Понедельник , Март 25 2019
Главная / Студентам / ПО / Лекция 2. Аппаратно-программные платформы серверов и рабочих станций

Лекция 2. Аппаратно-программные платформы серверов и рабочих станций

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.

Сегодня на рынке представлено несколько основных платформ компьютеров, каждая из которых отличается как по назначению, так и по типу использованного «железа» и программ. Как правило, различные платформы компьютеров несовместимы между собой, — хотя в отдельных случаях программы, написанные для компьютеров одного типа, можно запустить на другом с использованием специальных программ-эмуляторов.

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

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.

С момента появления на свет ПК (начиная с середины 70-х годов) в мире существовало (и существует) множество видов этих устройств. Однако сейчас подавляющее большинство персональных компьютеров относятся к типу «IBM PC- совместимых».

Сегодня   все  чаще   говорят  не  об   «IBM-совместимых   компьютерах»,   а  о «платформе WIntel», подразумевая под этим сочетание аппаратного обеспечения — процессоров фирмы Intel и программной платформы — операционной системы Windows.

Современный  IBM-совместимый  ПК  похож  на   детский   конструктор   типа «сделай сам». Каждое из входящих в его состав устройств можно свободно поменять на другое — того же типа, но более совершенное. Благодаря этому становятся возможными две вещи — быстрая сборка компьютера непосредственно «под клиента» в любой, даже самой маленькой компьютерной фирме, а также простая (в большинстве случаев — силами самого пользователя) модернизация.

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 (рис. 1.1).

Рис. 1.1 Современные процессоры фирм Intel (слева) и AMD

Платформа Apple

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).

Рис. 1.2. Компьютеры фирмы Apple

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.

Новые серверы IBM используют целый ряд особенностей, которые позволяют легко устанавливать и обслуживать их даже в условиях быстрорастущих компаний. В конструкцию серверов включены возможности для непрерывного наращивания, избыточные  вентиляторы   и  источники  питания,   жесткие  диски   с  возможностью «горячей» замены и встроенный на системной плате сервисный процессор.

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.