Информационные технологии. 2-е издание. Учебное пособие - Алексей Денисов

Сегодня на рынке средств вычислительной техники представлено несколько основных платформ персональных компьютеров, каждая из которых отличается как по назначению, так и по типу аппаратного и программного обеспечения. Как правило, различные платформы компьютеров несовместимы между собой.

Проблема совместимости компьютерных платформ возникла практически одновременно с появлением самих персональных компьютеров. По тем или иным причинам каждый производитель делал свою продукцию оригинальной настолько, что более никто не мог обменяться с ней информацией. В какой-то степени эта конкурентная борьба продолжается и в настоящее время, однако понимание того, что в погоне за клиентом основополагающим фактором должна стать универсальность, пришло к производителям компьютерных систем уже очень давно.

Существует два основных варианта решения проблемы совместимости компьютерных платформ (рис. 2.1):

1. Аппаратные решения – это специальные платы, несущие на себе дополнительные процессор, оперативную память и видеопамять другой аппаратной платформы. Фактически они представляют собой отдельный компьютер, вставленный в существующий ПК. Его, как и обычный компьютер, можно оснастить любой операционной системой по выбору пользователя и соответствующим программным обеспечением. При этом можно легко переключаться между двумя операционными системами, обмениваться между ними файлами и выполнять другие операции, причем производительность обеих систем остается высокой и они не влияют друг на друга, так как практически не имеют разделяемых ресурсов, кроме мыши, клавиатуры и монитора. Основным недостатком таких плат является их высокая стоимость, хотя и несколко меньшая, чем отдельного ПК.

Рис. 2.1. Варианты решения проблемы совместимости компьютерных платформ

2. Программные решения – это специально написанные программы-эмуляторы, позволяющие запустить программное обеспечение, разработанное для персональных компьютеров одного типа, на другом ПК.

Эмулятор – специальная программа, выполняющая каждую команду исходной программы посредством одной или нескольких команд ПК, на котором происходит эмуляция.

Существует несколько видов эмуляторов:

 эмуляторы-исполнители позволяют запускать программы, написанные для других операционных систем.

 эмуляторы аппаратного обеспечения воспроизводят настоящий персональный компьютер со всеми его аппаратными и программными особенностями. В этом случае пользователь получает абсолютный контроль над своим виртуальным ПК и может выполнять на нем практически все операции, что и с настоящим компьютером. Недостатком этих эмуляторов является некоторая медлительность.

 эмуляторы операционных систем позволяют воспроизвести на ПК операционную систему, которая несовместима с данной аппаратной платформой. Примером такого эмулятора является эмулятор операционной системы Windows, который позволяет на компьютере Macintosh работать с операционной системой, написанной для IBM-совместимых ПК. Работают такие программы несколько быстрее, чем эмуляторы аппаратного обеспечения, но у них есть много ограничений. Например, пользователь не может сам выбрать операционную систему.

В настоящее время существует несколько основных направлений в развитии аппаратных платформ.

1. Переход к многоядерным платформам, построенным на основе многоядерных микропроцессоров

Многоядерный процессор содержит два или больше вычислительных ядер на одном кристалле. Он имеет один корпус и устанавливается в один разъем на системной плате, но операционная система воспринимает каждое его вычислительное ядро как отдельный процессор с полным набором вычислительных ресурсов. В отличие от последовательного выполнения операций одноядерными микропроцессорами с максимально возможной тактовой частотой процессоры с многопроцессорной обработкой на уровне кристалла будут обеспечивать высочайшую производительность при более приемлемых тактовых частотах благодаря параллельному выполнению множества операций. Кроме ядер общего назначения планируется включение специализированных ядер для выполнения различных классов вычислений, таких как графика, алгоритмы распознавания речи и обработка коммуникационных протоколов.

2. Перенос функций специализированного аппаратного обеспечения на кристалл микропроцессора

Специализированное аппаратное обеспечение – важная составляющая архитектур процессоров и платформ. В настоящее время специализированное аппаратное обеспечение используется для выполнения вычислений с плавающей запятой, обработки графики и сетевых пакетов. Развитие специализированного аппаратного обеспечения идет по следующим направлениям:

• цифровая обработка сигналов;

• рендеринг трехмерной графики;

• расширенная обработка изображений;

• распознавание речи и рукописного текста;

• обработка XML и других Internet-протоколов;

• извлечение информации, а также обработка естественх языков.

Кроме того, одним из направлений развития специализированного аппаратного обеспечения является передача их функций непосредственно микропроцессору. Перенос выполнения функций на кристалл ведет к увеличению скорости обработки задач, существенной экономии места и значительному сокращению энергопотребления, что позволяет удовлетворить потребности производительности и функциональности архитектур процессоров и платформ.

Рендеринг (англ. rendering – «визуализация») в компьютерной графике – это процесс получения изображения по модели с помощью программного обеспечения.

3. Разработка подсистем памяти большой емкости, расположенных непосредственно на кристалле микропроцессора

По мере постоянного роста производительности микропроцессоров доступ к памяти может стать серьезной проблемой. Для того чтобы загрузить множество высокопроизводительных ядер соответствующим количеством данных, важно организовать подсистему памяти таким образом, чтобы память большой емкости находилась на кристалле и ядра имели к ней прямой доступ. Это возможно путем оснащения микропроцессоров внутрикристалльными подсистемами памяти большой емкости порядка нескольких гигабайт. Она позволит заменить обычную оперативную память во многих вычислительных устройствах. Кэш-память планируется сделать реконфигурируемой, чтобы динамически перераспределять память для разных ядер. Некоторые области памяти могут быть выделены определенным ядрам, совместно использоваться группами ядер или использоваться всеми ядрами глобально в зависимости от потребностей приложений.

4. Выделение интеллектуального микроядра для решения задач управления аппаратным обеспечением

Для управления сложными процессами, такими как назначение задач ядрам, включение и выключение ядер при необходимости, реконфигурация ядер при изменении рабочей загрузки, и многими другими микропроцессорам потребуется большая доля встроенных интеллектуальных способностей. В архитектурах с развитыми возможностями параллельной обработки процессор сам по себе сможет выполнять несколько потоков вычислений, невидимых на пользовательском уровне, разделяя приложение на потоки, которые могут выполняться параллельно. Один из способов эффективного выполнения всех этих задач – встроенное интеллектуальное микроядро, дополняющее программное обеспечение высокого уровня для решения задач всестороннего управления аппаратным обеспечением.

2.2. Операционные системы как составная часть платформы

Операционные системы (ОС) являются важной составной частью платформы в ИТ. Они отражают как развитие аппаратных средств, так и стремление разработчиков улучшить функциональные характеристики, повысить степень комфортности ОС по отношению к пользователям.

Операционная система выполняет функции автоматического управления рядом подсистем персонального компьютера и предоставляет готовые процедуры управления его внутренними и внешними ресурсами, т. е. операционная система является некоей автоматической системой управления работой и ресурсами компьютера, повышающей удобство и эффективность его использования.

Каждый персональный компьютер (аппаратная платформа) обязательно комплектуется операционной системой, для которой создается свой набор прикладных решений (приложений, прикладных программ).

Операционная система – совокупность программ для управления вычислительным процессом персонального компьютера или вычислительной сети.

В процессе развития большинство операционных систем модифицируются и совершенствуются в направлении исправления ошибок и включения новых возможностей. В целях сохранения преемственности новая модификация операционной системы не переименовывается, а приобретает название версии.