Глава 6 сети эвм и средства телекоммуникационного доступа

Сети ЭВМ и средства телекоммуникационного доступа

Классификация вычислительных сетей

Структура локальных вычислительных сетей

Иерархическая вычислительная сеть

Кольцевая вычислительная сеть

Магистральная вычислительная сеть

Вычислительная сеть типа "звезда"

Аппаратные средства вычислительных сетей

Доступ в локальных вычислительных сетях

Технические средства связи ЭВМ с удаленными пользователями

Комплексы технических средств САПР

Основные средства построения КТС САПР

Сети ЭВМ и средства телекоммуникационного доступа Для современного этапа развития средств вычислительной техники характерно использование сравнительно дешевых мини-, микро-, персональных ЭВМ, обладающих достаточно большими вычислительными возможностями. Поэтому естественен переход к распределенным системам обработки информации на базе многопроцессорных и многомашинных вычислительным сетям (ММВС), а также сетей ЭВМ.

Многопроцессорные и многомашинные ВС позволяют получить высокую производительность и используются в САПР как мощные ЦВК. Их применение целесообразно при необходимости интенсивного обмена большими массивами данных. Поскольку при объединении ЭВМ в единую ММВС применяют стандартные интерфейсы ЭВМ, расстояния между ЭВМ должно быть не более 100 м. Однако с позиции труда инженера более эффективно приближение технических средств связи с ЭВМ непосредственно к рабочему месту инженера, что и обуславливает популярность персональных ЭВМ и ИРС.

Если же при размещении КТС САПР в помещениях проектной организации расстояния между ЭВМ превышают допустимые для ММВС или интенсивность обмена данными между отдельными ЭВМ невысока, но сами обмены данными необходимы, то организуются вычислительные сети с соответствующими аппаратными и программными средствами.

Под вычислительной сетью (сетью ЭВМ) понимают объединение достаточно большого числа независимых ВС, удаленных друг от друга на расстояния от нескольких сотен метров до нескольких тысяч километров и связанных специальным каналом передачи данных, с целью коллективного использования аппаратных, программных и информационных ресурсов. Наиболее перспективны в смысле использования в САПР локальные вычислительные сети с расстояниями между отдельными ЭВМ (узлами сети), не превышающими 2.5... 3.0 км. Глобальные вычислительные сети, объединяющие ЭВМ в пределах больших географических регионов и располагающие значительными вычислительными мощностями (напр., сеть АГРА), при создании их в рамках министерств или отраслей смогут найти применение в САПР как мощные ЦВК САПР отдельных предприятий и как объединение ЦВК группы родственных проектных организаций.

Главные достоинства локальных вычислительных сетей, обусловившие большой интерес к ним в последнее время: простота, повышенная надежность и живучесть, сравнительно низкая стоимость при повышенной производительности распределенной обработки данных, достаточно высокая скорость передачи данных, возможность расширения сети при незначительном увеличении комплекса технических средств; недостатки - сложность разработки программного обеспечения, трудности тестирования и диагностики отказов сети.

Система межмашинных взаимодействий в вычислительных сетях обычно представляется в виде совокупности иерархических уровней или функциональных слоев. На каждом из уровней решаются свои функциональные задачи и используются возможности находящихся ниже по иерархии уровней через соответствующий межуровневый интерфейс без учета особенностей внутреннего функционирования всех предшествующих уровней. Совокупность правил взаимодействия компонентов сети на определенном уровне называется протоколом уровня сети ЭВМ. На протоколы вычислительных сетей и межуровневый интерфейс разработаны стандарты. Пользователям в этой иерархии уровней доступны системные услуги только верхнего уровня. С позиции технической реализации наибольший интерес представляют нижние уровни, где определяются механические, электрические и информационные характеристики организации связи между ЭВМ, для надежной передачи информации между ЭВМ по единственному каналу передачи данных (совокупность физического канала связи и аппаратуры передачи данных). Канал передачи данных обычно наиболее дорогостоящая часть сети ЭВМ. Канал связи может содержать одну или несколько линий связи в зависимости от способа передачи данных (последовательный или параллельный).

Классификация вычислительных сетей Классификация возможна по различным признакам. По типу ЭВМ, объединяемых в сеть, различают однородные вычислительные сети, объединяющие программно-совместные ЭВМ, и неоднородные. По распределению функций управления сетью могут быть централизованные и вычислительные сети, управляемые центральной ЭВМ, и децентрализованные.

По пропускной способности каналов передачи данных сети ЭВМ делят на три категории: с малой пропускной способностью (менее 1 Мбит/с), средней пропускной способностью (1...10 Мбит/с) и с высокой пропускной способностью (более 10 Мбит/с). В САПР целесообразно применение с малой и средней пропускной способностью, поскольку они обеспечивают достаточную скорость обмена данными при приемлемых затратах на приобретение и эксплуатацию сети.

По принципу передачи данных между узлами различают сети ЭВМ:

1. с некоммутируемыми каналами передачи данных, используемые для передачи больших объемов информации с малым временем установления связи между ЭВМ;

2. с коммутируемыми каналами передачи данных, имеющие специальные переключатели каналов связи;

3. с коммутацией сообщений;

4. с коммутацией пакетов, в которых все сообщения разбиваются на части - пакеты, передаваемые по отдельности и собираемые в узле назначения в единое сообщение;

5. сети ЭВМ со смешанной коммутацией. Значительное влияние на характеристики вычислительной сети оказывает ее конфигурация или структура.

Структура локальных вычислительных сетей Из разработанных структур локальных сетей для использования в САПР наиболее подходят: иерархическая, кольцевая,

Иерархическая вычислительная сеть Такой вид сети наиболее распространена в САПР. Возможности ЭВМ в такой сети увеличиваются от нижних уровней к верхним. На надежность сети основное влияние оказывает ЭВМ верхнего уровня.

Кольцевая вычислительная сеть Кольцевая сеть основана на использовании однонаправленного высокоскоростного канала связи, образующего замкнутое кольцо или петлю. ЭВМ подключаются к кольцевой сети через активные элементы, входящие в состав сети и транслирующие циркуляцию в ней сообщения. По кольцевой структуре построена, например, сеть Flashnet фирмы "Ford Aerospase".

Достоинства кольцевой сети - простота организации связи между отдельными ЭВМ и высокая скорость обмена.

Недостатки - малая надежность при использовании единственной однонаправленной линии связи (для повышения надежности используют двойные линии связи с

Магистральная вычислительная сеть Сеть строится на основе одного общего канала связи и коллективном использовании его в режиме разделения времени. Примером такой сети может служить сеть Ethernet, разработанная фирмой "Xorox corp".

Магистральная сеть имеет те же достоинства, что и кольцевая, однако ее проще реализовывать и расширить. Надежность магистральной сети определяется надежностью общего канала связи.

Вычислительная сеть типа "звезда" Сеть типа "звезда" имеет центральный переключатель, осуществляющий коммутацию двунаправленных каналов связи, связывающих все ЭВМ сети с центральным переключателем (ПЦ). Последний помимо коммутации линий связи может выполнять обработку данных. Звездную конфигурацию имеет сеть GRNET фирмы "GRI". Надежность сети типа "звезда" определяется надежностью центрального переключателя.

Аппаратные средства вычислительных сетей Они объединяют несколько групп технических средств ЭВМ, устанавливаемые в узлах сети, устройства сопряжения ЭВМ с аппаратурой передачи данных по линиям связи, аппаратуру передачи данных (АПД) и физические каналы связи, используемые для передачи данных. Все группы технических средств соединяются через специальные стандартные интерфейсы.

В локальных вычислительных сетях для физической реализации последовательной передачи данных выделяют две группы технических средств. К первой группе относится канал связи для последовательной передачи данных. Конструктивно он может быть выполнен в виде одиночного проводника, витой пары проводов, высокочастотного коаксиального кабеля или волокно - оптического кабеля. Вторую группу составляют сетевые контроллеры или сетевые интерфейсные модули различных устройств, подключаемых к локальной сети. Из-за сложности реализуемых функций сетевые контроллеры часто выполняют на базе микропроцессоров или специальных БИС.

Передачу информации по линии связи осуществляют в соответствии с каким-либо последовательным интерфейсом периферийных устройств.

Доступ в локальных вычислительных сетях Он обеспечивается в соответствии с протоколами линий передачи данных. Обеспечение доступа в сетях с общим каналом передачи данных (кольцевая и магистральная сети) связано с проблемой распределения времени использования линии связи. В настоящее время эта проблема решается в основном двумя способами:

1. использование маркерного доступа;

2. коллективного доступа с контролем несущей и обнаружением столкновений.

В локальных сетях ЭВМ, обеспечивающих коллективный доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений, контроллер ЭВМ, пытающийся осуществить передачу данных, выясняет, занят ли канал связи. Если канал занят, т. е. имеет место "столкновение", контроллер повторяет попытку передать данные спустя некоторое время. Для оптимального использования канала связи моменты попыток повторной передачи определяются с учетом предыстории "столкновений".

В локальных сетях ЭВМ с маркерным (эстафетным) доступом узел сети, в данный момент времени владеющий маркером управления, получает право передавать данные в течении некоторого интервала времени, определяемого размерами сети. Заканчивая передачу данных, узел сети уступает право доступа к каналу связи соседнему узлу, посылая ему маркер управления. Сети ЭВМ с маркерным доступом позволяют связывать оборудования с различными скоростными характеристиками и различными требованиями к времени доступа, кроме того, эти сети проще в реализации.

Технические средства связи ЭВМ с удаленными пользователями Связь ЭВМ с удаленными пользователями осуществляется с помощью телекоммуникационного метода доступа (теледоступа). При этом возможно подключение к ЭВМ КТС пользователя или терминала, находящегося на расстоянии до нескольких тыс. км. Средства теледоступа выпускаются серийно в различных семействах ЭВМ. Однако в КТС САПР их широкое использование нецелесообразно из-за малой скорости обмена и большой стоимости.

В настоящее время развитие средств теледоступа для КТС САПР связано с широким использованием интеллектуальных терминалом и переходом к многоуровневой структуре КТС.

Комплексы технических средств САПР Проблемная ориентация КТС САПР достигается соответствующим подбором состава технических средств, объединяемых в единый комплекс. Определение номенклатуры устройств и их количественного состава, объединение отдельных устройств в единый комплекс, наиболее полно удовлетворяющий требованиям к КТС САПР при решении конкретных задач АП, составляет сущность задачи построения КТС САПР или задачи комплексирования ТС САПР.

Основные принципы построения КТС САПР Эти принципы являются основой при определении перечня необходимых технических средств, типов конкретных устройств и их количества, разработке структуры связей между устройствами, организации их взаимодействия как единой системы, эффективно решающей совместно с программным обеспечением определенные задачи проектирования конкретного класса технических объектов. К основным принципам построения КТС можно отнести:

1. Создание максимально возможных удобств для человека

2. Специализацию

3. Пропорциональность

4. Параллельность

5. Соответствие возможностей технических средств и требований других видов обеспечения САПР

6. Совместимость устройств

7. Развитие

8. Автоматизированные рабочие места

Развитием типовых вычислительных комплексов для использования в САПР явилось создание проблемно-ориентированных вычислительных комплексов - автоматизированных рабочих мест (АРМ). Создавались они на базе мини-ЭВМ М-400, а затем на базе ЭВМ типа СМ-3 и "Электроника 100-25" с достаточно широким набором ПУ, включая различные средства оперативной связи инженера с ЭВМ и машинной графикой.

УКГИ - устройство кодирования графической информации;

Предполагалось, что инженер будет использовать все средства АРМ монопольно. Однако экономическая эффективность использования таких КТС была низкой из-за высокой стоимости АРМ, малой среди загрузки большинства ПУ и ограниченных возможностей программного обеспечения.

Быстрый прогресс в области развития мини- и микро-ЭВМ, а также стремление повысить среднюю загрузку ПУ привели к созданию многотерминальных АРМ высокого поколения и простых АРМ на базе микро-ЭВМ.

МПД - мультиплексор передачи данных;

Многотерминальные АРМ второго поколения создавались на базе более современных мини-ЭВМ типа СМ-4, СМ-1420 и "Электроника-79" и предназначались для обслуживания группы инженеров, использующих ресурсы АРМ в мультипрограммном режиме.

АРМ второго поколения, создаваемые на базе микро-ЭВМ, обладают теми же вычислительными возможностями, что и АРМ первого поколения. Оснащение их ограниченным набором недорогих ПУ и низкая стоимость микро-ЭВМ позволили создать недорогие КТС в виде рабочих мест проектировщика (РМП), монопольное использование которых инженером экономически оправдано. Такие РМП имеют много общего с персональными ЭВМ, поскольку также устанавливается на рабочем месте инженера и служит для автоматизации инженерного труда.

Предельная сложность задач, решаемых КТС САПР, определяется характеристиками базовой ЭВМ.

С помощью РМП реализуется оперативное взаимодействие инженера с ЭВМ при ограниченных возможностях по объему вводимой или выводимой информации и низкой сложности решаемых задач. РМП можно использовать автономно при решении несложных задач, однако более полно их возможности проявляются в составе многоуровневых КТС.

Инженерные рабочие станции оснащаются большим набором дорогостоящих ПУ и достаточно мощными ЭВМ, что позволяет вводить, отображать и документировать большие объемы информации, представленной в различной форме. Используя вычислительные возможности ИРС, можно реализовать мультипрограммный режим, решать задачи АП, простых технологических объектов на уровне подразделений проектной организации.

Широкое распространение персональных ЭВМ, как базовых при создании РМП и АРМ индивидуального пользования стимулировало быстрый рост параметров этого класса ЭВМ и производство недорогих периферийных устройств с достаточно высокими техническими параметрами. Повышение сложности решаемых задач и широкое использование графического диалога потребовали повышения производительности персональных ЭВМ на десятки млн. опер. /сек. и привели к появлению нового класса ЭВМ - персональных супер-ЭВМ (например, ЭВМ типа PSC фирмы Culler с производительностью до 18 млн.опер./сек. ). Новое поколение персональных ЭВМ создается на базе семейств 32-разрядных микропроцессоров типа Intel 80386, М 68020 и т. п. Часто в состав этих ЭВМ входят различные специализированные процессоры для преобразования графической информации, выполнения операций с плавающей точкой и др. АРМ на базе подобных ЭВМ, оснащенных комплексом различных ПУ, по своим возможностям не уступают многотерминальным АРМ второго поколения при существенно меньшей стоимости, что делает их весьма перспективными для пользования КТС САПР.

В настоящее время применяются все перечисленные типы одноуровневых КТС САПР, кроме того, ИРС и РМП широко используются в двух- и трехуровневых КТС.