Профессиональные компьютерные системы обзор
Обновлено: 07.07.2024
Мы не мыслим свою жизнь без компьютеров, и тем не менее многие не знают, что представляет собой «начинка» ПК. Поэтому вопрос «как выбрать компьютер?» ставит многих людей в тупик. На какие параметры обратить внимание при выборе компьютера для дома или офиса — об этом доступным языком в нашей статье.
Какой компьютер подойдет для дома
Для начала нужно определиться, какой тип компьютера для дома вам нужен — стационарный (десктоп) или миниатюрный (ноутбук, моноблок, неттоп). Они различаются не только размерами. Конечно, ноутбук, моноблок или неттоп гораздо компактнее, а это важно, если вы живете в очень маленькой квартире или студии. К тому же ноутбук мобилен, его можно брать с собой куда угодно — это плюс, если вы часто путешествуете и не хотите расставаться с ним.
Однако есть и другие принципиальные различия. Ноутбуки обычно гораздо менее производительны, чем настольные компьютеры (исключение составляют ноутбуки, разработанные специально для игр), возможности по модернизации ноутбуков сильно ограничены — если в стационарном ПК вы можете заменить практически любые комплектующие, то сделать апгрейд ноутбука сложнее. Вы сможете разве что заменить оперативную память и жесткий диск, а также приобрести внешнюю видеокарту, но даже это возможно не для каждой модели.
В стационарных моделях возможность подбора комплектующих позволяет сконструировать идеальный ПК, который будет соответствовать вашим потребностям. Еще один немаловажный момент — монитор компьютера может быть почти любого размера и качества, выбор сейчас огромен. А вот монитор ноутбука практически никогда не бывает больше 18 дюймов по диагонали, и заменить его вы не сможете.
В общем, если мобильность для вас — не приоритет, то вам нужен стационарный ПК, и в дальнейшем мы будем говорить именно о нем.
Итак, компьютер для дома — как вы намерены использовать его? Обычно люди покупают ПК для учебы, для игр и развлечений, таких как просмотр кино, а также серфинга по интернету. Как выбрать компьютер для каждой из этих задач и на что обратить внимание?
Компьютер для игр
Компьютер для развлечений
Какой выбрать компьютер для офиса и работы
Компьютер для решения базовых офисных задач
- Микропроцессор . Для офисного компьютера нужен такой же процессор, как и для домашнего ПК для развлечений, то есть 2-ядерный 2-поточный с частотой 2-3 ГГц. Например, AMD А8, A10 серии, Intel Pentium G4620.
- Оперативная память . Для офисной работы будет достаточно 4 Гб.
- Видеокарта . Отдельная видеокарта обычному офисному компьютеру не требуется, таким машинам хватает материнской платы с интегрированным видео.
- Жесткий диск . Вам не понадобится диск объемом более 1 Тб.
- SSD . Для офисного компьютера подойдет SSD объемом 240 Гб, к примеру Silicon Power S60.
- Материнская плата . Хватит и простой материнской платы — B250/H270 (для Intel) и A320 (для AMD).
- Блок питания . Офисному компьютеру хватит блока питания мощностью 400 Вт.
- Монитор . Поскольку такой компьютер будет использоваться в основном для офисных программ вроде Word и Excel, нет необходимости тратиться на большой монитор — недорогого матового монитора с диагональю 20 дюймов будет более чем достаточно.
Подыскивая хороший компьютер для дома или офиса, нужно обратить внимание на модели заводской сборки. Их комплектующие подобраны инженерами согласно базовым потребностям и совместимости. Собирать компьютер самостоятельно имеет смысл лишь в том случае, если вы энтузиаст и любите посмотреть, как это устроено. Если у вас имеются особые требования к машине — как правило, это необходимо геймерам, профессиональным дизайнерам, видеооператорам, монтажерам и т.д. — то надо воспользоваться услугой «сборка под заказ», где продавец учтет все ваши пожелания, но с учетом качества комплектующих, их совместимости и цены. Но для учебы и офисной работы проще и надежнее купить готовое решение. Если же вы все-таки хотите собрать машину самостоятельно, можно воспользоваться конфигураторами для подбора комплектующих: в интернете их очень много, но один из самых удобных — конфигуратор на сайте компании «Ф-Центр» .
Рабочая станция для решения специфических задач
Как видите, от целей, для которых вы собираетесь использовать компьютер, зависит его комплектация, а следовательно, и цена. Именно поэтому стоит попробовать вникнуть в тонкости, чтобы не переплачивать за лишний функционал — или, что еще хуже, не купить компьютер, который не соответствует задачам.
Белоногова Нарцисса Николаевна Ответственный редактор
Покупая хороший компьютер для развлечений или работы, обратите внимание на микропроцессор. Хорошим решением станут устройства AMD Ryzen.
Ноутбуки HP: модели, характеристики и цены. Какой ноутбук HP лучше купить?
Жесткие диски для видеонаблюдения: как выбрать и какие бывают?
SSD-диски: типы и виды, обзор Intel® Optane™, какая флеш-память лучше?
Рабочая станция (workstation) — это профессиональный компьютер, предназначенный для научно-инженерных исследований и расчётов, обработки изображений, звука и видео, систем автоматизированного проектирования (САПР) и моделирования, географических информационных систем (ГИС) и других узкоспециализированных задач.
Как правило, его мощность и функциональные возможности избыточны для повседневных задач обычных пользователей, при этом они необходимы при использовании специализированного ПО с высокими аппаратными требованиями. Рабочая станция — это профессиональный инструмент специалистов в области САПР, дизайнеров, разработчиков, мультипликаторов, видеомонтажёров и фотографов.
Отличия рабочей станции от ПК
За время своего существования термин workstation так и не получил чёткого определения — максимально точного и подходящего к любому оборудованию этого класса. Однако это не мешает выделить признаки, характерные для рабочей станции и нехарактерные для настольного ПК, вне зависимости от его принадлежности к тому или иному ценовому сегменту.
1. Надёжность, мощность и оптимизация под ПО
Рабочая станция — это вычислительная машина, которая обеспечивает оптимальную производительность и максимальную функциональность в профессиональных приложениях. При использовании обычных ПК для выполнения ресурсоёмких задач возможны задержки и подтормаживания, в то время, когда на системах класса workstation они исключены.
Столь большой прирост в производительности обеспечивает мощный центральный процессор, большой объём памяти, профессиональная видеокарта, сетевой контроллер с высокой скоростью передачи данных и другие особенности. По причине высоких требований к надёжности в состав таких компьютеров входят компоненты, прошедшие тестирование и рассчитанные на бесперебойную работу в течение длительного срока эксплуатации.
2. Поддержка памяти с коррекцией ошибок (ECC)
В отличие от обычной (non-ECC), такая память автоматически обнаруживает и устраняет ошибки битов. Это обеспечивает защиту системы от некорректной работы из-за неисправных RAM-модулей и снижает риск её критического отказа.
Память с коррекцией ошибок стоит дороже обычной, равно как и процессоры и системные платы, которые её поддерживают. Эти модули используются только в компьютерах, которые должны обеспечивать бесперебойную работу, — то есть серверах и рабочих станциях.
3. Поддержка многопроцессорных систем
В состав многих компьютеров класса workstation входят микропроцессоры линейки Intel Xeon. В отличие от семейств Core, Pentium и Celeron, они поддерживают многопроцессорные системы и применяются только в серверах или рабочих станциях.
Отметим, что эта особенность не является признаком всех систем workstation — есть и конфигурации с достаточно мощными Core i5, i7 или i9. Они не бывают многопроцессорными, при этом не теряют право называться рабочими станциями.
4. Надёжность дисковой подсистемы
Она обеспечивается резервированием накопителей в составе RAID-массива. При использовании этой технологии данные записываются сразу на несколько дисков, что снижает вероятность их потери при выходе из строя того или иного диска.
Заметим, что RAID-массив можно создать и на многих настольных ПК — для этого достаточно системной платы с поддержкой технологии (или контроллера) и нужного количества накопителей. Однако именно на рабочих станциях и серверах её использование полностью оправдывает вложенные средства.
5. Профессиональная графическая подсистема
Видеокарты профессионального уровня (например, nVidia Quadro) отличаются от обычных игровых (например, nVidia GeForce) сертификацией соответствующих приложений, высочайшей стабильностью драйверов и их оптимизацией с учётом решаемых задач.
Кроме этого, только профессиональные видеокарты имеют дополнительные возможности, доступные в прикладных приложениях. Рабочая станция с сертифицированным графическим чипсетом — это гарантированно высокая производительность и оптимальное распределение задач между центральным и графическим процессорами.
Компоненты рабочей станции
Подобно настольному ПК, компьютер класса workstation представляет собой системный блок с установленными компонентами. В их числе:
Материнская плата, которая служит основой для построения компьютерной системы. От неё зависит количество процессоров и максимальный объём оперативной памяти, которые могут быть установлены в корпус рабочей станции.
Центральный процессор, который выполняет команды, арифметические и логические действия, а также все задачи, так или иначе связанные с передачей данных. От него зависит общая производительность компьютерной системы.
Оперативная память, в которой хранятся машинные коды исполняемых программ и данные, обрабатываемые процессором. От её объёма зависит производительность компьютера в ресурсоёмких приложениях, а также степень комфорта при работе с системой.
Корпус, представляющий собой закрытое шасси для компонентов, в котором они защищены от внешних воздействий и могут работать в оптимальном температурном режиме. Его выбор определяет габариты компьютерной системы, возможность установки дополнительных дисков, соответствие дизайну помещения и другие факторы.
Блок питания, который обеспечивает энергоснабжение всех компонентов, входящих в состав рабочей станции: системной платы, процессора, видеокарты, дисковых накопителей и других устройств. Хорошо, когда этот компонент имеет некоторый запас по мощности, отличается высокой энергоэффективностью и низким уровнем шума.
Накопители, которые используются для хранения данных и устанавливаются в предназначенные для этого отсеки в корпусе системного блока. Количество, тип и объём этих устройств зависят от требований к дисковой подсистеме рабочей станции. Когда их объёма достаточно, пользователю не приходится экономить дисковое пространство или пользоваться внешними устройствами хранения данных.
Видеокарты, которые служат для вывода изображения на экран и принимают участие в его формировании, снимая таким образом нагрузку с центрального процессора. Чем она мощнее, тем производительнее система в задачах, в той или иной степени связанных с 3D-графикой.
Критерии выбора
Настольная рабочая станция — это компьютер с мощным центральным процессором (от минимального Core i5 до мощнейшего Xeon Platinum), ECC-памятью DDR4 и, как правило, профессиональной видеоплатой nVidia Quadro или AMD FirePro. Для рационального выбора следует учитывать все критерии необходимого вида рабочей станции.
Форм-фактор компьютера
Большинство настольных рабочих станций выполнены в вертикальном форм-факторе с общим обозначением Tower. Их вид Miditower способен вместить стандартную системную плату ATX, несколько накопителей и, как правило, шесть карт расширения. Также есть меньшие по высоте корпусы Minitower, рассчитанные на установку платы microATX.
Помимо моделей башенного типа, также бывают рабочие станции в корпусах типа:
· Mini PC — компактные и расположенные в горизонтальной плоскости;
· Monoblock — совмещённые с монитором и занимающие минимум места;
· Desktop SFF — малого форм-фактора, располагаемые в горизонтальной плоскости.
Центральный процессор
Подобно серверам, многие компьютеры класса workstation комплектуют одним или двумя процессорами Xeon разных линеек. Модели серии E позиционируются для систем начального уровня, W — для большинства рабочих станций, масштабируемые Platinum — для профессиональных задач, требующих исключительно высокой производительности.
Также встречаются системы с процессорами для настольных ПК массовой категории — Intel Core i5, i7 или i9. Они подходят для многих профессиональных задач, при этом используются только в однопроцессорных рабочих станциях без возможности установки второго CPU.
Оперативная память
Все современные рабочие станции используют ОЗУ стандарта DDR4 либо SODIMM DDR4 (моноблоки и системы форм-фактора Mini PC). Минимально рекомендуемый объём — 8 Гб, для оптимального выбора следует отталкиваться от аппаратных требований используемого ПО. В большинство систем можно добавить дополнительные модули памяти, если базового объёма недостаточно для комфортной работы.
Дисковая подсистема
В состав большинства рабочих станций, за редкими исключениями, входят сразу два накопителя — SSD (на микросхемах флэш-памяти) и HDD (на магнитных дисках). Первый из них обеспечивает высокую скорость чтения и записи, второй — более внушительный объём дискового пространства.
Соответственно, на SSD-накопителе расположена операционная система и программное обеспечение, а данные хранятся на более медленном, но ёмком HDD. Такое распределение задач позволяет работать с комфортом и не испытывать нехватки свободного места на диске.
Наиболее распространённый объём SSD-диска — 256 Гб (достаточно для большинства задач), HDD — 1 Тб и выше. Меньшие значения этих параметров можно рекомендовать только в том случае, если большая часть данных хранится в облаке.
Графическая подсистема
В зависимости от назначения, можно выбрать рабочую станцию с интегрированным или дискретным видеоадаптером. Первый вариант — способ сэкономить средства, когда 3D-производительность не является важным критерием. В остальных случаях рекомендуются системы с профессиональными графическими платами. Самые мощные рабочие станции комплектуются двумя высокопроизводительными видеокартами.
Как выбрать рабочую станцию в зависимости от задач?
Когда речь заходит о выборе узкоспециализированной системы класса workstation, понятия «универсальная конфигурация» не существует. Важно всё — и производительность, обеспечиваемая нужными компонентами, и функциональность в профессиональных приложениях, и доступность нужного дискового пространства, и многое другое.
Для систем автоматического проектирования (САПР)
Процессор. Для CAD он (или они) должен иметь частоту от 3 ГГц или выше. Необходимое количество процессоров (1 или 2) и ядер определяется количеством и ресурсоёмкостью задач, а также нагрузкой, создаваемой другими приложениями, например, браузером и антивирусом.
Память. Для эффективного использования систем автоматизированного проектирования требуется не менее 8 Гб ОЗУ. Из них 4 Гб необходимы для работы ОС и САПР и 2-4 Гб — для открытых окон браузера и других задач. К полученному значению также стоит прибавить полный объём памяти видеоадаптера.
Видеокарта. Для CAD оптимальным выбором будут профессиональные модели nVidia Quadro. При этом модели P400, P600, P620, P630, P1000 подойдут для небольших проектов, P2000, P4000, P4200, P5000, P5200 и P6000 — для более крупных.
Диск. Этот компонент должен быть быстрым, если планируется работа с файлами большого объёма, для которой характерна интенсивная передача данных через оперативную память. При этом ёмкость накопителей можно увеличивать по мере роста потребности в свободном пространстве — необязательно сразу выбирать модель с самым дорогим SSD-диском.
Для видеомонтажа и обработки фотографий
Процессор. Для комфортной работы в Adobe Premiere Pro, Pinnacle Studio, Sony Vegas Pro и других популярных программах рекомендуются модели с максимальным количеством ядер. В зависимости от бюджета, можно выбрать однопроцессорную систему с 4-16 ядрами. Максимальные комфорт и скорость выполнения операций обеспечит двухпроцессорная конфигурация с 32-ядерными CPU. В свою очередь, для Adobe Photoshop и близких по функциональности приложений часто хватает и бюджетного двухъядерного процессора с частотой от 2 ГГц и выше.
Память. Если принимать во внимание системные требования программного обеспечения для видеомонтажа, то минимально комфортным значением этого параметра будет 8 Гб. С 16 Гб памяти процесс будет более комфортным, а при работе с разрешением 4K стоит сразу установить 32 Гб или больше.
Видеокарта. Для видеомонтажа и обработки изображений этот компонент не является особенно важным. В этом случае графическая карта используется для видеоэффектов, режимов масштабирования, наложения и других задач, не требующих высокой 3D-производительности. Соответственно, если видеомонтаж или обработка фото — единственная задача, то можно обойтись интегрированным чипсетом.
Диск. Минимально необходимый объём пространства для любого современного компьютера составляет 1 Тб. Меньший размер — 512 Гб — допустим при активной работе с облачными сервисами, когда накопитель используется в основном для операционной системы. Установка SSD в качестве системного диска увеличит скорость дисковых операций и сделает работу более комфортной.
Для звуковой студии
Процессор. Для комфортной работы в профессиональных программах рекомендуется выбрать модель с высокой арифметической мощностью, зависящей от количества ядер. Оптимальный вариант — Intel Xeon с 12 или более ядрами.
Память. Объём, минимально необходимый программам для работы со звуком, — 8 Гб. Память общим размером 16 Гб и выше обеспечит более комфортную работу с профессиональными приложениями и позволит использовать другое ресурсоёмкое ПО.
Видеокарта. Для звуковой студии обычно рекомендуют платы с пассивным охлаждением, которые отличаются полным отсутствием шума. Также крайне важно, чтобы к компьютеру была возможность подключать два монитора.
Диск. По этой части рекомендации те же — для системы желательно использовать быстрый SSD, для хранения данных — стандартный накопитель на магнитных дисках. HDD с небольшими оборотами будут предпочтительнее, поскольку имеют меньший уровень шума.
Лучшие мобильные рабочие станции
Вместо заключения предлагаем вашему вниманию топ-3 систем, которые представляют собой оптимальное соотношение характеристик для разных задач.
1. Dell Precision 5820 (5820-2721) — высокая производительность в сложных проектах
· процессор — Intel Xeon W 2133 (3600 МГц);
· память — 32 Гб DDR4;
· видеокарта — nVidia Quadro P4000 8 Гб;
· диск — 512 Гб SSD + 2 Тб HDD;
· ОС — Windows 10 Pro 64.
Эта рабочая станция обеспечивает максимальную производительность в ресурсоёмких приложениях, постоянную защиту от сбоев, надёжный доступ к данным и бесперебойную работу профессиональных приложений. Приятным дополнением станет минимальный уровень шума, который был достигнут благодаря использованию эффективной системы охлаждения с многоканальной вентиляцией.
2. Dell Precision 3430 (3430-5635) — доступное решение для серьёзных задач
· процессор — Intel Core i5 8500 (3000 МГц);
· память — 8 Гб DDR4;
· видеокарта — Intel UHD Graphics 630;
Тут вы получаете полноценную рабочую станцию в компактном форм-факторе с масштабируемой подсистемой хранения данных, бесперебойной работой программ и низким процентом сбоев. Эта система сертифицирована независимыми поставщиками программного обеспечения и позволяет выполнять настройку для максимального быстродействия профессиональных приложений с помощью средства Dell Precision Optimizer.
3. MSI Vortex W25 8SL-203RU (9S7-1T3131-203) — достойная мощность в корпусе Mini PC
· процессор — Intel Core i7 8700 (3200 Мгц);
· память — 32 Гб DDR4;
· видеокарта — nVidia Quadro P4200 8 Гб;
· диск — 256 Гб SSD + 1 Тб HDD.
За эту стоимость вы получаете мощную однопроцессорную систему в компактном корпусе, которая подойдёт даже для самых требовательных приложений для работы с графикой. Эта рабочая станция — отличный выбор для проектирования с применением VR-технологий и видеомонтажа в формате 4K. Корпус MSI Vortex W25 настолько мал, что его можно прикрепить к задней стенке монитора или повесить на стену.
В этой статье мы разобрали выбор рабочей станции. Также на нашем канале вы можете узнать, как выбрать моноблок , тонкий клиент и монитор .
После краткого вводного обзора перейдем к основным понятиям и их определениям. Прежде всего, дадим определение операционной системы.
Операционная система ( ОС, в англоязычном варианте - operating system ) – базовое системное программное обеспечение , управляющее работой компьютера и являющееся посредником ( интерфейсом ) между аппаратурой ( hardware ), прикладным программным обеспечением ( application software ) и пользователем компьютера ( user ). Фактически операционная система с точки зрения пользователя– это как бы продолжение аппаратуры, надстройка над ней, обеспечивающая более удобное, надежное и безопасное использование компьютеров и компьютерных сетей.
Основные цели работы операционной системы следующие.
- Обеспечение удобства, эффективности, надежности, безопасности выполнения пользовательских программ. Для пользователя самое главное – чтобы его программа работала, вела себя предсказуемо , выдавала необходимые ему правильные результаты, не давала сбоев, не подвергалась внешним атакам. Вычислительную среду для такого выполнения программ и обеспечивает операционная система.
- Обеспечение удобства, эффективности, надежности, безопасности использования компьютера. Операционная система обеспечивает максимальную полезность и эффективность использования компьютера и его ресурсов, обрабатывает прерывания, защищает компьютер от сбоев, отказов и хакерских атак . Эта деятельность ОС может быть не столь заметной для пользователя, но она осуществляется постоянно.
- Обеспечение удобства, эффективности, надежности, безопасности использования сетевых, дисковых и других внешних устройств, подключенных к компьютеру. Особая функция операционной системы, без которой невозможно использовать компьютер, - это работа с внешними устройствами. Например, ОС обрабатывает любое обращение к жесткому диску, обеспечивая работу соответствующего драйвера (низкоуровневой программы для обмена информацией с диском) и контроллера (специализированного процессора, выполняющего команды ввода-вывода с диском). Любая "флэшка", вставленная в USB- слот компьютера, распознается операционной системой, получает свое логическое имя (в системе Windows – в виде буквы, например, G) и становится частью файловой системы компьютера на все время, пока она не будет извлечена (демонтирована).
- Подчеркнем особую важность среди функций современных ОС обеспечения безопасности, надежности и защиты данных. Следует учитывать, что компьютер и операционная система работают в сетевом окружении, в котором постоянно возможны и фактически происходят атаки хакеров и их программ, ставящие своей целью нарушение работы компьютера, "взлом" конфиденциальных данных пользователя, хранящихся на нем, похищение логинов, паролей, использование компьютера как "робота" для рассылки реклам или вирусов и др. В связи с этим в 2002 г. фирма Microsoft объявила инициативу по надежным и безопасным вычислениям (trustworthy computing initiative ), целью которой является повышение надежности и безопасности всего программного обеспечения, прежде всего – операционных систем. В данном курсе мы будем подробно останавливаться на том, какие действия по обеспечению надежности, безопасности и защите данных предпринимают современные ОС.
Компоненты компьютерной системы
Чтобы лучше понять место и роль операционной системы в процессе вычислений, рассмотрим компьютерную систему в целом. Она состоит из следующих компонентов:
- Аппаратура (hardware) компьютера, основные части которой – центральный процессор (Central Processor Unit - CPU ), выполняющий команды (инструкции) компьютера; память (memory),хранящая данные и программы, и устройства ввода- вывода, или внешние устройства (input-output devices, I/O devices ), обеспечивающие ввод информации в компьютер и вывод результатов работы программ в форме, воспринимаемой пользователем-человеком или другими программами. Часто на программистском слэнге аппаратуру называют "железом".
- Операционная система (operating system) – основной предмет нашего курса; системное программное обеспечение, управляющее использованием аппаратуры компьютера различными программами и пользователями.
- Прикладное программное обеспечение (applications software) – программы, предназначенные для решения различных классов задач. К ним относятся, в частности, компиляторы, обеспечивающие трансляцию программ с языков программирования, например, C++, в машинный код (команды); системы управления базами данных (СУБД ); графические библиотеки, игровые программы, офисные программы. Прикладное программное обеспечение образует следующий, более высокий уровень, по сравнению с операционной системой, и позволяет решать на компьютере различные прикладные и повседневные задачи.
- Пользователи (users) – люди и другие компьютеры. Отнесение пользователя-человека к компонентам компьютерной системы - вовсе не шутка, а реальность: любой пользователь фактически становится частью вычислительной системы в процессе своей работы на компьютере, так как должен подчиняться определенным строгим правилам, нарушение которых приведет к ошибкам или невозможности использования компьютера, и выполнять большой объем типовых рутинных действий – почти как сам компьютер. Одна из важных функций ОС как раз и состоит в том, чтобы избавить пользователя от большей части такой рутинной работы (например, резервного копирования файлов ) и позволить ему сосредоточиться на работе творческой. Другие компьютеры в сети также могут играть роль пользователей ( клиентов ) по отношению к данному компьютеру, выступающему в роли сервера, используемого, например, для хранения файлов или выполнения больших программ.
Девизом фирмы Sun Microsystems еще в 1982 г., при ее создании, стал афоризм " The network is the computer " ( Сеть – это компьютер ). Эту истину следует помнить всем пользователям компьютеров и их операционных систем и шире использовать возможности компьютерных сетей, распределяя различные функции между ее различными компьютерами (или хостами – hosts, как на компьютерном слэнге принято называть компьютеры в сети). Изолированный от сети компьютер ныне – это "каменный век". Отсюда – неразрывная связь операционных систем и сетей.
Общая картина функционирования компьютерной системы
увеличить изображение
Рис. 1.1. Общая картина функционирования компьютерной системы
Пользователям компьютера доступны верхние уровни программного обеспечения – системные и прикладные программы (например, компиляторы, текстовые редакторы, системы управления базами данных ). Эти программы взаимодействуют с операционной системой, которая, в свою очередь , управляет работой компьютера.
Классификация компьютерных систем
Для того, чтобы представить себе разнообразие и масштабируемость операционных систем, рассмотрим прежде всего классификацию современных компьютерных систем, для которых разрабатываются и используются ОС – от суперкомпьютеров до мобильных устройств, - и суммируем требования к ОС для этих классов компьютеров.
Суперкомпьютеры (super-computers) – мощные многопроцессорные компьютеры, наиболее современные из которых имеют производительность до нескольких petaflops (10 15 вещественных операций в секунду; аббревиатура flops расшифровывается как floating-point operations per second ). Пример – суперкомпьютер "Ломоносов", установленный в МГУ. Суперкомпьютеры используются для вычислений, требующих больших вычислительных мощностей, сверхвысокой производительности и большого объема памяти. В реальной практике это прежде всего задачи моделирования – например, моделирования климата в регионе и прогнозирования на основе построенной модели погоды в данном регионе на ближайшие дни. Особенностью суперкомпьютеров является их параллельная архитектура – как правило, все они являются многопроцессорными. Соответственно, ОС для суперкомпьютеров должны поддерживать распараллеливание решения задач и синхронизацию параллельных процессов , одновременно решающих подзадачи некоторой программы.
Многоцелевые компьютеры, или компьютеры общего назначения (mainframes) – традиционное историческое название для компьютеров, распространенных в 1950-х – 1970-х гг., еще до эпохи всеобщего распространения персональных компьютеров. Именно для mainframe -компьютеров создавались первые ОС. Типичные примеры таких компьютеров: IBM 360/370; из отечественных – М-220, БЭСМ-6. На таких компьютерах решались все необходимые задачи – от расчета зарплаты сотрудников в организации до расчета траекторий космических ракет. Подобный компьютер выглядел достаточно неуклюже и громоздко и мог занимать целый большой зал. Вспомните, например. огромный компьютер HAL на космическом корабле в фантастическом фильме 1960-х гг. Стэнли Кубрика "Космическая одиссея 2001 г." Но никакие фантасты не смогли предвидеть прогресса компьютерной техники XXI века – прежде всего, того, что мощный компьютер будет не занимать целую комнату, а помещаться в небольшом ящике. Параметры ранних mainframe -компьютеров были весьма скромными: быстродействие - несколько тысяч операций в секунду, оперативная память – несколько тысяч ячеек (слов). Недостаточно удобным был пользовательский интерфейс (интерактивное взаимодействие с компьютерами было реализовано гораздо позже, в 1960-х гг.). Тем не менее, на таких компьютерах решались весьма серьезные задачи оборонного и космического назначения. С появлением персональных и портативных компьютеров классические mainframe -компьютеры ушли в прошлое. Однако следует подчеркнуть, что в именно в операционных системах для mainframe -компьютеров были реализованы все основные методы и алгоритмы, рассмотренные в данном курсе, которые впоследствии были использованы в ОС для персональных, карманных компьютеров и мобильных устройств.
Кластеры компьютеров (computer clusters) – группы компьютеров, физически расположенные рядом и соединенные друг с другом высокоскоростными шинами и линиями связи. Кластеры компьютеров используются для высокопроизводительных параллельных вычислений . Наиболее известны в мире компьютерные кластеры, расположенные в исследовательском центре CERN (Швейцария) – том самом, где находится большой адронный коллайдер. Как правило, компьютерные кластеры располагаются в исследовательских институтах и в университетах, в том числе, например, в Петродворцовом учебно-научном комплексе СПбГУ они используются в Петродворцовом телекоммуникационном центре (ПТЦ), на нашем математико-механическом и на физическом факультетах. Операционная система для кластеров должна, помимо общих возможностей, предоставлять средства для конфигурирования кластера, управления компьютерами (процессорами), входящими в него, распараллеливания решения задач между компьютерами кластера и мониторинга кластерной компьютерной системы. Примерами таких ОС являются ОС фирмы Microsoft – Windows 2003 for clusters ; Windows 2008 High-Performance Computing ( HPC ).
Настольные компьютеры (desktops) – это наиболее распространенные в настоящее время компьютеры, которыми пользуются дома или на работе все люди, от школьников и студентов до домашних хозяек. Такой компьютер размещается на рабочем столе и состоит из монитора, системного блока, клавиатуры и мыши. Параметры современного (2010 г.) настольного компьютера, наиболее приемлемые для использования современных ОС: быстродействие процессора 1 – 3 ГГц, оперативная память – 1 – 8 гигабайт и более, объем жесткого диска ( hard disk drive – HDD ) – 200 Гб – 1 Тб и более (1 терабайт, Тб = 1024 Гб). Все разнообразие современных операционных систем ( Windows , Linux и др.) – к услугам пользователей настольных компьютеров. При необходимости на настольном компьютере можно установить две или более операционных системы, разделив его дисковую память на несколько разделов ( partitions ) и установив на каждый из них свою операционную систему, так что при включении компьютера пользователю предоставляется стартовое меню , из которого он выбирает нужную операционную систему для загрузки.
Портативные компьютеры (laptops, notebooks – дословно "компьютеры, помещающиеся на коленях"; "компьютеры-тетрадки") – это миниатюрные компьютеры, по своим параметрам не уступающие настольным, но по своим размерам свободно помещающиеся в небольшую сумку или рюкзак или, например, на коленях пользователя, летящего в самолете в командировку и не желающего терять времени даром. Ноутбуки стоят обычно в несколько раз дороже, чем настольные компьютеры с аналогичными характеристиками. На ноутбуках используются те же операционные системы, что и для настольных компьютеров (например, Windows или MacOS). Характерными чертами портативных компьютеров являются всевозможные встроенные порты и адаптеры для беспроводной связи: Wi-Fi (официально IEEE 802.11 ) – вид радиосвязи, позволяющая работать в беспроводной сети с производительностью 10-100 мегабит в секунду (используется обычно на конференциях, в гостиницах, на вокзалах, аэропортах – т.е. в зоне радиусом в несколько сотен метров от источника приема-передачи); Bluetooth – также радиосвязь на более коротких расстояниях (10 – 100 м для Bluetooth 3.0), используемая для взаимодействия компьютера с мобильным телефоном, наушниками, плейером и др. Внешние устройства (дополнительные жесткие диски, принтеры, иногда даже DVD-ROM ) подключаются к ноутбуку через порты USB . Еще лет 10 назад на ноутбуках активно использовались инфракрасные порты ( IrDA ), которые, однако, неудобны, так как требуют присутствия "ответного" IrDA – порта другого устройства на расстоянии 20-30 см от порта ноутбука, при отсутствии между ними препятствий. Другая характерная черта ноутбуков – это наличие кард-ридеров – портов для чтения всевозможных карт памяти, используемых в мобильных телефонах или цифровых фотокамерах; обеспечивается также интерфейс FireWire (официально – IEEE 1394 ) для подключения цифровой видеокамеры; таким образом, ноутбуки хорошо приспособлены для ввода, обработки и воспроизведения обработки мультимедийной информации. Ныне портативный компьютер имеется почти у каждого студента, что они и используют для подготовки к ответу на экзамене, либо для решения задач практикума, иногда прямо в университетском буфете. Один из критических параметров ноутбука – время работы его батарей без подзарядки; очень хорошо, если это время составляет порядка 10 часов, что пока сравнительно редко; на компьютерах, используемых автором, это время составляет не более 5 часов. Популярная разновидность ноутбука ныне – это нетбук - ноутбук, предназначенный для работы в сети, обычно менее мощный и поэтому более дешевый, а также более миниатюрный.
Карманные портативные компьютеры и органайзеры (КПК, handhelds, personal digital assistants – PDA) – это "игрушки для взрослых" в виде миниатюрного компьютера, помещающегося на ладони или в кармане, но по своему быстродействию иногда не уступающего ноутбуку. При всей привлекательности, серьезные недостатки КПК, с точки зрения автора, - это неудобство ввода информации (приходится пользоваться палочкой- стилусом, - ведь не носить же с собой еще и громоздкую клавиатуру, - либо микроскопической выдвижной клавиатурой, на которой фактически тем же стилусом только и можно работать), а также неудобство чтения информации на маленьком экране. Автор уже "наигрался" в подобные КПК, - например, типа PalmPilot, - предпочитает пользоваться ноутбуками, а самым надежным органайзером считает . небольшой бумажный блокнот. Однако молодежь приглашается к этой увлекательной интересной игре – через все в жизни нужно пройти. Современные КПК имеют фактически те же порты и адаптеры, что и ноутбуки – Wi-Fi , Bluetooth , IrDA , USB . Операционные системы для КПК аналогичны ОС для ноутбуков, но все же учитывают более жесткие ограничения КПК по объему оперативной памяти. В настоящее время для КПК широко используется ОС Windows Mobile – аналог Windows для мобильных устройств . До недавнего времени была также широко распространена PalmOS для органайзеров типа PalmPilot фирмы 3COM . Разумеется, для КПК имеется аппаратура и программное обеспечение для подключения к ноутбуку или настольному компьютеру с целью синхронизации данных, что обеспечивает дополнительную надежность .
Носимые компьютеры (wearable computers) – для повседневной жизни достаточно экзотические устройства, однако для специальных применений (например, встроенные в скафандр космонавта или в кардиостимулятор) они жизненно важны. Разумеется, их память и быстродействие значительно меньше, чем у настольных компьютеров, но критическим фактором является их сверхвысокая надежность , а для их операционных систем и прочего программного обеспечения – минимальное возможное время ответа (response time) – интервал , в течение которого система обрабатывает информацию от датчиков, от пользователя или из сети, превышение которого грозит катастрофическими последствиями. С этой точки зрения, ОС для носимых компьютеров можно отнести к системам реального времени.
Распределенные системы (distributed systems) – это системы, состоящие из нескольких компьютеров, объединенных в проводную или беспроводную сеть . Фактически, таковы ныне все компьютерные системы (вспомните девиз "Сеть – это компьютер "). Все операционные системы должны, таким образом, поддерживать распределенный режим работы, средства сетевого взаимодействие, высокоскоростную надежную передачу информации через сеть . Все эти вопросы подробно рассмотрены в данном курсе.
Системы реального времени (real-time systems) – вычислительные системы, предназначенные для управления различными техническими, военными и другими объектами в режиме реального времени. Характеризуются основным требованием к аппаратуре и программному обеспечению, в том числе к операционной системе: недопустимость превышения времени ответа системы, т.е. ожидаемого времени выполнения типичной операции системы. Для ОС требования реального времени накладывают весьма жесткие ограничения – например, в основном цикле работы системы недопустимы прерывания (так как они приводят к недопустимым временным затратам на их обработку). Системы реального времени – особая весьма серьезная и специфическая область, изучение которой выходит за рамки данного курса.
Приведенный обзор дает некоторое представление о разнообразии компьютерных систем в наше время. Для каждой из них должна быть разработана адекватная операционная система .
Читайте также: