А. М. Ларионов, С. А. Майоров,

Г. И. Новиков

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ, СИСТЕМЫ И СЕТИ

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов вузов, обучающихся по специальности «Электронные вычислительные машины»

Ленинград ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ Ленинградское отделение

1987

оглавление

ПРЕДИСЛОВИЕ 3

ГЛАВА ПЕРВАЯ 5

СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ 5

1.1.СПОСОБЫ ПОСТРОЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ 5

1.2.СОСТАВ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ 12

1.3.ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ 17

1.4.РЕЖИМЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ 24

ГЛАВА ВТОРАЯ 29

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ 29

2.1.ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ 29

2.2.МНОГОМАШИННЬГЕ КОМПЛЕКСЫ 37

2.3.МНОГОПРОЦЕССОРНЫЕ КОМПЛЕКСЫ 40

2.4.ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ 46

2.5.КОМПЛЕКСЫ НА ОСНОВЕ МИКРО-ЭВМ И МИКРОПРОЦЕССОРОВ 51

2.6.РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСОВ 54

2.7.СРАВНЕНИЕ МНОГОМАШИННЫХ И МНОГОПРОЦЕССОРНЫХ КОМПЛЕКСОВ 62

ГЛАВА ТРЕТЬЯ 66

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ 66

3.1.СИСТЕМЫ С КОНВЕЙЕРНОЙ ОБРАБОТКОЙ ИНФОРМАЦИИ 66

3.2.МАТРИЧНЫЕ СИСТЕМЫ 70

3.3.АССОЦИАТИВНЫЕ СИСТЕМЫ I 75

3.4.ОДНОРОДНЫЕ СИСТЕМЫ И СРЕДЫ 78

3.5.ФУНКЦИОНАЛЬНО РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ СИСТЕМЫ 80

3.6.СИСТЕМЫ С ПЕРЕСТРАИВАЕМОЙ СТРУКТУРОЙ 83

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ 88

СИСТЕМЫ ТЕЛЕОБРАБОТКИ 88

4.1.ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ 88

4.2.КАНАЛЫ СВЯЗИ 90

4.3.СОПРЯЖЕНИЕ ЭВМ С КАНАЛАМИ СВЯЗИ 96

4.4.АБОНЕНТСКИЕ ПУНКТЫ 97

4.5.ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА 99

ГЛАВА ПЯТАЯ 101

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ 101

5.1.СТРУКТУРА И ХАРАКТЕРИСТИКИ. 101

6.2.МОНОКАНАЛЫ 106

6.3.АДАПТЕРЫ 117

6.4.РАСШИРЕНИЕ И КОМПЛЕКСИРОВАНИЕ 121

6.5.РЕАЛИЗАЦИЯ 123

ГЛАВА СЕДЬМАЯ 129

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ 129

7.1.ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ 129

7.2.МОДЕЛИ И МЕТОДЫ 133

7.3.ПРИНЦИПЫ АНАЛИЗА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ 148

7.4.МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ И ОЦЕНКИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ 153

7.5.МОДЕЛИ РАБОЧЕЙ И СИСТЕМНОЙ НАГРУЗКИ 160

ГЛАВА ВОСЬМАЯ 168

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ 168

8.1.ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 168

8.2.СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ 169

8.3.ЭКСПЛУАТАЦИЯ 174

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 178

предисловие

В «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986- 1990 годы и на период до 2000 года» вычислительная техника рассматривается как один из важнейших факторов интенсификации производства к повышению производительности труда. В двенадцатой пятилетке производство средств вычислительной техники возрастает в 2-2,3 раза, что значительно расширит масштабы применения ЭВМ и систем на их основе в научных исследованиях, инженерной деятельности, управлении производством, технологическим оборудованием и транспортом. В реализации заданий Энергетической программы СССР существенная роль отводится автоматизированным системам разведки полезных ископаемых, управления топливно-энергетическими комплексами и энергетическим оборудованием.

Эффект, достигаемый за счет применения вычислительной техники, возрастает при увеличении масштабов обработки данных, т. е. концентрации по возможности больших объемов данных и процессов их обработки в рамках одной технической системы. Крупномасштабные системы обработки данных можно создавать, повышая мощность ЭВМ или объединяя многие ЭВМ в вычислительные комплексы и сети. Комплексирование средств вычислительной техники позволяет создавать широкую номенклатуру высокопроизводительных отказоустойчивых систем обработки данных и рассматривается как одно из перспективных направлений развития вычислительной техники.

Методы проектирования и эксплуатации вычислительных комплексов, систем и сетей разрабатываются в рамках теории вычислительных систем. При этом считается, что термин «вычислительная система» охватывает и вычислительные, и управляющие, и информационно-измерительные системы, построенные на основе ЭВМ, многомашинных и многопроцессорных комплексов и вычислительных сетей. Характерная черта теории вычислительных систем - системотехнический подход к исследованию. Основной принцип системотехники - представление системы как совокупности всех ее частей в тесной связи с окружающей средой и взаимообусловленности всех свойств системы, таких, как производительность, надежность и стоимость. Поэтому в теории вычислительных систем технические средства и программные (операционная система и прикладное программное обеспечение) рассматриваются во взаимосвязи и свойства системы оцениваются как совокупность свойств технических и программных средств.

Естественно, что при системотехническом подходе к сложным объектам, какими являются вычислительные системы, комплексы и сети, необходимо ограничивать глубину исследования их организации и процессов функционирования и в качестве элементов систем рассматривать процессоры, каналы ввода - вывода, запоминающие и периферийные устройства, а во многих случаях - ЭВМ, многопроцессорные и многомашинные комплексы. Этот уровень представления вычислительных систем, комплексов и сетей - наиболее характерная черта системотехнического подхода в вычислительной технике.

Теория вычислительных систем (комплексов и сетей) состоит из двух основных разделов: архитектуры систем и метрической теории систем. Первый раздел - связан с изучением архитектуры вычислительных систем - общей логической организации систем, определяющей процессы обработки данных и включающей в себя методы представлении данных, состав, назначение и принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения. Исследования архитектуры вычислительных систем направлены на выявление способов построения систем с различными свойствами, рациональных вариантов распределения функций между техническими и программными средствами, состава системы и конфигурации связей между ними, способов организации вычислительных процессов. Метрическая теория вычислительных систем направлена на количественную оценку показателей, характеризующих организацию и функционирование систем. В рамках метрической теории исследуется влияние организации и режима