Системы централизованной телеобработки данных

Введение.

Созданию информационно-вычислительных систем и сетей (ИВС) послужили следующие факторы:

1. Появление персональных ЭВМ и резкий рост их числа.

2. Резкое расширение возможностей связи на основе цифровых каналов, волоконной оптики и космической техники.

3. Потребность в коллективном доступе к вычислительным ресурсам и базам данных (знаний), в обмене данными между пользователями, расположенными на больших расстояниях.

Указанные факторы привели к широкому применению информационно-вычислительных систем, в которых ЭВМ соединяются друг с другом, с банками данных и с многочисленными терминальными устройствами.

Под ИВС будем понимать систему коллективного пользования, состоящую из одного или нескольких процессоров, компьютеров (ЭВМ) и обеспечивающую независимый и одновременный доступ к своим информационно-вычислительным ресурсам многих пользователей.

 

Основной причиной и главным стимулом в создании и развитии ИВС является необходимость построения автоматизированных систем управления (АСУ), отдельные компоненты которых распределяются на значительной территории. ИВС является основной составной частью любой АСУ как в функциональном, так и в структурном плане.

 

Рис.1. Структурная схема АСУ

 

Основные функции АСУ (см. рис.1):

- Сбор, обработка и первичный анализ информации об управляемом объекте, его состоянии.

- Вторичный анализ (обобщение) полученной информации и формирование управляющего воздействия (принятие решения).

- Передача управляющего воздействия (сообщения, данных, сигнала, приказа и т.п.) исполнительному элементу (управляемому объекту).

Функция 2 выполняется средствами автоматизации (рабочие места пользователей) АСУ. Функции 1 и 3 являются прерогативой ИВС, поскольку ИВС обеспечивает передачу, прием, сбор, обработку и анализ (первичной) информации. ИВС как правило входят в состав соответствующих АСУ предприятием, отраслевых АСУ.

Именно проблема реализации интегрированных, территориально распределенных АСУ остро поставила вопрос о создании и применении ИВС коллективного пользования, обеспечивающих независимый друг от друга доступ пользователей со своих рабочих мест (локальных терминальных систем и удаленных абонентских пунктов) к вычислительным и информационным ресурсам для решения задач АСУ различных уровней и назначений.

Создание ИВС (автоматизированных рабочих мест (АРМ), локальных отраслевых сетей ЭВМ объектов автоматизации, региональных и отраслевых сети ЭВМ предполагается осуществлять по следующим направлениям:

1. Широкая автоматизацией рабочих мест объектов управления АСУ на базе терминальных комплексов и ЛВС различных типов;

2. Создание и применение в АСУ типовых элементов ИВС с функциями распределенной обработки данных (ИВС коллективного пользования), построенной на мегамини-ЭВМ, персональных ЭВМ;

3. Объединение объектов АСУ с помощью сетей вычислительных машин и сетей передачи данных.

4.АРМы должны стать средством интеллектуального интерфейса пользователя с ЭВМ с помощью средств лингвистической обработки текста, речевого общения, прямого ввода данных с документов и машинной графики, а также отображения текстовой и графической информации и изготовления “твердых” копий документа.

Классификация ИВС.

Анализ отечественных и зарубежных информационно-вычислительных систем обработки и передачи информации и изучение их возможностей позволяют классифицировать ИВС по следующим признакам:

- Методы управления ИВС.

- Принадлежность.

- Режим работы.

- Организация работы.

- Структура.

- Тип вычислительной среды ИВС.

- Количество компьютеров (ЭВМ).

- Производительность.

Рассмотрим эти признаки.

По методу управления ИВС делятся на централизованные, децентрализованные и смешанные.

Централизованнымиявляются ИВС, в которых все функции управления техническими средствами ИВС выполняет одна из ЭВМ. Примером такой ИВС являются системы телеобработки данных.

В децентрализованных ИВС функции управления распределены между ЭВМ. При этом каждая ЭВМ работает автономно и выполняет все необходимые функции по управлению вычислительным процессом, обработкой данных и в случае необходимости по передаче информации или задания другой ЭВМ. Машина сама инициирует такую передачу и управляет ею. Примером такой ИВС являются сети ЭВМ.

Смешаннымиявляются ИВС, в которых часть функций управления выполняет главная ЭВМ, а часть распределяется между другими компонентами ИВС. Такой способ управления часто используется в локальных сетях ЭВМ, где планирование и контроль работы сети, сбор и анализ статистики о ее функционировании берет на себя главная ЭВМ- центр управления сетью (ЦУС), а управление передачей информации между узлами сети, контроль ошибок передачи, управление локальной обработкой данных осуществляется каждой ЭВМ автономно.

По принадлежности ИВС делятся на ведомственные (корпоративные) и общего применения (ОП).

Ведомственные ИВС создаются для обработки данных в интересах отдельного предприятия, организации, министерства.

ИВС общего применения обеспечивают доступ многих, в том числе и удаленных абонентов заданного района и ресурсом ИВС вне зависимости от их ведомственной принадлежности.

Достоинства ИВС ОП по сравнению с ведомственными:

- более высокая загрузка ЭВМ;

- более низкая (на 20-40%) себестоимость обработки информации.

По режимам работы ИВС с точки зрения пользователя делятся на системы с диалоговым режимом, режимом “запрос-ответ”, пакетным и реального времени. Основными режимами являются первые два режима: диалоговый и “запрос-ответ”.

Работа в диалоговом режиме ведется сеансами. Пользователю на все время сеанса отводятся определенные ресурсы процессора, памяти и другие, предоставляется возможность непрерывно воздействовать на процесс обработки задач.

В режиме “запрос-ответ” система настраивается на работу с пользователем только при получении от него запроса, не поддерживая с ним связи в остальное время для выдачи ответа.

Местная и удаленная пакетная обработка, с точки зрения ЭВМ, является частным случаем режима “запрос-ответ”. Введенное в систему задание пакетной обработки операционная система ЭВМ рассматривает как один запрос с достаточно низким приоритетом и большим объемом вычислений. Пакетный режим используют только в ночное время. Все задания, поступающие в ИВС, группируются в пакеты и затем по мере освобождения ресурсов памяти, процессора запускаются в ЭВМ на обработку.

Непосредственное взаимодействие пользователя с ИВС одновременно в режимах диалога и “запрос-ответ” обеспечивает как высокую эффективность использования оборудования ИВС, так и максимальную эффективность работы пользователя.

При работе ИВС в режиме реального времени темп инициирования задач и время получения результатов вычислений регламентируются динамическими свойствами управляемого объекта (технологического объекта, подвижного объекта, например, космического аппарата и др.). Это означает, что на время решения задач управления налагаются ограничения, определяющие предельное допустимое время ответа для задач.

По принципу организации работы различают ИВС локальной, теле- и распределенной обработки.

В ИВС локальной обработки отсутствует аппаратура передачи данных для связи между отдельными ЭВМ и ЭВМ с терминалами (ЛВС).

К ИВС с телеобработкой относятся вычислительные системы с местной или удаленной через каналы связи терминальной сетью. Все управление абонентской сетью, как правило, централизовано и осуществляется с помощью центральной ЭВМ системы. Системы с телеобработкой обеспечивают дистанционное коллективное использование ресурсов ЭВМ.

В настоящее время осуществляется переход от системной телеобработки к сетевой телеобработке и сетям ЭВМ с территориально распределенными вычислительными, информационными и связными ресурсами. ИВС, использующие сетевую телеобработку или построенные в виде сети ЭВМ, называются распределенными.

По структурному принципу ИВС делятся на вычислительные центры, иерархические системы, сети ЭВМ и терминальные комплексы (ТК).

Вычислительный центр - это ИВС, состоящая из нескольких ЭВМ, сосредоточенных в одном месте и объединенных организационно и методологически. Под методологическим объединением понимается совокупность следующих факторов: единый принцип управления вычислительными средствами на ВЦ, обмен информацией между ЭВМ и ВЦ, возможность резервирования одного технического средства другим (ЭВМ, ВЗУ, периферийные устройства).

Иерархические ИВС - это ВЦ с главной ЭВМ (хостмашина, майнфрейм, сервер, суперсервер), развитой терминальной сетью (сетью персональных ЭВМ) и средствами телеобработки данных.

Сеть ЭВМ представляет собой ИВС, состоящую из двух или нескольких удаленных друг от друга ЭВМ или вычислительных центров, взаимодействующих через каналы связи.

Принято разделять сети ЭВМ на систему обработки данных (СОД) и систему передачи данных (СПД). Система обработки данных - это совокупность ЭВМ, абонентских пунктов, операционной системы сети, функционального программного обеспечения, предназначенных для решения информационно-вычислительных задач абонентов сети. Система передачи данных - это совокупность каналов связи, аппаратных (центров коммутации процессоров телеобработки, мультиплексоров передачи данных, сетевых адаптеров, повторителей, концентраторов, мостов, маршрутизаторов, коммутаторов, аппаратуры передачи данных) и программных средств установления и осуществления телекоммуникаций (связи).

Терминальный комплекс - это ИВС, состоящая из двух и более рабочих станций (абонентских пунктов) и центральной ЭВМ (группового устройства управления, микро-ЭВМ, сервера). В ряде случаев может применяться дополнительно промежуточная ЭВМ (микро-ЭВМ).

По типу вычислительной среды ИВС можно разделить на однородные и неоднородные. Однородные ИВСсодержат однотипные ЭВМ, например, ЕС ЭВМ. Неоднородные ИВСв свой состав включают ЭВМ различных типов, серий, систем, например, ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ.

По количеству ЭВМ различают одномашинные и многомашинные ИВС. Переход от одномашинных к многомашинным ИВС обусловлен следующими факторами:

- необходимость увеличения мощности ИВС;

- повышение требований по надежности работы;

- специализация отдельных ЭВМ на выполнении определенных функций в составе ИВС.

По производительности ИВС разделяются на две подгруппы: по быстродействию и по числу обслуживаемых терминалов одной ИВС.

По быстродействиюИВС делятся на малые (до 1 млн. опер./с), средние (от 1 до 10 млн. опер./с), большие (от 10 до 100 млн. опер./с) и сверхбольшие (более 100 млн. опер./с).

По числу обслуживаемых пользователей ИВС делятся также на малые (до 10 терминалов), средние (от 10 до 100 терминалов), большие от 100 до 1000 терминалов), сверхбольшие (более 1000 терминалов).

Системы централизованной телеобработки данных.

Рассмотрим несколько подробнее этот класс ИВС в виду его большого распространения на практике (см. рис.2).

 

Рис. 2. Система телеобработки данных.

Система централизованной телеобработки данных - это совокупность технических и программных средств передачи и телеобработки данных, объединенных между собой и с ЭВМ каналами связи и предназначена для дистанционного взаимодействия абонентских пунктов и ЦВК (ЭВМ). Индивидуальные и групповые АП подключаются к ЭВМ с помощью модемов, каналов связи и процессоров телеобработки данных. Локальные одиночные и групповые устройства отображения данных подключаются непосредственно к мультиплексному каналу ЭВМ по физической линии. Обмен данными между АП и ЭВМ осуществляется посредством выделенных и коммутируемых телефонных и телеграфных каналов связи в дуплексном и полудуплексном режимах. Частью системы телеобработки данных ИВС может быть система передачи данных (СПД). В состав СПД могут входить следующие технические средства:

- АПД (устройства преобразования сигналов, устройство защиты от ошибок и вспомогательные устройства);

- каналы связи (в том числе абонентские и соединительные линии) и

- коммутационное оборудование, вспомогательная аппаратура (контроль, измерение, отображение, управление, а также наладочная).

Сопряжение средств СПД с оконечным оборудованием данных (ООД) как на ВЦ, так и на АП может выполняться двумя способами:

- непосредственное (электрическое сопряжение);

- сопряжение с помощью промежуточных носителей.

Для обмена между ЭВМ и абонентскими пунктами по каналам связи находят применение процессоры телеобработки данных (ПТД) и другие аналогичные по функциям устройства, которые предоставляют также возможности для создания систем (сетей) телеобработки. При этом часть функций обмена данными и первичная обработка данных от центральной ЭВМ переходит к ПТД, увеличивая тем самым эффективность работы ЭВМ.

Основным, базовым программным средством взаимодействия ЭВМ в системах телеобработки данных является сетевая телеобработка. Прототипом архитектуры сетевой телеобработки является системная архитектура вычислительной сети SNA, разработанная фирмой IBM в 1975 году. Основная задача сети SNA - обеспечение теледоступа с терминала, АП к ЭВМ. Однако функции взаимодействия между ЭВМ,реализованные в SNA, ограничены и не позволяют реализовать распределенной обработки информации, как это требуется в сетях ЭВМ, создаваемых, например, в интересах АСУ (автоматизированных систем управления).

Техническую основу ИВС с централизованной обработкой данных составляют многомашинные информационно-вычислительные центральные и терминальные комплексы.

Информационно-вычислительные центральные комплексы (ИВЦК) могут строиться в виде двух вариантов структур: одноуровневые и двухуровневые.

В одноуровневой структуре информационно-вычислительный комплекс может состоять из двух машин (см. рис.3). В одной ЭВМ, как правило, реализуется диалоговый локальный или удаленный ввод заданий под управлением СРВ (системы разделения времени) совместно с локальной и удаленной пакетной обработкой; во второй ЭВМ реализуются банки данных под управлением СУБД (системы управления базами данных) с пакетной обработкой заданий.

 

Рис. 3. Одноуровневая структура ИВС для АСУ.

 

Каждая ЭВМ подключается к двум процессорам телеобработки (ПТД). Комплексирование ЭВМ осуществляется на уровне адаптеров канал-канал (АКК), общей внешней памяти и процессоров телеобработки. Любой из ПТД может быть переключен с одной ЭВМ на другую. Общее поле внешних ЗУ организуется через блок-мультиплексные каналы ПВВ (процессоров ввода-вывода) и через двухканальные переключатели, имеющиеся у внешних ЗУ (НМЛ и НМД) и подключающих их одновременно к каналам разных машин.
Учитывая повышенные требования к достоверности обработки и хранения данных, а также требования доступа с одного терминала к любой программной системе, целесообразно вычислительный комплекс строить с двумя уровнями иерархии (см. рис.4).

Первый (верхний) уровень - основные (одна или две) машины, выполняющие информационно-вычислительные работы в режимах “запрос-ответ” и пакетной обработки. На втором (нижнем) уровне используется организующая ЭВМ, которая работает в диалоговом режиме, ведет базы данных, планирует и распределяет задания между машинами первого уровня. В организующей ЭВМ обеспечивается совместное использование линий связи и доступ с одного терминала к различным прикладным программам. Для взаимодействия организующей ЭВМ с удаленными абонентскими пунктами (АП) и малыми ЭВМ используются два ПТД, один из которых резервный (для

 

Рис.4. Двухуровневая структура ИВС для АСУ.

 

надежности). В качестве АП могут быть как сетевые АП, так и системные АП. Комплексирование всех машин первого и второго уровня иерархии осуществляется на уровне каналов ввода-вывода и общего поля внешней памяти.

Информационно-вычислительные терминальные комплексы (ИВТК)являются основными и наиболее массовыми групповыми техническими средствами автоматизации рабочих мест, обеспечивающими подготовку, обработку и выдачу текстовой и графической информации. Терминальный комплекс в общем случае состоит (см. рис.5) из нескольких рабочих станций (РС) и группового устройства управления (ГУУ). Рабочая станция устанавливается непосредственно на рабочем месте пользователя и включает в себя терминал (дисплей с клавиатурой, микроЭВМ, считывающее и печатающее устройство, НМЛ, НГМД и др.). ГУУ содержит микроЭВМ с необходимым набором периферийных устройств и блоками интерфейса с линиями связи и сетевой телеобработкой. Терминальные комплексы также, как и центральные комплексы, можно разделить на одноуровневые и двухуровневые. В одноуровневых, содержащих группу непрограммируемых терминалов, подключаемых ГУУ, программную обработку информации берет на себя только ГУУ (центральная ЭВМ). В терминалах (дисплей с клавиатурой, печатающее

 

Рис. 5. Терминальный комплекс.

 

устройство, устройство вывода и т.п.) обработка информации осуществляется аппаратными средствами.

В двухуровневых комплексах между программируемыми терминалами и ЭВМ применяется промежуточная микроЭВМ, на которую возложены функции буферирования и промежуточной обработки информации. При подключении нескольких терминалов к промежуточной микроЭВМ, последняя выполняет функции организации взаимодействия этих терминалов с общей информационной базой.

Такой комплекс выполняет подготовку и редактирование текстовой информации, организацию обмена информацией между рабочими местами. Возможно подключение комплекса к двум каналам связи или двум ЭВМ с помощью двухканальных переключателей. К ГУУ по двухпроводному последовательному радиальному интерфейсу может быть подключено несколько “интеллектуальных” рабочих мест (станций).

Между собой терминальные комплексы можно связывать с помощью адаптеров (устройств) сопряжения с линиями связи (УСЛ) и аппаратуры передачи данных (АПД).