Файл: Состав и свойства вычислительных систем. Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем..pdf

Жесткий диск. Жесткий диск служит для долговременного хранения информации в компьютере, то есть вся наша музыка, фотографии, фильмы, документы, а также установленные программы, драйвера и файлы самой операционной системы хранятся на нем. Жесткий диск компьютера можно сравнить с тетрадью, куда ученик записывает лекции и остальную информацию, которая понадобится ему в дальнейшем. Пока в тетради есть чистые страницы на них можно записывать новые данные или при необходимости изменить уже записанные, воспользовавшись «замазкой».

Правильное название данного устройства звучит как — накопитель на жестких магнитных дисках или hard (magnetic) disk drive на английском языке. Так же широко распространены следующие варианты: винчестер, винт, хард, НМЖД, HDD, HMDD. Почему его называют винчестер есть множество версий, но наиболее распространенная версия, что первый жесткий диск в современном понимании этого слова разработанный компанией IBM имел внутренне сокращенное наименование «30-30», что совпадало с популярной охотничьей винтовкой Winchester Model 1894 применявшей патрон .30-30 Winchester. Название «винт» является его сокращением в компьютерном сленге.^[7]

Внешняя аппаратная конфигурация

К внешней аппаратной конфигурации, из стандартной комплектации компьютера относятся:

• Мониторы;
• Устройства ввода (Клавиатура, мышь);
• Сканеры, принтеры;
• Колонки;

Мониторы. На данный момент времени существует несколько видов мониторов, но мы рассмотрим их с точки зрения жидкокристаллических или ЖК (LCD) мониторов. Эти мониторы состоят из пластин стекла, между которыми и располагаются жидкие кристаллы. На схеме 1 ниже можно увидеть как это выглядит в разрезе.

Схема 1 – Строение ЖК монитора

Устройства ввода. Клавиатура и мышь служат пользователю, как средство ввода текстовых данных и команд, а также помогают более удобно использовать интерфейс компьютера. В настоящее время большинство людей используют современные, лазерные мышки (мышки с шариком канули в лету), а вот с клавиатурами вопрос стоит ребром, ибо выбираются они исключительно под пользователя.

Сканеры, принтеры. Данные устройства, по своей природе, тоже являются вычислительными системами и позволяют работать полноценно с документаций.

Данные устройства позволяют использовать аудио/видео контент, вводить текстовую информацию и даже рисовать. С помощью сканеров и принтеров можно отсканировать, а также распечатать интересующие нас документы.

---

Вот мы и разобрались с такими понятиями как «Вычислительная система», её компоненты и для чего всё это необходимо. Это всё внешняя конфигурация. Теперь рассмотрим программную составляющую.

Программное обеспечение^[8]

Программа (англ. «Program») – обычно последовательность операций, выполняемых вычислительной машиной для реализации какой-нибудь задачи. Например, программа редактирования текста или рисования.

Совокупность программ для компьютера образует программное обеспечение (ПО).

Выделяют резидентные программы, загружаемые в оперативную память и после завершения работы оставляющие в ней некоторую свою часть (ядро). Ядро позволяет осуществлять постоянно заданные функции, например, программа русификации клавиатуры позволяет выводить на экран компьютера русские символы. Обычно «ядро» вызывает необходимую программу или её часть в любой нужный момент, в том числе и во время выполнения других программ.

Существует несколько классификаций программного обеспечения. По назначению, а также функциональному признаку можно выделить три основных вида ПО информационных технологий: 

1. Системное программное обеспечение. 
2. Инструментальное программное обеспечение. 
3. Прикладное программное обеспечение.

Схема 2 - Классы ПО 

Системное программное обеспечение включает в себя: операционные системы, сетевое ПО, командно-файловые процессоры (оболочки), языки программирования, сервисные программы (в т.ч., тестовые и диагностические программы, системные драйверы периферийных устройств, утилиты), архиваторы и антивирусные программы.

Операционная система (ОС) – программа, первой загружаемая при включении компьютера. Первая ОС для IBM-совместимого компьютера (MS DOS) была создана в 1981 году. ОС организует выполнение других программ. Без неё невозможна работа человека на компьютере. ОС управляет компьютером, его ресурсами (оперативной памятью, местом на дисках и т. д.), запускает сервисные функции, контролирует работу технических устройств и некоторых вспомогательных программ, производит диалог с пользователем, запускает на выполнение прикладные и иные программы.

Операционные системы являются основными программными комплексами, выполняющими следующие основные функции: 

• тестирование работоспособности вычислительной системы и её настройка при первоначальном включении; 
• обеспечение синхронного и эффективного взаимодействия всех аппаратных и программных компонентов вычислительной системы в процессе ее функционирования; 
• обеспечение эффективного взаимодействия пользователя с вычислительной системой.

---

ОС классифицируются на: 

• однопользовательские однозадачные системы (MS-DOS и др.); 
• однопользовательские многозадачные системы (OS/2, Windows 95/98/2000 и др., Vista); 
• многопользовательские (сетевые) системы (семейство UNIX, Linux, WindowsNT и др.).^[9]

К основным функциям сетевых ОС, предназначенных для работы в различных сетях, относятся: 

1. управление каталогами и файлами;
2. защита от несанкционированного доступа; 
3. обеспечение отказоустойчивости; 
4. управление сетью;

Простейшими сетевыми являются ОС для одноранговых сетей. Их функция заключается в разделении дисков разных узлов между всеми пользователями, соблюдению паролей и запретов на использование определённых дисков.

Сервисные программы, драйверы и утилиты. Как правило, часть таких программ утилит и драйверов входит в состав операционных систем. Они могут существовать и отдельно от ОС. В любом случае их назначение заключается в предоставлении пользователям возможности подключать к компьютеру различные внешние (периферийные) устройства, в настройке их параметров и параметров операционной системы. К этому классу программ можно отнести архиваторы и программы резервного копирования.

Тестовые и диагностические программы предназначены для проверки работоспособности отдельных узлов компьютеров, компонентов программно-файловых систем и устранения выявленных неисправностей.

Языки программирования – средства разработки программ (трансляторы, компиляторы, редакторы связей, отладчики и др.); программы или процедуры, связанные с написанием программ. 

При написании программ для компьютеров используются специальные машинные алгоритмические языки высокого уровня: Бейсик (Basic), Фортран (Fortran), Паскаль (Pascal), Си (С) и многие другие. Командно-файловые процессоры (оболочки) предназначены для организации взаимодействия пользователя с вычислительной системой.  С ОС MS-DOS эффективно использовались программы-оболочки Norton Commander, Windows версий до 3.11 и др. Ныне существуют подобные программы типа FAR, Windows Commander, Проводник и др. Однако они редко используются на современных ПК с ОС, позволяющими выполнять эти функции другим образом, чаще всего более приемлемым для современных пользователей ПК. Так, в ОС Windows эффективно используется система ярлыков и папок, отражаемых на «Рабочем столе» ОС.

Антивирусные программы предназначены для диагностики, выявления и устранения вирусных программ, нарушающих нормальную работу вычислительной системы.

---

Компьютерный вирус – специальная, способная к саморазмножению, программа, обычно составляемая со злым умыслом. Программы-антивирусы, включая средства диагностики и профилактики, позволяют: не допустить попадание компьютерных вирусов в компьютерную систему, лечить заражённые файлы и диски, обнаруживать и предотвращать подозрительные (характерные для вирусов) действия. В России наибольшей популярностью пользуются отечественные антивирусные программы DrWeb (Doctor Web) И. Данилова и AVP Е. Касперского («Antiviral Toolkit Pro»).

Инструментальное ПО – программы-полуфабрикаты, например, СУБД (системы управления базами данных) и т.п.; специально созданные системы программирования, позволяющие на их базе создавать новые конкретные прикладные программные продукты для компьютеров (обучающие, игровые, тренажёры и др.).

Системы управления базами данных предназначены для создания, хранения и манипулирования массивами данных большого объёма. Разные системы этого класса различаются способами организации хранения данных и обработки запросов на поиск информации, а также характером данных, хранящихся в базе. На их основе создаются базы и банки данных, информационно-поисковые системы.

Итог: для полноценного функционирования вычислительной системы требуется определенная конфигурация, которая зависит от поставленных задач. Также необходимо наличие программного обеспечения (начиная от драйверов и заканчивая всевозможными программами и утилитами для данной ВС).

Глава 2. Свойства вычислительных систем^[10]

Под «свойствами вычислительных систем» принято понимать их общую характеристику и в зависимости от нужд делать упор на то или иное свойство. На данный момент их существует 5 видов:

• Реконфигурироемость;
• Живучесть;
• Масштабируемость;
• Надёжность;
• Универсальность;

Реконфигурируемость (Programmability) вычислительных систем

Простыми словами это возможность системы на модернизацию или своеобразные изменения в зависимости от конкретных задач, поставленных перед вычислительной системой. Реконфигурация происходит за счет замены состава вычислителей, изменением их числа и структуры, а также поиск синергии этих самых вычислителей. Также учитывается возможность структур выстраиваться в виде графов, принадлежащим к разным классам и возможность применения в качестве связей каналы разного типа и физической природы и различного размера и т.п.. Благодаря приспособленности ВС к постоянной реконфигурации достигается адаптация системы под область применения на этапе её формирования.

---

Постоянная реконфигурация ВС бывает возможной благодаря созданию в подобных системах неких подсистем, которые имею адекватную структуру и функциональную организацию для мультипрограммной ситуации, а также динамике решаемых задач. Из это следует, что способность к постоянной модернизации и изменения состава вычислительной системы приводит к её повышенной универсальности, при которой увеличивается диапозон применения и спектр выполняемых задач. При решении широкого класса задач, реализуются известные в вычислительной технике режимы функционирования (коллективное пользование, пакетная обработка и др.), способы управления вычислительным процессом (централизованный, децентрализованный и др.), структурные схемы (изолированные вычислительные машины, системы из нескольких процессоров и одной ЭВМ, системы из одной ЭВМ и нескольких устройств памяти и т.п.) и способы обработки информации (конвейерный, матричный, распределённый и др.).

Данные два понятия семантически близки, оба призваны характеризовать архитектурные способности ВС по выполнению возглавляемых на них функций. Однако каждое из них отражает специфические особенности ВС по использованию исправных ресурсов при переработке информации.

Живучесть (Robutness) вычислительных систем это свойство программной настройки и структурирования функционала схем таким образом, чтобы в условиях отказа вычислителей сторонние приложения и процессы, выполняемые параллельно, функционировали полноценно и имели возможность использовать все исправные вычислители. Понятие живучести вычислительных систем характеризует их способности по организации отказоустойчивых вычислений или, говоря иначе, по реализации параллельных программ, допускающих варьирование числа ветвей в известных пределах.

При рассмотрении живучести ВС выделяют полный и частичный отказы. Под полным отказом ВС понимается событие, состоящее в том, что система теряет способность выполнять параллельную программу с переменным числом ветвей. Частичным отказом считают событие, при котором имеют место отказы вычислителей, однако сохраняется возможность реализации на ВС параллельной программы с переменным числом ветвей. Полный отказ делает производительность системы равной нулю, а частичный отказ приводит лишь к некоторому снижению производительности, т.е. к увеличению времени реализации параллельной программы с переменным числом ветвей. Понятия полного и частичного восстановления ВС очевидны.^[11]

---