Концепция открытых систем
Международная организация по стандартизации (ISO - International Standard Organization) предложила концепцию архитектуры открытых систем, в которой определена эталонная модель, используемая как базовая при разработке международных стандартов.
В соответствии с эталонной моделью вычислительная сеть представляется как распределенная информационно-вычислительная среда, реализуемая большим числом разнообразных аппаратных и программных средств.
Эта среда по вертикали делится на ряд логических уровней, каждый из которых выполняет одну из основных задач информационно-вычислительной среды. По горизонтали она делится на локальные части, называемые открытыми системами, каждая из которых удовлетворяет требованиям и стандартам архитектуры открытых систем ISO (рис. 4).
Термин «взаимодействие открытых систем» ВОС (OSI - Open System Interconnection) относится к процедурам передачи данных между системами, которые «открыты» друг другу благодаря совместному использованию ими соответствующих стандартов.
Сложность функций области взаимодействия привела к тому, что они в соответствии с базовой эталонной моделью взаимодействия открытых систем поделены на семь расположенных друг над другом слоев, называемых уровнями. Их иерархия в зависимости от выполняемых функций делится на две части — прикладную и транспортную платформы.
Часть открытой системы, реализующая некоторую функцию и входящая в состав того или иного уровня, называется объектом.
Набор правил взаимодействия объектов одного и того же N-го уровня называется N-протоколом.
Связь между объектами соседних уровней определяется интерфейсом (например, связь между объектами N- и (N - 1)-го уровней определяется (N - 1)-м интерфейсом).
Общие свойства открытых систем обычно формируются следующим образом:
расширяемость/масштабируемость - extensibility/scalability,
мобильность (переносимость) - portability,
интероперабельность (способность к взаимодействию с другими системами) - interoperability,
дружественность к пользователю, в том числе легкая управляемость -
driveability.
Эти свойства, взятые по отдельности, были характерны и предыдущим поколениям информационных систем и средств вычислительной техники.
Новый взгляд на открытые системы определяется тем, что эти свойства рассматриваются в совокупности, как взаимосвязанные, и реализуются в комплексе.
Взаимодействие открытых систем стало основной концепцией архитектуры информационных сетей.
Понятие «система» носит двойственный характер.
С одной стороны, по общему определению, система - это совокупность взаимодействующих элементов (компонентов), аппаратных и/или программных.
С другой стороны, система может выступать в качестве компонента другой, более сложной системы, которая, в свою очередь, может быть компонентом системы следующего уровня.
В связи с этим нужно иметь представление об архитектуре систем и средств как внешнем их описании (reference model) с точки зрения того, кто ими пользуется.
Архитектура открытой системы, является иерархическим описанием ее внешнего облика и каждого компонента с точки зрения:
пользователя (пользовательский интерфейс);
проектировщика системы (среда проектирования);
прикладного программиста (системы и инструментальные средства /среды программирования);
системного программиста (архитектура ЭВМ);
разработчика аппаратуры (интерфейсы оборудования).
Для примера рассмотрим архитектурное представление системы обработки данных, состоящей из четырех компонентов:
пользовательского интерфейса (соответственно точкам зрения всех указанных выше групп),
средств обработки данных,
средств представления и хранения данных,
средств коммуникаций.
Для этого представления необходимо три уровня описаний:
среды, которая представляется системой,
операционной среды (системы), на которую опираются прикладные компоненты,
и оборудования.
Каждый из этих уровней для удобства разделен на два подуровня (табл. 1.).
Таблица 1.. Уровни архитектуры системы обработки данных
|
Уровень архитектуры системы обработки данных |
Компоненты системы обработки данных | |||
|
Интерфейсы |
Средства обработки данных |
Представление и хранение данных |
Коммуникации в модели OSI | |
|
Среда для конечного пользователя и инструментарий прикладного программиста |
Генераторы форм и отчетов |
Утилиты и библиотеки |
Языки программирования 4GL |
Прикладной уровень |
|
Языки программные и командные (оболочки) |
Прикладные программы |
Языки запросов СУБД |
Уровни сессий и представительный | |
|
Операционная система (ОС)
|
Средства оконного интерфейса |
Верхний уровень ОС (организация процесса обработки) |
Средства доступа к среде хранения |
Транспортный уровень |
|
Драйверы |
Ядро операционной системы |
Файловая система |
Сетевой уровень | |
|
Оборудование
|
Системные интерфейсы (в том числе организация ввода- вывода) |
Процессоры (система команд) |
Организация памяти |
Уровень передачи данных |
|
Периферийные устройства |
Системная шина |
Шины (интерфейс) массовой памяти |
Физический уровень | |
Уровень среды для конечного пользователя (user environment) характеризуется:
входными и выходными описаниями (генераторы форм и отчетов),
языками проектирования информационной модели предметной области (языки 4GL),
функциями утилит и библиотечных программ
прикладным уровнем среды коммуникаций, когда необходимы услуги дистанционного обмена информацией.
На этом же уровне определена среда (инструментарий) прикладного программирования (application environment):
языки и системы программирования,
командные языки (оболочки ОС),
языки запросов систем управления базами данных (СУБД),
уровни сессий и представительный среды коммуникаций.
На уровне ОС представлены компоненты операционной среды, реализующие функции:
организации процесса обработки,
доступа к среде хранения данных,
оконного интерфейса,
а также транспортного уровня среды коммуникаций.
Нижний подуровень ОС (драйверы) – это:
ее ядро,
файловая система,
драйверы управления оборудованием,
сетевой уровень среды коммуникаций.
На уровне оборудования чётко видны привычные разработчикам ЭВМ составляющие архитектуры аппаратных средств:
система команд процессора (процессоров),
организация памяти,
организация ввода-вывода и т. д.,
а также физическая реализация в виде:
- системных шин;
- шин массовой памяти;
- интерфейсов периферийных устройств;
- уровня передачи данных;
- физического уровня среды хранения.
Представленный взгляд на архитектуру открытой системы обработки данных относится как к одномашинным реализациям, включенным в сеть передачи данных для обмена информацией так и многопроцессорные системы с разделением функций, а также РИС.