Основные платформы ЭВМ и области их использования

К третьему классу - MIMD - относятся системы, имеющие множественный поток команд и множественный поток данных. К нему принадлежат не только многопроцессорные векторные суперЭВМ, но и вообще все многопроцессорные компьютеры. Подавляющее большинство современных суперЭВМ имеют архитектуру MIMD.

Четвертый класс в систематике Флинна, MISD, не представляет практического интереса,по крайней мере для анализируемых нами компьютеров. В последнее время в литературе часто используется также термин SPMD (одна программа - множественные данные). Он относится не к архитектуре компьютеров, а к модели распараллеливания программ и не является расширением систематики Флинна. SPMD обычно относится к MPP (т.е. MIMD) - системам и означает, что несколько копий одной программы параллельно выполняются в разных процессорных узлах с разными данными.

Векторные суперкомпьютеры [SIMD]

Среди современных суперЭВМ эту архитектуру имеют однопроцессорные векторные суперкомпьютеры. Типичная схема однопроцессорного векторного суперкомпьютера представлена на примере FACOM VP-200 японской фирмы Fujitsu . Похожую архитектуру имеют и другие векторные суперкомпьютеры, например, фирм Cray Research и Convex . Общим для всех векторных суперкомпьютеров является наличие в системе команд векторных операций, например, сложение векторов, допускающих работу с векторами определенной длины, допустим, 64 элемента по 8 байт. В таких компьютерах операции с векторами обычно выполняются над векторными регистрами, что, однако, совсем не является обязательным. Наличие регистров маски позволяет выполнять векторные команды не над всеми элементами векторов, а только над теми, на которые указывает маска.

Со времен Cray-1 многие векторные суперкомпьютеры, в том числе ЭВМ серии VP от Fujitsu и серии S компании Hitachi, имеют важное средство ускорения векторных вычислений,называемое зацепление команд. Рассмотрим,например, следующую последовательность команд, работающих с векторными V-регистрами в компьютерах Cray:

V2=V0*V1

V4=V2+V3

Ясно, что вторая команда не может начать выполняться сразу вслед за первой - для этого первая команда должна сформировать регистр V2, что требует определенного количества тактов. Средство зацепления позволяет, тем не менее, второй команде начать выполнение, не дожидаясь полного завершения первой: одновременно с появлением первого результата в регистре V2 его копия направляется в функциональное устройство сложения, и запускается вторая команда. Разумеется, детали возможностей зацепления разных векторных команд отличаются у разных ЭВМ.

Что касается скалярной обработки, то соответствующая подсистема команд в японских суперкомпьютерах Fujitsu и Hitachi совместима с IBM/370, что имеет очевидные преимущества. При этом для буферизации скалярных данных используется традиционная кэш-память. Напротив, компания Cray Research, начиная с Сгау-1, отказалась от применения кэш-памяти. Вместо этого в ее компьютерах используются специальные программно-адресуемые буферные В- и Т-регистры. И лишь в последней серии, Cray T90, была введена промежуточная кэш-память для скалярных операций. Отметим, что на тракте оперативная память - векторные регистры промежуточная буферная память отсутствует, что вызывает необходимость иметь высокую пропускную способность подсистемы оперативной памяти: чтобы поддерживать высокую скорость вычислений, необходимо быстро загружать данные в векторные регистры и записывать результаты обратно в память. Но некоторые векторные суперЭВМ, например, IBM ES/9000, работают с операндами-векторами, расположенными непосредственно в оперативной памяти. Скорее всего, такой подход является менее перспективным с точки зрения производительности, в частности, потому, что для поддержания высокого темпа вычислений для каждой векторной команды требуется быстрая выборка векторных операндов из памяти и запись результатов обратно.

Многопроцессорные векторные суперкомпьютеры (MIMD)

В архитектуре многопроцессорных векторных компьютеров можно отметить две важнейшие характеристики: симметричность (равноправность) всех процессоров системы и разделение всеми процессорами общего поля оперативной памяти. Подобные компьютерные системы называются сильно связанными. Если в однопроцессорных векторных ЭВМ для создания эффективной программы ее надо векторизовать, то в многопроцессорных появляется задача распараллеливания программы для ее выполнения одновременно на нескольких процессорах.

Задача распараллеливания является, пожалуй, более сложной,поскольку в ней необходимо организовать синхронизацию параллельно выполняющихся процессов. Практика показала возможности эффективного распараллеливания большого числа алгоритмов для рассматриваемых сильно связанных систем. Соответствующий подход к распараллеливанию на таких компьютерах называется иногда моделью разделяемой общей памяти.

Производительность некоторых современных микропроцессоров RISC-архитектуры стала сопоставимой с производительностью процессоров векторных компьютеров. Как следствие этого, появились использующие эти достижения суперЭВМ новой архитектуры, - сильно связанные компьютеры класса MIMD, представляющие собой симметричные многопроцессорные серверы с общим полем оперативной памяти. В модулях памяти обычно используется технология DRAM, что позволяет достигнуть больших объемов памяти при относительно низкой цене. Однако скорость обмена данными между процессорами и памятью в таких серверах во много раз ниже, чем пропускная способность аналогичного тракта в векторных суперЭВМ, где оперативная память строится на более дорогой технологии ЯВАМ. В этом состоит одно из основных отличий в подходах к суперкомпьютерным вычислениям, применяемым для многопроцессорных векторных ЭВМ и SMP-серверов. В первых обычно имеется относительно небольшое число векторных регистров, поэтому, как уже отмечалось, для поддержания высокой производительности необходимо быстро загружать в них данные или, наоборот, записывать из них информацию в оперативную память. Таким образом, требуется высокая производительность тракта процессор-память.

Кластеры являются самым дешевым способом наращивания производительности уже инсталлированных компьютеров. Фактически кластер представляет собой набор из нескольких ЭВМ, соединенных через некоторую коммуникационную инфраструктуру. В качестве такой структуры может выступать обычная компьютерная сеть, однако из соображений повышения производительности желательно иметь высокоскоростные соединения (FDDI/ATM/HiPPI и т.п.). Кластеры могут быть образованы как из различных компьютеров (гетперогенные кластеры), так и из одинаковых (гомогенные кластеры). Очевидно, что все такие системы относятся к классу MIMD. Кластеры являются классическим примером слабо связанных систем. В кластерных системах для организации взаимодействия между процессами, выполняющимися на разных компьютерах при решении одной задачи, применяются различные модели обмена сообщениями (PVM, MPI и т.п.). Однако задача распараллеливания в таких системах с распределенной между отдельными компьютерами памятью в рамках этих моделей является гораздо более сложной, чем в модели общего поля памяти, как например, в SMP-серверах. К этому следует добавить чисто аппаратные проблемы наличия задержек при обменах сообщениями и повышения скорости передачи данных. Поэтому спектр задач, которые могут эффективно решаться на кластерных системах, по сравнению с симметричными сильно связанными системами достаточно ограничен. Для параллельной обработки запросов к базам данных в подобных системах также имеются свои собственные подходы.

В кластеры могут объединяться различные суперкомпьютеры. Возможность наличия большого числа процессорных узлов в SP2 позволяет одновременно отнести этот компьютер и к классу Mpp-систем.MPP-системы принадлежат к классу MIMD. Если говорить об MPP-компьютерах с распределенной памятью и отвлечься от организации ввода-вывода, то эта архитектура является естественным расширением кластерной на большое число узлов. Поэтому для таких систем характерны все преимущества и недостатки кластеров.

Благодаря масштабируемости, именно MPP-системы являются сегодня лидерами по достигнутой производительности компьютера; наиболее яркий пример этому - Intel Paragon. С другой стороны, проблемы распараллеливания в MPP-системах по сравнению с кластерами, содержащими немного процессоров, становятся еще более трудно разрешимыми. Кроме того, приращение производительности с ростом числа процессоров обычно вообще довольно быстро убывает. Легко нарастить теоретическую производительность ЭВМ, но гораздо труднее найти задачи, которые сумели бы эффективно загрузить процессорные узлы.

Сегодня не так уж много приложений могут эффективно выполняться на Mpp-компьютере, кроме этого имеется еще проблема переносимости программ между Mpp-системами, имеющими различную архитектуру. Предпринятая в последние годы попытка стандартизации моделей обмена сообщениями еще не снимает всех проблем. Эффективность распараллеливания во многих случаях сильно зависит от деталей архитектуры Mpp-системы, например топологии соединения процессорных узлов.

Самой эффективной была бы топология, в которой любой узел мог бы напрямую связаться с любым другим узлом. Однако в MPP-системах это технически трудно реализуемо. Обычно процессорные узлы в современных MPP-компьютерах образуют или двумерную решетку (например, в SNI/Pyramid RM1000) или гиперкуб (как в суперкомпьютерах nCube [18]).

Поскольку для синхронизации параллельно выполняющихся в узлах процессов необходим обмен сообщениями, которые должны доходить из любого узла системы в любой другой узел, важной характеристикой является диаметр системы с1 - максимальное расстояние между узлами. В случае двухмерной решетки d ~ sqrt(n), в случае гиперкуба d ~ 1n(n). Таким образом, при увеличении числа узлов архитектура гиперкуба является более выгодной.

Время передачи информации от узла к узлу зависит от стартовой задержки и скорости передачи. В любом случае за время передачи процессорные узлы успевают выполнить много команд, и это соотношение быстродействия процессорных узлов и передающей системы, вероятно, будет сохраняться - прогресс в производительности процессоров гораздо больше, чем в пропускной способности каналов связи. Поэтому инфраструктура каналов связи является одного из главных компонентов Mpp-компьютера.

Несмотря на все сложности, сфера применения MPP-компьютеров понемногу расширяется. Различные MPP-системы эксплуатируются во многих ведущих суперкомпьютерных центрах мира, что наглядно следует из списка ТОР500. Кроме уже упоминавшихся, следует особенно отметить компьютеры Cray T3D и Cray ТЗЕ, которые иллюстрируют тот факт, что мировой лидер производства векторных суперЭВМ, компания Cray Research, уже не ориентируется исключительно на векторные системы. Наконец, нельзя не вспомнить, что новейший суперкомпьютерный проект министерства энергетики США будет основан на MPP-системе на базе Pentium Pro [10].

Сегодня в суперкомпьютерном мире наблюдается новая волна, вызванная как успехами в области микропроцессорных технологий, так и появлением нового круга задач, выходящих за рамки традиционных научно-исследовательских лабораторий. Налицо быстрый прогресс в производительности микропроцессоров RISC-архитектуры, которая растет заметно быстрее, чем производительность векторных процессоров. Например, микропроцессор HP РА-8000 отстает от Cray T90 всего примерно в два раза. В результате в ближайшее время вероятно дальнейшее вытеснение векторных суперЭВМ компьютерами, использующими RISC-микропроцессоры, такими, как, например, IBM SP2, Convex/HP SPP, DEC AlphaServer 8400, SGI POWER CHALENGE. Подтверждением этого стали результаты рейтинга ТОР500, где лидерами по числу инсталляций стали системы POWER CHALLENGE и SP2, опережающие модели ведущего производителя суперкомпьютеров - компании Cray Research.

8.Наиболее распространенные конфигурации РС

РС на сегодняшний день является самой распространенной платформой в мире. В России процент пользователей PC от общего числа пользователей еще более велик. Это объясняется наличием большого количества программного обеспечения и широкой технической поддержкой.

Так как PC очень распространены, то существует множество областей их применения, а значит и множество конфигураций.

Основные области применения IBM PC совместимых компьютеров:

офисный компьютер

компьютер для бухгалтерского учета (уточнение предыдущего)

компьютер для автоматизированного проектирования

сервер локальной сети

компьютер для хранения и работы с базами данных (вариант предыдущего)

компьютер в банковском деле

компьютер для издательского дела

компьютер для художественных работ и анимации

компьютер для трехмерного моделирования и трехмерной анимации

компьютер для работы с аудио

компьютер для работы с видео

компьютер для управления производственными процессами

компьютеры, применяемые в специализированных областях деятельности (медицина, сельское хозяйство, и т.п.)

домашний мультимедийный компьютер

компьютер геймера (уточнение предыдущего)

Это, конечно же, далеко не полный список областей применения PC. Все области применеия перечислить просто невозможно.

Но почти в каждой области применения требуется PC со своей, не похожей на другие, конфигурацией. У каждой есть свои отличительный особенности. В частности это может быть набор специфического оборудования, периферийных устройств или же набор программного обеспечения.

Некоторые из конфигураций PC и соответствующие области из применения будут рассмотрены ниже.

Наиболее распространенные конфигурации других компьютеров и рабочих станций

Помимо PC и Macintosh в отдельную группу необходимо выделить все остальные типы компьютеров, которые распространены значительно реже, а так же рабочие станции и серверы локальных и глобальных сетей.

Основные области применения остальных компьютеров и рабочих станций

компьютеры и рабочие станции для работы с аудио (SGI, DEC Alpha)

компьютеры и рабочие станции для работы с видео (SGI, DEC Alpha)

компьютеры и рабочие станции для художественной деятельности и плоской анимации (SGI, DEC Alpha)

компьютеры и рабочие станции для трехмерного моделирования и трехмерной анимации высокого качества (SGI, DEC Alpha)

серверы Internet/Intranet - сетей (DEC Alpha, SUN Enterprise, IBM RS)

Эти рабочие станции так же узкоспециализированные и очень эффективны (эффективнее, чем PC или Mac) именно в своей области применения. Обычно они используются тогда, когда уже невозможно использовать PC или Macintosh (из-за их недостаточной мощности в этой области, или из-за отсутствия необходимого программного обеспечения.

Наиболее распространенные конфигурации контроллеров (промышленных и непромышленных)

Промышленные контроллеры отличаются от компьютеров и рабочих станций отсутствием обычно стандартных устройств ввода-вывода, ПЗУ с управляющей программой на плате или кристалле контроллера и, как следствие, очень узкой специализацией.

Достаточно сложно выделить основные конфигурации этих контроллеров, так как они очень похожи одна на другую (управляющая программа, процессорный блок, порты ввода-вывода для снятия сигналов с датчиков и передачи сигналов управления). Тем не менее, по области применения контроллеры можно классифицировать.

Основные области применения промышленных и непромышленных контроллеров

контроллеры производственных процессов (наиболее распространенные)

контроллеры для управления бытовыми приборами и электроникой

контроллеры для управления сложными транспортными средствами (самолеты, космические спутники и т.п.)

контроллеры для управления стандартными транспортными средствами (автомобиль)

Это, конечно, не все области применения контроллеров, но наиболее основные.

Наиболее часто контроллеры используются для управления производственными процессами совместно с, например, PC, или самостоятельно.

Основная причина их использования - достаточно сложные управляющие действия, не позволяющие обойтись простыми схемами, и в то же время, достаточно простые, чтобы использовать управляющий PC (особенно это относится к контроллерам в бытовых приборх).

Теперь рассмотрим некоторые из конфигураций современных ЭВМ. Нет особенного смысла рассматривать наиболее простые конфигурации, поэтому рассмотрим более сложные.

Использование ЭВМ в издательском деле

Настольные издательские системы прежде всего автоматизируют подготовку оригинал-макета, по которому фотоспособом изготавливают офсетную форму (трафарет, через который наносится типографская краска на лист бумаги). Специализированные программы, известные как программное обеспечение верстки страниц, позволяют издателям разместить текст, разделительные линии, номера станиц, иллюстрации и, наконец, получить твердую копию оригинал-макета с помощью лазерного принтера или фотонаборного автомата. Программы верстки страниц могут также обрабатывать полутоновые изображения.

Таким образом, верста страниц - главный процесс в работе настольной издательской системы. Качество подготовки оригинал-макета в значительной мере зависит от возможностей и характеристик программ верстки страниц.

Программа, которая сделала настольные издательские системы на основе IBM-совместимых компьютеров почти такими же совершенными, как и системы на основе компьютеров Macintosh, - это Ventura Publisher фирмы Xerox Corp. Пакет программ Ventura Publisher использует интерфейс, который характерен для компьютеров Macintosh. Современные версии программы Ventura Publisher работают с среде Windows.

Программы компьютерной верстки имеют следующие возможности:

редактирование и форматирование текста

графическое оформление

работа с отдельными элементами документов, выделенными прямоугольниками, содержащими текст и графику. Элементы можно перемещать по странице и масштабировать. Однако еще до создания каких-либо элементов вручную программа автоматически формирует базовую страницу. Такая базовая страница может содержать постоянные элемента оформления в виде текста и графики, которые будут формироваться на каждой странице при верстке.

Ventura Publisher позволяет импортировать разнообразную графику, которая может быть масштабирована. Однако программа имеет существенные ограничения на редактирование графики. Она может создавать линии, окружности, прямоугольники и так называемый "текст в рамке". Программа Ventura зарекомендовала себя, как лучшая программа для создания объемных документов (изданий). Это произошло из-за хорошо организованных средств для создания повторяющихся элементов документа, например, номера страниц, колонтитулы (повторяющийся текст в верхней строке каждой страницы), ссылки, повторяющиеся графические элементы.

Фирма Aldus разработала программу верстки страниц Page Maker для настольных издательских систем. В отличии от Ventura Publisher программa Page Maker сразу стала выпускаться в двух версиях (для IBM PC и для Macintosh).

Программа Ventura Publisher обладает отличными средствами для полиграфического оформления, а программа Pagre Maker графическими.

Для создания оригинал-макета в настольных издательских системах чаще всего используется лазерный принтер. Известно, что лазерный принтер создает линии и символы, нанося крошечные точки на бумагу. Опыт использования принтеров с разрешающей способностью 300 точек на дюйм показывает, что горизонтальные и вертикальные линии отрабатываются отлично, но имеются разрывы на наклонных и изогнутых линиях. Традиционный в издательском деле фотонабор имеет разрешающую способность порядка 1200 точек на дюйм. Более высокая разрешающая способность до 2400 - 2540 точек на дюйм достигнута в устройствах Linotronik фирмы Alied Linotipe.

Важным моментом связи между настольной издательской системой и фотонаборной установкой является язык Post Script, который одинаково управляет выводом информации в фотонаборном аппарате и лазерном принтере. Post Script - это язык программирования для описания внешнего вида и расположения текста и графической информации на странице. Поэтому он назван языком описания страницы. Язык предоставляет отличную возможность перемещения элементов текста и графики. Символы могут быть произвольно увеличены и уменьшены, повернуты или искривлены каким-то образом. Обработка графики может осуществляться различными способами. Так как Post Script работает с аналитическим видом графического представления (то есть с векторными объектами), каждый объект выводится на печать с минимальной погрешностью.

Таким образом настольные издательские системы позволяют верстать страницы и создавать качественный оригинал-макет издания практически любой сложности.

Современный компьютер для издательского дела это скорее всего Macintosh, или может быть все таки PC, достаточно мощный, с большим количеством оперативной памяти и памяти на жестких дисках. Для работы необходим быстрый видеоадаптер с большим количеством видеопамяти и отличным быстродействием в 2D, а так же возможностью держать высокую кадровую развертку при очень больших разрашениях. Для PC, например, Matrox Millenium/2.

Отдельно необходимо сказать о мониторе. Он должен удовлетворять самым высоким требованиям: большой размер экрана, маленькое зерно, высокое качество изображения, возможность работать с высокими разрашениями и держать при этом большую кадровую развертку.

Так же высокие требования предъявляются к устройствам ввода (чувствительная мышь).

Дополняют конфигурацию сканер и лазерный принтер.

Использование ЭВМ в медицинской практике

За последние 20 лет уровень применения компьютеров в медицине чрезвычайно повысился. Практическая медицина становится все более и более автоматизированной. Существует множество медико-ориентированных программ для компьютеров.

Сложные современные исследования в медицине немыслимы без применения вычислительной техники. К таким исследованиям можно отнести компьютерную томографию, томографию с использованием явления ядерно-магнитного резонанса, ультрасонографию, исследования с применением изотопов. Количество информации, которое получается при таких исследования так огромно, что без компьютера человек был бы неспособен ее воспринять и обработать.

Как известно, компьютерная томография представляет собой метод рентгенографического исследования, позволяющий при помощи специальной технологии получать рентгенограммы человеческого тела по слоям и запоминать эти снимки в памяти компьютера после специальной обработки; дает возможность установить локализацию патологического процесса, оценить результаты лечения, в том числе, лучевой терапии, выбрать подходы и объем оперативного вмешательства.

Для этой цели используются специальные аппараты (в том числе, отечественный рентгеновычислительный томограф СРТ - 1000) с вращающейся рентгеновской трубкой, которая перемещается вокруг неподвижного объекта, "построчно" обследуя все тело или его часть. Томограф здесь выступает в качестве периферийного устройства, подключенного через последовательный порт к PC. Так как органы и ткани человека поглощают рентгеновское излучение в неравной степени, изображения их выглядят в виде "штрихов" - установленного ЭВМ коэффициента поглощения для каждой точки сканируемого слоя. Компьютерные томографы позволяют выделить слои от 2 до 10 мм при скорости сканирования одного слоя 2 - 5 секунд с моментальным воспроизведением изображения в черно-белом или цветном варианте.

Компьютерную томографию головы делают после полного клинического обследования больного с подозрением на повреждение центральной нервной системы.

Показатели поглощения разных участков мозга обрабатываются на ЭВМ и выдаются либо изображением ряда "срезов" мозга, либо алфавитно - цифровой информацией. Можно получить данные о плотности ткани на участке до 3 мм , отдифференцировать оболочки, сосуды, серое и белое вещество, желудочки мозга, а также патологические очаги (инфаркты, кровоизлияния в мозг, опухоли, абсцессы и др.).

За счет использования ЭВМ снимаемая информация о мозге с томографа в десятки раз превышает информацию обычной краниограммы. По данным компьютерной томогрфии можно более точно следить за патологическими процессами, их изменениями во времени, а также изменениями под влиянием проводимого лечения.

Компьютерная томография безопасна, не дает осложнений. Дополняя данные клинического и рентгенологического исследований, позволяет получить более полную информацию об органах.

В последнее время в больницах важным становится использование компьютеров, объединенных в компьютерные сети. Это позволяет медикам эффективно обмениваться данными между удаленными друг от друга компьютерами. В рамках Российского Министерства Здравоохранения и медицинской промышленности функционирует компьютерная сеть MEDNET, которая позволяет упростить сбор статистических медицинских данных по регионам, делать соответствующую обработку, агрегирование данных и составление отчетности.

Кроме того, эта сеть позволяет передавать любые данные между медицинскими учреждениями.

В последнее время также получили распространение медицинские Web - сервера, которые сделалаи обмен информацией между медицинскими учреждениями еще более удобным. Как на любом Web - сервере, данные на них организованы таким образом, что они становится легко доступными даже для людей, не являющихся специалистами в компьютерном деле.

Благодаря современным технологиям Internet, сервера содержат те только текстовую, но и звуковую и графическую информацию, в том числе анимацию и видео, которые так же очень необходимы для работы медикам.

Все это позволяет создавать информационные системы, осуществляющие информационную поддержку медиков в тех случаях, когда их квалификации или опыта недостаточно для принятия решений о комплексе лечебных мероприятий, например, на догоспитальном этапе. Эти же системы, оснащенные подсистемой вопросов и оценки ответов, могут использоваться для обучения.

Современный компьютер, используемый в медицине - это PC, не настолько мощный, как для работы с издательскими системами, но достаточно современный, с достаточно большим объемом дисковой памяти (ввиду хранения больших медицинских баз данных). Необходимо достоточное количество интерфейсных портов для подключения стандартного медицинского оборудования. Так же необходимы средства работы в сети (Eithernet-карты, модемы) в зависимости от того, между какими компьютерами должен происходить обмен информацией.

Использование ЭВМ в банковском деле

Трудно представить себе более благодатную почву для внедрения новых компьютерных технологий, чем банковская деятельность. В принципе почти все задачи, которые возникают в ходе работы банка достаточно легко поддаются автоматизации. Быстрая и бесперебойная обработка значительных потоков информации является одной из главных задач любой крупной финансовой организации. В соответствии с этим очевидна необходимость обладания вычислительной сетью, позволяющей обрабатывать все возрастающие информационные потоки. Кроме того, именно банки обладают достаточными финансовыми возможностями для использования самой современной техники. Однако не следует считать, что средний банк готов тратить огромные суммы на компьютеризацию. Банк является прежде всего финансовой организацией, предназначенной для получения прибыли, поэтому затраты на модернизацию должны быть сопоставимы с предполагаемой пользой от ее проведения. В соответствии с общемировой практикой в среднем банке расходы на компьютеризацию составляют не менее 17% от общей сметы годовых расходов.

Интерес к развитию компьютеризированных банковских систем определяется не желанием извлечь сиюминутную выгоду, а, главным образом, стратегическими интересами. Как показывает практика, инвестиции в такие проекты начинают приносить прибыль лишь через определенный период времени, необходимый для обучения персонала и адаптации системы к конкретным условиям. Вкладывая средства в программное обеспечение, компьютерное и телекоммуникационное оборудование и создание базы для перехода к новым вычислительным платформам, банки, в первую очередь, стремятся к удешевлению и ускорению своей рутинной работы и победе в конкурентной борьбе.

Новые технологии помогают банкам, инвестиционным фирмам и страховым компаниям изменить взаимоотношения с клиентами и найти новые средства для извлечения прибыли. Аналитики сходятся во мнении, что новые технологии наиболее активно внедряют инвестиционные фирмы, затем следуют банки, а самыми последними их принимают на вооружение страховые компании.

В настоящее время в банках растет спрос на людей, обладающих достаточными знаниями компьютера и компьютерных сетей. При устройстве на работу в банк предпочтение отдается специалисту-сетевику и программисту, а не кассиру.

Банковские компьютерные системы на сегодняшний день являются одной из самых быстро развивающихся областей прикладного сетевого программного обеспечения. Нужно отметить, что банковские системы представляют из себя "лакомый кусочек" для любого производителя компьютеров и ПО. Поэтому почти все крупные компании разработчики компьютерной техники предлагают на этом рынке системы на базе своих платформ.

В качестве примеров передовых технологий, используемых в банковской деятельности, можно назвать базы данных на основе модели "клиент-сервер" (характерно использование ОС Unix, базы данных - различных типов, например Oracle); средства межсетевого взаимодействия для межбанковских расчетов; службы расчетов, целиком ориентированных на Internet, или, так называемые, виртуальные банки; банковские экспертно-аналитические системы, использующие принципы искусственного интеллекта и многое другое.

В настоящее время банковские системы позволяют автоматизировать практически все стороны банковской деятельности. Среди основных возможностей современной банковской системы, основанных на использовании сегодняшних сетевых технологий, следует упомянуть: системы электронной почты, базы данных на основе модели "клиент-сервер", ПО межсетевого взаимодействия для организации межбанковских расчетов, средства удаленного доступа к сетевым ресурсам для работы с сетями банкоматов и многое другое.

На мировом рынке существует масса готовых банковских систем. Основной задачей, стоящей перед службой автоматизации западного банка, является выбор оптимального решения и поддержка работоспособности выбранной системы. В нашей стране ситуация несколько иная. В условиях стремительного возникновения новой для России банковской сферы вопросам автоматизации поначалу уделялось недостаточно внимания. Большинство банков пошло по пути создания собственных систем. Такой подход имеет свои достоинства и недостатки. К первым следует отнести: отсутствие необходимости в больших финансовых вложениях в покупку банковской системы, приспособленность банковской системы к условиям эксплуатации (в частности к существующим линиям связи), возможность непрерывной модернизации системы. Недостатки такого подхода очевидны: необходимость в содержании целого компьютерного штата, несовместимость различных систем, неизбежное отставание от современных тенденций и многое другое. Однако есть примеры приобретения и успешной эксплуатации российскими банками дорогостоящих банковских систем. Наиболее популярны сегодня смешанные решения, при которых часть модулей банковской системы разрабатывается компьютерным отделом банка, а часть покупается у независимых производителей.

Основными платформами для банковских систем в настоящее время считаются:

1. ЛВС на базе сервера PC (10,7%);

2. Различные модели специализированных бизнес-компьютеров фирмы IBM типа AS/400 (11,1%);

3. Универсальные компьютеры различных фирм-производителей (IBM, DEC и др. - 57,8%) и др.

Характерен переход на компьютерные платформы, которые работают по модели "клиент-сервер" и используют в основном ОС UNIX.

Функции банковских систем.

Банковские системы обычно реализуются по модульному принципу. Широко используются специализированные мощные или универсальные компьютеры, объединяющие несколько ЛВС. Применяется межсетевой обмен и удаленный доступ к ресурсам центрального офиса банка для выполнения операций "электронных платежей". Банковские системы должны иметь средства адаптации к конкретным условиям эксплуатации. Для поддержки оперативной работы банка система должна функционировать в режиме реального времени.

Основные функции банковских систем (обычно они реализуются в виде независимых модулей единой системы):

Автоматизация всех ежедневных внутрибанковских операций, ведение бухгалтерии и составление сводных отчетов.

Системы коммуникаций с филиалами и иногородними отделениями.

Системы автоматизированного взаимодействия с клиентами (так называемые системы “банк-клиент”).

Аналитические системы. Анализ всей деятельности банка и системы выбора оптимальных в данной ситуации решений.

Автоматизация розничных операций - применение банкоматов и кредитных карточек.

Системы межбанковских расчетов.

Системы автоматизации работы банка на рынке ценных бумаг.

Информационные системы. Возможность быстрого получения необходимой информации, влияющей на финансовую ситуацию.

Таким образом, мы видим, что любая банковская система представляет из себя сложный комплекс, объединяющий сотни отдельных компьютеров, локальные сети и необходимое подключение к глобальным сетям.

Отдельно необходимо сказать о корпоративных сетях банков, так как это один из основных элементов банковских систем.

Корпоративная сеть банка представляет собой частный случай корпоративной сети крупной компании. Очевидно, что специфика банковской деятельности предъявляет жесткие требования к системам защиты информации в компьютерных сетях банка. Не менее важную роль при построении корпоративной сети играет необходимость обеспечения безотказной и бесперебойной работы, поскольку даже кратковременный сбой в ее работе может привести к гигантским убыткам. И, наконец, требуется обеспечить быструю и надежную передачу большого объема данных, поскольку многие прикладные банковские программы должны работать в режиме реального времени.

Можно выделить следующие основные требования к корпоративной сети банка:

Сеть объединяет в структурированную и управляемую замкнутую систему все принадлежащие компании информационные устройства: отдельные компьютеры и локальные вычислительные сети (LAN), хост-серверы, рабочие станции, телефоны, факсы, офисные АТС, сети банкоматов, онлайновые терминалы.

В сети обеспечивается надежность ее функционирования и мощные системы защиты информации. То есть, гарантируется безотказная работа системы как при ошибках персонала, так и в случае попытки несанкционированного доступа (в настоящее время это очень актуально).

Существует отлаженная система связи между банковскими отделениями разного уровня (как с городскими отделениями, так и с иногородними филиалами).

В связи с современными тенденциями развития банковских услуг (например, обслуживание по телефону, круглосуточный доступ к банкоматам и он-лайновым терминалам, развитие сетей быстродействующих платежных терминалов в торговых точках, круглосуточные операции с акциями клиентов) появляется потребность в специфичных для банков телекоммуникационных решениях. Существенную роль приобретает организация оперативного, надежного и безопасного доступа удаленного клиента к современным банковским услугам.

Касаясь вопроса предпочтительной архитектуры банковской сети, можно отметить, что наиболее распространенной в европейских странах и актуальной на сегодня для российских банков является топология "звезда", простая или многоуровневая, с главным офисом в центре, соединенным с региональными отделениями. Преобладание этой топологии определяется следующими факторами:

Прежде всего, самой структурой банковских организаций. (Наличием региональных отделений и большим объемом передаваемой между ними информации.)

Высокой стоимостью аренды каналов связи. Нужно иметь в виду, что обычно при организации связи с удаленными отделениями практически не используются коммутируемые телефонные каналы. Здесь необходимы высокоскоростные и надежные линии связи.

В странах Восточной Европы и СНГ в пользу применения топологии "звезда" действует дополнительный фактор - недостаточно развитая инфраструктура телекоммуникаций и связанные с этим трудности в получении банком большого числа каналов связи. В этих условиях особенно важным становится внедрение экономичных решений, существующих на мировом рынке, а иногда и специально доработанных для соответствия условиям развивающихся стран.

В общем случае, когда возникает необходимость связывать региональные офисы друг с другом напрямую, приобретает актуальность топология "каждый с каждым". По своей сути эта топология отличается повышенной надежностью и отсутствием перегрузок. Практически могут быть реализованы многочисленные смешанные варианты топологий, как в случае "децентрализованного главного офиса", когда различные отделы центрального офиса банка -- расчетный, кредитный, аналитический, технический или любой другой -- находятся в разных зданиях.

В некоторых европейских странах существуют общенациональные конфигурации, когда корпоративные сети отдельных банков образуют "суперзвезду" с межбанковским расчетным центром в качестве вершины телекоммуникационной банковской иерархии. Этот вопрос напрямую связан с выбором системы межбанковских взаиморасчетов и будет рассмотрен ниже.

Итак, в банковском деле ЭВМ используются очень широко. Они обязательно соединены между собой сетью. Используется технология клиент-сервер. В качестве серверов обычно выступают машины SUN, IBM, DEC под управлением ОС Unix. Клиентские машины - обычно PC. Для работы с глобальными сетями используются выделенные оптоволоконные каналы или в крайнем случае ISDN (модемная связь практически не используется).

Использование ЭВМ в управлении производством

ЭВМ прочно входят в нашу производственную деятельность и в настоящее время нет необходимости доказывать целесообразность использования вычислительной техники в системах управления технологическими процессами

При этом последние годы как за рубежом, так и в нашей стране характеризуются резким увеличением производства мини- и микро-ЭВМ, а так же персональных ЭВМ.

На основе производственных мини и персональных ЭВМ можно строить локальные сети ЭВМ, что позволяет решать сложные задачи по управлению производством.

Исследования показали, что из всей информации, образующейся в организации, 60-80% используется непосредственно в этой же организации, циркулируя между подразделениями и сотрудниками, и только оставшаяся часть в обобщенном виде поступает в министерства и ведомства.

Это значит, что средства вычислительной техники, рассредоточенные по подразделениям и рабочим местам, должны функционировать в едином процессе, а сотрудникам организации должна быть поставлена возможность общения с помощью абонентских средств между собой, с единым или распределенным банком данных. Одновременно должна быть обеспечена высокая эффективность использования вычислительной техники.

Решению этой задачи в значительной степени способствовало появление микроэлектронных средств средней и большой степени интеграции, персональных ЭВМ, оборудования со встроенными микропроцессорами. В результате, в управлении производством находят все большее распространение локальные вычислительные сети.

ЛВС позволяет небольшим предприятиям воспользоваться возможностью объединения персональных, микро- и мини- ЭВМ в единую вычислительную сеть, а крупным предприятиям - освободить вычислительный центр от некоторых функций по обработке информации "цехового значения" и обеспечить их решение в цехе, отделе. Кроме того, эксплуатация сети одним заказчиком позволит упростить решение вопроса о закрытии информации.

Всего на производстве можно выделить четыре группы ЛВС:

1) ориентированные на массового потребителя и строящиеся, в основном, на базе персональных ЭВМ;

2) включающие, кроме персональных ЭВМ, микро-ЭВМ и микропроцессоры, встроенные в производственные контроллеры и микроконтроллеры

3) построенные на базе микропроцессорных средств, микро и мини-ЭВМ и ЭВМ средней производительности;

4) создаваемые на базе всех типов ЭВМ, включая высокопроизводительные.

Отличительной особенностью производственных сетей от всех остальных являются управляющие контроллеры, объединенные сетью между собой и с персональными ЭВМ в автоматизированную систему управления (АСУ).

Сегодня технологические процессы постоянно усложняются, а агрегаты, реализующие их, делаются все более мощными.

Человек не может уследить за работой таких агрегатов и технологических комплексов и тогда на помощь ему приходит АСУ. В АСУ за работой технологического комплекса следят многочисленные датчики-приборы, изменяющие параметры технологического процесса (например, температуру и толщину прокатываемого металлического листа), контролирующие состояние оборудования (температуру подшипников турбины) или определяющие состав исходных материалов и готового продукта. Таких приборов в одной системе может быть от нескольких десятков до нескольких тысяч.

Датчики постоянно выдают сигналы, меняющиеся в соответствии с измеряемым параметрам (аналоговые сигналы), в устройство связи с объектом ЭВМ. В устройстве связи сигналы преобразуются в цифровую форму и затем по определенной программе обрабатываются вычислительной машиной.

ЭВМ (персональная ЭВМ или сам микроконтроллер) сравнивает полученную от датчиков информацию с заданными результатами работы агрегата и вырабатывает управляющие сигналы, которую через другую часть устройства связи с объектом поступают на регулирующие органы агрегата. Например, если датчики подали сигнал, что лист прокатного стана выходит толще, чем предписано, то ЭВМ вычислит, на какое расстояние нужно сдвинуть валки прокатного стана и подаст соответствующий сигнал на исполнительный механизм, который переместит валки на требуемое расстояние.

Системы, в которых управление ходом процесса осуществляется подобно сказанному выше без вмешательства человека, называются автоматическими. Однако, когда неизвестны точные законы управления человек вынужден брать управление (определение управляющих сигналов) на себя (такие системы называются автоматизированными). В этом случае ЭВМ представляет оператору всю необходимую информацию для управления технологическим процессом при помощи дисплеев, на которых данные могут высвечиваться в цифровом виде или в виде диаграмм, характеризующих ход процесса, могут быть представлены и технологические схемы объекта с указанием состояния его частей. ЭВМ может также "подсказать" оператору некоторые возможные решения.

Чем сложнее объект управления, тем производительнее, надежнее, требуется для АСУ вычислительная машина или управляющий контроллер. Чтобы избежать все все увеличивающегося наращивания мощности ЭВМ сложные системы стали строить по иерархическому принципу. Как правило, в сложный технологический комплекс входит несколько относительно автономных агрегатов, например, в энергоблок тепловой электростанции входит парогенератор (котел), турбина и электрогенератор. В иерархической системе для каждой составной части создается своя локальная система управления, как правило, автоматическая на базе однокристальных микроконтроллеров. Теперь, чтобы все части работали как единый энергоблок, необходимо скоординировать работу локальных систем. Это осуществляется персональной ЭВМ, устанавливаемой на пульте управления блоком.

Перспективные АСУ имеют ряд характерных признаков. Прежде всего это автоматические системы, осуществляющие автоматическое управление рабочим режимом, а также пуском и остановом оборудования (режимами, на которые при ручном управлении приходится наибольшее число аварийных ситуаций из-за ошибок операторов).

В системах предусматривается оптимизация управления ходом процесса по выбранным критериям. Например, можно можно задать такие параметры процесса, при которых стоимость и себестоимость продукции будет минимальной, или, при необходимости, настроить агрегат на максимум производительности, не считаясь с некоторым увеличением расхода сырья и энергоресурсов на единицу продукции.

Системы должны быть адаптивными, т.е. иметь возможность изменять ход процесса при изменении характеристик исходных материалов или состояния оборудования.

Одним из важнейших свойств АСУ является обеспечение безаварийной работы сложного технологического комплекса. Для этого в АСУ предусматривается возможность диагностирования технологического оборудования. На основе показаний датчиков система определяет текущее состояние агрегатов и тенденции к аварийным ситуациям и может дать команду на ведение облегченного режима работы или остановку вообще. При этом оператору представляют данные о характере и местоположении аварийных участков.

Таким образом, АСУ обеспечивают лучшее использование ресурсов производства, повышение производительности труда, экономию сырья, материалов и энергоресурсов, исключение тяжелых аварийных ситуаций, увеличение межремонтных периодов работы оборудования.

Итак, производственные ЭВМ - это PC, объединенные между собой в локальную вычислительную сеть, а так же соединенные с управляющими производственными контроллерами, и обеспечивающие полное взаимодействие и обмен информацией с ними.

Использование ЭВМ в сфере услуг

Компьютер в гостиничном хозяйстве.

Начнем с того, что прибыв в гостиницу, клиент нуждается в отдельном номере. Если номер был заказан заранее, то в базе данных забронированных номеров идет поиск номера, заказанного клиентом; в случае, если за клиентом не забронирован номер, то в той же базе данных идет поиск свободного номера.

Кроме того, различные службы гостиницы также используют в своей работе компьютерную технику.

Начнем со службы безопасности. Первая задача службы безопасности - это обеспечение правопорядка в гостинице, особенно в стратегических местах (энергоузлы, местные АТС, водопровод и т.д.) и в прилегающих (относящихся к ней) территориях. Технической основой для этого служат телекамеры различных типов, детекторы металла и другая вспомогательная аппаратура. Координация работы телекамер наблюдения может осуществляться как со своеобразного микшерского пульта, так и с помощью компьютера, причем разработчики программного обеспечения ориентируются на человека, имеющего определенные представления о компьютере, а не на специалиста по вычислительной технике (ведь требование к охраннику быть специалистом в области вычислительной технике стоит далеко не на первом месте, если вообще стоит).

С помощью компьютерной техники ведется также учет телефонных разговоров (местных, междугородных и международных), учитывается время просмотра платных телевизионных каналов и т.д.

Не секрет, что любая уважающая себя зарубежная гостиница имеет на своей территории бизнес-центр, призванный помочь деловым людям, проживающим в гостинице, иметь возможность управлять своим бизнесом, находясь даже в другом полушарии и не терять связи с миром. Этому способствует разнообразная офисная оргтехника и конечно, компьютерная техника, интегрированная с местной локальной сетью и с Internet.

Компьютер в системе транспортных услуг

В России создана и достаточно успешно действует компьютерная система заказа билетов, посредством которой можно в билетной кассе любого города России заказать билеты на поезд, которым, например, человек воспользуется через некоторое время, добравшись до точки отправления другими путями, и самое главное, что в этой системе “двойники” исключены, по крайней мере, в теории, т.е. два человека претендовать на одно место уже не будут.

Компьютеры Министерства путей сообщения объединены сетью “Трансинформ”, через которую, кстати, можно выйти и в Internet.

Подобная система действует и на авиалиниях, в этом случае она более глобальна, так как интегрирована с мировой системой заказа билетов. И кстати, самостоятельно заказать авиабилет практически на любой рейс можно посредством все Internet, буквально, не выходя из-за компьютера.

Не забудем и еще об одной сфере применения компьютерных технологий - навигация. С помощью специальной техники, связавшись со спутником на орбите, туристическая группа (а также геологи, археологи и т.д.) в любом, даже самом глухом уголке земного шара, может определить свое местонахождение и выбрать дальнейший маршрут с точность до десятка метров.

Виртуальный туризм

Виртуальный туризм вполне доступен уже в наше время - это, к примеру, путеводители по музеям мира на цифровых носителях (компакт-диски, в том числе интерактивные) или путешествия по тем же музеям или памятникам архитектуры с помощью Internet.

Internet предоставляет также возможность побывать практически “вживую” во многих уголках земного шара - по обоим полушариям разбросаны сотни телевизионных камер, с определенной периодичностью (от нескольких минут до нескольких часов) транслирующих в Сеть полученную ими картинку. Их принадлежность самая разнообразная - от частных лиц и организаций до “компетентных органов”. Кстати, такие камеры не зря называют “шпионскими”.

Можно выбрать камеры для наблюдения за дорожным движением и статические камеры, направленные на какую-либо природную или иную достопримечательность или просто передающие панораму какого-нибудь города.

Многие серверы, транслирующие картинки с камер, предлагают еще и короткие “фильмы” в формате Video MPEG, AVI, Quick Time или Animated GIF, состоящие из кадров, отснятых в течение последнего часа.

Перспективы дальнейшего использования ЭВМ в различных сферах жизнедеятельности

ЭВМ настолько прочно вошли в нашу жизнь, что без них уже невозможно представить практически ни одну сферу жизни и деятельности человека.

В дальнейшем ЭВМ будут еще более часто использоваться всвязи с тем, что они позволяют повысить удобство работы, производительность труда и уменьшить трудозатраты.

С расширением областей деятельности человека для них будут разрабатываться свои конфигурации ЭВМ, наиболее удобные и необходимые для этой области, поэтому разнообразие конфигураций, пусть даже в рамках какого-то стандарта, будет постоянно расти.

Литература

офисный контроллер компьютер эвм

1. ComputerWorld Россия, # 9, 1995.

2. К.Вильсон, в . "Высокоскоростные вычисления". М. Радио и Связь, 1988, сс.12-48.

3. Б.А.Головкин, "Параллельные вычислительные системы". М.. Наука, 1980, 519 с.

4. Р.Хокни, К.Джессхоуп, "Параллельные ЭВМ . М.. Радио и Связь, 1986, 390 с.

5. Flynn И.,7., IEEE Trans. Comput., 1972, о.С-21, N9, рр. 948-960.

6. Russel К.М., Commun. АСМ, 1978, v. 21, # 1, рр. 63-72.

7. Т.Мотоока, С.Томита, Х.Танака, Т. Сайто, Т.Уэхара, "Компьютеры на СБИС", m.l. М. Мир, 1988, 388 с.

8. В. Шнитман, Системы Exemplar SPP1200. Открытые системы, # 6, 1995.

9. М. Борисов, UNIX-кластеры. Открытые системы, # 2, 1995, cc.22-28.

10. В. Шмидт, Системы IBM SP2. Открытые системы, # 6, 1995.