специализированного интегрированного пакета прикладного программного обеспечения, обеспечивающего общую модель данных и процессов для всех сфер деятельности. ERP-система — конкретный программный пакет, реализующий стратегию ERP.

Концепция ERP сформулирована в 1990 году аналитиком Gartner как видение развития методик MRP II и CIM (англ.), в начале — середине 1990-х годов появилось несколько успешных тиражируемых ERP-систем для крупных организаций, наиболее известные — разработки компаний Baan (нидерл.), Oracle, PeopleSoft, SAP, JD Edwards.

В качестве характеристической особенности ERP-стратегии отмечается принципиальный подход к использованию единой транзакционной системы для подавляющего большинства операций и бизнес-процессов организации, вне зависимости от функциональной и территориальной разобщённости мест их возникновения и прохождения, обязательность сведе́ния всех операций в единую базу для последующей обработки и получения в реальном времени сбалансированных планов.

Тиражируемость, то есть возможность применить один и тот же программный пакет для разных организаций (возможно, с разными настройками и расширениями), фигурирует как одно из обязательных условий ERP-системы.

Модульный принцип организации позволяет внедрять ERP-системы поэтапно, последовательно переводя в эксплуатацию один или несколько функциональных модулей, а также выбирать только те из них, которые актуальны для организации. Кроме того, модульность ERP-систем позволяет строить решения на основе нескольких ERP-систем, выбирая из каждой лучшие в своём классе модули (англ. best-of-breed). Разбивка по модулям и их группировка различная, но у большинства основных поставщиков выделяются группы модулей: финансы, персонал, операции.

https://ru.wikipedia.org/wiki/ERP

 

№53 MRP (Manufacturing Requirement Planning) - система планирования производства и требований к материалам.

 

MRP (англ. Material Requirements Planning — планирование потребности в материалах) — система планирования потребностей в материалах, одна из наиболее популярных в мире логистических концепций, на основе которой разработано и функционирует большое число микрологистических систем. На концепции MRP базируется построение логистических систем «толкающего типа». В России, как правило, представлена различными программными продуктами иностранного производства. Появление более развитой концепции MRP II и развитие программ класса ERP, снижение их стоимости, привело к тому, что программные продукты класса MRP можно встретить очень редко, как правило, в составе устаревших информационных систем предприятий.

Один из главных разработчиков MRP Дж. Орлиски писал: «планирование потребностей в материалах в узком смысле состоит из ряда логически связанных процедур, решающих правил и требований, переводящих производственное расписание в „цепочку требований“, синхронизированных во времени, и запланированных „покрытий“ этих требований для каждой единицы запаса компонентов, необходимых для выполнения производственного расписания. MRP-система перепланирует последовательность требований и покрытий в результате изменений либо в производственном расписании, либо в структуре запасов, либо в атрибутах продукта».

MRP-система применяется при работе с материалами, компонентами, полуфабрикатами и их частями, спрос на которые зависит от спроса на специфическую готовую продукцию, то есть спрос на исходные материальные ресурсы сильно зависит от спроса потребителей на конечную продукцию. Также MRP-система может работать с широкой номенклатурой материальных ресурсов.

Основные цели MRP

• удовлетворение потребности в материалах, компонентах и продукции для планирования производства и доставки потребителям;
• поддержка низких уровней запасов;
• планирование производственных операций, расписаний доставки, закупочных операций.

Система MRP позволяет определить, сколько и в какие сроки необходимо произвести конечной продукции. Затем система определяет время и необходимые количества материальных ресурсов для удовлетворения потребностей производственного расписания.

 

№54 Информационные технологии конструкторского проектирования. Системы CAD (Computer Aided Design).

Система автоматизированного проектирования — автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности. Также для обозначения подобных систем широко используется аббревиатура САПР.

Использование САПР в проектировании электронных систем известно как автоматизация электронного проектирования (англ. EDA). В механическом проектировании САПР известен как механическая автоматизация проектирования (англ. MDA) или автоматизированное составление чертежей (англ. CAD), который включает процесс создания технического чертежа с использованием компьютерного программного обеспечения.

Программное обеспечение САПР для механического проектирования использует векторную графику в целях изображения объектов традиционного черчения или может также создавать растровую графику, отображающую общий вид проектируемых объектов. Тем не менее, это включает в себя больше, чем просто шаблонные формы. Как и при ручном создании технических и инженерных чертежей, выходные данные САПР должны передавать информацию, такую ​​как характеристики используемых материалов, процессы, размеры и допуски, в соответствии с соглашениями для конкретных приложений.

CAD может использоваться для проектирования кривых и фигур в двумерном (2D) пространстве; или кривых, поверхностей и твердых тел в трехмерном (3D) пространстве.

САПР является важным звеном в промышленном конструировании, широко используемым во многих отраслях, в том числе в автомобильной, судостроительной и аэрокосмической промышленности, промышленном и архитектурном проектировании, протезировании и многих других. САПР также широко используется в создании компьютерной анимации для спецэффектов в фильмах, рекламных и технических материалах, часто называемых цифровым контентом.

Современные пакеты программного обеспечения для автоматизированного проектирования варьируются от 2D-векторных систем черчения до 3D-моделей твердого тела и поверхности. CAD пакеты также часто допускают вращение в трех измерениях, позволяя просматривать проектируемый объект под любым желаемым углом, даже изнутри наружу. Некоторые программы CAD способны к динамическому математическому моделированию. Технология CAD используется при проектировании инструментов и механизмов, а также при проектировании всех типов зданий, от небольших жилых домов до крупнейших коммерческих и промышленных сооружений (больниц и заводов).

CAD в основном используется для детального проектирования 3D-моделей или 2D-чертежей физических компонентов, но он также используется на протяжении всего процесса проектирования - от концептуального проектирования и компоновки изделий до прочного и динамического анализа сборок и определения методов изготовления компонентов. CAD также можно использовать для проектирования таких объектов, как украшения, мебель, бытовая техника и т.д

Основная цель создания САПР — повышение эффективности труда инженеров, включая:

· сокращения трудоёмкости проектирования и планирования;

· сокращения сроков проектирования;

· сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию;

· повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования;

· сокращения затрат на натурное моделирование и испытания.

Достижение этих целей обеспечивается путём:

· автоматизации оформления документации;

· информационной поддержки и автоматизации процесса принятия решений;

· использования технологий параллельного проектирования;

· унификации проектных решений и процессов проектирования;

· повторного использования проектных решений, данных и наработок;

· стратегического проектирования;

· замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием;

· повышения качества управления проектированием;

· применения методов вариантного проектирования и оптимизации.

 

№55 Информационные технологии технологических процессов. Системы CAM (Computer Aided Manufacturing).

В САПР различных отраслей промышленности принято выделять системы функционального, конструкторского и технологического проектирования. Первые из них называют системами расчетов и инженерного анализа или системами CAE (Computer Aided Engineering).

Системы конструкторского проектирования называют системами CAD (Computer Aided Design). Проектирование технологических процессов выполняется в автоматизированных системах технологической подготовки производства (АСТПП), входящих как составная часть всистемы CAM (Computer Aided Manufacturing).

CAD-системпередаются вCAM (Computer-aided manufacturing) — система автоматизированной разработки программ обработки деталей для станков с ЧПУ или ГАПС (Гибких автоматизированных производственных систем). Обычно охватывает создание геометрических моделей изделия (твердотельных, трехмерных, составных), а также генерацию чертежей изделия и их сопровождение. Следует отметить, что русский термин «САПР» по отношению к промышленным системам имеет более широкое толкование, чем «CAD» — он включает в себя CAD, CAM и CAE.

1 этап. В CAD системе разрабатывается 3D модель детали или ее электронный чертеж. На рисунке представлена трехмерная модель детали с карманом сложной формы.

2 этап. 3D модель детали или ее электронный чертеж импортируется в САМ систему. Технолог-программист определяет поверхности и геометрические элементы, необходимые для обработки, делает выбор стратегии обработки, режущего инструмента и задает режим резания. Система вычисляет траектории перемещений инструмента.
3 этап. В САМ системе проводится визуальная проверка возникших траекторий. Программист имеет возможность достаточно легко исправить ошибки, которые могут обнаружиться на этом этапе, просто заново вернувшись к предыдущему.

4 этап. Завершающим продуктом САМ системы предстает код УП. Такой код создается с помощью постпроцессора, который в свою очередь подгоняет УП под характеристики определенного станка и системы ЧПУ.