Интернет и ее протоколы и услуги. Всемирная паутина - служба WWW

1. Общая структура и принципы построения персональных компьютеров (от принципов фон Неймана до принципа открытой архитектуры). 

Классическая  структура ЭВМ  фон Неймана.

    Архитектура ЭВМ – это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных ее функциональных узлов.

    Общие принципы построения ЭВМ:

• Структура памяти ЭВМ;
• Способы доступа к памяти и внешним устройствам;
• Возможность изменения конфигурации компьютера;
• Система команд;
• Форматы данных;
• Организация интерфейса.

Основы  учения об архитектуре ЭВМ  заложил  американский математик Джон фон Нейман. Он выдвинул как основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, так и предложил структуру, которая применялась в ЭВМ 1 и 2 поколений. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Схема 2.Классическая архитектура ЭВМ, построенная на принципах фон Неймана. 

        

• направление потоков информации;

 

• направление управляющих сигналов от процессора к остальным узлам  ЭВМ.

 

Разработанные фон Нейманом основы архитектуры  вычислительных устройств  – фундаментальны.  Большее число вычислительных машин  -фон-неймановские машины. 

Принцип открытой архитектуры

Принцип открытой архитектуры 

 Персональным  компьютером (ПК) называют сравнительно  недорогой универсальный микрокомпьютер, расчитанный на одного пользователя.  

 Персональные  компьютеры обычно проектируются  на основе принципа открытой  архитектуры.  

 Принцип открытой  архитектуры заключается в следующем: 

Регламентируются  и стандартизируются только описание принципа действия компьютера и его  конфигурация (определённая совокупность аппаратных средств и соединений между ними). Таким образом компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-производителями.

Компьютер легко  расширяется и модернизируется за счёт наличия внутренних расширительных гнёзд, в которые пользователь может вставлять разнообразные устройства, и, тем самым устанавливать конфигурацию своей машины в соответствии со своими личными предпочтениями. 
 

 Для того  чтобы соединить друг с другом различные устройства компьютера они должны иметь одинаковый интерфейс (англ. interface: от inter - между и face - лицо)  

Интерфейс —  это средство сопряжения двух устройств, в котором все физические и  логические параметры согласуются  между собой.  
 

 Если интерфейс  является общепринятым, например, утверждённым  на уровне международных соглашений, то он называется стандартным.  

 Каждый из  функциональных элементов (память, монитор или другое устройство) связан с шиной определённого  типа — адресной, управляющей или шиной данных.  

 Для согласования  интерфейсов переферийные устройства  подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллёры (адаптеры) и порты примерно по такой  схеме:  

  

 Котролёры  и адаптеры представляют собой  наборы электронных цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью совместимости их интерфейсов. Контроллёры, кроме этого, осуществляют непосредственное управление переферийными устройствами по запросу микропроцессора. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Технология GRID.

Грид-вычисления (англ. grid — решётка, сеть) — это форма распределённых вычислений, в которой «виртуальный суперкомпьютер» представлен в виде кластеров соединённых с помощью сети, слабосвязанных, гетерогенных компьютеров, работающих вместе для выполнения огромного количества заданий (операций, работ). Эта технология применяется для решения научных, математических задач, требующих значительных вычислительных ресурсов. Грид-вычисления используются также в коммерческой инфраструктуре для решения таких трудоёмких задач, как экономическое прогнозирование, сейсмоанализ, разработка и изучение свойств новых лекарств. 

Грид с точки  зрения сетевой организации представляет собой согласованную, открытую и  стандартизованную среду, которая  обеспечивает гибкое, безопасное, скоординированное разделение вычислительных ресурсов и ресурсов хранения информации, которые являются частью этой среды, в рамках одной виртуальной организации.

Концепция грид 

Грид является географически распределённой инфраструктурой, объединяющей множество ресурсов разных типов (процессоры, долговременная и оперативная память, хранилища и базы данных, сети), доступ к которым пользователь может получить из любой точки, независимо от места их расположения. 

Идея грид-компьютинга  возникла вместе с распространением персональных компьютеров, развитием интернета и технологий пакетной передачи данных на основе оптического волокна (SONET, SDH и ATM), а также технологий локальных сетей (Gigabit Ethernet). Полоса пропускания коммуникационных средств стала достаточной, чтобы при необходимости привлечь ресурсы другого компьютера. Учитывая, что множество подключенных к глобальной сети компьютеров большую часть рабочего времени простаивает и располагает ресурсами, большими, чем необходимо для решения их повседневных задач, возникает возможность применить их неиспользуемые ресурсы в другом месте. 

Сравнение грид-систем и обычных  суперкомпьютеров

Распределённые  или грид-вычисления в целом являются разновидностью параллельных вычислений, которое основывается на обычных  компьютерах (со стандартными процессорами, устройствами хранения данных, блоками питания и т. д.) подключенных к сети (локальной или глобальной) при помощи обычных протоколов, например Ethernet. В то время как обычный суперкомпьютер содержит множество процессоров, подключенных к локальной высокоскоростной шине. 

Основным преимуществом  распределённых вычислений является то, что отдельная ячейка вычислительной системы может быть приобретена  как обычный неспециализированный компьютер. Таким образом можно  получить практически те же вычислительные мощности, что и на обычных суперкомпьютерах, но с гораздо меньшей стоимостью. 

Типы  грид-систем

В настоящее  время выделяют три основных типа грид-систем:

Добровольные  гриды — гриды на основе использования  добровольно предоставляемого свободного ресурса персональных компьютеров;

Научные гриды  — хорошо распараллеливаемые приложения программируются специальным образом (например, с использованием Globus Toolkit);

Гриды на основе выделения вычислительных ресурсов по требованию (коммерческий грид, англ. enterprise grid) — обычные коммерческие приложения работают на виртуальном компьютере, который, в свою очередь, состоит из нескольких физических компьютеров, объединённых с помощью грид-технологий. 

История

Термин «грид-вычисления»  появился в начале 1990-х годов, как метафора, демонстрирующая возможность простого доступа к вычислительным ресурсам как и к электрической сети (англ. power grid) в сборнике под редакцией Яна Фостера и Карла Кессельмана «The Grid: Blueprint for a new computing infrastructure». 

Использование свободного времени процессоров  и добровольного компьютинга  стало популярным в конце 1990-х  годов после запуска проектов добровольных вычислений GIMPS в 1996 году, distributed.net в 1997 году и SETI@home в 1999 году. Эти первые проекты добровольного компьютинга использовали мощности подсоединённых к сети компьютеров обычных пользователей для решения исследовательских задач, требующих больших вычислительных мощностей. 

Идеи грид-системы (включая идеи из областей распределённых вычислений, объектно-ориентированного программирования, использования компьютерных кластеров, веб-сервисов и др.) были собраны и объединены Иэном Фостером, Карлом Кессельманом и Стивом Тики, которых часто называют отцами грид-технологии. Они начали создание набора инструментов для грид-компьютинга Globus Toolkit, который включает не только инструменты менеджмента вычислений, но и инструменты управления ресурсами хранения данных, обеспечения безопасности доступа к данным и к самому гриду, мониторинга использования и передвижения данных, а также инструментарий для разработки дополнительных грид-сервисов. В настоящее время этот набор инструментария является де факто стандартом для построения инфраструктуры на базе технологии грид, хотя на рынке существует множество других инструментариев для грид-систем как в масштабе предприятия, так и в глобальном. 

Грид-технология применяется для моделирования  и обработки данных в экспериментах  на Большом адронном коллайдере (грид используется и в других задачах  с интенсивными вычислениями). На платформе BOINC в настоящее время ведутся активные вычисления более 60 проектов. Например, проект Fusion (юг Франции, разработка метода получения электричества с помощью термоядерного синтеза на экспериментальном реакторе ITER) также использует грид (EDGeS@Home). Под названием CLOUD начат проект коммерциализации грид-технологий, в рамках которого небольшие компании, институты, нуждающиеся в вычислительных ресурсах, но не могут себе позволить по тем или иным причинам иметь свой суперкомпьютерный центр, могут покупать вычислительное время грида. 

Структура грид-cистемы ЦЕРНа

Грид-cистема ЦЕРНа, предназначенная для обработки данных, получаемых с Большого адронного коллайдера, имеет иерархическую структуру. 

Самая верхняя  точка иерархии, нулевой уровень — CERN (получение информации с детекторов, сбор «сырых» научных данных, которые будут храниться до конца работы эксперимента). За первый год работы планируется собрать до 15 петабайт (тысяч терабайт) данных первой копии. 

Первый уровень, Tier1 — хранение второй копии этих данных в других уголках мира (11 центров: в Италии, Франции, Великобритании, США, на Тайване, а один центр первого уровня — CMS Tier1 — в ЦЕРНе). Центры обладают значительными ресурсами для хранения данных. 

Tier2 — следующие в иерархии, многочисленные центры второго уровня. Наличие крупных ресурсов для хранения данных не обязательно; обладают хорошими вычислительными ресурсами. Российские центры: в Дубне (ОИЯИ, Объединенный институт ядерных исследований), три центра в Москве (НИИЯФ МГУ, ФИАН, ИТЭФ — Институт теоретической и экспериментальной физики), Троицке (ИЯИ, Институт ядерных исследований), Протвино (ИФВЭ, Институт физики высоких энергий) и Гатчине (ПИЯФ). Кроме того, в единую сеть с этими центрами связаны и центры других стран-участниц ОИЯИ — в Харькове, Минске, Ереване, Софии, Баку и Тбилиси. 

Более 85 % всех вычислительных задач БАК сейчас выполняется  вне ЦЕРНа, из них более 50 % на центрах второго уровня. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Интернет и ее протоколы и услуги. Всемирная паутина - служба WWW. 

Общие сведения 

В любой компьютерной сети предоставление пользователю конкретного  набора услуг осуществляется определенной службой в соответствии с определенным протоколом.  

Большинство услуг  Интернет организованы по принципу "клиент-сервер". На сервере выполняется программа, реализующая функции той или  иной службы, а на компьютере пользователя должна функционировать специальная  программа, которая называется клиентом этой службы. Клиент направляет серверу запросы, а сервер выполняет необходимые действия и отвечает клиенту, передавая необходимую информацию.  

Перечислим наиболее распространенные услуги Интернет и  протоколы, поддерживающие их: 

WWW (World Wide Web – всемирная паутина) – услуга для работы с совокупностью ресурсов, доступных с помощью таких инструментов, как протоколы HTTP, FTP, Telnet и др. Термином WWW или Web называется также организация файлов для размещения на группе серверов в Интернет, запрограммированных для обработки запросов, поступающих от браузеров, работающих на ПК пользователей;