4.1.1. эволюция вычислительных систем

 4.1.1. эволюция вычислительных систем

Компьютерные вычислительные сети явились закономерным результатом развития идей, техники и технологий в области создания и применения вычислительных машин и систем. Первые электронно-вычислительные машины (ЭВМ), ставшие доступными для использования в различных сферах человеческой деятельности (в основном, в научных исследованиях и в управлении производством) в 1950-х годах, были довольно большими и очень дорогими устройствами, требующими от пользователей высокого уровня специальной профессиональной подготовки. Значительная стоимость эксплуатации ЭВМ, отсутствие возможности непосредственного взаимодействия с компьютером конечного потребителя результатов решаемых задач (во-первых, из-за отсутствия соответствующих устройств реализации диалога «человек-машина» и, во-вторых, из-за недостаточного уровня подготовки этого потребителя) обусловили режим использования средств вычислительной техники, называемый пакетной обработкой.

Системы пакетной обработки

Системы пакетной обработки строились на основе мощного и надежного компьютера универсального назначения, размещенного, как правило, в вычислительном центре. Пользователи подготавливали задание для решения задачи в виде колоды или пачки перфокарт (прямоугольных карт из плотного картона, на которых данные представлялись с помощью пробивки совокупности отверстий), содержащих исходные данные и программы для их обработки, и передавали его в вычислительный центр. Операторы собирали несколько таких заданий от разных пользователей в один пакет (отсюда и название режима пакетной обработки) и вводили его в компьютер, а распечатанные результаты пользователи получали обычно только на следующий день.

Такая организация выполнения заданий была самой эффективной в плане использования вычислительной мощности, так как позволяла выполнить в единицу времени наибольшее число пользовательских задач. Во главу угла ставилась эффективность работы самого дорогого устройства вычислительной машины — процессора.

Но при этом весьма существенными были задержки в решении задач, во-первых, в связи с достаточно длительной процедурой передачи заданий на вычислительный центр и получения оттуда результатов, а во-вторых, из-за невозможности оперативного исправления хотя бы одной ошибки в подготовленном задании.

Системы пакетной обработки были полностью централизованными — ввод данных и программ, решение задач и обработка информации, вывод полученных результатов осуществлялись в едином вычислительном центре.

Многотерминальные системы

По мере совершенствования технологии производства средств вычислительной техники и, как следствие, их удешевления (в том числе и процессоров), а также в связи с появлением новых устройств ввода—вывода информации (прежде всего видеотерминалов) в начале 1960-х годов были разработаны и внедрены новые принципы организации вычислительного процесса, позволившие в большей степени учесть интересы пользователей. В наиболее концентрированном виде эти принципы были воплощены в интерактивных многотерминальных системах разделения времени.

В таких системах в распоряжение конкретного пользователя предоставлялся видеотерминал, включающий в себя клавиатуру для ввода данных и видеомонитор для отображения информации. Таких видеотерминалов могло быть несколько, их размещение было достаточно произвольным (в одном помещении, в различных помещениях одного здания, в нескольких близко стоящих и даже в достаточно удаленных зданиях), и все они подключались к одной ЭВМ, находящейся в вычислительном центре (отсюда и название — многотерминальная система).

Каждый пользователь вводил со своего видеотерминала данные для решения своей задачи и получал на его экране результаты, причем имел возможность осуществлять все необходимые корректировки как исходных данных, так и хода их обработки на своем рабочем месте в режиме диалога с вычислительной системой (поэтому система и называлась интерактивной).

Время реакции вычислительной системы на запросы и команды пользователя, вводимые им с видеотерминала, было незначительным и создавало впечатление того, что ЭВМ полностью в его распоряжении. Но в действительности ресурсы вычислительной системы распределялись одновременно между всеми подключенными и работающими видеотерминалами. Время работы процессора разбивалось на отдельные порции (кванты), каждая из которых предоставлялась одному пользователю, а их последовательность обеспечивала всех пользователей. Такое разделение времени работы процессора и обеспечивало совместную обработку заданий нескольких пользователей при незначительном времени реакции системы на запросы с видеотерминалов (отсюда и название — система с разделением времени).

Многотерминальные системы обозначили тенденцию перехода от централизованных систем обработки данных к распределенным, поскольку в них собственно обработка выполнялась в вычислительном центре, а ввод—вывод информации осуществлялся уже на рабочих местах пользователей.

Кроме того, появилась возможность совместного использования единых информационных ресурсов при решении нескольких задач, что не допускалось в режиме пакетной обработки, когда и данные, и программы образовывали полностью автономную единицу в рамках одного задания пользователя.

Появление вычислительных сетей

В рамках многотерминальных систем успешно решалась задача получения доступа к ЭВМ с видеотерминалов, удаленных от нее на многие сотни, а то и тысячи километров. Видеотерминалы соединялись с компьютерами через телефонные сети с помощью специальных устройств — модемов, осуществлявших преобразование передаваемых данных из цифровой формы (характерной для средств вычислительной техники) в аналоговую (используемую в телефонных сетях) и обратно. Такие системы, ставшие по сути дела первыми вычислительными сетями (за счет сетей телефонной связи), позволяли многочисленным пользователям получать удаленный доступ к разделяемым ресурсам нескольких мощных компьютеров.

Принцип удаленного подключения с видеотерминалов был распространен и на сами компьютеры, что давало возможность осуществлять обмен информацией между различными ЭВМ в автоматическом режиме, а это и является главным, базовым свойством любой вычислительной сети. На его основе в первых сетях были реализованы службы обмена файлами, синхронизации баз данных, электронной почты и другие, ставшие теперь традиционными, сетевые службы.

Таким образом, первыми появились вычислительные сети, связывающие компьютеры в существенно удаленных друг от друга регионах, что указывает на их глобальный характер. Именно при построении глобальных сетей были впервые предложены и отработаны многие основные идеи и концепции современных вычислительных сетей.

Первые локальные сети

В начале 1970-х годов в результате резкого прогресса технологии появились крупные интегральные схемы. Их сравнительно небольшая стоимость и высокие функциональные возможности привели к созданию мини-компьютеров, которые сделались доступными отдельным подразделениям фирм и организаций и решали их специфические задачи (управление технологическими процессами, складской учет, планирование и регулирование производства и т.п.). Таким образом, компьютерные ресурсы стали распределенными по подразделениям, но сами компьютеры работали автономно.

Такая ситуация существовала до тех пор, пока не возникла потребность в совместном использовании всех информационных ресурсов (как это было реализовано в многотерминальных системах). В ответ на это предприятия и организации начали соединять свои мини-компьютеры и разрабатывать программное обеспечение, необходимое для их взаимодействия. В результате появились первые локальные вычислительные сети. Они еще во многом отличались от современных локальных сетей, в первую очередь способами соединения ЭВМ и используемыми для этого устройствами и программным обеспечением. На первых порах для соединения компьютеров друг с другом применялось самое разнообразное нестандартное оборудование со своей формой представления данных на линиях связи, своими типами кабелей и т. п. Эти устройства могли соединять только те типы компьютеров, для которых были разработаны.

Создание стандартных технологий локальных сетей

В середине 1980-х годов положение дел в локальных сетях стало кардинально меняться. Были разработаны и получили широкое распространение такие технологии объединения компьютеров в сеть, как Ethernet, Arcnet, Token Ring, ставшие стандартными. Этому во многом способствовало появление персональных компьютеров, обладающих, с одной стороны, достаточными для работы сетевого программного обеспечения возможностями и требующих, с другой стороны, объединения своих ресурсов для решения сложных задач и совместного применения дорогостоящего оборудования и информационных массивов. Кроме того, в силу относительно низкой стоимости и простоты использования они стали действительно массовыми изделиями, доступными сотням миллионов людей во всех сферах человеческой деятельности, что и поставило задачу их объединения на основе общедоступных стандартов.

Стандартные сетевые технологии превратили процесс построения локальной сети из искусства в рутинную работу. Для создания сети достаточно было приобрести соответствующие сетевые адаптеры, например Ethernet, и стандартный кабель, присоединить адаптеры к кабелю стандартными разъемами и установить на компьютер одну из наиболее распространенных сетевых операционных систем, например NetWare. После этого сеть начинала работать и присоединение каждого нового компьютера не вызывало никаких проблем — естественно, если на нем был установлен сетевой адаптер той же технологии.

Тенденции развития вычислительных сетей

В настоящее время вычислительные сети продолжают развиваться, причем достаточно быстро. Разрыв между локальными и глобальными сетями постоянно сокращается во многом из-за появления высокоскоростных территориальных каналов связи, не уступающих по качеству кабельным системам локальных сетей. В глобальных сетях появляются службы доступа к ресурсам, такие же удобные, как и службы локальных сетей. Подобные примеры в большом количестве демонстрирует самая популярная глобальная сеть — Интернет.

Изменяются и локальные сети. Вместо соединяющего компьютеры пассивного кабеля в них все чаще стало использоваться разнообразное коммуникационное оборудование — коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы, благодаря чему появилась возможность построения больших корпоративных сетей, насчитывающих тысячи компьютеров и имеющих сложную структуру.

Возродился интерес к крупным компьютерам — в основном из-за практически установленного факта, что системы, состоящие из сотен специализирующихся на сетевых операциях персональных компьютеров, обслуживать сложнее, чем несколько больших ЭВМ. Поэтому на новом витке эволюционной спирали эти вычислительные системы, получившие название «мэйнфреймы», стали возвращаться в корпоративные вычислительные сети, но уже как их полноправные компоненты, поддерживающие те или иные стандартные конфигурации и принципы работы.

Проявилась еще одна очень важная тенденция, затрагивающая в равной степени как локальные, так и глобальные сети. В них стали применяться методы обработки аудиои видеоинформации. Сложность передачи такой информации (получившей название мультимедийной) по сети связана с ее чувствительностью к задержкам при передаче: задержки обычно приводят к искажению такой информации в конечных узлах сети.

Сегодня эти проблемы решаются различными способами, но несмотря на значительные усилия, предпринимаемые в этом направлении, до приемлемого решения проблемы пока далеко, и в этой области предстоит еще много сделать, чтобы достичь заветной цели — слияния технологий не только локальных и глобальных, но и любых информационных сетей — вычислительных, телефонных, телевизионных и т. п. Специалисты считают, что предпосылки для такого синтеза уже существуют, и их мнения расходятся только в оценке примерных сроков такого объединения — называются сроки от 10 до 25 лет. Причем считается, что основой для объединения послужит применяемая сегодня в вычислительных сетях технология передачи данных, а не коммутации каналов, которая используется в телефонии, что указывает на значимость компьютерных сетей.