Класифікація комп'ютерних систем

Суперкомп ' ютери (super-computers) – потужні багатопроцесорні комп'ютери, найбільш сучасні з яких мають продуктивність до декількох petaflops (10¹⁵ операцій у секунду; абревіатура flops розшифровується як floating-point operations per second). Приклад - суперкомп'ютер "Ломоносов", установлений у МГУ. Суперкомп'ютери використаються для обчислень, що вимагають більших обчислювальних потужностей, надвисокої продуктивності й великого обсягу пам'яті. У реальній практиці це насамперед завдання моделювання - наприклад, моделювання клімату в регіоні й прогнозування на основі побудованої моделі погоди в даному регіоні на найближчі дні. Особливістю суперкомп'ютерів є їхня паралельна архітектура - як правило, всі вони є багатопроцесорними. Відповідно, ОС для суперкомп'ютерів повинні підтримувати распаралелювання рішення завдань і синхронізацію паралельних процесів, що одночасно вирішують підзадачі деякої програми.

Багатоцільові комп'ютери, або комп'ютери загального призначення (mainframes) – традиційна історична назва для комп'ютерів, розповсюджених в 1950-х – 1970-х рр., ще до епохи загального поширення персональних комп'ютерів. Саме для mainframe-комп'ютерів створювалися перші ОС. Типові приклади таких комп'ютерів: IBM 360/370. На таких комп'ютерах вирішувалися всі необхідні завдання – від розрахунку зарплати співробітників в організації до розрахунку траєкторій космічних ракет. Подібний комп'ютер виглядав досить незграбно й громіздко й міг займати цілий великий зал. Параметри ранніх mainframe-комп'ютерів були досить скромними: швидкодія - кілька тисяч операцій у секунду, оперативна пам'ять – кілька тисяч слів. Недостатньо зручним був користувальницький інтерфейс (інтерактивна взаємодія з комп'ютерами було реалізовано набагато пізніше, в 1960-х рр.). Проте, на таких комп'ютерах вирішувалися досить серйозні завдання оборонного й космічного призначення. З появою персональних і портативних комп'ютерів класичні mainframe-комп'ютери пішли в минуле. Однак варто підкреслити, що в саме в операційних системах для mainframe-комп'ютерів були реалізовані всі основні методи й алгоритми, розглянуті в даному курсі, які згодом були використані в ОС для персональних, кишенькових комп'ютерів і мобільних пристроїв.

Кластери комп'ютерів (computer clusters) – групи комп'ютерів, фізично розташовані поруч і з'єднані один з одним високошвидкісними шинами й лініями зв'язку. Кластери комп'ютерів використаються для високопродуктивних паралельних обчислень. Найбільш відомі у світі комп'ютерні кластери, розташовані в дослідницькому центрі CERN (Швейцарія) - тому самому, де перебуває великий адронний коллайдер. Як правило, комп'ютерні кластери розташовуються в дослідницьких інститутах й в університетах. Операційна система для кластерів повинна, крім загальних можливостей, надавати можливості для конфігурування кластера, керування комп'ютерами (процесорами), що входять у нього, распаралелювання рішення завдань між комп'ютерами кластера й моніторингу кластерної комп'ютерної системи. Прикладами таких ОС є ОС фірми Microsoft - Windows 2003 for clusters; Windows 2008 High-Performance Computing (HPC).

Настільні комп'ютери (desktops) – це найпоширеніші в цей час комп'ютери, якими користуються вдома або на роботі всі люди, від школярів і студентів до хатніх господарок. Такий комп'ютер розміщається на робочому столі й складається з монітора, системного блоку, клавіатури й миші. Параметри сучасного настільного комп'ютера, найбільш прийнятні для використання сучасних ОС: швидкодія процесора 1 – 3 ГГц, оперативна пам'ять – 1 – 8 гігабайт і більше, обсяг жорсткого диска (hard disk drive – HDD) – 200 Гб – 1 Тб і більше. Вся розмаїтість сучасних операційних систем (Windows, Linux й ін.) – до послуг користувачів настільних комп'ютерів. При необхідності на настільному комп'ютері можна встановити дві або більше операційних системи, розділивши його дискову пам'ять на кілька розділів (partitions) і встановивши на кожний з них свою операційну систему, так що при включенні комп'ютера користувачеві надається стартове меню, з якого він вибирає потрібну операційну систему для завантаження.

Портативные комп'ютери (laptops, notebooks – дослівно "комп'ютери, що містяться на колінах"; "комп'ютера-зошита") – це мініатюрні комп'ютери, по своїх параметрах не уступають настільним, але по своїх розмірах вільно містяться в невелику сумку або рюкзак. Ноутбуки коштують звичайно дещо дорожче, ніж настільні комп'ютери з аналогічними характеристиками. На ноутбуках використаються ті ж операційні системи, що й для настільних комп'ютерів (наприклад, Windows або MacOS). Характерними рисами портативних комп'ютерів є всілякі убудовані порти й адаптери для бездротового зв'язку: Wi-Fi (офіційно IEEE 802.11) – вид радіозв'язку, що дозволяє працювати в бездротовій мережі із продуктивністю 10-100 мегабіт у секунду (використається звичайно на конференціях, у готелях, на вокзалах, аеропортах – тобто в зоні радіусом у кілька сотень метрів від джерела прийому-передачі); Bluetooth – також радіозв'язок на більше коротких відстанях (10 – 100 м для Bluetooth 3.0), використовувана для взаємодії комп'ютера з мобільним телефоном, навушниками, плейером й ін. Зовнішні пристрої (додаткові жорсткі диски, принтери, іноді навіть DVD-ROM) підключаються до ноутбука через порти USB. Ще років 10 назад на ноутбуках активно використалися інфрачервоні порти (IrDA), які, однак, незручні, тому що вимагають присутності "відповідного" IrDA – порту іншого пристрою на відстані 20-30 см від порту ноутбука, при відсутності між ними перешкод. Інша характерна риса ноутбуків – це наявність кард-ридеров – портів для читання всіляких карт пам'яті, використовуваних у мобільних телефонах або цифрових фотокамерах; забезпечується також інтерфейс FireWire (офіційно – IEEE 1394) для підключення цифрової відеокамери; таким чином, ноутбуки добре пристосовані для вводу, обробки й відтворення мультимедийной інформації. Один із критичних параметрів ноутбука – час роботи його батарей без підзарядки; дуже добре, якщо цей час становить порядку 10 годин, що поки порівняно рідко; на комп'ютерах, використовуваних автором, це час становить не більше 5 годин. Популярний різновид ноутбука нині – це нетбук - ноутбук, призначений для роботи в мережі, звичайно менш потужний і тому більше дешевий, а також більше мініатюрний.

Кишенькові портативні комп'ютери й органайзеры (КПК, handhelds, personal digital assistants – PDA) – це "іграшки для дорослих" у вигляді мініатюрного комп'ютера, що міститься на долоні або в кишені, але по своїй швидкодії іноді що не уступає ноутбуку. При всій привабливості, серйозні недоліки КПК, з погляду автора, - це незручність уведення інформації (доводиться користуватися паличкою- стилусом, - адже не носити ж із собою ще й громіздку клавіатуру, - або мікроскопічною висувною клавіатурою, на якій фактично тим же стилусом тільки й можна працювати), а також незручність читання інформації на маленькому екрані. Сучасні КПК мають фактично ті ж порти й адаптери, що й ноутбуки – Wi-Fi, Bluetooth, IrDA, USB. Операційні системи для КПК аналогічні ОС для ноутбуків, але все-таки враховують більше тверді обмеження КПК по обсязі оперативної пам'яті. У цей час для КПК широко використається ОС Windows Mobile – аналог Windows для мобільних пристроїв. Донедавна була також широко поширена PalmOS для органайзеров типу PalmPilot фірми 3COM.

Мобільні пристрої (mobile intelligent devices – мобільні телефони, коммуникаторы) – це пристрої, який кожний з нас користується постійно для голосового зв'язку, рідше – для запису або обробки якої-небудь інформації або для виходу в Інтернет. Найбільш важливі параметри мобільного пристрою – це якість голосового зв'язку й час автономної роботи батареї. Однак все більшого значення набувають убудовані в них цифрові фото- і відеокамери. Операційні системи для мобільних пристроїв відрізняються більшою компактністю, через більше тверді обмеження по пам'яті. Епоха домінування на ринку мобільних телефонів операційних систем типу Symbian, закінчується, і вони поступаються місцем більше сучасним, які забезпечують кращий користувальницький інтерфейс ОС Google Android й Microsoft Windows Mobile.

Для мобільних пристроїв, як і для КПК, досить важлива характеристика ОС – це її надійність, зокрема, схоронність даних після переповнення пам'яті, що виникає, наприклад, у результаті прийому великої кількості SMS-повідомлень, інтенсивної фото- або відеозйомки. Що стосується іншого програмного забезпечення для мобільних телефонів (ігор, утиліт, прикладних програм й ін.), те при їхній розробці домінує Java-технологія. У мобільних телефонах використається платформа ("видання") JME – Java Micro Edition, і будь-який мобільний телефон, що випускається уже більше 10 років, підтримує Java. Програми на Java для мобільних телефонів називаються мидлетами (від абревіатури MID – Mobile Intelligent Device).

Носимі комп'ютери (wearable computers) – для повсякденного життя досить екзотичні пристрої, однак для спеціальних застосувань (наприклад, убудовані в скафандр космонавта або в кардіостимулятор) вони життєво важливі. Зрозуміло, їхня пам'ять і швидкодія значно менше, ніж у настільних комп'ютерів, але критичним фактором є їхня надвисока надійність, а для їхніх операційних систем й іншого програмного забезпечення – мінімальний можливий час відповіді (response time) – інтервал, протягом якого система обробляє інформацію від датчиків, від користувача або з мережі, перевищення якого грозить катастрофічними наслідками. Із цього погляду, ОС для комп'ютерів, що носять, можна віднести до систем реального часу.

Розподілені системи (distributed systems) – це системи, що складаються з декількох комп'ютерів, об'єднаних у провідну або бездротову мережу. Фактично, такі нині всі комп'ютерні системи (згадаєте девіз "Мережа – це комп'ютер "). Всі операційні системи повинні, таким чином, підтримувати розподілений режим роботи, засоби мережної взаємодії, високошвидкісну надійну передачу інформації через мережу.

Системи реального часу (real-time systems) – обчислювальні системи, призначені для керування різними технічними, військовими й іншими об'єктами в режимі реального часу. Характеризуються основною вимогою до апаратур і програмного забезпечення, у тому числі до операційної системи: неприпустимість перевищення часу відповіді системи, тобто очікуваного часу виконання типової операції системи. Для ОС вимоги реального часу накладають досить тверді обмеження - наприклад, в основному циклі роботи системи неприпустимі переривання (тому що вони приводять до неприпустимих тимчасових витрат на їхню обробку). Системи реального часу - особлива досить серйозна й специфічна область, вивчення якої виходить за рамки даного курсу.

Наведений огляд дає деяке подання про розмаїтість комп'ютерних систем у наш час. Для кожної з них повинна бути розроблена адекватна операційна система.