Архитектуры компьютеров и их основные подсистемы

Классификация компьютеров

Открытые системы

Объектно-ориентированный подход

В связи с применением подхода открытых систем, широкое распространение получило перспективное направление проектирования и программирования, называемое объектно-ориентированный стиль. Данный подход строится на следующих основных принципах:

1) данные и процедуры объединяются в программные объекты

2) Для связи объектов используется механизм посылки сообщений

3) объекты с похожими свойствами объединяются в классы

4) объекты наследуют свойства других объектов через иерархию классов

Объектно-ориентированные системы обладают следующими пятью основными свойствами:

1) инкапсуляция (скрытие реализации) – данные и процедуры объекта скрываются от внешнего пользователя, и связь с объектом ограничивается набором сообщений, которые «понимает» объект

2) полиморфизм (многозначность сообщений), одинаковые сообщения по-разному понимаются разными объектами в зависимости от их класса

3) динамическое (позднее) связывание – значение имени становится известным только во время выполнения программы; под именем здесь понимается область памяти для данных или текст программы для процедур

4) абстрактные типы данных – это объединение данных и операций для описания новых типов, позволяющие использовать новые типы наравне с уже существующими типами

5) наследование – позволяет при создании новых объектов использовать свойства уже существующих объектов, описывая заново только те свойства, которые отличаются

Аппаратное обеспечение

Назначение компьютера определяет набор решаемых им задач, на основании которых формируются требования к характеристикам, обеспечиваемым соответствующим свойствам технических и программных средств.

1. Персональный компьютер (ПК)

ПК по определению предназначен для удовлетворения потребностей в вычислительных ресурсах отдельного пользователя. Поскольку потребности могут быть различны, то и требования к вычислительной мощности, объему памяти, составу периферийных устройств и их характеристикам могут существенным образом отличаться. Характерными для ПК являются следующие требования:

1) ориентация на самое широкое применение и наличие некоторого набора стандартных технических средств со средними значениями характеристик, которые могут быть существенно улучшены по желанию пользователя

2) автономное использование ПК и как следствие наличие средств ввода и вывода информации и ее визуального отображения

3) индивидуальное использование ресурсов ПК и незначительное использование ресурсов других компьютеров при наличии подключения к информационной сети, например, Internet.

2. Рабочая станция

РС называются компьютеры, работающие в сети предприятия. Для них характерно:

1) ориентация на профессиональных пользователей и решение определенного класса задач, требующих хорошей сбалансированности компьютеров по быстродействию и объему памяти, а так же наличие специальных устройств ввода-вывода информации и возможно высококачественной графической системой

2) подключение к локальной информационной сети и, если требуется, то и к глобальным сетям

3) значительное использование вычислительных и информационных ресурсов других компьютеров и возможность предоставление в общее пользование собственных ресурсов

4) коллективное использование внешних устройств ввода-вывода информации и устройств доступа к глобальным сетям

3. Сервер

Сервер – это компьютер, предназначенный для предоставления своих вычислительных и информационных ресурсов в общее пользование и обслуживающий запросы от ПК и РС.

Они классифицируются как по назначению и типу предоставляемого ими ресурса. Например, файловый сервер, сервер баз данных, сервер приложения и т.д., так и по масштабу сети в которой они используются (сервер рабочей группы, сервер отдела, сервер предприятия или корпоративный сервер), в зависимости от числа пользователей и типа решаемых задач, требования к оборудованию и программному обеспечению сервера, его надежности и производительности меняются достаточно в широких пределах. Характерными являются следующие:

5. наличие в составе оборудования сетевых карт обеспечивающих требуемые скорости и объемы обмена данными

2. наличие быстродействующего центрального процессора или нескольких от 2 до нескольких 10 и сотен, для обеспечения необходимой вычислительной мощности

3. высокие требования к объемам и надежности оперативной и внешней памяти

4. применение устройств бесперебойного питания

5. не высокие требования к устройствам ввода и визуального отображения информации, а так же возможно частичное или полное их отсутствие

6. Мейнфрейн

Это наиболее мощная вычислительная система общего назначения, обеспечивающая непрерывный, круглосуточный режим эксплуатации.

Они представляют собой многопроцессорные системы, содержащие один или несколько центральных и периферийных процессоров с общей памятью, связанных высокоскоростными магистралями передачи данных. Основная вычислительная нагрузка ложится на центральные процессоры, а периферийные процессоры обеспечивают работу сети и широкого спектра периферийных устройств.

7. Кластерные архитектуры

Обязаны своим появлением проблемам построения вычислительных систем высокой производительности и продолжительного функционирования для критически важных приложений, связанных с управлением базами данных и обслуживанием телекоммуникаций.

Эти проблемы являются общими для всех типов компьютеров и решаются как на уровне создания надежной элементной базы, так и архитектурными, технологическими и организационными решениями.

Наиболее эффективным способом достижения заданного уровня производительности является применение параллельного масштабирования архитектуры, т.е. при увеличении вычислительного ресурса добавляется дополнительное устройство.

Кластерную архитектуру можно определить как комплекс специальным образом соединенных вычислительных машин, который воспринимается единым целым операционной системой, системным программным обеспечением и прикладными программами пользователя.

Аппаратная и программная избыточность комплекса позволяет при обнаружении отказа одного процессора быстро перераспределить работу на другие процессоры внутри кластера.

Под архитектурой компьютера понимается то каким он предстает перед пользователем или программистом.

В общем случае архитектура включает в себя описание форматов данных, системы команд, системы ввода-вывода и т.п., т.е. все то, что определяет производительность компьютера.