Режимы обработки данных в ЕАИС
Режимы обработки данных в ЕАИС
1. Виды режимов обработки данных в ЕАИС
Режим обработки данных представляет собой способ решения задач в ЕАИС, характеризующийся порядком распределения ресурсов (времени занятия процессоров, общей памяти, устройств ввода - вывода и др.) системы между отдельными задачами. Различают следующие основные режимы обработки данных:
) мультипрограммный;
) пакетный;
) оперативный;
) обработки в реальном масштабе времени;
) телеобработки.
Каждый из этих режимов находит свое применение при решении задач в ЕАИС.
Мультипрограммный режим. В общем случае процесс решения задачи сводится к последовательности этапов процессорной обработки, ввода и вывода данных и обращений к внешним запоминающим устройствам. При этом задача в каждый момент времени обрабатывается, как правило, одним устройством ЭВМ, а остальные могут использоваться до завершения работы этого устройства и, следовательно, могут распределяться для решения других задач.
Поэтому режим, при котором в системе одновременно обрабатывается несколько задач, называется мультипрограммной обработкой или мультипрограммированием. При этом процессы обработки, относящиеся к разным задачам, одновременно выполняются различными устройствами системы. Цель мультипрограммирования - повышение производительности (уменьшение простоев) системы обработки данных.
Точнее говоря, режим обработки данных считается мультипрограммным, когда одновременно обрабатываются несколько разных задач или одновременно решаются разные части одной задачи. Если же одновременно обрабатываются только разные задачи, то принято этот режим называть многозадачным (мультизадачным). Именно для реализации мультипрограммного режима создаются многопроцессорные комплексы ЭВМ.
Пакетный режим. Часто при решении задач основное время тратится на ввод и вывод данных, а не на само решение. В этом случае для того, чтобы исключить простои процессора, применяется режим, при котором загружается сразу несколько задач (пакет), и их решение производится без остановки для вывода результатов решения каждой отдельной задачи. Вывод осуществляется после завершения обработки всего пакета задач. Поэтому этот режим обработки получил название пакетного.
Такой режим чаще всего применяется на больших и супер ЭВМ, где имеется очень высокая скорость вычислений и относительно низкая скорость ввода и вывода данных.
Оперативный режим. Очевидным недостатком пакетного режима является ожидание пользователем "своих" результатов до конца решения всех задач пакета. Тем более пользователь лишен возможности оперативно и непосредственно (в ходе вычислений) вмешаться в ход вычислительного процесса. В таких случаях обработка данных организуется в оперативном режиме, при котором пользователь видит ход вычислительного процесса и может немедленно или достаточно быстро в него вмешаться. Кроме того, при малом объеме вводимых и выводимых данных ожидание результатов пользователем является неоправданным.
В оперативной обработке выделяют два подрежима: "запрос-ответ" и диалоговый.
Подрежим "запрос-ответ " позволяет пользователю вводить свои данные (запрос) по мере необходимости и получать решение (ответ) по мере завершения вычислений. Обычно ожидание ответа составляет десятки секунд и минуты.
Диалоговый подрежим отличается такой интенсивностью взаимодействия с машиной (ввод данных - получение ответа), при которой время ожидания решения минимально, как при речевом диалоге. Время реакции системы составляет доли секунды или несколько секунд.
Кроме того, и это очень важно, ЭВМ по мере решения задачи пользователя может обращаться к нему с приглашением ввести те или иные данные, необходимые для продолжения процесса обработки информации. Поэтому этот подрежим еще называют интерактивным, т.е. активизируемым извне (от ЭВМ) диалогом.
Обработка в реальном масштабе времени. Этот режим используется главным образом при управлении техническими системами. Каждая задача инициируется либо периодически, либо при возникновении определенных ситуаций (событий) в системе. При этом темп инициирования задач и получения результатов вычислений жестко регламентируется динамическими свойствами объекта управления (например, ввиду возможной потери объектом устойчивости своего движения). Поэтому режим, при котором организация обработки данных подчиняется темпу процессов в объекте, и называется режимом обработки в реальном времени.
. Обмен данными в сети ЭВМ
Основной эффект от объединения ЭВМ и терминалов в вычислительную сеть - полная доступность всех ресурсов (процессоров, памяти, ввода-вывода и др.) для всех пользователей сети. Использование вычислительных сетей позволяет применять следующие их операционные возможности:
) удаленный ввод заданий - выполнение заданий, поступающих с любых терминалов на любую главную ЭВМ в пакетном или диалоговом режиме;
) доступ к удаленным файлам - обработка файлов, хранимых в удаленных ЭВМ;
защиту данных и ресурсов от несанкционированного доступа к ним;
передачу текстовых и, возможно, речевых сообщений между терминалами (пользователями);
выдачу справок об информационных и программных ресурсах (возможностях);
распределенные базы данных, размещенные в нескольких ЭВМ;
) распределенную обработку - параллельное решение задачи несколькими ЭВМ.
В настоящее время в сетях реализуются как минимум первые шесть видов дополнительных услуг из приведенного списка. Две последние услуги сетей являются весьма перспективными.
Функционирование вычислительных сетей представляется в терминах процессов. Процесс (задача) - это последовательность действий, предписанных программой или ее логически законченной частью, а также данные, используемые при вычислениях. Следовательно, процесс - динамический объект, реализующий целенаправленный акт обработки данных. Он порождается программой или пользователем и связан с данными, поступающими извне в качестве исходных или формируемыми процессом для внешнего использования. Процесс (задача) является минимальной единицей работы, для которой выделяются ресурсы ЭВМ (процессор, память, внешние устройства и др.).
Процессы в вычислительной сети могут быть прикладными и системными. Прикладной процесс - выполнение прикладной или обрабатывающей программы операционной системы ЭВМ, а также функционирование терминала (пользователя, работающего на терминале). Системный процесс - выполнение программы (алгоритма), реализующей вспомогательную (обслуживающую) функцию.
Ввод данных, необходимых процессу, и вывод данных производится в форме сообщений - последовательностей данных, имеющих законченное смысловое значение.
Ввод сообщений в процесс и вывод сообщений из процесса производится через логические (программно-организованные) точки, называемые портами.
Порты подразделяются на входные и выходные. Таким образом, процесс как объект представляется совокупностью портов, через которые он взаимодействует с другими процессами в сети.
Взаимодействие процессов сводится к обмену сообщениями, которые передаются по каналам, создаваемым средствами сети, между портами по их программным адресам.
Промежуток времени, в течение которого взаимодействуют процессы, называется сеансом (сессией). В вычислительных сетях единственная форма взаимодействия процессов - обмен сообщениями.
. Иерархические уровни обмена данными в вычислительной сети
обработка сеть данные
Все иерархические (соподчиненные) группы функций вычислительной сети делятся на ряд слоев, называемых уровнями, каждый из которых выполняет определенную задачу. Поэтому для обеспечения открытости, гибкости и эффективности сети управление процессами организуется по многоуровневой схеме.
Разные прикладные процессы как в одной и той же, так и в нескольких ЭВМ могли бы взаимодействовать на прикладном (смысловом) уровне. Однако сообщения в разных процессах могут быть представлены на различных языках и в разных форматах. Это исключает возможность непосредственного общения процессов через порты.
Для трансляции (преобразования) сообщений одного процесса (передающего) в сообщения другого процесса (принимавшего) необходимо еще одно преобразование, называемое представлением данных в стандартной форме. Поэтому реализующий представление уровень называется представительным. Это уровень 6.
Целью этого уровня является выполнение сервиса, предназначенного для объяснения смысла (значения) данных, передаваемых между прикладными процессами. Прикладным процессам представительный уровень дает возможность выбирать из предлагаемого набора те виды сервиса, которые необходимы для выполнения поставленной перед ними задачи. Виды представления информации обеспечивают стандартное описание структуры данных и команд, управляющих сервисом.
Наконец, обмен сообщениями между процессами осуществляется в течение отведенного времени - сеанса. И этот обмен надо организовать, т.е. управлять обменом. Этот процесс управления обменом сообщениями называется сеансовым и он реализуется на уровне 5. Целью этого уровня является организация сеансов связи одновременно (через представительный уровень) между двумя либо более прикладными процессами. Для этого один из прикладных процессов должен обратиться в представительный уровень с предложением о проведении сеанса и получить согласие на него.
Для организации и проведения сеанса представительный уровень взаимодействует с сеансовым уровнем. Сеансы, обеспечивающие взаимодействие различных пар прикладных процессов, могут осуществляться параллельно, а между двумя процессами может быть одновременно проведено несколько сеансов, во время которых прикладные процессы обмениваются массивами информации.
Представительный и сеансовый уровни в совокупности образуют процедуру доступа к процессам. Программу управления сеансами и представлением, образующим уровень доступа к процессам, называют сетевым элементом.
Каждая из программ пользователей в ЭВМ связана с одним или несколькими сетевыми элементами. Именно сетевые элементы образуют порты для обмена информацией между процессами. На этом уровне по запросам процессов не только создаются порты для приема и передачи сообщений, но и организуются соединения между ними - логические каналы.
Всем сетевым элементам (и их портам) присваиваются адреса, которые однозначно определяют эти элементы в вычислительной сети.
Вообще говоря, сообщения существуют лишь на самых верхних уровнях управления (6 и 7). Практически же при организации сеансов сообщения преобразуются в блоки, которыми и обмениваются процессы между собой.
Обмен информацией между разными процессами в пределах одного процессора (через уровни 7, 6, 5) иногда называют экспортом-импортом файлов.
Напомним, что обмен блоками между процессами в одной ЭВМ организуется логически (путем переадресации информации в ЭВМ) через порты. Если же процессы протекают в разных процессорах одной ЭВМ, то обмен информацией между ними уже должен носить физический, а не логический характер, так как процессоры связаны между собой физическими цепями, называемыми шинами (данных, адресов данных). В этом случае обмен информацией между процессами в разных процессорах необходимо организовать с помощью специального уровня - физического уровня. Это уровень 1. На входе этого уровня сообщения приобретают вид физических сигналов.
Физический уровень реализует управление каналом связи, которое сводится к подключению и отключению канала связи и формированию физических сигналов, представляющих передаваемые данные.
Однако следует иметь в виду, что из-за действия помех, влияющих на канал связи, в передаваемые данные вносятся искажения (вероятность искажении примерно 10^ (-4)...10^(-6) ошибок на бит).
Если процессы протекают в разных ЭВМ, соединенных между собой линиями связи, то для повышения достоверности передаваемых данных до уровня не ниже 10^(-8)...10^(-9) ошибок на бит вводится еще один уровень управления - канальный уровень. Это уровень 2. На выходе этого уровня сообщения приобретают уже иной вид - вид кадров информации.
В общем случае при обмене данными между процессами в различных и удаленных ЭВМ добавляются еще два уровня: сетевой (уровень 3) и транспортный (уровень 4). На выходе этих уровней сообщения также приобретают специфический вид - вид фрагментов (после уровня 4) и пакетов (после уровня 3).
-уровневая модель управления обмена данными в сети ЭВМ называется архитектурой открытых систем и принята как стандартная.
Многоуровневое управление обменом данных в сети ЭВМ реализуется либо аппаратно (с помощью технических устройств), либо программно (с помощью специальных программ). Как правило, уровни 1 и 2 реализуются аппаратно (на уровне 1 - электронные схемы и на уровне 2 - программированные контролеры или микро ЭВМ).
На уровнях 3...6 используются программные средства, образующие сетевое программное обеспечение. Все уровни управления должны быть обязательно согласованы между собой. Поэтому взаимодействие между уровнями одной системы производится на основе соглашения - межуровневого интерфейса, определяющего структуру данных и способ (алгоритм) обмена данными между соседними уровнями.
Уровни I...2 и 2...3 связываются между собой посредством схемных интерфейсов ( интерфейсных шин ), а уровни 3...4, 4...5, 5...6, 6...7 - с помощью программных интерфейсов (совокупности процедур с данными).
Гибкость организации и простота реализации сетей достигается, в частности, вследствие того, что обмен сообщениями (данными) допускается только между процессами одного уровня. Процедура взаимодействия процессов на основе обмена сообщениями (данными) называется протоколом. Протокол представляет собой набор соглашений о форматах и порядке следования во времени обмениваемых сообщений. Иначе говоря, протокол состоит из набора правил и описаний, которые регулируют передачу информации между ЭВМ.
) параллелизм взаимодействующих процессов;
) взаимная неопределенность состояний процессов, связанная с отсутствием у каждого из них информации о состоянии другого процесса;
) отсутствие однозначной зависимости между событиями и действиями, выполняемыми при их наступлении;
) отсутствие полной гарантии доставки сообщений.
Число уровней" управления и типы используемых протоколов и определяют архитектуру вычислительной сети.