Конспект по дисциплине Архитектура ЭВМ на тему «Совместимость и мобильность программного обеспечения»
Совместимость и мобильность программного обеспечения
Концепция программной совместимости впервые в широких масштабах была применена разработчиками системы IBM/360. Основная задача при проектировании совместимых систем заключалась в создании такой архитектуры, которая была бы одинаковой с точки зрения пользователя для всех моделей системы независимо от цены и производительности каждой из них.
Совместимость позволяет сохранять существующий задел программного обеспечения при переходе на новые (как правило, более производительные) модели. Следует заметить однако, что со временем даже самая передовая архитектура неизбежно устаревает и возникает потребность внесения радикальных изменений архитектуру и способы организации вычислительных систем.
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.
Этот переход выдвинул ряд новых требований. Прежде всего 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.
Совместимость (информатика)
Аппаратная (техническая) совместимость (англ. hardware compatibility) — способность одного устройства работать с узлами другого устройства. Включает в себя электромагнитную совместимость.
Информационная совместимость (англ. data compatibility) — способность двух или более систем адекватно воспринимать одинаково представленные данные.
Программная совместимость (англ. software compatibility) — способность выполнения одинаковых программ с получением одних и тех же результатов. В случае представления программ в виде двоичного кода, говорят о двоичной совместимости.При наличии аппаратной, информационной и программной совместимости устройств без ограничений для конечных пользователей говорят о полной совместимости этих устройств.
Совместимостью программ (англ. program compatibility) называется способность программ к взаимодействию друг с другом, возможно, в рамках более крупного программного комплекса.
Связанные понятия
Упоминания в литературе
Связанные понятия (продолжение)
О программном обеспечении рассказывает другая статья.Переносимое приложение (также портативное, автономное, и — неточно, в качестве кальки — портированное; англ. portable application, portable app) — программное обеспечение, которое для своего запуска не требует процедуры установки и может полностью храниться на съёмных носителях информации, что позволяет использовать данное ПО на многих компьютерах. Переносимое приложение может быть настроено так, чтобы считывать свои конфигурационные настройки.
В области компьютеризации под аппаратным ускорением понимают применение аппаратного обеспечения для выполнения некоторых функций быстрее по сравнению с выполнением программ процессором общего назначения. Примерами аппаратного ускорения может служить блоковое ускорение выполнения в графическом процессоре и инструкции комплексных операций в микропроцессоре.
Программная совместимость
Совместимость (compatibility) — способность аппаратных или программных средств работать с компьютерной системой. Аппаратная (техническая) совместимость ( hardware (equipment) compatibility) — способность одного компьютера работать с узлами или устройствами, входящими в состав другого компьютера. Составной частью аппаратной совместимости является электромагнитная совместимость (ЭМС) (ElectroMagnetic Compatibility, EMC) — способность работающих (в том числе, автономно друг от друга) технических средств не создавать взаимных электромагнитных помех, а также функционировать при наличии внешних электромагнитных полей. Также ЭМС называют ограничение собственного электромагнитного излучения устройств до уровня, не влияющего на работу других устройств.
Информационная совместимость (data compatibility) — способность двух или более компьютеров или систем адекватно воспринимать одинаково представленные данные. Частью информационной совместимости, а также средством ее обеспечения является совместимость форматов представления данных. Программная совместимость (software compatibility) — возможность выполнения одних и тех же программ на разных компьютерах с получением одинаковых результатов (не путать с совместимостью программ).
Совместимость программ (program compatibility) — пригодность программ к взаимодействию друг с другом и, в частности, к объединению в программные комплексы для решения более сложных задач, например, в автоматизированных системах. Полная совместимость (fully compatibility) — аппаратная, программная и информационная совместимость двух или более компьютеров без каких-либо ограничений для их пользователей.
. Совместимость компьютеров определяют, как правило, по отношению к компьютерам IBM AT. Как уже было сказано, первые ПК класса IBM AT создавались из уже широко представленных на компьютерном рынке элементов. Любой инженер, имеющий представление о структуре вычислительной системы, может без труда из таких «покупных» деталей собрать свой собственный ПК, подобный IBM AT. Единственным запатентованным фирмой IBM компонентом является набор из двух микросхем, названный BIOS (базовая система ввода- вывода). Именно записанный в этих схемах код лежит в основе совместимости.
В настоящее время программная совместимость уже не является камнем преткновения. Наборы BIOS даже самых малоизвестных фирм обеспечивают совместимость с компьютерами фирмы IBM. Разработчики программного обеспечения, стремясь расширить использование своей продукции, обязательно должны учитывать
программную совместимость с компьютерами фирмы IBM.
Аппаратная совместимость. Этот термин относится к системам, допускающим сопряжение, или устройствам с взаимозаменяемыми конструктивными узлами. Употребляют его и в случае, когда речь идет о модулях расширения. Некоторые из них, такие как платы памяти или видеоадаптер, не могут работать с набором BIOS некоторых ПК. В этом случае либо применяют другой набор BIOS, либо заменяют плату расширения.
Однако современные производители аппаратуры, стараясь заполучить как можно больше покупателей, стремятся во что бы то ни стало обеспечить аппаратную совместимость своей продукции с выпускаемыми изделиями.
Совместимость внутри одного пакета программ. Иногда случается так, что программы одного и того же программного обеспечения не могут вместе «сосуществовать» независимо от типа компьютера. Наиболее часто такие «конфликты» возникают между резидентными программами. Такая несовместимость не оказывает влияния на работу самого ПК, нарушается лишь выполнение программ.
Совместимость плат расширения. Иногда несовместимыми могут оказаться платы расширения. При этом не нарушается работа всего компьютера. Такая несовместимость связана лишь с невозможностью одновременной работы двух или более плат. В этом случае необходимо заменить одну из них.
Скоростная совместимость. Выполнение некоторых программ возможно лишь при определенной скорости. В случае запуска таких программ на более быстром компьютере их выполнение нарушается. Исправить подобное положение можно либо переключением на более низкую скорость, либо использованием сервисных программ, вызывающих снижение скорости работы.
Следует заметить, что два компьютера, IBM AT и IBM ХТ286, имеют наиболее высокую аппаратную и программную совместимости. Поэтому именно их приняли за стандарт, относительно которого определяется совместимость. Так, компьютеры типа IBM PS/2 Model 50 и 60, имея программное обеспечение, совместимое с IBM AT, физически с ними несовместимы. Это обусловлено принципиально новой аппаратной частью систем IBM PS/2. Их совместимость с ПК семейства AT возрастает по мере разработки новых стандартов на аппаратуру PS/2 и создания большего числа модулей расширения для них.
Совместимость аналогов и так называемых совместимых компьютеров с «фирменными» ПК постоянно повышается. В отличие от аналогов IBM-совместимые не являются полностью взаимозаменяемыми с самими компьютерами IBM AT. Отсюда и низкая оценка их аппаратной совместимости.
Несовместимость того или иного рода возможна в любом компьютере. Причиной ее возникновения, как было сказано, является отклонение от стандартного набора BIOS. Поэтому чем ближе набор BIOS компьютера к оригиналу AT, тем выше совместимость.
Программная совместимость ПК обеспечивается в первую очередь применением в них одной и той же операционной системы или однотипных операционных систем.
Стремление добиться совместимости компьютеров, выпускаемых разными фирмами в разных странах, привело к появлению в мире особого класса ПК, так называемых «IBM-совместимых».
В этих компьютерах используются микропроцессоры и операционные системы, являющиеся аналогами микропроцессоров и операционных систем, используемых в моделях ПК фирмы IBM.
«IBM-совместимыми» являются, в частности, отечественные компьютеры ЕС-1840, ЕС-1841, ЕС-1842, Искра-1030, Нейрон, болгарский «Правец-16», польские «Мазовия-1016» и «Мазовия- 2016» и др.
В составе ЦВМ в соответствии с определением вычислительной машины выделяют ряд устройств.
Устройство — часть машины, имеющая определенное функциональное назначение.
В соответствии с принципами построения и действия ЦВМ в состав любой ЦВМ входят.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) — функциональная часть ЦВМ, предназначенная для выполнения операций преобразования (обработки) величин: арифметических, логических (поразрядных), сдвига.
Устройство может включать в себя один универсальный операционный блок, настраиваемый на выполнение требуемой операции, или несколько операционных блоков, предназначенных для выполнения разнотипных операций.
Запоминающее устройство (ЗУ) — функциональная часть ЦВМ, предназначенная для записи, хранения и выдачи информации, представленной цифровыми кодами.
Довольно часто такое отдельное устройство называют памятью, т.е. слова «запоминающее устройство» и «память» — синонимы.
Дата добавления: 2016-03-20 ; просмотров: 11237 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Бесконечность проблемы обратной совместимости
(с)
Обратная совместимость применительно к аппаратным или программным системам означает способность успешно использовать интерфейсы и данные из более ранних версий системы. Этот принцип распространяется не только на программы, которые работают с файлами, созданными в более ранних версиях этих же программ, но и касается ситуаций работы со схожими алгоритмами. Например, Perl поддерживает обратную совместимость с другим языком — Awk, — который Perl был предназначен заменить.
Обратную совместимость легче выполнять, если предыдущие версии системы были разработаны с поддержкой встроенных функций, таких как хуки, плагины или API, которые позволяют добавлять новые возможности вашему софту, однако все из области backward compatibility (c упором на back) может стать головной болью для разработчиков.
Откажешься от нее совсем — расстроятся пользователи предыдущих версий систем и продуктов, вмиг потеряв весь парк накопленных гаджетов или программ. Обеспечишь полную обратную совместимость — станешь заложником прошлых решений, сделав свой продукт тяжелым, неповоротливым, или даже не способным на нужный прирост характеристик.
Разработчик каждый раз принимает трудное решение: должен ли продукт быть обратно совместимым. «Объективно правильного» решения здесь просто нет — в мире достаточно примеров успешной обратной совместимости и отказов от нее. Возможно, чей-то опыт поможет сделать вам правильный выбор прямо сейчас.
Давайте снова поменяем стандарт
Один из самых ярких примеров, когда об обратной совместимости решили забыть, это появление разъема USB 3.1 Type C (USB-C). Многие годы мы не ведали проблем: любой гаджет с разъемом micro- или miniUSB можно было воткнуть в любой соответствующий USB-порт. Но консорциум USB-IF создал разъем Type C, совершенно несовместимый механически ни с одним из сотен миллионов, а то и миллиардов смартфонов, кабелей, зарядных устройств и прочих гаджетов.
Еще одна проблема заключается в том, что не каждый USB-C кабель, порт, устройство и питание совместимы между собой: некоторые кабели с USB-C на обоих концах могут передавать лишь 5 Гбит/с, другие совместимы с 10 Гбит/с, а есть и те, что нельзя использовать для питания.
Ситуация привычная для тех, кто когда-то собирал себе компьютеры самостоятельно или занимался их апгрейдом. За последние 20–30 лет на наших глазах сменилось множество поколений шин и портов, почти каждое из которых не было обратно совместимо с предыдущими. Поменялись буквально все разъемы на материнской плате, и не по одному разу: сокеты процессоров, шины видеокарт и оперативной памяти, разъемы для подключения накопителей и периферии.
Нездоровая чехарда в мире процессоров продолжается до сих пор: вполне себе бодрые модели, которые гонять и гонять, через несколько лет уже нельзя поставить на новые материнские платы. Производителям трудно устоять перед соблазном регулярно делать бесполезными запасы железа у пользователей, заставляя их нести деньги на новые модели. Отсутствие обратной совместимости не греет душу, когда купленный три года назад процессор приходится менять на практически такой же, потому что умерла материнская плата.
Универсальный разъем, предназначенный для передачи данных и питания, способен стать единственным портом на устройстве — и в этом несомненный плюс USB Type-C. Можно смириться с отсутствием обратной совместимости в гаджетах, и даже отметить для себя плюсы (более высокую скорость передачи данных и иные параметры электропитания), но в сфере ПО болезненнее воспринимается несовместимость новых версий со старыми. Особенно это касается корпоративных продуктов, стоимость которых и влияние на бизнес-процессы слишком велики.
Геймдев
В экосистеме ПК игры обратно совместимы в течение десятилетий. Такие утилиты как DOSBox позволяют нам играть даже в самые ранние ПК-релизы. Фактор совместимости, при которой переход на новую версию системы с большой вероятностью не влечет за собой проблем, похоже, сыграл роль в текущем доминировании Windows. Да, в результате 32-битные версии Windows поддерживали запуск 16-битного программного обеспечения Windows и некоторый софт MS-DOS (а в 64-битных версиях, соответственно, работают 32-битные программы), но Microsoft получили огромную тяжелую платформу, в которой есть совместимость даже с ошибками.
А как дела у приставок?
Отчет Ars Technica показал, как пользователи Xbox One и Xbox 360 используют свои устройства. Интересно, что данные из отчета по приставке Microsoft совпадают с мнением корпорации Sony, которая не рассматривает обратную совместимость в PlayStation 4 как нечто важное. По мнению руководителя Sony Interactive Entertainment Europe Джима Райана, об этой функции больше говорят, чем реально пользуются. Хотя Sony действительно предоставила возможность скачать игры для PS1 и PS2 на PS4.
Некоторые сайты проводили свои собственные опросы в преддверии выхода Xbox One и PS4 — тогда было отмечено, что многие игроки заявляли о желании обратной совместимости. Microsoft привлекла большое внимание к обратной совместимости с Xbox One. Функция была в целом хорошо реализована, но сейчас не особо привлекает геймеров.
В линейках Nintendo DS и Wii также есть много примеров обратной совместимости.
Геймдевелоперы усилия компаний встретили более воодушевленно — больше не требуется изучать архитектуру с нуля, чтобы воспользоваться преимуществами нового консольного оборудования. Обратная совместимость позволяет относительно просто поддерживать релизы для всех устройств, созданных на основе общей архитектуры.
Обратная совместимость в языках
(с)
Каждый популярный язык программирования имеет ясную эволюцию, большую часть его жизни обозначенную версией: у вас есть Java 5, 6, 7 и т. д., PHP 5.1, 5.2, 5.3 и т. д. Каждая новая версия исправляет ошибки и добавляет функции, но если язык (или платформа) имеет фундаментальные изъяны, то разработчики либо избегают их (если могут), либо учатся жить с ними.
Разработчики языков получают много отзывов от программистов, использующих тот или иной язык программирования в своей работе. Кажется, что однажды выйдет версия языка, в которой все проблемы исчезнут. Но этого не происходит. Почему так? Один из вариантов — обратная совместимость.
У популярного PHP есть недостатки, и те, кто давно с ним работают, прекрасно знают, как можно обойти все ловушки и ямы языка. Теперь предположим, что в новой версии языка исправили все минусы, но потеряли обратную совместимость. В результате разработчик тратит время на обновление кода до актуальной версии PHP. То самое время, которое он мог бы потратить на выполнение запросов клиентов или внедрение новых функций.
Учитывая эти проблемы, понятен мотив тех, кто не хочет переходить на новую версию PHP, даже если она лучше, понятнее и безопаснее и т. д. Вы скажете, что это гипотетический пример. Возможно… Но в мире еще есть программисты, которые до сих пор работают на COBOL! Язык появился в 1958 году. К 1997 году активно использовалось около 240 миллиардов строк кода на COBOL, кодом на этом языке обрабатывалось около 90% финансовых транзакций в мире и 75% коммерческих транзакций. Самое интересное — это потрясающая совместимость языка: тот COBOL, который использовался в 60-х, может работать и на современном оборудовании.
Есть продукты, которые в принципе не могут поломать обратную совместимость, потому что это поставит на них крест. Например, Java: основная сфера применения этого языка — бизнес-приложения, по всему миру написано астрономическое количество строк кода, в том числе в огромных корпоративных кодовых базах. Код, написанный 20 лет назад, до сих пор работает. И если завтра выйдет версия Java, в которой разработчики накрутят фантастические фичи, но без обратной совместимости, то никто больше не станет инвестировать очень большие деньги в разработку серьезных — и дорогих — приложений. Так что Oracle придется либо всю жизнь тянуть за собой груз старых версий, либо открывать дорогу нововведениям, но при этом теряя большую долю клиентов. На третий вариант — поддерживать одновременно две ветки Java, с полноценным сопровождением и развитием — не согласится сама корпорация.
В свое время разработчики Python нарушили обратную совместимость, тем самым разозлив кучу пользователей. Большинство программистов не считало язык Python 2.x «ошибочным» или содержащим «фундаментальные изъяны». У них не было таких жалоб, какие появляются у разработчиков на PHP.
Сегодня сообщество языка разделено на два лагеря, при этом масса готовых библиотек под вторую версию не дает многим мигрировать на третью, хотя та и привнесла в язык ряд сильных улучшений. В результате закрепилось мнение, что «Python 3 — это худшее, что могло случиться с сообществом Python».
У проблемы есть и обратная сторона — Python 3 был выпущен в декабре 2008 года, но поддержка языка во фреймворке Django появилась только спустя пять лет.
Хотя нет 100% совместимости между C и C ++, но даже в C ++ есть обратная совместимость с очень ранними функциями языка (включая некоторые функции, унаследованные непосредственно от C).
Накопление технического долга
Иногда проблема возникает потому, что мы просто не в силах предсказать будущее. В 1981 году «Интернета» хватало всем и каждому — была описана первая широко используемая версия протокола IPv4, использующая 32-битные адреса, ограничивающие адресное пространство 4 294 967 296 возможными уникальными адресами.
4,3 миллиарда адресов IPv4 выглядели более чем достаточно для ARPANet. IPv6 появился в 1998 году (описан в RFC2460), но популярности протокол не снискал. Потребовалось более десяти лет, чтобы на проблему ограниченного количества адресов обратили внимание. И вот тогда стало понятно, что гигантская база разработанного и установленного программного и аппаратного обеспечения IPv4 требует сохранения обратной совместимости IPv6 с IPv4.
«Внезапно» выяснили, что IPv6 был разработан без полноценной совместимости с предыдущей версией — узел с поддержкой только IPv6 не может подключиться к узлу, работающему только по IPv4. Переход от IPv4 к IPv6 требовал «двухстековой» фазы, во время которой хост-компьютер взаимодействовал бы с обоими стеками протоколов одновременно, используя стек протокола IPv6 для взаимодействия с другими хост-компьютерами IPv6, а стек протокола IPv4 для взаимодействия с другими хост-компьютерами IPv4.
Некоторые коммутаторы, маршрутизаторы и устройства безопасности также оказались не совместимы с IPv6. Таким образом процесс перехода на IPv6 столкнулся со множеством проблем, решать которые предлагается разными способами. Ни одно из существующих решений нельзя назвать идеальным, но каждое из них найдет свое применение.
Философия обратной совместимости в ПО
Когда задумался, нужно ли в новой версии поддерживать совместимость (с)
В софте обратная совместимость, как правило, подразумевает сильное увеличение размеров файлов и всего приложения, но самое главное не это. Обратная совместимость обычно требует тащить за собой исторический багаж, что в интерпретируемых языках нередко приводит к заметным потерям в производительности.
При обратной совместимости раздувается кодовая база, усложняется архитектура приложения, затрудняется апгрейд приложений. Возникает желание отринуть старое и написать компактный, легкий код, использующий самые современные наработки.
Например, новая версия Skype больше не может устанавливать голосовые и видеосоединения с версиями под Windows XP. И, конечно, некоторые пользователи хотят проигнорировать новый релиз, предпочтя остаться на старом, но таком привычном.
Да, обратная совместимость сегодня считается одним из важнейших условий при разработке программных продуктов. Она позволяет пользователям наименее безболезненно — а значит, и комфортно — переходить на новые продукты. Производителям игровых приставок, например, важно обеспечивать обратную совместимость новых игр со старыми гаджетами, чтобы максимально расширять аудиторию потенциальных покупателей. Но при этом разработчикам труднее реализовывать новый уровень реалистичности графики и физики, что, по иронии, может снизить привлекательность системы для геймеров.
Мы сами периодически сталкиваемся со схожими вопросами. При написании облачного решения «горячего» хранения данных Hotbox можно было все полностью создать с «нуля» или использовать существующие наработки в Почте и Облаке Mail.Ru. Написание с нуля позволяет разом избавиться от всего накопившегося технического долга, однако это долго. Минус использования текущих наработок в том, что мы остаемся на языке Perl, для которого сложно находить новых разработчиков в связи с его не самой большой популярностью. Но плюсы этого решения существенно перевешивают: в этом языке у нас огромная экспертиза и наработанные годами инструменты. Так как было критично выпустить продукт в срок — мы решили остановиться на использовании Perl.
В результате получился продукт, который на данный момент нас полностью устраивает. В этом случае «обратная совместимость» вышла за пределы одного лишь сервиса — мы сделали совместимость не только с наработками в других проектах, но и с нашим собственным опытом. Осознание этого факта приводит к простой мысли: не всегда новый язык, новая версия программы или новый гаджет является универсальным решением поставленной перед вами задачи.
Требования к компонентам МВС
Масштабируемость
Масштабируемость представляет собой возможность наращивания числа и мощности процессоров, объемов оперативной и внешней памяти и других ресурсов вычислительной системы. Масштабируемость должна обеспечиваться архитектурой и конструкцией компьютера, а также соответствующими средствами программного обеспечения.
Так, например, возможность масштабирования кластера ограничена значением отношения скорости процессора к скорости связи, которое не должно быть слишком большим (реально это отношение для больших систем не может быть более 3-4, в противном случае не удается даже реализовать режим единого образа операционной системы). С другой стороны, последние 10 лет истории развития процессоров и коммуникаторов показывают, что разрыв в скорости между ними все увеличивается. Добавление каждого нового процессора в действительно масштабируемой системе должно давать прогнозируемое увеличение производительности и пропускной способности при приемлемых затратах. Одной из основных задач при построении масштабируемых систем является минимизация стоимости расширения компьютера и упрощение планирования. В идеале добавление процессоров к системе должно приводить к линейному росту ее производительности. Однако это не всегда так. Потери производительности могут возникать, например, при недостаточной пропускной способности шин из-за возрастания трафика между процессорами и основной памятью, а также между памятью и устройствами ввода/вывода. 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 зависит от свойств программного обеспечения. Масштабируемость программного обеспечения затрагивает все его уровни, от простых механизмов передачи сообщений до работы с такими сложными объектами как мониторы транзакций и вся среда прикладной системы. В частности, программное обеспечение должно минимизировать трафик межпроцессорного обмена, который может препятствовать линейному росту производительности системы. Аппаратные средства (процессоры, шины и устройства ввода/вывода) являются только частью масштабируемой архитектуры, на которой программное обеспечение может обеспечить предсказуемый рост производительности. Важно понимать, что, например, простой переход 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
Концепция программной совместимости впервые в широких масштабах была применена разработчиками системы IBM /360. Основная задача при проектировании всего ряда моделей этой системы заключалась в создании такой архитектуры, которая была бы одинаковой с точки зрения пользователя для всех моделей системы, независимо от цены и производительности каждой из них. Большие преимущества такого подхода, позволяющего сохранять существующий раздел программного обеспечения при переходе на новые (как правило, более производительные) модели, были быстро оценены как производителями компьютеров, так и пользователям, и начиная с этого времени практически все фирмы-поставщики компьютерного оборудования взяли на вооружение эти принципы, поставляя серии совместимых компьютеров. Следует заметить, однако, что со временем даже самая передовая архитектура неизбежно устаревает и возникает потребность внесения радикальных изменений и в архитектуру, и в способы организации вычислительных систем.