Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Области применения информационно-вычислительных систем.

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Информационно-вычислительная система (ИВС)

- это система из одного или нескольких компьютеров и набора программ, обеспечивающая сбор, передачу, переработку и представление человеку информации о конкретном производстве для реализации им функций управления.

В настоящее время сфера применения информационно-вычислительных систем (ИВС) непрерывно расширяется, охватывая все новые области в различных отраслях науки, бизнеса и производства. Стремительное развитие кластерных систем создает условия для использования многопроцессорной вычислительной техники в реальном секторе экономики.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Если традиционно ИВС применялись в основном в научной сфере для решения вычислительных задач, требующих мощных вычислительных ресурсов, то сейчас из-за бурного развития бизнеса резко возросло количество компаний, отводящих использованию компьютерных технологий и электронного документооборота главную роль. В связи с этим непрерывно растет потребность в построении централизованных вычислительных систем для критически важных приложений, связанных с обработкой транзакций, управлением базами данных и обслуживанием телекоммуникаций. Можно выделить две основные сферы применения описываемых систем: обработка транзакций в режиме реального времени (OLTP, on-line transaction processing) и создание хранилищ данных для организации систем поддержки принятия решений (Data Mining, Data Warehousing, Decision Support System). Система для глобальных корпоративных вычислений — это, прежде всего, централизованная система, с которой работают практически все пользователи в корпорации, и, соответственно, она должна все время находиться в рабочем состоянии. Как правило, решения подобного уровня устанавливают в компаниях и корпорациях, где даже кратковременные простои сети могут привести к громадным убыткам. Поэтому для организации такой системы не подойдет обыкновенный сервер со стандартной архитектурой, вполне пригодный там, где нет жестких требований к производительности и времени простоя. Высокопроизводительные системы для глобальных корпоративных вычислений должны отличаться такими характеристиками как повышенная производительность, масштабируемость, минимально допустимое время простоя.

Параграф 1

Классификация ИВС

а) по степени автоматизации:

Автоматические - выполняют все операции по переработке информации без участия человека.
Автоматизированные - предполагают участие в процессе обработки информации и человека и компьютеров.

б) по характеру использования информации:

Информационно-поисковые - выдают информацию по запросу пользователя (ИПС в библиотеке, в кассах продажи билетов ...).
Управляющие - вырабатывают информацию, на основе которой человек принимает решение.
Советующие - вырабатывают информацию, которая принимается человеком к сведению (например, медицинские диагнозы ...).

в) по сфере применения:

АСУП - автоматизация функций управленческого персонала на производстве.
АСУТП - автоматизация ТП (АСУТП АЭС).
АСНИ - автоматизация научных исследований.

Параграф 2

Наряду с расширением области применения по мере совершенствования ИВС происходит усложнение и увеличение количества задач в областях, традиционно использующих высокопроизводительную вычислительную технику. В настоящее время выделен круг фундаментальных и прикладных проблем, эффективное решение которых возможно только с использованием сверхмощных вычислительных ресурсов. Этот круг, обозначаемый понятием "Grand challenges", включает следующие задачи:

предсказания погоды, климата и глобальных изменений в атмосфере;
науки о материалах;
построение полупроводниковых приборов;
сверхпроводимость;
структурная биология;
разработка фармацевтических препаратов;
генетика;
квантовая хромо динамика;
астрономия;
транспортные задачи;
гидродинамика и газодинамика;
управляемый термоядерный синтез;
эффективность систем сгорания топлива;
геоинформационные системы;
разведка недр;
наука о мировом океане;
распознавание и синтез речи;
распознавание изображений.

Информационно-вычислительные системы могут существовать в различных конфигурациях. Наиболее распространенными типами ИВС являются:

системы высокой надежности ;
системы для высокопроизводительных вычислений ;
многопоточные системы.

Отметим, что границы между этими типами ИВС до некоторой степени размыты, и часто система может иметь такие свойства или функции, которые выходят за рамки перечисленных типов. Более того, при конфигурировании большой системы, используемой как система общего назначения, приходится выделять блоки, выполняющие все перечисленные функции.

ИВС являются идеальной схемой для повышения надежности информационно-вычислительной системы. Благодаря единому представлению, отдельные узлы или компоненты ИВС могут незаметно для пользователя заменять неисправные элементы, обеспечивая непрерывность и безотказную работу даже таких сложных приложений как базы данных.

Параграф 3

ИВС для высокопроизводительных вычислений

Предназначены для параллельных расчетов. Имеется много примеров научных расчетов, выполненных на основе параллельной работы нескольких недорогих процессоров, обеспечивающих одновременное проведение большого числа операций.

ИВС для высокопроизводительных вычислений обычно собраны из многих компьютеров. Разработка таких систем – процесс сложный, требующий постоянного согласования таких вопросов как инсталляция, эксплуатация и одновременное управление большим числом компьютеров, технических требований параллельного и высокопроизводительного доступа к одному и тому же системному файлу (или файлам), межпроцессорной связи между узлами и координации работы в параллельном режиме. Эти проблемы проще всего решаются при обеспечении единого образа операционной системы для всего кластера. Однако реализовать подобную схему удается далеко не всегда, и обычно она применяется лишь для небольших систем.

Многопоточные системы

Используются для обеспечения единого интерфейса к ряду ресурсов, которые могут со временем произвольно наращиваться (или сокращаться). Типичным примером может служить группа web-серверов.

Главной отличительной особенностью информационно-вычислительной системы является ее производительность, т.е. количество операций, производимых системой за единицу времени. Различают пиковую и реальную производительность. Под пиковой понимают величину, равную произведению пиковой производительности одного процессора на число таких процессоров в данной машине. При этом предполагается, что все устройства компьютера работают в максимально производительном режиме. Пиковая производительность компьютера вычисляется однозначно, и эта характеристика является базовой, по которой производят сравнение высокопроизводительных вычислительных систем. Чем больше пиковая производительность, тем (теоретически) быстрее пользователь сможет решить свою задачу. Пиковая производительность есть величина теоретическая и, вообще говоря, недостижимая при запуске конкретного приложения. Реальная же производительность, достигаемая на данном приложении, зависит от взаимодействия программной модели, в которой реализовано приложение, с архитектурными особенностями машины, на которой приложение запускается.

Параграф 4

Взаимодействие компьютеров в сети

Вычислительные сети, в зависимости от способов взаимодействия компьютеров в них, можно разделить на две группы - централизованные и одно ранговые.

Централизованные сети строятся на основе архитектуры "клиент-сервер", которая предполагает выделение в сети так называемых "серверов" и "клиентов". К клиентам относятся рабочие станции (компьютеры) сети, которые не имеют непосредственных контактов друг с другом и могут общаться между собой только через сервер: следовательно, одна станция не может использовать файл, находящийся на другой станции: для этого файл должен находиться на файл-сервере. Все локальные ресурсы рабочих станций так и остаются локальными и, следовательно, не могут быть использованы никакой другой рабочей станцией.

Серверы управляют подключенными к ним общими разделяемыми ресурсами сети. Различают:

файл-серверы, служащие для управления передачей, файлов и позволяющие пересылать информацию большого объема, (не обязательно текстовую, но и графическую);

серверы печати (или принт-серверы), служащие для включения в состав сети принтера, доступного для использования пользователям со всех рабочих станций сети;

коммуникационные (связные) серверы, предназначенные для управления и установления связи между компьютерами в сети;

почтовые серверы в системе электронной почты, служащие для пересылки и приема электронных писем;

архивные серверы, предназначенные для архивирования данных и резервного копирования информации в больших много серверных сетях;

факс-серверы, используемые для отправления пользователями факсимильных сообщений с рабочих станции, для приема и последующей рассылки сообщении в личные боксы пользователей и др.

В качестве сервера может быть использован либо обычный персональный компьютер, или же это может быть специализированное устройство, реализующее одну из указанных функций управления. В этом последнем случае специализированный сервер по своему внешнему виду может отличаться от обычного персонального компьютера и в зависимости от назначения иметь различные габариты - от бытового видеомагнитофона до видеокассеты (при этом в его состав, как правило, не входят ни монитор, ни клавиатура).

С точки зрения пользователей архитектура "клиент-сервер" предоставляет им быстрый и простой доступ с локальной рабочей станции к информации и функциям, содержащимся где-то в сети. Среди других достоинств, важных для пользователя, можно отметить: повышение производительности, возможность свободного выбора необходимого программного обеспечения, простоту в использовании инструментальных средств.

Одно ранговые ЛВС основаны на равноправной (peer-to-peer) модели взаимодействия компьютеров. В такой сети каждый компьютер может выступать, смотря по обстоятельствам, и как рабочая станция, и как сервер, предоставляющий возможность доступа другим коллегам ("peer" - коллега) к своим ресурсам: накопителям на жестких или гибких дисках, принтеру, модему и др. В одно ранговой сети рабочие станции могут напрямую связываться друг с другом (в отличие от централизованной структуры сети) и совместно использовать те ресурсы (файлы, принтеры, накопители и др.), которые на данном конкретном компьютере определены как разделяемые. Сети подобного типа недороги, поскольку не требуют приобретения дорогостоящего выделенного сервера, просты в эксплуатации и могут быть рекомендованы для малочисленных групп пользователей, которым не требуются большие вычислительные ресурсы.

Для соединения компьютеров используют электрические - в виде "витой пары" (двух скрученных экранированных проводов) или коаксиальные (подобные кабелю телевизионной антенны) - провода. Для подключения компьютера к сети необходим так называемый сетевой адаптер, который вставляется в гнездо основной ("материнской") платы компьютера. Адаптер имеет один или два разъема для подключения к кабелю. В других случаях построение сети не требует использования специальных адаптеров - сетевой кабель, соединяющий компьютеры, подключается непосредственно к последовательному порту (подобные сети, однако, используются лишь в простейших случаях, например, при совместном использовании принтера несколькими компьютерами и характеризуются низкой производительностью). Кроме того, необходимы специальные разъемы, разветвители-тройники и терминаторы (оконечные согласующие сопротивления), а также, возможно, повторители (для усиления и формирования сигнала, если длина соединения слишком велика).

Для обеспечения межсетевого взаимодействия служат специальные устройства - мосты, маршрутизаторы, коммутаторы и шлюзы.

Для организации работы вычислительной сети служат сетевые операционные системы (ОС). При выборе сетевой ОС принимают во внимание несколько факторов: требования к производительности сети, надежности и степени ее информационной безопасности, требуемые ресурсы памяти; функциональная мощность; простота эксплуатации, возможности к объединению с другими сетями; цена. Наиболее популярными сетевыми ОС являются:

- NetWare фирмы Novell, используемые в средних по размеру сетях, объединяющих от 20 до 100 находящихся в пределах одного здания пользователей, которым требуется малое время отклика системы и ее высокая отказоустойчивость;

- Windows NT фирмы Microsoft, являющаяся сетевой ОС с графическим интерфейсом и также (как и NetWare) поддерживающая архитектуру "клиент-сервер";

- универсальная операционная система UNIX эффективна при создании средних и больших сетей с несколькими десятками и сотнями пользователей и высокими требованиями к производительности, отказоустойчивости, прозрачности сети и возможностям межсетевого взаимодействия.

Для создания одно ранговых сетей находят применение следующие пакеты программных средств, ориентированные на простые и недорогие решения: Coactive Connector, Desk to Desk, LANLink, LANtastic и др. При выборе решения для создания одно ранговой сети нельзя ограничиваться рассмотрением только программного аспекта. Необходимо также решать проблему выбора средств аппаратной поддержки: некоторые сетевые программные средства позволяют использовать действующий промышленный стандарт, обычно Ethernet, в то время как другие ориентированы на использование собственных, аппаратных средств.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении можно сделать следующие выводы:

ИВС необходимы для выполнения множества задач, в современном мире сферы использования ИВС разнообразны.

Постоянно появляются новые отрасли, в которых необходимо внедрение ИВС, а старые подвергаются автоматизации, за счет чего также появляется потребность в информационно-вычислительных системах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

https://intuit.ru/studies/courses/45/45/lecture/1336
https://www.top-personal.ru/officeworkissue.html?387
https://studref.com/586552/informatika/problemy_zaschity_informatsii_setyah#566
https://old.altspu.ru/Journal/pedagog/pedagog_5/a01.html