2.3 Мейнфреймы

Мейнфрейм - это синоним понятия "большая универсальная ЭВМ". Мейнфреймы и до сегодняшнего дня остаются наиболее мощными (не считая суперкомпьютеров) вычислительными системами общего назначения, обеспечивающими непрерывный круглосуточный режим эксплуатации. Они могут включать один или несколько процессоров, каждый из которых, в свою очередь, может оснащаться векторными сопроцессорами (ускорителями операций с суперкомпьютерной производительностью). В нашем сознании мейнфреймы все еще ассоциируются с большими по габаритам машинами, требующими специально оборудованных помещений с системами водяного охлаждения и кондиционирования. Однако это не совсем так. Прогресс в области элементно-конструкторской базы позволил существенно сократить габариты основных устройств. Наряду со сверхмощными мейнфреймами, требующими организации двухконтурной водяной системы охлаждения, имеются менее мощные модели, для охлаждения которых достаточно принудительной воздушной вентиляции, и модели, построенные по блочно-модульному принципу и не требующие специальных помещений и кондиционеров.  Основными поставщиками мейнфреймов являются известные компьютерные компании IBM, Amdahl, ICL, Siemens, Nixdorf и некоторые другие, но ведущая роль принадлежит безусловно компании IBM. Именно архитектура системы IBM/360, выпущенной в 1964 году, и ее последующие поколения стали образцом для подражания. В нашей стране в течение многих лет выпускались машины ряда ЕС ЭВМ, являвшиеся отечественным аналогом этой системы. В архитектурном плане, мейнфреймы представляют собой многопроцессорные системы, содержащие один или несколько центральных и периферийных процессоров с общей памятью, связанных между собой высокоскоростными магистралями передачи данных.  При этом основная вычислительная нагрузка ложится на центральные процессоры, а периферийные процессоры (в терминологии IBM - селекторные, блок-мультиплексные, мультиплексные каналы и процессоры телеобработки) обеспечивают работу с широкой номенклатурой периферийных устройств. Первоначально мейнфреймы ориентировались на централизованную модель вычислений, работали под управлением патентованных операционных систем и имели ограниченные возможности для объединения в единую систему оборудования различных фирм-поставщиков.  Однако повышенный интерес потребителей к открытым системам, построенным на базе международных стандартов и позволяющим достаточно эффективно использовать все преимущества такого подхода, заставил поставщиков мейнфреймов существенно расширить возможности своих операционных систем в направлении совместимости.  В настоящее время они демонстрирует свою "открытость", обеспечивая соответствие со спецификациями POSIX 1003.3, возможность использования протоколов меж соединений OSI и TCP/IP или предоставляя возможность работы на своих компьютерах под управлением операционной системы UNIX собственной разработки.  Стремительный рост производительности персональных компьютеров, рабочих станций и серверов создал тенденцию перехода с мейнфреймов на компьютеры менее дорогих классов: миникомпьютеры и многопроцессорные серверы. Эта тенденция получила название "разукрупнение" (downsizing). Однако этот процесс в самое последнее время несколько замедлился.  Основной причиной возрождения интереса к мейнфреймам эксперты считают сложность перехода к распределенной архитектуре клиент-сервер, которая оказалась выше, чем предполагалось. Кроме того, многие пользователи считают, что распределенная среда не обладает достаточной надежностью для наиболее ответственных приложений, которой обладают мейнфреймы.  Очевидно выбор центральной машины (сервера) для построения информационной системы предприятия возможен только после глубокого анализа проблем, условий и требований конкретного заказчика и долгосрочного прогнозирования развития этой системы. Главным недостатком мейнфреймов в настоящее время остается относительно низкое соотношение производительность/стоимость. Однако фирмами-поставщиками мейнфреймов предпринимаются значительные усилия по улучшению этого показателя.  Следует также помнить, что в мире существует огромная инсталлированная база мейнфреймов, на которой работают десятки тысяч прикладных программных систем. Отказаться от годами наработанного программного обеспечения просто не разумно.  Поэтому в настоящее время ожидается рост продаж мейнфреймов по крайней мере до конца этого столетия. Эти системы, с одной стороны, позволят модернизировать существующие системы, обеспечив сокращение эксплуатационных расходов, с другой стороны, создадут новую базу для наиболее ответственных приложений.

26 В современном экономическом словаре понятию интерфейс дается следующее определение: интерфейс – это аппаратно-программные средства, обеспечивающие графическое отображение и обмен информацией между человеком и компьютером. Говоря простым языком, интерфейс, благодаря аппаратуре и программному обеспечению, позволяет компьютеру взаимодействовать с человеком или другими компьютерами.  Различают системный интерфейс – это обеспечение взаимодействия при помощи операционной системы или ее надстройки иприкладной интерфейс – это интерфейсы различных прикладных программ. Системный подразделяется на командный, графический WIMP и SILK-интерфейс. Командный интерфейс выполнен в виде технологии командной строки. Компьютер выводит на экран пустую строку, в которой человек пишет команду и отправляет на реализацию ПК. Интерфейс WIMP работает благодаря командам, но, в отличие от командной строки, здесь используется различные графические образы: окна, меню, указатели. На сегодняшний день широкое распространение получил так называемый "чистый" графический интерфейс. Работа происходит в окнах. Все файлы и программы выполнены в виде "иконок", при нажатии открываются в окна. Повсеместно используются различные меню. Работа ведется при помощи указателей. Интерфейс SILK работает на основе технологии распознавания звуков. Этот вид интерфейса появился после изобретения звуковых карт. Компьютер анализирует человеческую речь, выделяя в ней команды и выполняет их. Используется редко, в основном военными. Необходимо настраивать данный интерфейс на каждого пользователя для правильного распознавания голосовых команд.  Виды интерфейсов:  – интерфейс-меню  – пользовательский  – речевой  – технологический 

27 Организация файловой системы

 

Все современные дисковые операционные системы обеспечивают создание фай­ловой системы, предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним. Принцип организации файловой системы — табличный. Поверх­ность жесткого диска рассматривается как трехмерная матрица, измерениями кото­рой являются номера поверхности, цилиндра и сектора.Под цилиндром понимается совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и находящихся на равном удалении от оси вращения. Данные о том, в каком месте диска записан тот или иной файл, хранятся в системной области диска. Формат служебных данных определяется конкретной файловой системой. Нарушение целостности служебных сведений приводит к невозможности воспользоваться данными, записанными на диске. Поэтому к системной области предъявляются особые требования по надеж­ности. Целостность, непротиворечивость и надежность этих данных регулярно контролируется средствами операционной системы.

Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор. Размер сектора равен 512 байт. Теоретически возможна самостоятельная адресация для каждого сектора. Но для дисков большого объема такой подход неэффективен, а для неко­торых файловых систем — и просто невозможен. В связи с этим группы секторов объединяются в кластеры. Кластер является наименьшей единицей адресации при обращении к данным. Размер кластера, в отличие от размера сектора, строго не фиксирован. Обычно он зависит от емкости диска.

Операционные системы MS-DOS, OS/2, Windows 95 я другие используют файловую систему на основе таблиц размещения файлов (FAT-таблицы), состоящих из 16-раз­рядных полей. Такая файловая система называется FAT16. Она позволяет размес­тить в FA Г-таблицах не более 65 536 записей (2¹⁶) о местоположении единиц хране­ния данных. Для дисков объемом от 1 до 2 Гбайт длина кластера составляет 32 Кбайт (64 сектора). Это не вполне рациональный расход рабочего пространства, поскольку любой файл (даже очень маленький) полностью оккупирует весь кластер, которому соответствует только одна адресная запись в таблице размещения файлов. Даже если файл достаточно велик и располагается в нескольких кластерах, все равно в его конце образуется некий остаток, нерационально расходующий целый кластер.

Для жестких дисков, объем которых приближается к 2 Гбайт, потери, связанные с неэффективностью этой файловой системы, весьма значительны и могут состав­лять от 25% до 40% полной емкости диска, в зависимости от среднего размера хра­нящихся файлов. С дисками же размером более 2 Гбайт файловая система FAT16 вообще работать не может. Начиная с Windows 98операционные системы семейства Windows (Windows 98, Windows Me, Windows 2000, Windows XP) поддерживают более совершенную версию файловой системы на основе . FAT -таблиц —FAT32 с 32-разрядными полями в таб­лице размещения файлов. Для дисков размером до 8 Гбайт эта система обеспечи­вает размер кластера 4 Кбайт (8 секторов).

Операционные системы Windows NTи Windows XP способны поддерживать совершенно другую файловую систему — NTFS. В ней хранение файлов организовано иначе — служебная информация хранится в Главной таблице файлов (MFT). В сис­теме NTFS размер кластера не зависит от размера диска, и, потенциально, для очень больших дисков эта система должна работать эффективнее, чем FAT32. Однако с учетом типичных характеристик современных компьютеров можно говорить о том, что в настоящее время эффективность FAT32 и NTFS примерно одинакова.