Информационные технологии. 2-е издание. Учебное пособие

Появились первые системы реального времени, в которых компьютеры применялись для управления технологическими процессами производства, например на предприятиях по переработке нефти. Были созданы военные системы реального времени, которые обеспечивали постоянный контроль сразу нескольких тысяч пунктов для защиты от внезапного воздушного нападения.

Для систем реального времени характерно то, что они обеспечивают немедленную реакцию на предусмотренные события. Если, например, от датчиков системы управления нефтеперерабатывающего предприятия поступят сигналы о том, что температура становится слишком высокой, то может потребоваться немедленное принятие соответствующих мер для предотвращения взрыва.

3-й этап (70—80-е гг. ХХ в.)

В начале 70-х гг. появились первые сетевые операционные системы, которые в отличие от многотерминальных ОС позволяли не только рассредоточить пользователей, но и организовать распределённое хранение и обработку данных между несколькими компьютерами, объединенными каналами связи. Любая сетевая операционная система, с одной стороны, выполняет все функции локальной операционной системы, а с другой стороны, обладает некоторыми дополнительными средствами, позволяющими ей взаимодействовать по сети с операционными системами других компьютеров. Программные модули, реализующие сетевые функции, появлялись в операционных системах постепенно, по мере развития сетевых технологий, аппаратной базы компьютеров и возникновения новых задач, требующих сетевой обработки.

Хотя теоретические работы по созданию концепций сетевого взаимодействия велись почти с самого появления вычислительных машин, значимые практические результаты по объединению компьютеров в сети были получены в конце 60-х – начале 70-х гг., когда с помощью глобальных связей и техники коммутации пакетов удалось реализовать взаимодействие машин класса мэйнфреймов и суперкомпьютеров. Эти дорогостоящие компьютеры часто хранили уникальные данные и программы, доступ к которым необходимо было обеспечить широкому кругу пользователей, находившихся в различных городах на значительном расстоянии от вычислительных центров.

К середине 70-х гг. широкое распространение получили мини-компьютеры. Мини-компьютеры первыми использовали преимущества больших интегральных схем, позволившие реализовать достаточно мощные функции при сравнительно невысокой стоимости компьютера. Многие функции мультипрограммных многопользовательских ОС были усечены, учитывая ограниченность ресурсов мини-компьютеров. Операционные системы мини-компьютеров часто стали делать специализированными, например, только для управления в режиме реального времени или только для поддержания режима разделения времени.

Важной вехой в истории операционных систем явилось создание операционной системы UNIX. Первоначально эта операционная система предназначалась для поддержания режима разделения времени в мини-компьютере. С середины 70-х гг. началось массовое использование ОС UNIX. К этому времени программный код для UNIX был в основном написан на языке высокого уровня Си. Широкое распространение эффективных Си-компиляторов сделало UNIX уникальной для того времени операционной системой, обладающей возможностью сравнительно лёгкого переноса на различные типы компьютеров. Поскольку эта операционная система поставлялась вместе с исходными кодами, то она стала первой открытой ОС, которую могли совершенствовать простые пользователи. Хотя UNIX была первоначально разработана для мини-компьютеров, гибкость, элегантность, мощные функциональные возможности и открытость позволили ей занять прочные позиции во всех классах компьютеров: суперкомпьютерах, мэйнфреймах, мини-компьютерах, серверах и рабочих станциях, персональных компьютерах.

Сетевая операционная система – комплекс программ, обеспечивающих обработку, передачу и хранение данных в вычислительной сети.

Независимо от версии, общими для UNIX чертами являются:

• многопользовательский режим со средствами защиты данных от несанкционированного доступа;

• реализация мультипрограммной обработки в режиме разделения времени;

• унификация операций ввода-вывода;

• иерархическая файловая система, образующая единое дерево каталогов независимо от количества физических устройств, используемых для размещения файлов;

• переносимость системы;

• разнообразные средства взаимодействия процессов, в том числе и через сеть.

4-й этап (с начала 90-х гг. ХХ в. – по настоящее время)

В 90-е гг. практически все операционные системы, занимающие заметное место на рынке, стали сетевыми. В настоящее время сетевые функции встраиваются в ядро операционной системы, являясь её неотъемлемой частью. Операционные системы получили средства для работы со всеми основными технологиями локальных и глобальных сетей, а также средства для создания составных сетей. В операционных системах используются специальные средства, с помощью которых компьютеры могут поддерживать одновременную сетевую работу с разнородными клиентами и серверами. Появились специализированные операционные системы, которые предназначались исключительно для выполнения коммуникационных задач.

Во второй половине 90-х гг. все производители операционных систем резко усилили поддержку работы с Internet: в комплект поставки начали включать утилиты, реализующие такие популярные сервисы Internet, как telnet, ftp, WWW и др.

Особое внимание в течение всех последних десятилетий уделяется корпоративным сетевым операционным системам. Их дальнейшее развитие представляет одну из наиболее важных задач и в обозримом будущем. Корпоративная операционная система отличается способностью хорошо и устойчиво работать в крупных сетях, которые характерны для большинства предприятий, имеющих отделения в разных городах и странах. Таким сетям присуща высокая степень неоднородности программных и аппаратных средств, поэтому корпоративная ОС должна взаимодействовать с операционными системами разных типов и работать на различных аппаратных платформах.

На современном этапе развития операционных систем на передний план вышли средства обеспечения безопасности. Это связано с возросшей ценностью информации, обрабатываемой на персональном компьютере, а также с повышенным уровнем угроз, существующих при передаче данных по сетям, особенно по сети Internet. Многие операционные системы обладают сегодня развитыми средствами защиты информации, основанными на шифрации данных, аутентификации и авторизации пользователей.

Современным операционным системам присуща многоплатформенность, т. е. способность работать на различных типах компьютеров. Многие ОС имеют специальные версии для поддержки кластерных архитектур, обеспечивающих высокую производительность и отказоустойчивость.

В последние годы получила дальнейшее развитие долговременная тенденция повышения удобства работы человека с компьютером. Эффективность работы человека становится основным фактором, определяющим эффективность вычислительной системы в целом. Усилия человека не должны тратиться на настройку параметров вычислительного процесса, как это происходило в операционных системах предыдущих поколений. Например, в системах пакетной обработки каждый пользователь должен был с помощью языка управления заданиями определить большое количество параметров, относящихся к организации вычислительных процессов в компьютере.

Постоянно повышается удобство интерактивной работы с компьютером путём включения в операционные системы развитых графических интерфейсов, использующих наряду с графикой звук и видеоизображение. Пользовательский интерфейс ОС становится всё более интеллектуальным, направляя действия человека в типовых ситуациях и принимая за него рутинные решения.

Этапы развития операционных систем представлены на рис. 2.2.

Перспективы развития операционных систем

Постоянное динамичное развитие платформ предполагает и развитие операционных систем, хотя строить долговременные прогнозы достаточно сложно. Однако можно выделить общие основные тенденции и возможные направления развития ОС:

Первое направление — усложнение операционных систем. Современные операционные системы превращаются в огромный набор программ, утилит и т. п., занимая иногда больше места на диске, чем программы, которые используют сервис, предоставляемый этими операционными системами.

Второе направление — развитие объектно ориентированной технологии создания операционных систем, позволяющей персональному компьютеру манипулировать различными объектами (программами, модулями или блоками данных) независимо от способа их представления на экране монитора.

Третье направление связано с тем фактом, что операционные системы и программное обеспечение всегда отражают архитектурные решения аппаратной части персонального компьютера. Таким образом, можно сделать вывод, что тенденции развития ОС непосредственно связаны с развитием аппаратной части ПК.

Рис. 2.2. Этапы развития операционных систем

Четвертое направление развития операционных систем – это разработка ОС, способных работать на всем спектре вычислительных систем (аппаратных платформ): от персональных компьютеров до суперкомпьютеров.

2.4. Прикладные решения и средства их разработки

Средства разработки прикладных решений – это очень важная часть платформы персонального компьютера. От гибкости, богатства, удобства и надежности этих средств зависит популярность платформы. Платформа без средств разработки приложений под неё перестает существовать.

Все поставщики платформ поставляют и средства разработки прикладных решений в той или иной форме. Производители операционных систем предлагают всевозможные компиляторы и интерпретаторы, системы управления базами данных, системы организации взаимодействия (например, электронная почта). Конечно, решения для популярных операционных систем предлагают не только фирмы-создатели, но и другие фирмы-разработчики.

Для платформ, у которых возможности осуществления разработки решений непосредственно на них ограничены (например, для сотовых телефонов), производители предлагают средства разработки, функционирующие под популярной и мощной операционной системой (Windows, Linux). В дополнение к этим средствам предлагается эмулятор целевой платформы, на котором можно отладить решение, не используя целевую платформу непосредственно.

В настоящее время набирают популярность решения, обеспечивающие независимость разрабатываемых прикладных решений не только от аппаратной составляющей платформы, но и от операционной системы. Самые популярные решения подобного рода – Java и Net.

Основная идея этих платформ состоит в создании «виртуальной машины» – специального программного комплекса, функционирующего на конкретной аппаратной платформе и на конкретной операционной системе. Прикладную программу обрабатывает виртуальная машина, которая преобразует «виртуальные команды» в команды конкретной программно-аппаратной платформы. В итоге получается, что программа для виртуальной машины функционирует на множестве связок «аппаратная часть – операционная система» без переделки. Единственное условие – наличие виртуальной машины для конкретного программно-аппаратного решения. Самая распространенная аппаратно-независимая платформа – Java.

Существует определенный класс программных продуктов – конструкторов, использование которых ограничено какой-либо предметной областью. Эти продукты реализуют не только базовую функциональность, но и гибкие средства создания решений в определенной области деятельности. Такие программные продукты зачастую называются прикладными платформами.

Под прикладной платформой понимаются среда исполнения и набор технологических решений, используемых в качестве основы для построения определенного круга приложений. Фактически приложения базируются на нескольких платформах, образующих многослойную среду. При этом важно, что платформа предоставляет разработчику определенную модель, как правило, изолирующую его от понятий и подробностей более низкоуровневых технологий и платформ.

Ключевым качеством прикладной платформы является достаточность ее средств для решения задач, стоящих перед бизнес-приложениями. Это обеспечивает хорошую согласованность всех технологий и инструментов, которыми пользуется разработчик. Другой важный момент – стандартизация. Наличие единой прикладной платформы для большого количества прикладных решений способствует формированию общего «культурного слоя», включающего и людей (программистов, аналитиков, пользователей), и методологию (типовые структуры данных, алгоритмы, пользовательские интерфейсы). Опираясь на этот «культурный слой», разработчик тратит минимум усилий на поиск необходимого решения практически в любой ситуации, начиная от включения в проект нового специалиста и кончая реализацией какой-либо подсистемы бизнес-приложения по типовой методологии.

Типичный представитель специальных прикладных платформ – система «1С: Предприятие». Сама по себе система является гибким, настраиваемым под нужды конкретного предприятия конструктором, предоставляющим разработчику решений «более прикладные» методы и средства по сравнению с традиционными языками программирования, т. е. такая платформа представляет собой набор различных механизмов, используемых для автоматизации экономической деятельности и не зависящих от конкретного законодательства и методологии учета.

Существуют комплексные прикладные системы масштаба корпораций, которые являются основой для надежного ведения крупного бизнеса, так называемые ERP-системы (Enterprise Resource Planning Systems). Эти системы также являются прикладной платформой, гибко настраиваемой в своей предметной области.

2.5. Критерии выбора платформы

Выбор платформы представляет собой чрезвычайно сложную задачу, которая состоит из двух частей:

1. Определение сервиса, который должен обеспечиваться платформой

2. Определение уровня сервиса, который может обеспечить данная платформа

Существует несколько причин, в силу которых достаточно сложно оценить возможности платформы с выбранным набором компонентов, которые включаются в систему:

• подобная оценка прогнозирует будущее: предполагаемую комбинацию устройств, будущее использование программного обеспечения, будущих пользователей;

• конфигурация аппаратных и программных средств связана с определением множества разнородных по своей сути компонентов системы, в результате чего сложность быстро увеличивается;

• скорость технологических усовершенствований аппаратных средств, функциональной организации системы, операционных систем очень высокая и постоянно растет. Ко времени, когда какой-либо компонент широко используется и хорошо изучен, он часто рассматривается как устаревший.

• доступная потребителю информация об аппаратном обеспечении, операционных системах, программном обеспечении носит общий характер. Структура аппаратных средств, на базе которых работают программные системы, стала настолько сложной, что эксперты в одной области редко являются таковыми в другой.

Выбор той или иной платформы и конфигурации определяется рядом критериев. К ним относятся:

1. Отношение стоимость-производительность.

2. Надежность и отказоустойчивость.

3. Масштабируемость.

4. Совместимость и мобильность программного обеспечения.

Отношение стоимость-производительность. Появление любого нового направления в вычислительной технике определяется требованиями компьютерного рынка. Поэтому у разработчиков компьютеров нет одной единственной цели. Мейнфрейм или суперкомпьютер стоят дорого, т. к. для достижения поставленных целей при проектировании высокопроизводительных конструкций приходится игнорировать стоимостные характеристики. Другим крайним примером может служить низкостоимостная конструкция, где производительность принесена в жертву для достижения низкой стоимости. К этому направлению относятся персональные компьютеры. Между этими двумя крайними направлениями находятся конструкции, основанные на отношении стоимость-производительность, в которых разработчики находят баланс между стоимостными параметрами и производительностью. Типичными примерами такого рода компьютеров являются мини-компьютеры и рабочие станции.

Надежность и отказоустойчивость. Важнейшей характеристикой аппаратной платформы является надежность. Повышение надежности основано на принципе предотвращения неисправностей путем снижения интенсивности отказов и сбоев за счет применения электронных схем и компонентов с высокой и сверхвысокой степенью интеграции, снижения уровня помех, облегченных режимов работы схем, обеспечение тепловых режимов их работы, а также за счет совершенствования методов сборки аппаратной части персонального компьютера.

Введение отказоустойчивости требует избыточного аппаратного и программного обеспечения. Структура многопроцессорных и многомашинных систем приспособлена к автоматической реконфигурации и обеспечивает возможность продолжения работы системы после возникновения неисправностей. Понятие надежности включает не только аппаратные средства, но и программное обеспечение. Главной целью повышения надежности систем является целостность хранимых в них данных.

Мейнфрейм – это электронно-вычислительная машина, относящаяся к классу больших ЭВМ с высокой производительностью, поддерживающая многопользовательский режим работы для решения специализированных задач.

Отказоустойчивость – это свойство вычислительной системы, которое обеспечивает возможность продолжения действий, заданных программой, после возникновения неисправностей.

Масштабируемость должна обеспечиваться архитектурой и конструкцией компьютера, а также соответствующими средствами программного обеспечения.

Добавление каждого нового процессора в действительно масштабируемой системе должно давать прогнозируемое увеличение производительности и пропускной способности при приемлемых затратах. В действительности реальное увеличение производительности трудно оценить заранее, поскольку оно в значительной степени зависит от динамики поведения прикладных задач.

Возможность масштабирования системы определяется не только архитектурой аппаратных средств, но и зависит от заложенных свойств программного обеспечения. Простой переход, например, на более мощный процессор может привести к перегрузке других компонентов системы. Это означает, что действительно масштабируемая система должна быть сбалансирована по всем параметрам.

Совместимость и мобильность программного обеспечения. В настоящее время одним из наиболее важных факторов, определяющих современные тенденции в развитии информационных технологий, является ориентация компаний-поставщиков компьютерного оборудования на рынок прикладных программных средств. Это объясняется прежде всего тем, что для конечного пользователя в конце концов важно программное обеспечение, позволяющее решить его задачи, а не выбор той или иной аппаратной платформы. Переход от однородных сетей программно-совместимых компьютеров к построению неоднородных сетей, включающих компьютеры разных фирм-производителей, в корне изменил и точку зрения на саму сеть: из сравнительно простого средства обмена информацией она превратилась в средство интеграции отдельных ресурсов – мощную распределенную вычислительную систему, каждый элемент которой лучше всего соответствует требованиям конкретной прикладной задачи.

Этот переход выдвинул ряд новых требований:

Во-первых, такая вычислительная среда должна позволять гибко менять количество и состав аппаратных средств и программного обеспечения в соответствии с меняющимися требованиями решаемых задач.

Во-вторых, она должна обеспечивать возможность запуска одних и тех же программных систем на различных аппаратных платформах, т. е. обеспечивать мобильность программного обеспечения.

В-третьих, эта среда должна гарантировать возможность применения одних и тех же человеко-машинных интерфейсов на всех компьютерах, входящих в неоднородную сеть.

ИЗ ГЛАВЫ РЕКОМЕНДУЕТСЯ ЗАПОМНИТЬ

• Платформа – совокупность взаимодействующих между собой аппаратных средств и операционной системы, под управлением которой функционируют прикладные программы и средства для их разработки.

• Принцип «открытой архитектуры» – это степень открытости организации конфигурации ПК, которая позволяет выполнять модернизацию компьютера, включать в него дополнительные новые совместимые устройства.

• Существует два основных варианта решения проблемы совместимости компьютерных платформ: 1) аппаратные решения – это специальные платы, несущие на себе дополнительные процессор, оперативную память и видеопамять другой аппаратной платформы; 2) программные решения – это специально написанные программы-эмуляторы, позволяющие запустить программное обеспечение, разработанное для персональных компьютеров одного типа на другом ПК.

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

• Развитие операционных систем будет идти по следующим направлениям: первое – современные ОС превращаются в огромный набор программ; второе – развитие объектно ориентированной технологии создания ОС; третье – развитие ОС связано с развитием аппаратной части; четвертое – разработка ОС, способных работать на всем спектре вычислительных систем.

• Прикладные решения и средства их разработки – это средства выполнения и комплекс технологических решений, используемых в качестве основы для построения определенного круга прикладных программ.

• Выбор той или иной платформы и конфигурации определяется рядом критериев. К ним относятся: отношение стоимость-производительность; надежность и отказоустойчивость; масштабируемость; совместимость и мобильность программного обеспечения.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Расставьте в правильной последовательности этапы развития операционных систем в соответствии с их основными характеристиками:

1 этап

Основные характеристики ОС:

• наличие сетевых функций, встроенных в ядро операционных систем;

• появление корпоративных операционных систем с поддержкой различных компьютерных платформ;

• наличие средств обеспечения безопасности информации;

• развитие графических интерфейсов операционных систем

2 этап

Основные характеристики ОС:

• мультипрограммный режим работы пакетной обработки;

• независимость программирования от внешних устройств;

• наличие систем, работающих в режиме реального времени

3 этап

Основные характеристики ОС:

• возможность пакетной обработки задач;

• наличие подпрограмм ввода-вывода, облегчающих процедуры ввода и вывода данных;

• наличие средств исправления ошибок

4 этап

Основные характеристики ОС:

• создание сетевых операционных систем;

• создание операционных систем для мини-компьютеров;

• появление первой открытой операционной системы UNIX

ГЛАВА 3

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ

Техника дойдет до такого совершенства, что человек сможет обойтись без себя.

Станислав Ежи Лец

• Понятие технологического процесса обработки информации, классификация технологических процессов;

• Операции технологического процесса, их классификация. Процедуры технологического процесса обработки информации.

• Технические средства формирования первичной информации, передачи данных, хранения, поиска и обработки информации.

• Этапы технологического процесса обработки данных.

• Оформление технологического процесса: схема данных, схема работы системы, схема взаимодействия программ.

3.1. Технологический процесс обработки информации и его классификация

Внедрение и эффективное функционирование информационных технологий зависит от организации технологического процесса обработки информации на экономическом объекте.

Технологический процесс преобразует информацию, начиная с момента возникновения исходных данных и заканчивая получением ожидаемых результатов.

Построение технологического процесса обработки информации на предприятиях или в организациях определяется следующими факторами: