Реклама:

5 000 000

Пакетная обработка данных в банке

В следующих разделах мы рассмотрим свойства, присущие каждой из вышеперечисленных категорий.

Одноразовые компьютеры

В самой верхней строчке табл. 1.3 находятся микросхемы, которые приклеиваются на внутреннюю сторону поздравительных открыток для проигрывания мелодий типа "Нарру Birthday", свадебного марша или чего-нибудь подобного. Автору пока не доводилось наблюдать на прилавках открытки с соболезнованиями, играющие похоронный марш, но, поскольку идея сформулирована, можно ожидать появления и таких открыток. Тот, кто воспитывался на компьютерах стоимостью в миллионы долларов, воспринимает такие доступные всем компьютеры примерно так же, как доступный всем самолет.

Как бы то ни было, одноразовые компьютеры окружают нас. Вероятно, наиболее значимым достижением в этой области стало появление микросхем RFID (Radio Frequency Identification - радиочастотная идентификация). Теперь на безбатарейных микросхемах этого типа толщиной меньше 0,5 мм и себестоимостью в несколько центов устанавливаются крошечные приемопередатчики радиосигналов; кроме того, им присваивается уникальный 128-разрядный идентификатор. При получении импульса с внешней антенны они за счет достаточно длинного радиосигнала отправляют ответный импульс со своим номером. В отличие от размера микросхем, спектр их практического применения весьма значителен.

Взять хотя бы снятие штрих-кодов с товаров в магазинах. Уже проводились испытания, в ходе которых производители снабжали все выпускаемые ими товары микросхемами RFID (вместо штрих-кодов). При наличии таких микросхем покупатель может выбрать нужные продукты, положить их в корзину и, минуя кассу, выйти из магазина. По выходе считывающее устройство с антенной отсылает сигнал, заставляющий микросхемы на всех приобретенных товарах "рассказать" о себе, что они и делают путем беспроводной отсылки короткого импульса. Покупатель, в свою очередь, идентифицируется по микросхеме на его банковской/кредитной карточке. В конце каждого месяца магазин выставляет покупателю детализированный счет за все приобретенные за этот период товары. Если действующая банковская/кредитная карта на микросхеме RFID у покупателя не обнаруживается, звучит аварийный сигнал. Такая система не только позволяет избавиться от кассиров и очередей, но и защищает от краж - ведь прятать товары в карманах и сумках становится бессмысленно!

Между прочим, в отличие от штрих-кодов, которые идентифицируют только тип товара, 128-разрядные микросхемы RFID идентифицируют каждый конкретный экземпляр товара. Иными словами, каждая упаковка аспирина в супермаркете снабжается уникальным кодом RFID. Следовательно, если производитель аспирина обнаружит брак в одной из партий уже после ее появления в магазинах, он может оповестить об этом администрацию торговой сети, pi каждый раз при покупке упаковки с идентификатором RF1D, входящим в указанный "бракованный" диапазон, считывающее устройство будет генерировать звуковой сигнал.

Как бы то ни было, маркирование упаковок с аспирином, печенья и корма для животных - это лишь первый шаг в заданном направлении. Микросхемой ведь можно снабдить не только пакет собачьего корма, но и саму собаку! Уже сейчас многие собачники просят ветеринаров вживить в своих питомцев микросхемы RFID, чтобы в случае потери или кражи их можно было найти. Фермеры проделывают аналогичные операции с крупным рогатым скотом. Очевидно, на очереди - услуги по имплантации микросхем в детей не в меру боязливых родителей. Можно пойти и дальше, вживляя микросхемы в тела всех новорожденных - чтобы их, не дай бог, не перепутали! Правительства и органы внутренних дел, естественно, найдут тысячи достойных поводов к введению повсеместной "микросхематизации". В целом, все вышеупомянутые примеры, полагаю, достаточно ярко иллюстрируют возможности RFID.

Еще один полезный вариант применения микросхем RFID - это их установка на транспортных средствах. К примеру, если на каждом вагоне железнодорожного состава установлена микросхема, при его прохождении рядом со считывающим устройством подключенный к этому устройству компьютер может составлять список вагонов. Это позволит без труда отследить местонахождение каждого конкретного вагона, за счет чего поставщикам, заказчикам и администрации железной дороги станет существенно легче жить. Аналогичная схема применима и к большегрузным автомобилям. Водители легковых машин с помощью микросхем RFID могут платить за проезд по платным магистралям.

Технология RFID также предусматривает возможность применения в багажных системах. Недавно в аэропорту Хитроу (Лондон) прошло тестирование экспериментальной системы, снимающей большинство проблем, связанных с багажом пассажиров. Все сумки пассажиров, подписавшихся на эту услугу, снабжались микросхемами RFID, транспортировались по территории аэропорта отдельно от других и доставлялись напрямую в гостиницу.

На самом деле, вариантов применения технологии RAID великое множество. Среди них - определение цвета кузовов автомобилей перед их покраской в цехе, изучение миграции животных, указание температурного режима стирки предметов одежды и т. д. Микросхемы можно снабжать датчиками, в этом случае текущие показания температуры, давления, влажности и многие другие параметры окружающей среды сохраняются в младших разрядах.

Современные микросхемы RFID предусматривают возможность долговременного хранения. На этом основании Европейский Центробанк принял решение наладить в ближайшие годы выпуск банкнот с вживленными микросхемами. Такие банкноты будут запоминать все "инстанции", через которые они прошли. Подобным способом предполагается решить сразу несколько проблем, в частности, осложнить жизнь фальшивомонетчикам, отслеживать место получения выкупов при похищении людей и движение денег, полученных в результате ограблений, а также усилить меры противодействия отмыванию денег с возможностью признания недействительными участвующих в подобных операциях купюр. Поскольку деньги с микросхемами потеряют такое свойство, как анонимность, полиции будет проще отслеживать преступников по движению купюр, которыми они пользуются. В конце концов, зачем вживлять микросхемы в людей, если ими переполнены их кошельки? Правда, когда общественность в полной мере осознает возможности технологии RFID, на эту тему следует ожидать бурных дискуссий.

Технологическая основа RFID стремительно развивается. Наиболее миниатюрные из микросхем этого типа пассивны (не содержат внутреннего источника питания), а их возможности ограничиваются передачей уникальных идентификаторов по внешним запросам. Более крупные микросхемы RFID активны, в них могут быть встроены аккумуляторы и элементарный компьютер, и, соответственно, они способны выполнять определенный набор вычислительных операций. В эту последнюю категорию, помимо прочих, входят смарт-карты, применяемые в финансовых операциях.

Активность/пассивность микросхем RFID не является единственным параметром их классификации. Такие микросхемы также различаются по применяемым радиочастотным диапазонам. Чем ниже частота, тем ниже скорость передачи данных, но в то же время тем больше расстояние от антенны, на котором возможно считывание информации с микросхемы. Соответственно, микросхемы, работающие на высоких частотах, характеризуются высокой скоростью передачи данных и весьма ограниченным радиусом действия. Микросхемы различаются и по другим параметрам, которые мы в данном случае опустим. Технология RAID постоянно совершенствуется, и, если вас интересует эта тема, в Интернете можно найти массу информации по ней. Начать рекомендуем с сайта www.rfid.org.

Микроконтроллеры

Вторая категория в таблице отведена под компьютеры, которыми оснащаются разного рода бытовые устройства. Такого рода встроенные компьютеры, называемые также микроконтроллерами, выполняют функцию управления устройствами и организации их пользовательских интерфейсов. Диапазон устройств, работающих с помощью микрокомпьютеров, крайне широк (примеры даются в скобках):

+ бытовые приборы (будильники, стиральные машины, сушильные аппараты, микроволновые печи, охранные сигнализации);

♦ коммуникаторы (беспроводные и сотовые телефоны, факсимильные аппараты, пейджеры);

+ периферийные устройства (принтеры, сканеры, модемы, приводы CD-ROM);

♦ развлекательные устройства (видеомагнитофоны, DVD-плееры, музыкальные центры, МРЗ-плееры, телеприставки);

+ формирователи изображений (телевизоры, цифровые фотокамеры, видеокамеры, объективы, фотокопировальные устройства);

+ медицинское оборудование (рентгеноскопические аппараты, томографы, кардиомониторы, цифровые термометры);

♦ военные комплексы вооружений (крылатые ракеты, межконтинентальные баллистические ракеты, торпеды);

♦ торговое оборудование (торговые автоматы, кассовые аппараты);

+ игрушки (говорящие куклы, приставки для видеоигр, радиоуправляемые машинки и лодки).

В любой современной машине представительского класса устанавливается по полсотни микроконтроллеров, которые управляют различными подсистемами, в частности, автоблокировкой колес, впрыском топлива, магнитолой и системой навигации. В реактивных самолетах количество микроконтроллеров достигает 200 и даже больше! В любом домашнем хозяйстве имеется по несколько сот компьютеров, причем члены семьи зачастую даже не подозревают об их существовании. Через несколько лет практически все приборы, работающие на источниках электропитания, будут оснащаться микроконтроллерами. По объемам ежегодных продаж микроконтроллеры опережают компьютеры всех остальных типов (за исключением одноразовых) на несколько порядков.

В отличие от микросхем RFID, выполняющих минимальный набор функций, микроконтроллеры хоть и невелики по размерам, но представляют собой полноценные вычислительные устройства. Каждый микроконтроллер состоит из процессора, памяти и средств ввода-вывода. Ввод-вывод, как правило, осуществляется посредством кнопок и переключателей с контролем состояния световых индикаторов, дисплея и звуковых компонентов устройства. Программное обеспечение микроконтроллеров в большинстве случаев "прошивается" производителем в виде постоянной памяти. Все микроконтроллеры можно разделить на два типа: универсальные и специальные. Первые фактически являют собой обычные компьютеры, уменьшенные в размере. Специальные же микроконтроллеры отличаются индивидуальной архитектурой и набором команд, приспособленными для решения определенного круга задач, например, связанных с воспроизведением мультимедийных данных. Микроконтроллеры бывают 4-, 8-, 16-и 32-разрядными.

Как бы то ни было, даже между универсальными микроконтроллерами, с одной стороны, и стандартными ПК, с другой, наблюдаются существенные различия. Во-первых, спрос на микроконтроллеры в максимальной степени обусловлен ценами на них. Принимая решение о закупке миллионной партии таких устройств, крупный заказчик может выбрать другого производителя, если тот предложит цену на 1 цент (за штуку) меньше, чем конкуренты. Поэтому, разрабатывая архитектуру для микроконтроллеров, производители всеми силами стараются оптимизировать производственные издержки, не слишком задумываясь о расширении функций. Цены на микроконтроллеры определяются разрядностью, типом, емкостью памяти и рядом других факторов; для сведения отметим, что при оптовых закупках 8-разрядных микроконтроллеров цена за штуку падает до 10 центов. Именно цена позволяет устанавливать микроконтроллеры в будильники за 10 долларов.

Во-вторых, почти все микроконтроллеры работают в реальном времени. За каждым входным сигналом должен следовать незамедлительный отклик. К примеру, после нажатия пользователем кнопки во многих приборах срабатывает световой индикатор, причем между первым и вторым событием не должно быть никаких пауз. Необходимость работы в реальном времени зачастую определяет архитектурное решение микроконтроллеров.

В-третьих, встроенные системы зачастую ограничены по многим электрическим и механическим параметрам, таким как размер, вес и энергопотребление. С учетом этих ограничений и разрабатываются микроконтроллеры, устанавливаемые в такого рода системах.

Игровые компьютеры

Следующая категория - игровые компьютеры. Это, по существу, обычные компьютеры, в которых расширенные возможности графических и звуковых контроллеров сочетаются с ограничениями по объему ПО и пониженной расширяемостью. Первоначально в эту категорию входили компьютеры с процессорами низших моделей для простых игр типа пинг-понга, которые предусматривали вывод изображения на экран телевизора. С годами игровые компьютеры превратились в достаточно мощные системы, которые по некоторым параметрам производительности ничем не хуже, а иногда даже лучше персональных компьютеров.

Чтобы получить представление о том, чем комплектуются игровые компьютеры, рассмотрим конфигурации трех популярных моделей этой категории. Первая из них - Sony PlayStation 2. В ней установлен 128-разрядный специализированный RISC-процессор с тактовой частотой 296 МГц (он называется Emotion Engine) на базе архитектуры MIPS IV. Кроме того, PlayStation 2 оснащается модулем памяти емкостью 32 Мбайт, специальной графической микросхемой на 160 МГц, 48-канальной звуковой платой и DVD-приводом. Вторая рассматриваемая модель - Microsoft ХВОХ. В ней устанавливается процессор Intel Pentium III на 733 МГц, 64 Мбайт памяти, графическая микросхема 300 МГц, 256-канальная звуковая микросхема, DVD-привод и жесткий диск емкостью 8 Гбайт. Наконец, третья модель называется Nintendo GameCube. Она комплектуется 32-разрядным процессором Gekko с тактовой частотой 485 МГц

(он представляет собой модификацию RISC-процессора IBM PowerPC), памятью объемом 24 Мбайт, графической микросхемой на 200 МГц, 64-канальной звуковой микросхемой и фирменным оптическим диском емкостью 1,5 Гбайт.

Как видите, все эти компьютеры не дотягивают по производительности до ПК, выпущенных в тот же период времени, но и отстают от них не сильно. Более того, некоторые компоненты даже мощнее своих аналогов, применяемых в ПК, - взять хотя бы 128-разрядный процессор PlayStation 2 (по разрядности он превосходит все существующие модели ПК, а по тактовой частоте, наоборот, заметно уступает). Основное различие между игровыми машинами и ПК, впрочем, состоит не в производительности процессора, а в том, что игровые компьютеры представляют собой закрытые, законченные системы. Расширяемость таких систем при помощи сменных плат не предусмотрена, хотя в некоторых моделях наличествуют интерфейсы USB и FireWire. Что еще важнее, игровые компьютеры оптимизированы для конкретной области применения - выполнения трехмерных игр с высоким уровнем интерактивности и высококачественным стереофоническим звуком. Все остальные функции считаются вторичными. Ограничения по части аппаратного и программного обеспечения, низкие тактовые частоты, недостаточный объем памяти, отсутствие монитора с высоким разрешением и (как правило) жесткого диска - все это позволяет продавать игровые системы по более низким ценам, чем персональные компьютеры. И действительно - несмотря на упомянутые ограничения, игровые компьютеры продаются миллионами.

Стоит заметить, что компании-производители стандартных игровых компьютеров имеют обыкновение расширять ассортимент своей продукции за счет портативных (переносных) игровых систем, питающихся от аккумуляторов. Эти системы по своим характеристикам ближе к встроенным системам, нежели к персональным компьютерам.

Персональные компьютеры

В следующую категорию входят персональные компьютеры. Именно они ассоциируются у большинства людей со словом "компьютер". Персональные компьютеры бывают двух видов: настольные и портативные (ноутбуки). Как правило, те и другие комплектуются модулями памяти общей емкостью в сотни мегабайтов, жестким диском с данными на несколько десятков гигабайтов, приводом CD-ROM/DVD, модемом, звуковой картой, сетевым интерфейсом, монитором с высоким разрешением и рядом других периферийных устройств. На них устанавливаются сложные операционные системы, они расширяемы, при работе с ними используется широкий спектр программного обеспечения. Некоторые специалисты называют "персональными" компьютеры с процессорами Intel, отделяя их тем самым от машин, оснащенных высокопроизводительными RISC-микросхемами (такими как Sun UltraSPARC), которые в таком случае именуются "рабочими станциями". На самом деле, особой разницы между этими двумя типами нет.

Центральным компонентом любого персонального компьютера является печатная плата, на которой устанавливаются модули процессора, памяти и устройств ввода-вывода (как-то: звуковая плата и модем), интерфейсы клавиатуры, мыши, дискового привода, сетевой платы и прочих периферийных устройств, а также расширительные гнезда. Одна из таких плат изображена на рис. 1.7.

Мэйнфреймы

Рис. 1.7. Центральным компонентом любого персонального компьютера является печатная плата. На рисунке изображена системная плата Intel D875PBZ (фотография используется с разрешения корпорации Intel): 1) гнездо для Pentium 4; 2) микросхема поддержки 875Р; 3) гнезда для модулей памяти; 4) коннектор AGP; 5) дисковый интерфейс; 6) интерфейс Gigabit Ethernet; 7) пять гнезд PCI; 8) порты USB 2.0; 9) средства охлаждения; 10) BIOS

Ноутбуки, кроме своей компактности, ничем не отличаются от настольных ПК. В них устанавливаются аналогичные, хотя и меньшие по размеру, аппаратные компоненты. По возможностям выполнения и набору программ настольные и портативные компьютеры не различаются.

К персональным очень близки карманные компьютеры (PDA). Они еще меньше, чем ноутбуки, однако процессор, память, клавиатура, дисплей и большинство других стандартных компонентов персонального компьютера в них присутствуют.

Большинство читателей, вероятно, знакомы с характеристиками персональных компьютеров, поэтому не будем углубляться в анализ этой категории.

Серверы

Мощные персональные компьютеры и рабочие станции часто используются в качестве сетевых серверов - как в локальных сетях (обычно в пределах одной организации), так и в Интернете. Серверы, как правило, поставляются в однопроцессорной и мультипроцессорной конфигурациях. В системах из этой категории обычно устанавливаются модули памяти общим объемом в несколько гигабайтов, жесткие диски емкостью в сотни гигабайтов и высокоскоростные сетевые интерфейсы. Некоторые серверы способны обрабатывать тысячи транзакций в секунду.

С точки зрения архитектуры однопроцессорный сервер не слишком отличается от персонального компьютера. Он просто работает быстрее, занимает больше места, содержит больше дискового пространства и устанавливает более скоростные сетевые соединения. Серверы работают под управлением тех же операционных систем, что и персональные компьютеры, - как правило, это различные версии UNIX и Windows.

Комплексы рабочих станций

В связи с тем, что по соотношению "цена/производительность" позиции рабочих станций и персональных компьютеров постоянно улучшаются, в последние годы появилась практика их объединения в рамках кластеров рабочих станций (Clusters Of Workstations, COW), которые иногда называют просто "кластерами". Они состоят из нескольких персональных компьютеров или рабочих станций, подключенных друг к другу по высокоскоростной сети и снабженных специальным программным обеспечением, которое позволяет направлять их ресурсы на решение единых задач (как правило, научных и инженерных). В большинстве случаев компоненты кластера - это совершенно обычные коммерческие машины, которые можно приобрести по отдельности в любом компьютерном магазине. Высокоскоростные сетевые соединения, как правило, тоже можно организовать при помощи стандартных сетевых плат. Кластеры отличаются удобством масштабирования - любой кластер можно расширить с десятка до нескольких тысяч машин. Количество компонентов кластера обычно ограничивается лишь толщиной кошелька покупателя. Поскольку компоненты кластеров достаточно дешевы, их приобретение могут себе позволить не только организации, но и их отделы.

Нередко в виде кластеров организуются веб-серверы. Если частота обращений к страницам веб-сайта исчисляется тысячами в секунду, дешевле организовать кластер из нескольких сотен (или даже тысяч) серверов и распределить между ними нагрузку по обработке запросов. Кластеры, реализующие такую схему, часто называют серверными фермами (server farms).

Мэйнфреймы

Наконец мы дошли до больших компьютеров размером с комнату, напоминающих компьютеры 60-х годов и традиционно называемых мэйнфреймами. В большинстве случаев эти системы - прямые потомки больших компьютеров серии 360.

Обычно они работают не намного быстрее, чем мощные серверы, но у них выше скорость процессов ввода-вывода и обладают они довольно большим пространством на диске - 1 Тбайт и более (1 терабайт = 1012 байт). Такие системы стоят очень дорого и требуют крупных вложений в программное обеспечение, данные и персонал, обслуживающий эти компьютеры. Многие компании считают, что дешевле заплатить несколько миллионов долларов один раз за такую систему, чем даже думать о необходимости заново программировать все прикладные программы для маленьких компьютеров.

Именно этот класс компьютеров привел к проблеме 2000 года. Проблема возникла из-за того, что в 60-е и 70-е годы программисты, писавшие программы на языке COBOL, представляли год двузначным десятичным числом с целью экономии памяти. Они не смогли предвидеть, что их программное обеспечение будет использоваться через три или четыре десятилетия. Катастрофы, о которой так много говорили, не произошло, поскольку на ее предотвращение были затрачены огромные ресурсы, однако многие компании повторили ту же ошибку, добавив к числу года всего два десятичных разряда. Автор этой книги предсказывает, что конец цивилизации произойдет в полночь 31 декабря 9999 года, когда сразу уничтожатся все программы, написанные за 8000 лет на языке COBOL.

В последние годы под влиянием Интернета наблюдается возрождение мэйнфреймов как полноценной категории компьютеров. Они заняли нишу мощных серверов Интернета, способных обрабатывать огромное количество транзакций в секунду, что крайне актуально для электронной коммерции в целом и компаний, вынужденных обслуживать громадные базы данных, в частности. Несмотря на то, что основное внимание в этой книге уделяется персональным компьютерам, серверам и микроконтроллерам, в главе 5 мы рассмотрим мэйнфреймы более детально.

До последнего времени существовала еще одна крупная категория вычислительных машин - суперкомпьютеры. Их процессоры работали с очень высокой скоростью, в них устанавливались модули памяти общей емкостью в несколько десятков гигабайтов, высокоскоростные диски и сетевые интерфейсы. Суперкомпьютеры используются для решения различных научных и технических задач, которые требуют сложных вычислений, например таких, как моделирование сталкивающихся галактик, синтез новых лекарственных препаратов, моделирование потока воздуха вокруг крыла аэроплана. Сейчас, когда вычислительные возможности, аналогичные тем, что предлагают суперкомпьютеры, реализуются в виде кластеров, эта категория компьютеров постепенно отмирает.

Комплексы рабочих станций || Оглавление || Семейства компьютеров