Реферат: Общая характеристика операционных систем для ПК, их назначение и состав

Вычислительная техника является важнейшим компонентом процесса вычислений и обработки данных. Первыми приспособлениями для вычислений были, вероятно, всем известные счётные палочки, которые и сегодня используются в начальных классах многих школ для обучения счёту. Развиваясь, эти приспособления становились более сложными, например, такими как финикийские глиняные фигурки, также предназначаемые для наглядного представления количества считаемых предметов, однако для удобства помещаемые при этом в специальные контейнеры. Такими приспособлениями, похоже, пользовались торговцы и счетоводы того времени.

Постепенно из простейших приспособлений для счёта рождались всё более и более сложные устройства: абак (счёты), логарифмическая линейка, механический арифмометр, электронный компьютер. Несмотря на простоту ранних вычислительных устройств, опытный счетовод может получить результат при помощи простых счёт даже быстрее, чем нерасторопный владелец современного калькулятора. Естественно, сама по себе, производительность и скорость счёта современных вычислительных устройств давно уже превосходят возможности самого выдающегося расчётчика-человека.

1. История развития средств вычислительной техники

В пятидесятых – шестидесятых годах фирмы производящие компьютеры, которые были тогда доступны лишь крупным компаниям и учреждениям из-за своих размеров и цены, стали стремиться производить компьютеры, которые были бы меньше и дешевле, чем у их конкурентов. Это делалось в борьбе за покупателей, в борьбе за увеличение объемов продаж. Так вот, благодаря изобретению транзисторов, памяти на магнитных сердечниках, миниатюризации внешних устройств, и, наконец, появлению интегральных схем, стало возможным появление в 1965 году мини-компьютера PDP-8 размером с холодильник и стоимостью 20 тысяч долларов.

Дальше - больше (в смысле меньше). В конце 1970 года был выпущен в продажу первый микропроцессор Intel-4004 - интегральная схема, интегральная схема, аналогичная по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ.

Вслед за этим четырехбитным, появились восьми битные модели 8008 и 8080, которые до конца семидесятых стали стандартом компьютерной индустрии. Вначале эти процессоры использовались только электронщиками-любителями и в различных специальных устройствах, но с 1975 года, на основе Intel-8080, стали серийно производиться первые персональные компьютеры.

Распространение персональных компьютеров к концу семидесятых годов привело к некоторому снижению спроса на большие и мини ЭВМ. Это стало предметом серьезного беспокойства корпорации IBM - ведущей компании по производству таковых.

В 1979 году руководство фирмы решило произвести как бы мелкий эксперимент (что-то вроде одной из десятков проводившихся в фирме работ по созданию нового оборудования) - попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров.

В августе 1981 года новый компьютер под названием IBM PC был официально представлен публике и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователей. Через один-два года компьютер IBM PC стал стандартом персонального компьютера. Сейчас такие компьютеры ("совместимые с IBM PC") составляют около 90% всех производимых в мире персональных компьютеров. В чем же причина их феноменального успеха? Если бы IBM PC был сделан так же, как другие существовавшие тогда компьютеры, он бы устарел через два-три года и мы бы все уже давно о нем забыли. Но к счастью, в IBM PC была заложена возможность усовершенствования его отдельных частей и использования новых устройств.1

2. Классификация средств вычислительной техники

Компьютеры получили широкое распространение практически во всех сферах нашей жизни. Для решения различных задач используются разные типы компьютеров. На данный момент существует следующая классификация компьютеров (рис 1.).

Рисунок 1

Классификация компьютеров

1. IBM-совместимые персональные компьютеры . На данный момент это наиболее распространенный тип компьютеров. Они являются своего рода универсальными машинами и могут применяться практически для любых задач. Однако в некоторых случаях связанных с обработкой больших объемов информации их применение будет нецелесообразным.

2. Персональные компьютеры Macintosh . Компьютеры предназначенные для тех же целей что и компьютеры IBM, но не совместимые с ними.

3. Рабочие станции. Более мощные компьютеры, чем персональные. Используются обычно для хранения данных.

4. Сервера. Как правило самые мощные персональные компьютеры с большим дисковым пространством. Используются в компьютерных сетях для централизованного хранения и обработки данных.

5. Мейнфреймы. Считаются наиболее мощными (не считая суперкомпьютеров) вычислительными системами общего назначения, обеспечивающими непрерывный круглосуточный режим эксплуатации. Они могут оснащаться одним или несколькими процессорами.

6. Суперкомьютеры —компьютеры, созданные для обработки больших объемов информации. Очень часто они используются для работы с трехмерным моделированием и анимацией[1]

Теперь я хотела бы кратко описать некоторых представителей данной классификации.

2.1Персональные компьютеры Macintosh

В 1991 году была создана операционная система Mac 7.0, где были применены 32-разрядная адресация, меню программ, виртуальная память - всего около пятидесяти принципиальных инноваций. В том же году начался выпуск модели Macintosh LC, относительно дешевого компьютера в ультраплоском корпусе, ставшего одним из самых удачных коммерческих проектов Apple.

2.1.1 PowerBook

В 1992 году переносные компьютеры Macintosh PowerBook стали самыми продаваемыми в классе ноутбук. Тогда же был создан карманный компьютер Newton, в котором воплотился в жизнь принципиальной новый подход к интерфейсу, и прежде всего ввод и распознавание рукописного текста. К сожалению, малый размер оперативной памяти затруднял написание прикладных программ для Newton.

В 1994 году произошла смена поколений Macintosh - были выпущены компьютеры семейства PowerMacintosh. Apple практически полностью перешла на выпуск компьютеров на процессоре PowerPc, разработанном совместными усилиями фирм Apple, IBM и Motorola. Этот процессор использует прогрессивную RISC-технологию. В 1995 году появился первый Macintosh, использующий шину PCI, а также первые клоны Macintosh.

2.1.2 PowerMac G3

В 1997 года Apple объявила о выпуске нового семейства Macintosh -G3.

Сердцем нового компьютера стал процессор PowerPC нового поколения. По сравнению с аналогичным Pentium II выигрыш в производительности у процессора G3 составляет 30%. Фактически материнская плата для G3 отличается от материнской платы для Pentium только разъемом для самого процессора. Таким образом, появляется возможность использования в Macintosh стандартных устройств, что существенно снижает его цену.

Далее события стали развиваться стремительно: В 1999 году Apple предлагает новую линию настольных компьютеров. В их числе компьютеры iMac пяти новых расцветок, новая линия компьютеров Power Macintosh G3 с тремя видами мониторов, а также серверная операционная система Mac OS X Server.

Помещенные в стильный полупрозрачный корпус Power Macintosh G3 -наиболее мощные системы компании Apple, предназначенные для профессиональных дизайнеров и домашних пользователей, которым нужны машины, способные с легкостью поддерживать новейшие трехмерные игры. В них применяются новейшие, основанные на меди процессоры PowerPC с тактовой частотой до 400 МГц, графические карты ATI RAGE 128, шины FireWire, USB, поддержка Enternet.

2.1.3 IMac

Для домашних пользователей фирма анонсировала семейство новых ускоренных компьютеров iMac с более низкой ценой, которые представлены в гамме из пяти ярких цветов.

Компьютеры iMac оснащены более быстрым процессором PowerPC G3 266 Mгц и жестким диском 6 Гбайт. iMac, c его легкой быстрой установкой, доступом в Интернет и отсутствием бесконечных проводов стал бестселлером среди персональных компьютеров в США.

2.1.4 PowerMac G4

В конце 1999 года, компания Apple объявляет о выходе PowerMac G4 – с частотой процессора до 500 МГц, эти суперкомпьютеры (более миллиарда операций с плавающей точкой в секунду) оставляют далеко позади все компьютеры Pentium.

Новые компьютеры оборудованы жесткими дисками 20, 30 и 40 Гб. Тогда же начинает развиваться производство дву-процессорных G4, работающих более чем в два раза быстрее обычных G4.

2.1.5 PowerMac G4 Cube

Летом 2000 года Apple развернула выпуск нового класса машин - PowerMac G4 Cube - компьютеров, призванных объединить в себе мощь Power Mac G4 с дизайном и миниатюрностью iMac. G4 Cube, заключенный в прозрачный 8-и дюймовый куб, не смотря на свои размеры, обладает процессором Power PC G4 450. Спроектированный как нечто, слегка напоминающее машину времени, G4 Cube имеет центральный вертикальный охладительный канал, так как использовалась новая технология охлаждения, он не издает абсолютно никаких звуков, а легко снимающиеся внешние панели помогут вам в считанные секунды получить доступ к любому устройству компьютера. Power Mac G4 Cube включает в себя 450 Мгц процессор PowerPC G4 с Velosity Engine (с изменяемой конфигурацией до 500 Мгц), 64 Мб памяти (максимально - 1.5 Гб), жесткий диск 20 Гб или 40 Гб, слот DVD на вершине Куба, два FireWire и два USB порта, 10/100BASE-T Ethernet карту, 56К V.90 модем и новую оптическую мышь с клавиатурой. Джобс заявил, что Cube является одним из самых красивых творений инженеров Apple.

2.2Сервера

Прикладные многопользовательские коммерческие и бизнес-системы, включающие системы управления базами данных и обработки транзакций, крупные издательские системы, сетевые приложения и системы обслуживания коммуникаций, разработку программного обеспечения и обработку изображений все более настойчиво требуют перехода к модели вычислений "клиент-сервер" и распределенной обработке.

В распределенной модели "клиент-сервер" часть работы выполняет сервер, а часть пользовательский компьютер (в общем случае клиентская и пользовательская части могут работать и на одном компьютере).

Существует несколько типов серверов, ориентированных на разные применения: файл-сервер, сервер базы данных, принт-сервер, вычислительный сервер, сервер приложений. Таким образом, тип сервера определяется видом ресурса, которым он владеет (файловая система, база данных, принтеры, процессоры или прикладные пакеты программ).

С другой стороны существует классификация серверов, определяющаяся масштабом сети, в которой они используются: сервер рабочей группы, сервер отдела или сервер масштаба предприятия (корпоративный сервер). Эта классификация весьма условна. Например, размер группы может меняться в диапазоне от нескольких человек до нескольких сотен человек, а сервер отдела обслуживать от 20 до 150 пользователей.

Очевидно, в зависимости от числа пользователей и характера решаемых ими задач, требования к составу оборудования и программного обеспечения сервера, к его надежности и производительности сильно варьируются. Файловые серверы небольших рабочих групп (не более 20-30 человек) проще всего реализуются на платформе персональных компьютеров и программном обеспечении Novell NetWare. Файл-сервер, в данном случае, выполняет роль центрального хранилища данных.

Серверы прикладных систем и высокопроизводительные машины для среды "клиент-сервер" значительно отличаются требованиями к аппаратным и программным средствам. Типичными для небольших файл-серверов являются: процессор Pentium или более быстродействующий, 32-Мбайт ОЗУ, 9 Гбайт дискового пространства и один адаптер Ethernet 10BaseT, имеющий быстродействие 10 Мбит/с. В состав таких серверов часто включаются флоппи-дисковод и CDROM.

Графика для большинства серверов несущественна, поэтому достаточно иметь обычный монохромный монитор с разрешением VGA.

Скорость процессора для серверов с интенсивным вводом/выводом некритична. Они должны быть оснащены достаточно мощными блоками питания для возможности установки дополнительных плат расширения и дисковых накопителей. Желательно применение устройства бесперебойного питания.

Оперативная память обычно имеет объем не менее 32 Мбайт, что позволит операционной системе (например, NetWare) использовать большие дисковые кэши и увеличить производительность сервера. Как правило, для работы с многозадачными операционными системами такие серверы оснащаются интерфейсом SCSI (или Fast SCSI). Распределение данных по нескольким жестким дискам может значительно повысить производительность. При наличии одного сегмента сети и 10-20 рабочих станций пиковая пропускная способность сервера ограничивается максимальной пропускной способностью сети. В этом случае замена процессоров или дисковых подсистем более мощными не увеличивают производительность, так как узким местом является сама сеть. Поэтому важно использовать хорошую плату сетевого интерфейса.

Хотя влияние более быстрого процессора явно на производительности не сказывается, оно заметно снижает коэффициент использования ЦП. Во многих серверах этого класса используется процессоры Pentium, с тактовой частотой 166 и 200 МГц, microSPARC-II и PowerPC.

Аналогично процессорам влияние типа системной шины (EISA со скоростью 33 Мбит/с или PCI со скоростью 132 Мбит/с) также минимально при таком режиме использования. Однако для файл-серверов общего доступа, с которыми одновременно могут работать несколько десятков, а то и сотен человек, простой однопроцессорной платформы и программного обеспечения Novell может оказаться недостаточно.

В этом случае используются мощные многопроцессорные серверы с возможностями наращивания оперативной памяти до нескольких гигабайт, дискового пространства до сотен гигабайт, быстрыми интерфейсами дискового обмена (типа Fast SCSI-2, Fast&Wide SCSI-2 и Fiber Channel) и несколькими сетевыми интерфейсами.

Эти серверы используют операционную систему UNIX, сетевые протоколы TCP/IP и NFS. На базе многопроцессорных UNIX-серверов обычно строятся также серверы баз данных крупных информационных систем, так как на них ложится основная нагрузка по обработке информационных запросов.

Подобного рода серверы получили название суперсерверов. По уровню общесистемной производительности, функциональным возможностям отдельных компонентов, отказоустойчивости, а также в поддержке многопроцессорной обработки, системного администрирования и дисковых массивов большой емкости суперсерверы вышли в настоящее время на один уровень с мейнфреймами и мощными миникомпьютерами. Современные суперсерверы характеризуются:

1. наличием двух или более центральных процессоров RISC, либо Pentium, либо Pentium II;

2. многоуровневой шинной архитектурой, в которой запатентованная высокоскоростная системная шина связывает между собой несколько процессоров и оперативную память, а также множество стандартных шин ввода/вывода, размещенных в том же корпусе;

3. поддержкой технологии дисковых массивов RAID;

4. поддержкой режима симметричной многопроцессорной обработки, которая позволяет распределять задания по нескольким центральным процессорам или режима асимметричной многопроцессорной обработки, которая допускает выделение процессоров для выполнения конкретных задач.

Как правило, суперсерверы работают под управлением операционных систем UNIX, а в последнее время и Windows NT (на Digital 2100 Server Model A500MP), которые обеспечивают многопотоковую многопроцессорную и многозадачную обработку. Суперсерверы должны иметь достаточные возможности наращивания дискового пространства и вычислительной мощности, средства обеспечения надежности хранения данных и защиты от несанкционированного доступа. Кроме того, в условиях быстро растущей организации, важным условием является возможность наращивания и расширения уже существующей системы^{^[2]} .

2.3Мейнфреймы

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.

Заключение

Во все времена людям нужно было считать. В туманном доисторическом прошлом они считали на пальцах или делали насечки на костях.

Примерно около 4000 лет назад, на заре человеческой цивилизации, были изобретены уже довольно сложные системы счисления, позволявшие осуществлять торговые сделки, рассчитывать астрономические циклы, проводить другие вычисления.

Несколько тысячелетий спустя появились первые ручные вычислительные инструменты.

А в наши дни невозможно представить решение сложных вычислительных задач и выполнение операций, казалось бы, не связанных с числами, без помощи "электронного мозга", называемого компьютером, или, по старинке, ЭВМ.

Список литературы

1. Симонович С.В., Информатика. Учебник для ВУЗов, Твердый переплет, 1-е изд. – Спб., 2008 — 320 с.

2. Симонович С.В., Информатика. Базовый курс, 2-е изд. - СПб., 2004. — 640 с.

3. Степанов Анатолий, Техническое образование, Учебники для ВУЗов. Питер, 2007., — 520 с

4. Бройтман Д. Процессор P6: общий обзор//Монитор, 1995, №5, с.8-12.

1 Информатика. Учебник для ВУЗов. Симонович С.В., 1-е изд. – Москва., 2008 — 320 с.

1 Информатика. Базовый курс. Симонович С.В., 2-е изд. - СПб., 2004. — 640 с.

[2] Бройтман Д. Микроархитектура процессора P6//Монитор, 1995, №3