Аппаратно программные платформы серверов и рабочих станций кратко

Обновлено: 05.07.2024

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:

  1. Любая операция должна выполняться за один такт, вне зависимости от ее типа.
  2. Система команд должна содержать минимальное количество наиболее часто используемых простейших инструкций одинаковой длины.
  3. 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).
  4. 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.

Правильный выбор технических средств оказывает определяющее влияние на эффективность функционирования информационной системы. Для сходных информационных систем построение технических средств может быть осуществлено в самых различных, но равноценных по функциональному назначению вариантах.

В качестве критериев оптимальности при равных функциональных возможностях могут выступать: минимальная стоимость комплекса технических средств, минимальная стоимость обслуживания и др. При этом обязательно учитывается тот факт, что любая информационная система является постоянно развивающейся системой и ее комплекс технических средств должен иметь возможность при необходимости перестраиваться на решение новых задач.

При расчете параметров технических средств учитывают:

  • предполагаемые объемы баз данных;
  • сложность алгоритмов обработки данных по каждой задаче;
  • количество пользователей и интенсивность их работы с базой данных;
  • требуемый уровень надежности всех элементов системы и др. В качестве искомых величин выступают:
  • технические характеристики всех составляющих комплекса технических средств (быстродействие процессора, объем оперативной и дисковой памяти и т.д.);
  • способы организации вычислительных процессов, режимов работы;
  • параметры, характеризующие эффективность работы технических средств и др.

В информационных системах на клиентских рабочих местах, называемых также рабочими станциями, обычно применяют персональные компьютеры. В качестве серверов в средних и крупных информационных системах используют специализированные многопользовательские мощные компьютеры — серверы. В информационных системах с небольшим количеством пользователей и малыми объемами информации в качестве сервера вполне может использоваться и персональный компьютер, обладающий приемлемыми техническими характеристиками. Первый признак, по которому разделяются компьютеры, — платформа.

Остановимся более подробно на персональных компьютерах. Они широко используются в информационных системах. Основными достоинствами персональных компьютеров являются:

  • небольшие физические габариты;
  • мощные вычислительные возможности;
  • простота эксплуатации пользователем-непрофессионалом;
  • невысокая стоимость;
  • отсутствие серьезных требований и ограничений по условиям эксплуатации. Рассмотрим самые популярные платформы персональных компьютеров.

Платформы персональных компьютеров

Платформа IBM-совместимых компьютеров включает громадный спектр самых различных компьютеров, от простеньких домашних до сложных серверов. Именно с IBM-совместимыми компьютерами вам придется сталкиваться в абсолютном большинстве случаев. Совершенно необязательно, что лучшие IBM- совместимые компьютеры изготовлены фирмой IBM — породившая этот стандарт фирма сегодня лишь один из великого множества производителей ПК.

Сегодня уже нет ни одной детали, которая не была бы представлена четырьмя- пятью фирмами одновременно. Даже основа основ — процессоры — выпускаются сегодня не только знаменитой на весь мир корпорацией Intel, но и другими фирмами, — например, AMD.

Специалисты по компьютерной истории отдают приоритет в создании персональных компьютеров именно компании Apple. С середины 70-х годов эта фирма представила несколько десятков моделей персональных компьютеров, — начиная с Apple I и заканчивая современным iMac — и уверенно противостояла мощной корпорации IBM. В середине 80-х компьютеры серии Macintosh стали самыми популярными персональными компьютерами в мире.

В отличие от IBM, компания Apple всегда делала ставку на закрытую архитектуру — комплектующие и программы для этих компьютеров выпускались лишь небольшим числом авторизованных производителей. За счет этого компьютеры Macintosh всегда стоили несколько дороже своих PC-совместимых конкурентов — что, впрочем, компенсировалось их высокой надежностью и удобством.

Именно на компьютерах Apple впервые появились многие новинки, со временем ставшие неотъемлемой частью персонального компьютера: графический интерфейс и мышь, звуковая подсистема и компьютерное видео и т.д. Даже интерфейс самой Windows был частично скопирован с одной из ранних операционных систем Apple.

Работа с графикой и сегодня остается основным козырем Apple — вот почему компьютеры Macintosh по-прежнему незаменимы в таких областях, как издательское дело, подготовка и дизайн полноцветных иллюстраций, обработка видео и звука, обучение. В этом качестве компьютеры Apple и используются сегодня в России

Несмотря на значительное падение интереса к Apple в начале 90-х, к концу десятилетия компьютеры Macintosh вновь привлекли к себе интерес пользователей после выхода моделей с новым, уникальным дизайном, рассчитанным на домашнего пользователя — настольной модели iMac и портативной — iBook (рис. 1.2).

Серверы

Новое поколение информационных систем получило возможности использования мощных центральных сетевых компьютеров — серверов. Современные операционные системы компьютеров в существенной степени строятся на новой платформе, ориентированной на серверы. Разнотипные компьютеры — от дешевой настольной рабочей станции до мощного сервера — успешно объединяются в комплексы, обеспечивая надежные решения архитектуры информационных систем.

Серверы используют новые более мощные модели процессоров. Компьютерная индустрия планомерно переходит на 64-битные архитектуры серверов и компьютерных приложений. Это требует от пользователей освоения как новых процессоров, так и соответствующих операционных систем. Постепенно осуществляется перенос приложений на новую платформу и их оптимизация. Одно из преимуществ информационных систем с серверами в отличие от других платформ — совместимость процессоров различных поколений, что обеспечивает переносимость прикладных программ без их перекомпиляции. Это важно, поскольку крупные информационные системы, как правило, используют парк компьютеров различных поколений. Если компьютеры несовместимы, то увеличивается потребность в высококвалифицированных кадрах для новой разработки и поддержки прикладного программного обеспечения.

Мировой лидер производства и поставки серверов — фирма IBM. Корпорация IBM, используя технологию медных микропроцессоров системы S80, создала семейство серверов IBM RS/6000 (модели S80, F80, Н80, М80 и др.), ориентированное на UNIX-платформу.

Разработанная в лабораториях IBM технология медных процессоров позволила резко повысить вычислительную мощность новых моделей. В предыдущих моделях в качестве проводника использовался алюминий. Медные процессоры имеют меньший размер и на 20-30% быстрее и эффективнее, чем их алюминиевые конкуренты.

Важнейшее направление использования серверной архитектуры компьютерных систем — их объединение в высоконадежные и информационно- безопасные структуры — кластеры.

Кластерная структура сервера

Кластер представляет собой многомашинный компьютерный комплекс, который с точки зрения пользователя:

  • является единой системой;
  • обеспечивает высокую надежность (отказоустойчивость);
  • имеет общую файловую структуру;
  • обладает свойством эффективной масштабируемости — роста производительности при добавлении ресурсов;
  • гибко перестраивается;
  • управляется (администрируется) как единая система.

Иногда кластером называют комплекс из двух компьютеров, один из которых делает полезную работу, а другой включен и находится в горячем резерве. Это необходимо для того, чтобы в случае отказа основного компьютера можно было бы мгновенно продолжить вычисления на резервном. В этом случае пользователи, работающие в системе, даже не почувствуют последствия отказа сервера.

Главные же качества кластеров — высокая надежность и масштабируемость. В отличие от систем с горячим резервированием все компьютеры в кластере не простаивают, а выполняют полезную работу. В результате затраты на дополнительное оборудование являются платой не только за надежность, но и за производительность.

Каждый компьютер в кластере остается относительно независимым. Его можно остановить и выключить для проведения, например, профилактических работ или установки дополнительного оборудования, не нарушая работоспособности кластера в целом. Тесное взаимодействие компьютеров, образующих кластер, часто именуемых узлами кластера, гарантирует максимальную производительность и минимальное время обработки пользовательских приложений

При работе кластерной системы в составе АИС в случае сбоя программного обеспечения на одном узле приложение продолжает функционировать на других узлах кластера. Профилактические и ремонтные работы, реконфигурацию и смену версий программного обеспечения в большинстве случаев можно осуществлять на узлах кластера поочередно, не прерывая работы АИС на других узлах кластера. Таким образом, в составе АИС кластер — это несколько компьютеров, соединенных коммуникационным каналом и имеющих доступ к общекластерным ресурсам, к которым прежде всего относятся дисковые накопители.

Общекластерные дисковые накопители обеспечивают возможность быстрого перезапуска приложений на разных узлах кластера и одновременной работы прикладных программ с одними и теми же данными, получаемыми с разных узлов кластера так, как если бы эти программы находились в оперативной памяти одного компьютера.

Коммуникационный канал кластера обеспечивает:

  • скоординированное использование общекластерных ресурсов;
  • взаимный контроль работоспособности узлов кластера;
  • обмен данными о конфигурации кластера и другой специфической кластерной информацией.

С точки зрения пользователя кластер выглядит как единый сервер. Этот сервер имеет свое собственное имя (кластерное имя), с которым и работают пользователи. Более того, они могут даже не знать подлинные имена серверов, составляющих кластер.

Сущность концепции открытых систем

Распространение распределенных информационных систем стало возможным благодаря концепции открытых систем. Основным смыслом концепции является упрощение совместимости вычислительных систем за счет международной и национальной стандартизации аппаратных и программных интерфейсов. Развитие концепции была обусловлено переходом к использованию локальных и глобальных сетей и необходимостью решения проблем совместной работы различных аппаратно- программных средств.

Ключевой особенностью открытых систем является независимость от конкретного поставщика. Ориентируясь на продукцию компаний, придерживающихся стандартов открытых систем, потребитель, приобретающий любой продукт такой компании, не попадает к ней в зависимость. Он может продолжить наращивание мощности системы путем приобретения продуктов любой другой компании, соблюдающей стандарты. Причем, это касается как аппаратных, так и программных средств.

Основой открытых систем является стандартизованная операционная система. Сегодня на эту роль претендуют операционные системы UNIX, Windows NT, Windows 2000.

Технологии и стандарты открытых систем обеспечивают производство программных средств со свойствами мобильности и интероперабельности:

  • свойство мобильности обеспечивает сравнительную простоту переноса программного обеспечения на другую аппаратно-программную платформу, соответствующую стандартам;
  • интероперабельность означает возможность простого создания новых программных систем на основе использования готовых компонентов со стандартными интерфейсами.

Открытые системы обеспечивают решение проблемы поколений аппаратно- программных средств. Пользователи, по крайней мере, временно могут продолжать комплектовать системы, используя существующие компоненты. Они могут постепенно заменять компоненты системы на более совершенные, не нарушая при этом ее работоспособности.

Тема 2.1.Аппаратно - про­граммные платформы серве­ров и рабочих станций

Рабо́чая ста́нция — комплекс технических и программных средств, предназначенных для решения определенного круга задач. Рабочая станция как место работы специалиста представляет собой компьютер с соответствующим ПО.

3. Выбор рационального программного обеспечения аис

Практическая работа № 2. Операционная система NetWare

Тема 3.3. Программное обеспечение www: программы-серверы, программы подготовки публикаций, по­исковые машины Роль сервера

Для взаимодействия с клиентом (или клиентами, если поддерживается одновременная работа с несколькими клиентами) сервер выделяет необходимые ресурсы межпроцессного взаимодействия (разделяемая память, пайп, сокет, и т. п.) и ожидает запросы на открытие соединения (или, собственно, запросы на предоставляемый сервис). В зависимости от типа такого ресурса, сервер может обслуживать процессы в пределах одной компьютерной системы или процессы на других машинах через каналы передачи данных (например COM-порт) или сетевые соединения.

В зависимости от выполняемых задач одни серверы, при отсутствии запросов на обслуживание, могут простаивать в ожидании. Другие могут выполнять какую-то работу (например, работу по сбору информации), у таких серверов работа с клиентами может быть второстепенной задачей.

Аппаратное обеспечение

Основная статья: Сервер (аппаратное обеспечение)

Аппаратными серверами (аппаратное обеспечение) называются узкоспециализированные решения со встроенным программным обеспечением (англ. firmware; в отличие от компьютеров, где программное обеспечение необходимо устанавливать), определяющим специализацию и возможные предоставляемые услуги. Аппаратные серверы, как правило, более просты и надежны в эксплуатации, потребляют меньше электроэнергии и, иногда, более дешевы. Но вместе с тем они менее гибки (так как изначально ограничены в выполняемых задачах) и, часто, ограничены в ресурсах.

Классификация стандартных серверов

Как правило, каждый сервер обслуживает один (или несколько схожих) протоколов и серверы можно классифицировать по типу услуг которые они предоставляют.

Универсальные серверы

Универсальные серверы — особый вид серверной программы, не предоставляющий никаких услуг самостоятельно. Вместо этого универсальные серверы предоставляют серверам услуг упрощенный интерфейс к ресурсам межпроцессного взаимодействия и/или унифицированный доступ клиентов к различным услугам.

Существуют несколько видов таких серверов:

inetd от англ. internet super-server daemon демон сервисов IP — стандартное средство UNIX-систем — программа, позволяющая писать серверы TCP/IP (и сетевых протоколов других семейств), работающие с клиентом через перенаправленные inetd потоки стандартного ввода и вывода (stdin и stdout).

RPC от англ. Remote Procedure Call удаленный вызов процедур — система интеграции серверов в виде процедур доступных для вызова удаленным пользователем через унифицированный интерфейс. Интерфейс изобретенный Sun Microsystems для своей операционной системы (SunOS, Solaris; Unix-система), в настоящее время используетстся как в большинстве Unix-систем, так и в Windows.

Прикладные клиент-серверные технологии Windows:

Active-X — Расширение COM и DCOM для создания мультимедиа-приложений.

Универсальные серверы часто используются для написания всевозможных информационных серверов, серверов, которым не нужна какая-то специфическая работа с сетью, серверов не имеющих никаких задач, кроме обслуживания клиентов. Например в роли серверов для inetd могут выступать обычные консольные программы и скрипты.

Большинство внутренних и сетевых специфических серверов Windows работают через универсальные серверы (RPC, (D-)COM).

Аппаратно-программной платформой называется комплекс , состоящий из аппаратуры (процессоров, чипсетов), а также конфигурации запускаемых на них программ.

При выборе аппаратно-программной платформы обычно учитываются четыре основных требования:

  • Надежность и отказоустойчивость;
  • Масштабируемость;
  • Совместимость;
  • Оптимальное соотношение стоимости и качества.

Надежность и отказоустойчивость

Надежность аппаратно-программной платформы предполагает предотвращение неисправностей, сбоев и целостность хранимых в системе данных. Надежность аппаратных компонентов достигается за счет применения микросхем с высокой степенью интеграции, управления режимами работы, контроля температур на нагревающихся элементах. Надежность программных компонентов обеспечивается возможностью продолжения выполнения программ после возникновения неисправностей. Это требует дополнительного аппаратного и программного обеспечения, такого как многопроцессорные ЭВМ, параллельные вычисления, резервное копирование, автоматическая реконфигурация системы.

Масштабируемость

Масштабируемой называется система, способная увеличивать производительность при увеличении мощности ресурсов.

Масштабируемостью системы называется отношение прироста производительности к приросту ресурсов.

Если это отношение близко к единице, то масштабируемость считается высокой. Если с увеличением мощности процессора, объемов оперативной и внешней памяти производительность всей системы растет незначительно, то говорят, что система обладает плохой масштабируемостью. Кроме того следует понимать, что увеличение мощности отдельных компонентов аппаратно-программной платформы может привести к возникновению узких мест, связанных с перегрузкой других компонентов. Это в конечном счете только снизит общую производительность системы. Подобные явления также говорят о плохой масштабируемости. В целом масштабируемость обеспечивается архитектурой ЭВМ, сетей и программными средствами.

Готовые работы на аналогичную тему

Совместимость

Когда у конечного пользователя появляются новые задачи, он начинает искать программное обеспечение, которое бы их решало. Как правило, новое программное обеспечение внедряется не на пустом месте, а встраивается в уже существующую аппаратно-программную платформу. Поэтому важно, чтобы новое программное обеспечение легко интегрировалось с уже существующей системой, не требуя ее радикальных изменений.

Способность аппаратных и программных компонентов взаимодействовать друг с другом называется совместимостью.

Для успешной работы требуется совместимость на следующих уровнях:

  • Аппаратная совместимость – способность устройств согласованно работать друг с другом;
  • Информационная совместимость – способность двух различных информационных систем обмениваться данными в специальных форматах;
  • Программная совместимость – способность разных аппратно-программных платформ выполнять одни и те же программы с одинаковым результатом.

При наличии совместимости на всех уровнях говорят о полной совместимости.

Соотношение стоимости и качества

Обычно перед серьезными изменениями ИТ-инфраструктуры организации проводится сравнительная оценка всех вариантов проведения этих изменений с целью нахождения оптимального решения по соотношению цены и качества.

Например, может сравнивать две стратегии:

  1. Организация покупает один менфрейм и 100 рабочих станций, которые будут подключаться к менфрейму в режиме удаленного рабочего стола.
  2. Организация не тратит средства на мейнфрейм, а ограничивается просто компьютером более высокой производительности, который будет служить сервером данных. Но в этом случае потребуются более производительные рабочие станции, которые будут брать на себя часть нагрузки по обработке данных.

Правильное решение не может быть принято на основе умозрительных заключений. Для принятия решения требуется проведение экспертной оценки в соответствии с известными методиками и технико-экономическое обоснование.

Читайте также: