5. АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЕ ПЛАТФОРМЫ АДМИНИСТРИРОВАНИЯ

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и взаимодействии. Состав программного обеспечения информационной системы называется программной конфигурацией.

5.1. Классификация служебных программных средств

Диспетчеры файлов . С их помощью выполняется большинство операций по обслуживанию файловой структуры: копирование, перемещение, переименование файлов, создание каталогов (папок), уничтожение объектов, поиск файлов и навигация в файловой структуре.

Средства сжатия данных (архиваторы). Предназначены для создания архивов.

Средства диагностики . Предназначены для автоматизации процессов диагностики программного и аппаратного обеспечения.

Программы инсталляции (установки). Предназначены для контроля за добавлением в текущую программную конфигурацию нового программного обеспечения.

Средства коммуникации . Разрешают устанавливать соединение с удаленными компьютерами, передают сообщения электронной почты, пересылают факсимильные сообщения и т.п..

Средства просмотра и воспроизведения .

Средства компьютерной безопасности . К ним относятся средства пассивной и активной защиты данных от повреждения, несанкционированного доступа, просмотра и изменения данных. Средства пассивной защиты - это служебные программы, предназначенные для резервного копирования. Средства активной защиты применяют антивирусное программное обеспечение.

5.2.Защита от вредоносного программного обеспечения

Компьютерный вирус - это небольшая программа, способная к саморазмножению и выполнению разных деструктивных действий. На сегодняшний день известно свыше 50 тыс. компьютерных вирусов.

Условно их можно классифицировать следующим образом:

1) загрузочные вирусы или BOOT-вирусы заражают boot-секторы дисков. Очень опасные, могут привести к полной потере всей информации, хранящейся на диске;

2) файловые вирусы заражают файлы. Делятся:

· на вирусы, заражающие программы (файлы с расширением.EXE и.COM);

· макровирусы -вирусы , заражающие файлы данных, например, документы Word или рабочие книги Excel ;

· вирусы-спутники используют имена других файлов;

· вирусы семейства DIR искажают системную информацию о файловых структурах;

3) загрузочно-файловые вирусы способные поражать как код boot-секторов, так и код файлов;

4) вирусы-невидимки или STEALTH-вирусы фальсифицируют информацию прочитанную из диска так, что программа, какой предназначена эта информация получает неверные данные.

5) ретровирусы заражают антивирусные программы, стараясь уничтожить их или сделать нетрудоспособными;

6) вирусы-черви .

К общим средствам, помогающим предотвратить заражение и его разрушительных последствий, относят:

резервное копирование информации (создание копий файлов и системных областей жестких дисков);
избежание пользования случайными и неизвестными программами.
перезагрузку компьютера перед началом работы, в частности, в случае, если за этим компьютером работали другие пользователи;
ограничение доступа к информации, в частности, физическая защита дискеты во время копирования файлов с нее.

К программным средствам защиты относят разные антивирусные программы (антивирусы).

Антивирус - это программа, выявляющая и обезвреживающая компьютерные вирусы. Много современных антивирусных пакетов имеют в своем составе специальный программный модуль, называемый эвристическим анализатором, который способен исследовать содержимое файлов на наличие кода, характерного для компьютерных вирусов. Это дает возможность своевременно выявлять и предупреждать об опасности заражения новым вирусом.

Различают такие типы антивирусных программ:

1. Программы-детекторы предназначены для нахождения зараженных файлов одним из известных вирусов.

2. Программы-лекари . Лечение программы состоит в изъятии из зараженной программы тела вируса.

3. Программы-ревизоры. Эти программы запоминают данные о состоянии программы и системных областей дисков в нормальном состоянии (до заражения) и сравнивают эти данные в процессе работы компьютера. В случае несоответствия данных выводится сообщение о возможности заражения.

4. Лекари-ревизоры предназначены для выявления изменений в файлах и системных областях дисков и, в случае изменений, возвращают их в начальное состояние.

5. Программы-фильтры предназначены для перехвата обращений к операционной системе.

6. Программы-вакцины используются для обработки файлов и boot-секторов с целью предупреждения заражения известными вирусами (в последнее время этот метод используется все чаще).

Администраторы информационных систем должны быть всегда готовы к опасности проникновения вредоносного программного обеспеченияв системы и по необходимости принимать специальные меры по предотвращению или обнаружению его внедрения. Предотвращение вирусов лучше, чем ликвидация последствий от их проникновения. В основе защиты от вирусов должны лежать хорошие знания и понимание правил безопасности, надлежащие средства управления доступом к системам.

5.3. Меры обеспечения безотказности ИС

Для аппаратного и программного обеспечения ИС можно рекомендовать следующие меры обеспечения безотказности:

Ориентация на апробированные продукты известных компаний.
Ориентация на надежных поставщиков, способных квалифицированно произвести установку, наладку и ввод в эксплуатацию новых продуктов, обучение и консультирование пользователей и обслуживающего персонала.
Принятие решения о разработке и внедрении регламентов эксплуатации всех компонентов ИС, унификация регламентов.
Унификация программных и аппаратных конфигураций, в том числе клиентских.

http://aptem.net.ru/nets/platform/contents.htm

Аппаратно-программные платформы корпоративных информационных систем

Проблемы выбора аппаратно-программной платформы, соответствующей потребностям прикладной области

Классификация компьютеров по областям применения

Персональные компьютеры и рабочие станции

Серверы

Мейнфреймы

Кластерные архитектуры

Методы оценки производительности

Общие замечания
Тесты SPEC
Тесты TPC
Тесты AIM

Основы конфигурирования сетевых файловых систем (на примере NFS)

Введение
- Распределенные файловые системы
  Общие свойства распределенных файловых систем
  - Вопросы разработки

Общие сведения о работе и нагрузке NFS

Операции с атрибутами
Операции с данными
Сравнение приложений с разными наборами операций NFS
Характер рабочей нагрузки NFS
- "Полностью активные" клиенты
  Типовой пример использования NFS

NFS и клиентские ПК

Операционные системы реальной памяти
Более мелкие файлы
Менее требовательные клиенты

Клиент NFS

Взаимодействие с системой виртуальной памяти
Файловая система с репликацией данных (CFS)

Конфигурирование NFS-сервера

Исходные предпосылки
Конфигурация сети (локальной и глобальной)
- Сетевая среда, определяемая профилем приложения
  Использование высокоскоростных сетей для предотвращения перегрузки
  NFS и глобальные сети
  Выбор типа сети и количества клиентов

Потребление процессорных ресурсов

Конфигурации дисковой подсистемы и балансировка нагрузки

Организация последовательного доступа в NFS с интенсивным использованием данных
Организация произвольного доступа в NFS с интенсивными запросами атрибутов
Распределение нагрузки по доступу к дискам с помощью программного обеспечения типа Online:DiskSuit
Использование оптимальных зон диска

Нестандартные требования к памяти

PrestoServe/NVSIMM

Обеспечение резервного копирования и устойчивости к неисправностям

Предварительная оценка рабочей нагрузки

Измерение существующих систем
Оценка нагрузки в отсутствие системы
- Оценка среды с интенсивным использованием данных
  Оценка среды с интенсивным использованием атрибутов

Технические характеристики аппаратных платформ

Процессоры
- Основные архитектурные понятия
  - Архитектура системы команд. Классификация процессоров (CISC и RISC)
    Методы адресации и типы данных

Подсистема памяти

Введение
Организация кэш-памяти
Принципы организации основной памяти в современных компьютерах
- Общие положения
  Увеличение разрядности основной памяти
  Память с расслоением
  Использование специфических свойств динамических ЗУПВ

Виртуальная память и организация защиты памяти

Концепция виртуальной памяти
Страничная организация памяти
Сегментация памяти

Симметричные мультипроцессорные архитектуры и проблема когерентности кэш-памяти

Организация ввода/вывода

Системные и локальные шины

Устройства ввода/вывода

Основные типы устройств ввода/вывода
Магнитные и магнитооптические диски
Дисковые массивы и уровни RAID
Устройства архивирования информации

Сравнительные характеристики современных аппаратных платформ

Процессоры с архитектурой 80x86 и Pentium
Особенности процессоров с архитектурой SPARC компании Sun Microsystems
- SuperSPARC
  hyperSPARC
  MicroSPARC-II
  UltraSPARC

Процессоры PA-RISC компании Hewlett-Packard

Особенности архитектуры MIPS компании MIPS Technology

Особенности архитектуры Alpha компании DEC

Особенности архитектуры POWER компании IBM и PowerPC компаний Motorola, Apple и IBM

Архитектура POWER
Эволюция архитектуры POWER в направлении архитектуры PowerPC

Новые возможности операционных систем

Эффективное использование легковесных процессов в симметричных мультипроцессорах
- Контекст процесса
  Ядерные нити
  Пользовательские легковесные процессы
  Пользовательские нити
  Методология применения легковесных процессов

Современные файловые системы

Ограничения традиционных файловых систем
Распространенные файловые системы
Файловые системы с журнализацией

Проблемы выбора аппаратно-программной платформы, соответствующей потребностям прикладной области

Выбор аппаратной платформы и конфигурации системы представляет собой чрезвычайно сложную задачу. Это связано, в частности, с характером прикладных систем, который в значительной степени может определять рабочую нагрузку вычислительного комплекса в целом. Однако часто оказывается просто трудно с достаточной точностью предсказать саму нагрузку, особенно в случае, если система должна обслуживать несколько групп разнородных по своим потребностям пользователей. Например, иногда даже бессмысленно говорить, что для каждых N пользователей необходимо в конфигурации сервера иметь один процессор, поскольку для некоторых прикладных систем, в частности, для систем из области механических и электронных САПР, может потребоваться 2-4 процессора для обеспечения запросов одного пользователя. С другой стороны, даже одного процессора может вполне хватить для поддержки 15-40 пользователей, работающих с прикладным пакетом Oracle*Financial. Другие прикладные системы могут оказаться еще менее требовательными. Но следует помнить, что даже если рабочую нагрузку удается описать с достаточной точностью, обычно скорее можно только выяснить, какая конфигурация не справится с данной нагрузкой, чем с уверенностью сказать, что данная конфигурация системы будет обрабатывать заданную нагрузку, если только отсутствует определенный опыт работы с приложением.

Обычно рабочая нагрузка существенно определяется "типом использования" системы. Например, можно выделить серверы NFS, серверы управления базами данных и системы, работающие в режиме разделения времени. Эти категории систем перечислены в порядке увеличения их сложности. Как правило серверы СУБД значительно более сложны, чем серверы NFS, а серверы разделения времени, особенно обслуживающие различные категории пользователей, являются наиболее сложными для оценки. К счастью, существует ряд упрощающих факторов. Во-первых, как правило нагрузка на систему в среднем сглаживается особенно при наличии большого коллектива пользователей (хотя почти всегда имеют место предсказуемые пики). Например, известно, что нагрузка на систему достигает пиковых значений через 1-1.5 часа после начала рабочего дня или окончания обеденного перерыва и резко падает во время обеденного перерыва. С большой вероятностью нагрузка будет нарастать к концу месяца, квартала или года.

Во-вторых, универсальный характер большинства наиболее сложных для оценки систем - систем разделения времени, предполагает и большое разнообразие, выполняемых на них приложений, которые в свою очередь как правило стараются загрузить различные части системы. Далеко не все приложения интенсивно используют процессорные ресурсы, и не все из них связаны с интенсивным вводом/выводом. Поэтому смесь таких приложений на одной системе может обеспечить достаточно равномерную загрузку всех ресурсов. Естественно неправильно подобранная смесь может дать совсем противоположенный эффект.

Все, кто сталкивается с задачей выбора конфигурации системы, должны начинать с определения ответов на два главных вопроса: какой сервис должен обеспечиваться системой и какой уровень сервиса может обеспечить данная конфигурация. Имея набор целевых показателей производительности конечного пользователя и стоимостных ограничений, необходимо спрогнозировать возможности определенного набора компонентов, которые включаются в конфигурацию системы. Любой, кто попробовал это сделать, знает, что подобная оценка сложна и связана с неточностью. Почему оценка конфигурации системы так сложна? Некоторое из причин перечислены ниже:

Подобная оценка прогнозирует будущее: предполагаемую комбинацию устройств, будущее использование программного обеспечения, будущих пользователей.

Сами конфигурации аппаратных и программных средств сложны, связаны с определением множества разнородных по своей сути компонентов системы, в результате чего сложность быстро увеличивается. Несколько лет назад существовала только одна вычислительная парадигма: мейнфрейм с терминалами. В настоящее время по выбору пользователя могут использоваться несколько вычислительных парадигм с широким разнообразием возможных конфигураций системы для каждой из них. Каждое новое поколение аппаратных и программных средств обеспечивает настолько больше возможностей, чем их предшественники, что относительно новые представления об их работе постоянно разрушаются.

Скорость технологических усовершенствований во всех направлениях разработки компьютерной техники (аппаратных средствах, функциональной организации систем, операционных системах, ПО СУБД, ПО "среднего" слоя (middleware) уже очень высокая и постоянно растет. Ко времени, когда какое-либо изделие широко используется и хорошо изучено, оно часто рассматривается уже как устаревшее.

Доступная потребителю информация о самих системах, операционных системах, программном обеспечении инфраструктуры (СУБД и мониторы обработки транзакций) как правило носит очень общий характер. Структура аппаратных средств, на базе которых работают программные системы, стала настолько сложной, что эксперты в одной области редко являются таковыми в другой.

Информация о реальном использовании систем редко является точной. Более того, пользователи всегда находят новые способы использования вычислительных систем как только становятся доступными новые возможности.

При стольких неопределенностях просто удивительно, что многие конфигурации систем работают достаточно хорошо. Оценка конфигурации все еще остается некоторым видом искусства, но к ней можно подойти с научных позиций. Намного проще решить, что определенная конфигурация не сможет обрабатывать определенные виды нагрузки, чем определить с уверенностью, что нагрузка может обрабатываться внутри определенных ограничений производительности. Более того, реальное использование систем показывает, что имеет место тенденция заполнения всех доступных ресурсов. Как следствие, системы, даже имеющие некоторые избыточные ресурсы, со временем не будут воспринимать дополнительную нагрузку.

Для выполнения анализа конфигурации, система (под которой понимается весь комплекс компьютеров, периферийных устройств, сетей и программного обеспечения) должна рассматриваться как ряд соединенных друг с другом компонентов. Например, сети состоят из клиентов, серверов и сетевой инфраструктуры. Сетевая инфраструктура включает среду (часто нескольких типов) вместе с мостами, маршрутизаторами и системой сетевого управления, поддерживающей ее работу. В состав клиентских систем и серверов входят центральные процессоры, иерархия памяти, шин, периферийных устройств и ПО. Ограничения производительности некоторой конфигурации по любому направлению (например, в части организации дискового ввода/вывода) обычно могут быть предсказаны исходя из анализа наиболее слабых компонентов.

Поскольку современные комплексы почти всегда включают несколько работающих совместно систем, точная оценка полной конфигурации требует ее рассмотрения как на макроскопическом уровне (уровне сети), так и на микроскопическом уровне (уровне компонент или подсистем).

Эта же методология может быть использована для настройки системы после ее инсталляции: настройка системы и сети выполняются как правило после предварительной оценки и анализа узких мест. Более точно, настройка конфигурации представляет собой процесс определения наиболее слабых компонентов в системе и устранения этих узких мест.

Следует отметить, что выбор той или иной аппаратной платформы и конфигурации определяется и рядом общих требований, которые предъявляются к характеристикам современных вычислительных систем. К ним относятся:

отношение стоимость/производительность

надежность и отказоустойчивость

масштабируемость

совместимость и мобильность программного обеспечения.

Отношение стоимость/производительность. Появление любого нового направления в вычислительной технике определяется требованиями компьютерного рынка. Поэтому у разработчиков компьютеров нет одной единственной цели. Большая универсальная вычислительная машина (мейнфрейм) или суперкомпьютер стоят дорого. Для достижения поставленных целей при проектировании высокопроизводительных конструкций приходится игнорировать стоимостные характеристики. Суперкомпьютеры фирмы Cray Research и высокопроизводительные мейнфреймы компании IBM относятся именно к этой категории компьютеров. Другим крайним примером может служить низкостоимостная конструкция, где производительность принесена в жертву для достижения низкой стоимости. К этому направлению относятся персональные компьютеры различных клонов IBM PC. Между этими двумя крайними направлениями находятся конструкции, основанные на отношении стоимость/производительность, в которых разработчики находят баланс между стоимостными параметрами и производительностью. Типичными примерами такого рода компьютеров являются миникомпьютеры и рабочие станции.

Для сравнения различных компьютеров между собой обычно используются стандартные методики измерения производительности. Эти методики позволяют разработчикам и пользователям использовать полученные в результате испытаний количественные показатели для оценки тех или иных технических решений, и в конце концов именно производительность и стоимость дают пользователю рациональную основу для решения вопроса, какой компьютер выбрать.

Надежность и отказоустойчивость. Важнейшей характеристикойвычислительных систем является надежность. Повышение надежности основано на принципе предотвращения неисправностей путем снижения интенсивности отказов и сбоев за счет применения электронных схем и компонентов с высокой и сверхвысокой степенью интеграции, снижения уровня помех, облегченных режимов работы схем, обеспечение тепловых режимов их работы, а также за счет совершенствования методов сборки аппаратуры.

Отказоустойчивость - это такое свойство вычислительной системы, которое обеспечивает ей, как логической машине, возможность продолжения действий, заданных программой, после возникновения неисправностей. Введение отказоустойчивости требует избыточного аппаратного и программного обеспечения. Направления, связанные с предотвращением неисправностей и с отказоустойчивостью, - основные в проблеме надежности. Концепции параллельности и отказоустойчивости вычислительных систем естественным образом связаны между собой, поскольку в обоих случаях требуются дополнительные функциональные компоненты. Поэтому, собственно, на параллельных вычислительных системах достигается как наиболее высокая производительность, так и, во многих случаях, очень высокая надежность. Имеющиеся ресурсы избыточности в параллельных системах могут гибко использоваться как для повышения производительности, так и для повышения надежности. Структура многопроцессорных и многомашинных систем приспособлена к автоматической реконфигурации и обеспечивает возможность продолжения работы системы после возникновения неисправностей.

Следует помнить, что понятие надежности включает не только аппаратные средства, но и программное обеспечение. Главной целью повышения надежности систем является целостность хранимых в них данных.

Масштабируемость. Масштабируемость представляет собой возможность наращивания числа и мощности процессоров, объемов оперативной и внешней памяти и других ресурсов вычислительной системы. Масштабируемость должна обеспечиваться архитектурой и конструкцией компьютера, а также соответствующими средствами программного обеспечения.

Добавление каждого нового процессора в действительно масштабируемой системе должно давать прогнозируемое увеличение производительности и пропускной способности при приемлемых затратах. Одной из основных задач при построении масштабируемых систем является минимизация стоимости расширения компьютера и упрощение планирования. В идеале добавление процессоров к системе должно приводить к линейному росту ее производительности. Однако это не всегда так. Потери производительности могут возникать, например, при недостаточной пропускной способности шин из-за возрастания трафика между процессорами и основной памятью, а также между памятью и устройствами ввода/вывода. В действительности реальное увеличение производительности трудно оценить заранее, поскольку оно в значительной степени зависит от динамики поведения прикладных задач.

Возможность масштабирования системы определяется не только архитектурой аппаратных средств, но зависит от заложенных свойств программного обеспечения. Масштабируемость программного обеспечения затрагивает все его уровни от простых механизмов передачи сообщений до работы с такими сложными объектами как мониторы транзакций и вся среда прикладной системы. В частности, программное обеспечение должно минимизировать трафик межпроцессорного обмена, который может препятствовать линейному росту производительности системы. Аппаратные средства (процессоры, шины и устройства ввода/вывода) являются только частью масштабируемой архитектуры, на которой программное обеспечение может обеспечить предсказуемый рост производительности. Важно понимать, что простой переход, например, на более мощный процессор может привести к перегрузке других компонентов системы. Это означает, что действительно масштабируемая система должна быть сбалансирована по всем параметрам.

Совместимость и мобильность программного обеспечения. Концепция программной совместимости впервые в широких масштабах была применена разработчиками системы IBM/360. Основная задача при проектировании всего ряда моделей этой системы заключалась в создании такой архитектуры, которая была бы одинаковой с точки зрения пользователя для всех моделей системы независимо от цены и производительности каждой из них. Огромные преимущества такого подхода, позволяющего сохранять существующий задел программного обеспечения при переходе на новые (как правило, более производительные) модели были быстро оценены как производителями компьютеров, так и пользователями и начиная с этого времени практически все фирмы-поставщики компьютерного оборудования взяли на вооружение эти принципы, поставляя серии совместимых компьютеров. Следует заметить однако, что со временем даже самая передовая архитектура неизбежно устаревает и возникает потребность внесения радикальных изменений архитектуру и способы организации вычислительных систем.

В настоящее время одним из наиболее важных факторов, определяющих современные тенденции в развитии информационных технологий, является ориентация компаний-поставщиков компьютерного оборудования на рынок прикладных программных средств. Это объясняется прежде всего тем, что для конечного пользователя в конце концов важно программное обеспечение, позволяющее решить его задачи, а не выбор той или иной аппаратной платформы. Переход от однородных сетей программно совместимых компьютеров к построению неоднородных сетей, включающих компьютеры разных фирм-производителей, в корне изменил и точку зрения на саму сеть: из сравнительно простого средства обмена информацией она превратилась в средство интеграции отдельных ресурсов - мощную распределенную вычислительную систему, каждый элемент которой (сервер или рабочая станция) лучше всего соответствует требованиям конкретной прикладной задачи.

Этот переход выдвинул ряд новых требований. Прежде всего такая вычислительная среда должна позволять гибко менять количество и состав аппаратных средств и программного обеспечения в соответствии с меняющимися требованиями решаемых задач. Во-вторых, она должна обеспечивать возможность запуска одних и тех же программных систем на различных аппаратных платформах, т.е. обеспечивать мобильность программного обеспечения. В третьих, эта среда должна гарантировать возможность применения одних и тех же человеко-машинных интерфейсов на всех компьютерах, входящих в неоднородную сеть. В условиях жесткой конкуренции производителей аппаратных платформ и программного обеспечения сформировалась концепция открытых систем, представляющая собой совокупность стандартов на различные компоненты вычислительной среды, предназначенных для обеспечения мобильности программных средств в рамках неоднородной, распределенной вычислительной системы.

Одним из вариантов моделей открытой среды является модель OSE (Open System Environment), предложенная комитетом IEEE POSIX. На основе этой модели национальный институт стандартов и технологии США выпустил документ "Application Portability Profile (APP). The U.S. Government"s Open System Environment Profile OSE/1 Version 2.0", который определяет рекомендуемые для федеральных учреждений США спецификации в области информационных технологий, обеспечивающие мобильность системного и прикладного программного обеспечения. Все ведущие производители компьютеров и программного обеспечения в США в настоящее время придерживаются требований этого документа.

Классификация компьютеров по областям применения

Персональные компьютеры и рабочие станции

Персональные компьютеры (ПК) появились в результате эволюции миникомпьютеров при переходе элементной базы машин с малой и средней степенью интеграции на большие и сверхбольшие интегральные схемы. ПК, благодаря своей низкой стоимости, очень быстро завоевали хорошие позиции на компьютерном рынке и создали предпосылки для разработки новых программных средств, ориентированных на конечного пользователя. Это прежде всего - "дружественные пользовательские интерфейсы", а также проблемно-ориентированные среды и инструментальные средства для автоматизации разработки прикладных программ.

Миникомпьютеры стали прародителями и другого направления развития современных систем - 32-разрядных машин. Создание RISC-процессоров и микросхем памяти емкостью более 1 Мбит привело к окончательному оформлению настольных систем высокой производительности, которые сегодня известны как рабочие станции. Первоначальная ориентация рабочих станций на профессиональных пользователей (в отличие от ПК, которые в начале ориентировались на самого широкого потребителя непрофессионала) привела к тому, что рабочие станции - это хорошо сбалансированные системы, в которых высокое быстродействие сочетается с большим объемом оперативной и внешней памяти, высокопроизводительными внутренними магистралями, высококачественной и быстродействующей графической подсистемой и разнообразными устройствами ввода/вывода. Это свойство выгодно отличает рабочие станции среднего и высокого класса от ПК и сегодня.

Тем не менее быстрый рост производительности ПК на базе новейших микропроцессоров Intel в сочетании с резким снижением цен на эти изделия и развитием технологии локальных шин (VESA и PCI), позволяющей устранить многие "узкие места" в архитектуре ПК, делают современные персональные компьютеры весьма привлекательной альтернативой рабочим станциям. В свою очередь производители рабочих станций создали изделия так называемого "начального уровня", которые по стоимостным характеристикам близки к высокопроизводительным ПК, но все еще сохраняют лидерство по производительности и возможностям наращивания. Насколько успешно удаться ПК на базе процессоров Pentium бороться против рабочих станций UNIX, покажет будущее, но уже в настоящее время появилось понятие "персональной рабочей станции", которое объединяет оба направления.

Современный рынок "персональных рабочих станций" не просто определить. По сути он представляет собой совокупность архитектурных платформ персональных компьютеров и рабочих станций, которые появились в настоящее время, поскольку поставщики компьютерного оборудования уделяют все большее внимание рынку продуктов для коммерции и бизнеса. Этот рынок традиционно считался вотчиной миникомпьютеров и мейнфреймов, которые поддерживали работу настольных терминалов с ограниченным интеллектом. В прошлом персональные компьютеры не были достаточно мощными и не располагали достаточными функциональными возможностями, чтобы служить адекватной заменой подключенных к главной машине терминалов. С другой стороны, рабочие станции на платформе UNIX были очень сильны в научном, техническом и инженерном секторах и были почти также неудобны, как и ПК для того чтобы выполнять серьезные офисные приложения. С тех пор ситуация изменилась коренным образом. Персональные компьютеры в настоящее время имеют достаточную производительность, а рабочие станции на базе UNIX имеют программное обеспечение, способное выполнять большинство функций, которые стали ассоциироваться с понятием "персональной рабочей станции". Вероятно оба этих направления могут серьезно рассматриваться в качестве сетевого ресурса для систем масштаба предприятия. В результате этих изменений практически ушли со сцены старомодные миникомпьютеры с их патентованной архитектурой и использованием присоединяемых к главной машине терминалов. По мере продолжения процесса разукрупнения (downsizing) и увеличения производительности платформы Intel наиболее мощные ПК (но все же чаще открытые системы на базе UNIX) стали использоваться в качестве серверов, постепенно заменяя миникомпьютеры.

Благодаря применению шаблонов по сравнению с RISC-архитектурой удаляются соответствующие декодеры. Кроме того, применение шаблонов позволяет упростить аппаратуру распределяющего коммутатора, т.к. некоторые типы «маршрутизации» команд в принципе невозможны.

Использование в IA-64 стекирования регистров и вращения регистров требует наличия аппаратуры, отображающей виртуальные номера регистров в физические, что осуществляется на стадии REN. Для этого Itanium имеет набор сумматоров и мультиплексоров. Так, логика стекирования требует только одного 7-разрядного сумматора, а всего требуется 98 сумматоров и 42 мультиплексора, которые занимают площадь менее 0,25 кв. мм.

Для автоматического сохранения/восстановления регистров в памяти при «переполнении/переизбытке» стека работает аппаратура RSE (Register Stack Engine). Она просто приостанавливает выполнение команд, ждущих соответствующие регистры; перезаполнение конвейера при этом не требуется.

Архитектура IA-64 характеризуется очень большими емкостями файлов регистров. Файл регистров общего назначения GR в IA-64 имеет емкость 128 строк. В Itanium он имеет 8 портов чтения и 6 портов записи. Эти порты позволяют поддерживать одновременно 2 Моперации и 2 I-операции за такт. Файл регистров с плавающей запятой FR имеет ту же емкость и обеспечивает одновременную работу двух М-операций и двух команд FMAC («умножить-и-сложить»). Наконец, PRF - файл однобитных регистров-предикатов (их всего 64) имеет 15 портов чтения и 11 портов записи.

Стадии выполнения

Эффективность работы функциональных устройств увеличена за счет возможности прямой подачи результата выполнения на вход другой команды, минуя запись в регистры (техника «scoreboard»). Другая важнейшая особенность Itanium - неблокирующийся кэш. В результате конвейер встает только тогда и там, когда и где требуется реально отсутствующие данные, и возобновляет свою работу, как только они станут доступны.

«Целочисленное исполнительное ядро» имеет 4 порта - 2 порта памяти и 2 собственно целочисленных порта. Все 4 порта могут выдавать на выполнение арифметические команды, команды сдвига, логические команды, команды сравнения и большинство целочисленных мультимедийных портов SIMD.

М-порты могут также «выполнять» команды загрузки регистров/записи в память, а Iпорты - более редкие целочисленные команды: проверку бит, поиск нулевого байта и некоторые виды сдвигов.

Условные переходы могут выполняться на стадии DET, что требует возможности чтения сразу трех предикатов.

Поскольку предикаты генерируются исполнительным ядром микропроцессора, и могут использоваться почти сразу в последующих командах, требуется их по возможности быстрая доставка в аппаратуру, которая будет использовать их. Для повышения эффективности работы с предикатами в Itanium предусмотрена возможность их применения «на лету». Для этого кроме файла PRF используется файл спекулятивных предикатных регистров SPRF, и как только предикат рассчитан, его значение помещается в SPRF, откуда оно может сразу использоваться.

Обновление «архитектурного» файла PRF (чтение из которого происходит на более ранней стадии конвейера) осуществляется позднее.

Особый интерес представляет собой и аппаратная реализация в Itanium спекулятивного выполнения и обработки отложенных прерываний, что предусмотрено архитектурой IA-64.

Плавающая запятая

Функциональные устройства с плавающей запятой (FPU) предполагают возможность работы с 82-разрядным представлением. Это обеспечивает, в частности, форматы чисел с плавающей запятой одинарной, двойной и расширенной точности. Некоторым базовым примитивом FPU можно считать команды FMAC, которые выполняются соответствующими FMAC-устройствами. Таких устройств в Itanium два, и каждая FMAC-команда за такт выполняет две операции с плавающей запятой двойной точности - умножение и сложение.

В результате Itamium имеет пиковую производительность в 4 операции

В настоящее время аппаратные и программные платформы и технологии стремительно развиваются, непрерывно появляются все новые и новые возможности. В то же время, налицо тенденция к интероперабельности (interoperability) платформ и совместимости технологий. В этом разделе рассматриваются основные тенденции этого развития. Изучив учебный материал данного раздела, Вы: узнаете или пополните свои знания о том, каковы существующие на сегодняшний день основные программные и аппаратные платформы;узнаете или пополните свои знания об основных кроссплатформенных технологиях.

Основные аппаратные и программные платформы

Рост компьютерных и информационных технологий за сравнительно недолгое время, прошедшее с момента появления первых компьютеров (конец 1940х гг.) был невероятно стремительным и пока не проявляет никакой тенденции к замедлению. Считается, что каждые 10 лет происходит полная смена технологий в этих областях. В результате невероятно большое число аппаратных и программных технологий и платформ, которые, казалось бы, еще недавно были самыми передовыми и повсеместно используемыми, в настоящее время осталось лишь в памяти тех, кому с ними пришлось работать. Новые поколения разработчиков программного обеспечения, как правило, не знают даже техники и технологий десятилетней давности (а если и знают, то только из специальных ВУЗовских курсов), поскольку состояние дел в области компьютерных и информационных технологий успело полностью поменяться несколько раз за эти годы. Такие стремительные изменения, кстати, делают весьма неустойчивым компьютерный бизнес: на наших глазах многие фирмы-производители оборудования или программного обеспечения, имевшие, казалось бы, сверхустойчивое положение на рынке, в считанные годы проигрывали конкуренцию и иногда полностью исчезали, а на их месте появлялись новые "звезды". Так, к примеру, всего несколько лет назад произошло с одной из крупнейших в компьютерном мире фирмой DEC ,долгие годы в значительной мере определявшей пути развития вычислительной техники и программного обеспечения, и сумевшей построить вполне самобытную "цивилизацию" компьютерных и программных решений - фирмы уже больше не существует, а про ее супербрэнды PDP, VAX и соответствующее программное обеспечение помнят весьма немногие. Учитывая все сказанное, представляется практически нецелесообразным давать сколько-нибудь подробный обзор аппаратных и программных архитектур, имеющихся в настоящее время - их срок жизни весьма мал. Ограничимся поэтому лишь весьма схематическим изложением основных платформ, с которыми приходится иметь дело современному разработчику. Весьма условно можно классифицировать основные встречающиеся в наше время аппаратные платформы следующим образом.

Платформы на базе процессоров Intel и их аналогов (AMD ).
Высокопроизводительные сервера и рабочие станции SUN (на базе процессоров SunSparc ).
Высокопроизводительные сервера HP (на базе RISC -процессоров).
Платформы Apple .

Архитектура процессора: RISC или CISC ?

В 80-х годах прошлого века была предложена архитектура процессора с сокращенным набором машинных команд (RISC - Reduced Instruction Set Computer ). Дейв Паттерсон и Карло Секуин сформулировали четыре основных принципа архитектуры RISC :

Любая операция должна выполняться за один такт, вне зависимости от ее типа.
Система команд должна содержать минимальное количество наиболее часто используемых простейших инструкций одинаковой длины.
Операции обработки данных реализуются только в формате "регистр-регистр" (операнды выбираются из оперативных регистров процессора, и результат операции записывается также в регистр; а обмен между оперативными регистрами и памятью выполняется только с помощью команд чтения/записи).
Состав системы команд должен быть "удобен" для компиляции операторов языков высокого уровня

Создатели RISC -процессоров взяли набор из очень простых наиболее часто используемых команд, которые выполняются быстро, и объединили его с такими технологиями, как конвейерная обработка . В результате получился процессор , который имеет лучшую производительность для большинства приложений и теоретически стоит меньше, поскольку сам он небольшой и его производство обходится дешевле. По аналогии процессоры традиционной архитектуры стали называть CISC - Complex Instruction Set Computer .

В список основных поставщиков RISC -систем входят компании Hewlett-Packard (PA-RISC), Sun Microsystems Computers (SPARC), Digital Equipment (Alpha), Silicon Graphics - модуль MIPS (R210000) и союз IBM и Motorola (PowerPC) .

С другой стороны, семейство Pentium компании Intel продолжает реализацию более традиционной вычислительной архитектуры с полным набором машинных команд (CISC) . CISC -процессоры содержат в сотни раз больше команд, чем RISC -процессоры, и используют от 8 до 12 способов адресации памяти по сравнению с 2-3 способами в RISC .Однако технические различия между RISC и CISC в последние годы становятся все менее четкими, особенно в том, что касается общей производительности систем. Одна архитектура заимствует хорошие идеи у другой. Раньше RISC -процессоры определялись как микропроцессоры с количеством команд меньше 128, сейчас же они имеют 200 команд - сравните с набором из 300 и более команд в CISC .Сегодня CISC -процессоры используют конвейеризацию и другие современные технологии. Оба лагеря применяют большую кэш- память для повышения производительности.

Основные программные платформы можно классифицировать условно следующим образом:

Платформы Microsoft (Windows NT/XP/...)
Платформы на базе Unix .В последнее время среди версий Unix наиболее популярен Linux разных модификаций. К версиям Unix относятся и системы Solaris (для платформ Sun) ,а также весьма своеобразный "гибрид" Unix и Windows для платформ Apple - Mac OS .

Следует отметить, что операционные системы Unix и созданный вокруг них универсум программных продуктов, идей и технологий, являются одними из едва ли не самых "долгоживущих" в мире программного обеспечения. Первая система Unix ,практически ничем принципиально не отличающаяся от ее современных "клонов", была создана более 30 лет назад!

Состояние корпоративной программной среды типичной организации

В настоящее время наблюдается тенденция к унификации программных и аппаратных платформ, используемых в типовых конфигурациях.

Основная масса компьютеров базируется на платформе Intel или AMD ,возможно имеются несколько компьютеров Compaq, Sun и т.п.
Используемые операционные системы MS Windows, Linux ,другие UNIX- подобные ОС. Основная операционная система, установленная на рабочих местах пользователей - MS Windows .Большинство серверов работает также под Windows .Часть серверов работает под Linux или другими UNIX- подобными ОС.
Основное офисное программное обеспечение - MS Office .
Основная почтовая программа MS Outlook, MS Outlook Express или специальный почтовый клиент (популярность набирает Mozilla Thunderbird) .
Основной интернет-браузер MS Internet Explorer (сейчас набирает популярность браузер Mozilla Firefox ,иногда используется браузер Opera) .
Основная система документооборота работает на основе Windows и MS Exchange .
Основной Web-сервер Apache или IIS на платформе UNIX или Windows .
Основная корпоративная СУБД MS SQL Server или Oracle ,также дополнительно используется MS Access или другие СУБД ,но исключительно как локальные. В малых компаниях бывают популярны MySQL и PostgreSQL .

Свойства и классификация информационных технологий

1.2 Программно-аппаратная платформа

Разнообразие как технических, так и программных средств привело к использованию понятия «программно-аппаратная платформа». Программно аппаратная платформа состоит из взаимосвязанной совокупности следующих основных элементов:

Комплекс технических средств (КТС), на базе которого проектируются ИС;

Базовое программное обеспечение, обеспечивающее интеграцию КТС в программно-технический комплекс, конфигурирование систем и реализующее другие универсальные функции ИС;

Средства автоматизации проектирования, верификации и валидации ИС;

Комплект документации, регламентирующий процесс разработки ИС на базе данной платформы.

Комплекс технических средств (техническая платформа) задает тип оборудования, на котором можно установить программное обеспечение, реализующее заданный набор ИТ. Комплекс технических средств имеет сложную структуру. Основным компонентом является компьютер, тип которого определяется типом процессора: Macintosh, Atari, Sincler, Intel, J2EE и т.д. Многие современные технические платформы используют дополнительное оборудование. Например, ИТ, реализуемые в сетях, зависят от сетевого оборудования: модемов, адаптеров, каналов связи и т.д. Для использования технологий мультимедиа необходимы приводы DVD, видео-, звуковые карты. Добавочное оборудование также входит в состав технической платформы.

Основным компонентом базового программного обеспечения (программной платформы) является операционная система, обеспечивающая работоспособность прикладного программного обеспечения на том или ином процессоре. Для обеспечения работоспособности добавочного оборудования разрабатываются специальные программные средства (драйверы). Многие из них входят в состав операционных систем.

Средства автоматизации проектирования (Computer-Aided Design -- CAD) -- комплекс программных, технических, технологических, информационных средств, включающих в себя и проектно-конструкторскую документацию, а также персонал системы, предназначенный для автоматизации процессов проектирования, в том числе подготовку проектно- конструкторской документации различных технических объектов. Такие средства широко используются при создании ИС. Технология создания крупных ИС предъявляет особые требования к методикам реализации и программным инструментальным средствам. Реализацию крупных проектов принято разбивать на стадии анализа, проектирования, непосредственного кодирования, тестирования и сопровождения. Известно, что исправление ошибок, допущенных на предыдущей стадии, обходится примерно в 10 раз дороже, чем на текущей, откуда следует, что наиболее критичными являются первые стадии проекта. В связи с этим крайне важно иметь эффективные средства автоматизации ранних этапов реализации проекта. Крупный проект невозможно реализовать в одиночку. Коллективная работа существенно отличается от индивидуальной, поэтому при реализации крупных проектов необходимо иметь средства координации и управления коллективом разработчиков. Жизненный цикл создания сложной ИС сопоставим с ожидаемым временем ее эксплуатации. Другими словами, в современных условиях компании перестраивают свои бизнес-процессы примерно один раз в два года, столько же требуется (если работать в традиционной технологии) для создания ИС. Может оказаться, что к моменту сдачи ИС она уже никому не нужна, поскольку компания, ее заказавшая, вынуждена перейти на новую технологию работы. Значит, для создания крупной ИС жизненно необходим инструмент значительно (в несколько раз) уменьшающий время разработки ИС. Вследствие значительного жизненного цикла может оказаться, что в процессе создания системы внешние условия изменились. Обычно внесение изменений в проект на поздних этапах создания ИС -- весьма трудоемкий и дорогостоящий процесс. В связи с этим для успешной реализации крупного проекта необходимо, чтобы инструментальные средства, на которых он реализуется, были достаточно гибкими к изменяющимся требованиям. На современном рынке средств разработки ИС достаточно много систем, в той или иной степени удовлетворяющих перечисленным требованиям, например, технология разработки, основывающаяся на решениях фирм «Logic Works» и «Rational Software», которая является одной из лучших на сегодняшний день по критерию «стоимость -- эффективность».

Комплект документации включает в себя полное описание программы и необходимый состав сведений для ее распространения (в том числе продажи) и использования. Состав и содержание документации программного обеспечения зависят от характеристик проектирования, разработки и модификации программных средств, а также от требований к их качеству и особенностей технологической среды. В связи с этим необходимый комплект документов для каждого предприятия или проекта следует выбирать и адаптировать применительно к этим характеристикам. Оцениваемыми показателями являются наличие соответствующих документов и практическое выполнение требований определенного уровня модели зрелости Capability Maturity Model Integrated (CMMI) или адаптированного профиля стандартов на базе ISO 9000:2000, а также созданных на их основе должностных инструкций специалистами предприятия-разработчика.

Ориентировочный комплект основных документов при сертификации состоит из трех групп:

1) базовые нормативные документы систем качества в соответствии с номенклатурой и содержанием профиля стандартов на базе ISO 9000:2000 или модели зрелости CMMI, а также подготовленные разработчиками на их основе программа, руководство и инструкции;

2) исходные документы, характеризующие конкретное предприятие или проект, а также жизненный цикл программного средства, подготавливаемые руководством проекта;

3) отчетные документы испытателей, отражающие результаты проверки (сертификации) программного продукта.

Перечень и приблизительное содержание групп этих документов ориентированы на общий случай проверки их качества, обеспечивающих жизненный цикл крупных программных продуктов. Комплект документов может сокращаться и адаптироваться. Некоторые документы могут объединяться в интегрированные отчеты с четкой ответственностью определенных специалистов за их выполнение.

Классификацию программно-аппаратных платформ можно провести по нескольким признакам (характеристикам). Если в качестве классификационного признака взять используемый сервер баз данных, то можно выделить следующие классы программно-аппаратных платформ. В однопользовательской, или настольной, платформе, не используется сервер базы данных. Такая платформа позволяет работать как одному сотруднику, так и небольшой группе. В корпоративной платформе почти всегда оперируют с одним или несколькими серверами баз данных. Такая платформа предназначена для рабочей группы или компании. Интернет-платформа позволяет применять internet- или intranet-приложения, которые используют Web-сервер.

"Умная штора"

автоматический штора контроллер...

Автоматизация зданий

Во избежание путаницы введём два класса контроллеров, используемых в системах автоматизации зданий. 1. Конфигурируемые контроллеры -- микропроцессорные устройства, в которые «зашита» программа управления с фиксированной структурой...

Автоматизация работы фирмы по продаже квартир

Программа тестировалась на компьютере следующей конфигурации: процессор Pentiun 233; 64 Мб оперативной памяти; 500 Мб свободного пространства на жестком диске; видеорежим 800 на 600 точек (минимальное допустимое)...

Автоматизация работы фотоателье

Программа тестировалась на компьютере следующей конфигурации: процессор Pentiun 133; 32 Мб оперативной памяти; 25 Мб свободного пространства на жестком диске; видеорежим 800 на 600 точек (минимальное допустимое)...

Аппаратная реализация вычислителя 32-разрядной циклической контрольной суммы CRC

В качестве порождающего многочлена возьмем CRC-32-IEEE 802.3. Синтез схемы вычислителя 32-х разрядной контрольной суммы в последовательном коде произведем по описанному выше алгоритму. Результат построения схемы представлен на рис.4. Рис. 4...

Аппаратно-программный комплекс для идентификации объектов управления на основе вещественного интерполяционного метода

При выборе аппаратной части будем учитывать, какие функции должно выполнять портативное устройство в составе АПК. На начальном этапе будем исходить из того...

Калибровка монитора

Аппаратная калибровка предполагает подключение колориметра к самому монитору. Такие мониторы и совместимые с ними измерители стоят очень дорого и оправдывают себя только у профессионалов высокого уровня...

Концепция микроядерной архитектуры

Многие операционные системы успешно работают на различных аппаратных платформах без существенных изменений в своем составе. Во многом это объясняется тем, что, несмотря на различия в деталях...

Концепция, назначение и задачи многопользовательской системы

Для реализации мультитерминальных рабочих мест необходимы следующие компоненты: Два или более мониторов, в зависимости от того сколько и какого типа будут рабочие места...

Операционная система FreeBSD

Прежде чем инсталлировать FreeBSD, нужно узнать аппаратные требования этой системы. Платформа х86 чрезвычайно разнообразна, поэтому в компьютерах часто присутствуют компоненты, не поддерживаемые во FreeBSD. Как правило...

Разработка автоматизированной системы защищенного документооборота в организации ООО "Колхоз"

Программно-аппаратные средства защиты информации призваны реализовывать несколько мер и соответствующих им методов по противодействию злоумышленнику при возможности его физического доступа к компьютерам автоматизированной? системы...

Если на предыдущем этапе принято решение об использовании конкретного процессорного ядра, важно обеспечить возможность детальной отладки аппаратной части системы на уровне RTL, используя при этом воздействия...

Средства функциональной верификации компании Mentor Graphics

В случае, если необходимо верифицировать весь кристалл на уровне RTL или даже на вентильном уровне, и объем тестов чрезвычайно велик (например, в случае регрессионного тестирования на вентильном уровне) применяются системы аппаратной эмуляции...

Установка и настройка FTP сервера

1.Серверный компьютер · Центральный процессор - CPU Intel® Core™ i3-4370 Processor (4M Cache, 3.80 GHz) · SVGA Intel® HD Graphics 4600 · Оперативная память - 8 гигабайт. · Жесткий диск - 2 терабайта. Цена: 20 000 рублей (по состоянию на октябрь 2014 года)...

Электронные книги