История развития технологии открытых систем
Основные понятия открытых систем
Одним из основных направлений информационных технологий, определяющим эффективность функционирования экономических объектов, выступает технология открытых систем. Идеологию открытых систем реализуют в своих последних разработках все ведущие фирмы-поставщики средств вычислительной техники, передачи информации и программного обеспечения. Их результативность на рынке информационных технологий и систем определяется согласованной научно-технической политикой и реализацией стандартов открытых систем.
Открытыми системами могут являться как конечные, так и промежуточные системы, к которым предъявляются следующие требования:
· возможность переноса прикладных программ, разработанных должным образом с минимальными изменениями, на широкий диапазон систем;
· совместную работу с другими прикладными системами на локальных и удаленных платформах;
· взаимодействие с пользователями в стиле, облегчающем переход от системы к системе.
Открытые системы обладают следующими свойствами, представленными на рис. 5.1.
увеличить изображение
Рис. 5.1.Свойства открытых систем
1. Переносимость прикладного программного обеспечения и повторная применимость программного обеспечения. Под переносимостью приложений понимается перенос всего соответствующего данному приложению программного обеспечения на другие платформы. Под повторной применимостью программного обеспечения понимается перенос в новые приложения некоторой части работающих программ, что также имеет большое практическое значение и непосредственно относится к целям открытости систем.
2. Переносимость данных означает возможность переноса на новые прикладные платформы данных, хранящихся во внешней памяти существующих систем информационных технологий. Переносимость данных обеспечивается применением в открытых системах стандартов, строго регламентирующих форматы и способы представления данных.
3. Функциональная совместимость (интероперабельность) прикладного программного обеспечения - это возможность обмена данными между различными прикладными программами, в том числе между программами, реализуемыми на разнородных прикладных платформах, а также возможность совместного использования данных.
4. Функциональная совместимость (интероперабельность) управления и безопасности - это унификация и целостность средств административного управления и управления информационной безопасностью, т. е. для обеспечения интеграции систем их средства административного управления и средства защиты должны строиться в соответствии с международными стандартами.
5. Переносимость пользователей - это обеспечение возможности для пользователей информационных технологий избежать необходимости переобучения при взаимодействии с системами, реализованными на основе различных платформ.
6. Расширяемость - это способность системы эволюционировать с учетом изменений стандартов, технологий и пользовательских требований.
7. Масштабируемость - свойство системы, позволяющее ей эффективно работать в широком диапазоне параметров, определяющих технические и ресурсные характеристики системы (примерами таких характеристик могут служить: число процессоров, число узлов сети, максимальное число обслуживаемых пользователей).
8. Прозрачность реализаций - это способ построения системы, при котором все особенности ее реализации скрываются за стандартными интерфейсами, что и обеспечивает свойство прозрачности реализаций информационных технологий для конечных пользователей систем.
9. Поддержка пользовательских требований - это точная спецификация пользовательских требований, определенных в виде наборов сервисов, предоставляемых открытыми системами приложениям пользователей.
Однако открытая система необязательно должна быть полностью доступна другим открытым системам. Это ограничение может быть вызвано необходимостью защиты информации в компьютерах и средствах коммуникаций и обеспечивается путем физического отделения или путем использования технических возможностей. Сущность технологии открытых систем состоит в обеспечении возможности переносимости прикладных программ между различными платформами и взаимодействия систем друг с другом. Эта возможность достигается за счет использования международных стандартов на все программные и аппаратные интерфейсы между компонентами систем.
Стандарты стремятся занять центральное место в направлении развития открытых систем и в индустрии информационных технологий. Более 250 подкомитетов в официальных организациях по стандартизации и унификации работают над стандартами в области информационных технологий. Более 1000 стандартов или уже принято этими организациями, или находятся в процессе разработки.
При этом различают стандарты де-факто и де-юре, представленные на рис. 5.2.
Рис. 5.2.Виды стандартов информационных технологий
Стандарт де-факто означает, что продукт или система какого-то конкретного производителя захватили значительную часть рынка и другие производители стремятся эмулировать, копировать или использовать их с тем, чтобы также расширить свой сектор рынка.
Стандарт де-юре создается официально аккредитованными организациями по разработке стандартов. Он разрабатывается по правилам достижения соглашения в открытом обсуждении, в котором может принять участие любой желающий. При создании промышленных стандартов ни одна из групп не может действовать независимо. Если одна какая-нибудь из групп производителей создает стандарт, в котором не нуждаются пользователи, она потерпит неудачу. То же самое можно сказать и про обратный случай, когда пользователи создадут стандарт, с которым производители не смогут или не захотят согласиться, - попытка создания такого стандарта также будет безуспешной.
Технология открытых систем пользуется успехом потому, что обеспечивает преимущества для разного рода специалистов, связанных с областью информационных технологий.
| Для пользователя открытые системы обеспечивают: | · новые возможности сохранения сделанных вложений благодаря свойствам эволюции, постепенного развития функций систем, замены отдельных компонентов без перестройки всей системы; · освобождение от зависимости от одного поставщика аппаратных или программных средств, возможность выбора продуктов из предложенных на рынке при условии соблюдения поставщиком соответствующих стандартов открытых систем; · дружественность среды, в которой работает пользователь, мобильность персонала в процессе эволюции системы; · возможность использования информационный ресурсов, имеющихся в других системах (организациях) |
| Проектировщик информационных систем получает: | · возможность использования разных аппаратных платформ; · возможность совместного использования прикладных программ, реализованных в разных операционных системах; · развитые средства инструментальных сред, поддерживающих проектирование; · возможности использования готовых программных продуктов и информационных ресурсов |
| Разработчики общесистемных программных средств имеют: | · новые возможности разделения труда, благодаря повторному использованию программ; · развитые инструментальные среды и системы программирования; · возможности модульной организации программных комплексов, благодаря стандартизации программных интерфейсов |
Модульная организация программных комплексов, благодаря стандартизации программных интерфейсов, позволяет пересмотреть традиционно сложившееся дублирование функций в разных программных продуктах, из-за чего системы, интегрирующие эти продукты, непомерно разрастаются по объему, теряют эффективность. Известно, что в той же области обработки данных и текстов многие продукты, предлагаемые на рынке (текстовые редакторы, настольные издательские системы, электронные таблицы, системы управления базами данных) по ряду функций дублируют друг друга, а иногда и подменяют функции операционных систем. Кроме того, замечено, что в каждой новой версии этих продуктов размеры их увеличиваются на 15%.
В распределенных системах, содержащих несколько рабочих мест на персональных компьютерах и серверах в локальной сети, избыточность программных кодов из-за дублирования возрастает многократно. Идеология и стандарты открытых систем позволяют по-новому взглянуть на распределение функций между программными компонентами систем и тем самым значительно повысить эффективность.
Основные понятия открытых систем
Одним из основных направлений информационных технологий, определяющим эффективность функционирования экономических объектов, выступает технология открытых систем. Идеологию открытых систем реализуют в своих последних разработках все ведущие фирмы-поставщики средств вычислительной техники, передачи информации и программного обеспечения. Их результативность на рынке информационных технологий и систем определяется согласованной научно-технической политикой и реализацией стандартов открытых систем.
Открытыми системами могут являться как конечные, так и промежуточные системы, к которым предъявляются следующие требования:
· возможность переноса прикладных программ, разработанных должным образом с минимальными изменениями, на широкий диапазон систем;
· совместную работу с другими прикладными системами на локальных и удаленных платформах;
· взаимодействие с пользователями в стиле, облегчающем переход от системы к системе.
Открытые системы обладают следующими свойствами, представленными на рис. 5.1.
увеличить изображение
Рис. 5.1.Свойства открытых систем
1. Переносимость прикладного программного обеспечения и повторная применимость программного обеспечения. Под переносимостью приложений понимается перенос всего соответствующего данному приложению программного обеспечения на другие платформы. Под повторной применимостью программного обеспечения понимается перенос в новые приложения некоторой части работающих программ, что также имеет большое практическое значение и непосредственно относится к целям открытости систем.
2. Переносимость данных означает возможность переноса на новые прикладные платформы данных, хранящихся во внешней памяти существующих систем информационных технологий. Переносимость данных обеспечивается применением в открытых системах стандартов, строго регламентирующих форматы и способы представления данных.
3. Функциональная совместимость (интероперабельность) прикладного программного обеспечения - это возможность обмена данными между различными прикладными программами, в том числе между программами, реализуемыми на разнородных прикладных платформах, а также возможность совместного использования данных.
4. Функциональная совместимость (интероперабельность) управления и безопасности - это унификация и целостность средств административного управления и управления информационной безопасностью, т. е. для обеспечения интеграции систем их средства административного управления и средства защиты должны строиться в соответствии с международными стандартами.
5. Переносимость пользователей - это обеспечение возможности для пользователей информационных технологий избежать необходимости переобучения при взаимодействии с системами, реализованными на основе различных платформ.
6. Расширяемость - это способность системы эволюционировать с учетом изменений стандартов, технологий и пользовательских требований.
7. Масштабируемость - свойство системы, позволяющее ей эффективно работать в широком диапазоне параметров, определяющих технические и ресурсные характеристики системы (примерами таких характеристик могут служить: число процессоров, число узлов сети, максимальное число обслуживаемых пользователей).
8. Прозрачность реализаций - это способ построения системы, при котором все особенности ее реализации скрываются за стандартными интерфейсами, что и обеспечивает свойство прозрачности реализаций информационных технологий для конечных пользователей систем.
9. Поддержка пользовательских требований - это точная спецификация пользовательских требований, определенных в виде наборов сервисов, предоставляемых открытыми системами приложениям пользователей.
Однако открытая система необязательно должна быть полностью доступна другим открытым системам. Это ограничение может быть вызвано необходимостью защиты информации в компьютерах и средствах коммуникаций и обеспечивается путем физического отделения или путем использования технических возможностей. Сущность технологии открытых систем состоит в обеспечении возможности переносимости прикладных программ между различными платформами и взаимодействия систем друг с другом. Эта возможность достигается за счет использования международных стандартов на все программные и аппаратные интерфейсы между компонентами систем.
Стандарты стремятся занять центральное место в направлении развития открытых систем и в индустрии информационных технологий. Более 250 подкомитетов в официальных организациях по стандартизации и унификации работают над стандартами в области информационных технологий. Более 1000 стандартов или уже принято этими организациями, или находятся в процессе разработки.
При этом различают стандарты де-факто и де-юре, представленные на рис. 5.2.
Рис. 5.2.Виды стандартов информационных технологий
Стандарт де-факто означает, что продукт или система какого-то конкретного производителя захватили значительную часть рынка и другие производители стремятся эмулировать, копировать или использовать их с тем, чтобы также расширить свой сектор рынка.
Стандарт де-юре создается официально аккредитованными организациями по разработке стандартов. Он разрабатывается по правилам достижения соглашения в открытом обсуждении, в котором может принять участие любой желающий. При создании промышленных стандартов ни одна из групп не может действовать независимо. Если одна какая-нибудь из групп производителей создает стандарт, в котором не нуждаются пользователи, она потерпит неудачу. То же самое можно сказать и про обратный случай, когда пользователи создадут стандарт, с которым производители не смогут или не захотят согласиться, - попытка создания такого стандарта также будет безуспешной.
Технология открытых систем пользуется успехом потому, что обеспечивает преимущества для разного рода специалистов, связанных с областью информационных технологий.
| Для пользователя открытые системы обеспечивают: | · новые возможности сохранения сделанных вложений благодаря свойствам эволюции, постепенного развития функций систем, замены отдельных компонентов без перестройки всей системы; · освобождение от зависимости от одного поставщика аппаратных или программных средств, возможность выбора продуктов из предложенных на рынке при условии соблюдения поставщиком соответствующих стандартов открытых систем; · дружественность среды, в которой работает пользователь, мобильность персонала в процессе эволюции системы; · возможность использования информационный ресурсов, имеющихся в других системах (организациях) |
| Проектировщик информационных систем получает: | · возможность использования разных аппаратных платформ; · возможность совместного использования прикладных программ, реализованных в разных операционных системах; · развитые средства инструментальных сред, поддерживающих проектирование; · возможности использования готовых программных продуктов и информационных ресурсов |
| Разработчики общесистемных программных средств имеют: | · новые возможности разделения труда, благодаря повторному использованию программ; · развитые инструментальные среды и системы программирования; · возможности модульной организации программных комплексов, благодаря стандартизации программных интерфейсов |
Модульная организация программных комплексов, благодаря стандартизации программных интерфейсов, позволяет пересмотреть традиционно сложившееся дублирование функций в разных программных продуктах, из-за чего системы, интегрирующие эти продукты, непомерно разрастаются по объему, теряют эффективность. Известно, что в той же области обработки данных и текстов многие продукты, предлагаемые на рынке (текстовые редакторы, настольные издательские системы, электронные таблицы, системы управления базами данных) по ряду функций дублируют друг друга, а иногда и подменяют функции операционных систем. Кроме того, замечено, что в каждой новой версии этих продуктов размеры их увеличиваются на 15%.
В распределенных системах, содержащих несколько рабочих мест на персональных компьютерах и серверах в локальной сети, избыточность программных кодов из-за дублирования возрастает многократно. Идеология и стандарты открытых систем позволяют по-новому взглянуть на распределение функций между программными компонентами систем и тем самым значительно повысить эффективность.
История развития технологии открытых систем
Потребность в применении открытых систем возникла еще на заре использования вычислительной техники. Она была обусловлена несколькими причинами:
1. Для решения все более широкого диапазона задач создавались программы, которые требовали создания разнообразных аппаратных платформ, исполняющих эти программы. В свою очередь, внедрение неоднородных систем и желание разделять между такими системами информацию привели к необходимости обеспечить возможность их совместной работы.
2. Разработчики программных приложений были заинтересованы в сокращении расходов и времени переноса своих приложений на различные платформы, а для этого требовалась совместимость между разными аппаратными платформами.
3. Производители аппаратных платформ были заинтересованы в создании таких систем, которые способны выполнять широкий диапазон существующих прикладных программных приложений, а для этого также необходимо было разработать стандарты их совместимости.
Необходимость решения этих проблем постепенно привела к созданию концепции открытых систем.
История развития технологии открытых систем насчитывает несколько этапов, представленных в табл. 5.1.
| Таблица 5.1. Этапы развития технологии открытых систем | ||
| Этап | Описание этапа | Характеристика этапа |
| 1-й этап | Создание IBM 360 | · Появилась программная совместимость между моделями одного семейства; · Появилась возможность объединения нескольких машин в одну вычислительную систему |
| 2-й этап | Разработка стандартов языков программирования | · Стандартизованные языки программирования обеспечили переносимость программ между различными аппаратными платформами |
| 3-й этап | Создание супермини-ЭВМ VAX | · ЭВМ этого семейства стали стандартной платформой для разработки систем проектирования, систем сбора и обработки данных и т. д. |
| 4-й этап | Разработка модели взаимосвязи открытых систем | · Международная организация стандартизации разработала общие принципы взаимосвязи открытых систем |
| 5-й этап | Появление операционной системы MS-DOS | · Было разработано огромное количество прикладных программ для персональных компьютеров, работавших под управлением операционной системы MS-DOS и совместимых с ней систем |
| 6-й этап | Появление процессора с архитектурой RISC | · Появилась аппаратная база для реализации эффективной переносимости программ, написанных на языках высокого уровня, для процессоров разных производителей |
| 7-й этап | Внедрение операционной системы UNIX | · Операционная система UNIX обеспечивает высокую переносимость создаваемых для работы в ней прикладных программ в другие системы |
1-й этап начинается с того момента, когда возникла проблема переносимости программ и данных между компьютерами с различной архитектурой. Одним из первых шагов в этом направлении явилось создание в 1964 г. шести моделей семейства IBM 360, ставших первыми компьютерами третьего поколения. Модели имели единую систему команд и отличались друг от друга объемом оперативной памяти и производительностью. При создании моделей семейства использовался ряд новых принципов, что делало машины универсальными и позволяло с одинаковой эффективностью применять их как для решения задач в различных областях науки и техники, так и для обработки данных в сфере управления и бизнеса.
Наиболее важными нововведениями ЭВМ этого семейства являются:
· программная совместимость всех моделей семейства;
· возможность подключения большого количества внешних устройств и стандартного сопряжения этих устройств с процессором через аппаратуру каналов связи (имелась возможность объединить несколько машин в одну вычислительную систему для решения разного вида задач).
2-й этап. Частичное решение проблемы мобильности для программ и программистов обеспечили ранние стандарты языков программирования, например, ФОРТРАНа и КОБОЛа. Языки позволяли создавать переносимые программы, хотя зачастую и ограничивали функциональные возможности. Мобильность обеспечивалась также и за счет того, что эти стандарты были приняты многими производителями различных платформ. Когда языки приобретали статус стандарта, их разработкой и сопровождением начинали заниматься национальные и международные организации по стандартизации. Достижение этого уровня мобильности было первым примером истинных возможностей открытых систем.
3-й этап в развитии технологии открытых систем - это вторая половина 70-х гг. ХХ в. Он связан с областью интерактивной обработки и увеличением объема продуктов, для которых требуется переносимость, например пакеты для инженерной графики, системы автоматизированного проектирования (САПР), системы управления базами данных (СУБД). В это время фирма DIGITAL начала выпуск супермини-ЭВМ VAX. ЭВМ этой серии имели 32-разрядную архитектуру, а программисты получили возможность прямо использовать адресное пространство значительного объема, что практически снимало все ограничения на размеры решаемых задач. Машины этого типа надолго стали стандартной платформой для систем проектирования, сбора и обработки данных, обслуживания эксперимента и т. п.
4-й этап относится к концу 70-х годов и связан с развитием сетевых технологий. В это время компьютерные сети, использующие протоколы INTERNET, начали широко применяться для объединения систем военных и академических организаций США. Параллельно компания IBM разработала и стала применять собственную сетевую архитектуру. Когда сетевая обработка стала реальностью, пользователи начали обращать внимание на совместимость и возможность интеграции как на необходимые атрибуты открытых систем. Международная организация стандартизации ISO в 1977-78 годах развернула интенсивные работы по созданию стандартов взаимосвязи в сетях открытых систем. В ходе этих работ была создана семиуровневая модель взаимосвязи открытых систем OSI - Open Systems Interconnection Basic Reference Model.
Модель взаимосвязи открытых систем описывает общие принципы взаимосвязи открытых систем и используется в качестве основы для разработки стандартов ISO. Тогда же впервые было введено определение открытой информационной системы.
В это же время были сделаны первые системы, которые обеспечивали организацию использования распределенных ресурсов в системе. Реализованная фирмой DIGITAL EQUIPMENT система обеспечила объединение нескольких десятков супермини-ЭВМ VAX с помощью специальной высоко скоростной линии связи и локальной сети Ethernet. В этой системе появилась возможность решать задачи разделения ресурсов (памяти, процессоров, баз данных и т. п.).
5-й этап (первая половина 80-х гг.) характеризуется массовым распространением персональных компьютеров с операционной системой MS-DOS корпорации Microsoft. Низкая цена и широкое распространение создали огромный рынок для данной операционной системы и прикладных программ, написанных для нее. Многие прикладные программы, выполняющиеся в MS-DOS, могут выполняться и на любой другой совместимой системе. Но эта совместимость ограничена архитектурой с 16-разрядной адресацией, графикой низкого разрешения и невозможностью исполнять более одного задания одновременно. Для среды MS-DOS характерен также риск быстрого распространения вирусов, поскольку система слабо защищена на программном и аппаратном уровнях.
6-й этап связан с созданием первого RISC-процессора в 1982 г. Это событие не вызвало в то время больших откликов, однако оно в значительной степени определило развитие открытых систем до конца десятилетия и играет решающую роль и сегодня. Во-первых, RISC-архитектура обеспечила существенное повышение производительности микропроцессоров, а во-вторых, предоставила аппаратную базу для реализации эффективной переносимости программ для процессоров разных производителей.
Характерная для архитектуры RISC-элементарность набора команд позволяет приблизить эффективность программ, написанных на языках высокого уровня, к эффективности программ в машинном коде и автоматизировать процесс настройки программ для их оптимизации. В результате стало возможным обеспечить на уровне языков высокого уровня эффективную мобильность программ.
7-й этап в развитии технологии открытых систем связан с внедрением операционной системы UNIX. Хотя OC UNIX была разработана до создания MS-DOS, она не могла эффективно использоваться, так как требовала значительных аппаратных ресурсов. С появлением мощных RISC-микропроцессоров UNIX проявила себя как наиболее перспективная открытая операционная среда. Исторически эта операционная система оказалась самым жизненным вариантом для создания общей базы переносимости. Она удовлетворяет большинству требований, предъявляемых к открытым системам. Прикладные программы, создаваемые для работы в UNIX, при определенных условиях могут иметь весьма высокую переносимость как в другие UNIX-подобные системы, так и в системы, удовлетворяющие стандартам на разработанные интерфейсы.
В настоящее время в стадии исследований и разработки находится ряд систем, специально проектируемых, исходя из требований, предъявляемых разнородной распределенной сетевой средой. Некоторые из них могут со временем стать хорошей системной платформой в среде открытых систем.
В рамках развития технологии открытых систем работы ведутся не только в направлении разработки операционных систем, значительные усилия предпринимаются для создания стандартов на интерфейсы для объединения существующих систем, прикладных программ и пользователей. Это направление основано на разработке новых международных промышленных стандартов и введении новых компонент в единое модульное операционное окружение.
Международные стандарты должны быть реализованы для каждого системного компонента сети, включая каждую операционную систему и прикладные пакеты. До тех пор, пока компоненты удовлетворяют таким стандартам, они соответствуют целям открытых систем.