Componenti del sistema informatico

Componenti del sistema informatico: ecco una carrellata di storia. Anche se alcuni elementi possono apparire vintage, vediamo di fare una carrellata di tipologie di componenti che riguardano l’informatica.

Prima di capire cos’è un sistema informatico, diamo un’occhiata ai componenti di un sistema informatico. I componenti del sistema informatico possono essere suddivisi in:

• L’hardware o le periferiche sono fornitori di risorse informatiche. L’hardware è oggetti concreti, si vede e si tocca.
• Il software è uno strumento che dice all’hardware cosa fare. A differenza dell’hardware, il software è qualcosa di astratto. Può essere visto solo da ciò che fa all’hardware.Il software è ulteriormente suddiviso in due parti, vale a dire il sistema operativo e i programmi applicativi.
• Il sistema operativo è un software che ha il compito di controllare e coordinare l’uso dell’hardware per varie applicazioni per vari utenti. Nel frattempo, i programmi applicativi sono software che determinano come le risorse vengono utilizzate per risolvere i problemi degli utenti.
• E infine, brainware/utente è un utente di computer. Può essere un essere umano, un’altra macchina o un altro computer.

Ambiente informatico

L’ambiente informatico è un ambiente in cui vengono utilizzati i sistemi informatici. Gli ambienti informatici possono essere raggruppati in quattro tipi:

1. elaborazione tradizionale
2. elaborazione basata su rete
3. elaborazione incorporata
4. grid computing.

All’inizio, l’informatica tradizionale includeva solo l’uso di computer desktop per uso personale in ufficio oa casa.

Tuttavia, insieme agli sviluppi tecnologici, l’informatica tradizionale ora include l’uso della tecnologia di rete che viene applicata dai desktop ai sistemi palmari. Questo drastico cambiamento rende i confini tra l’informatica tradizionale e l’informatica basata sulla rete non più chiari.

L’informatica basata su rete fornisce ampie strutture di accesso ai dati da vari dispositivi elettronici. L’accesso è disponibile fintanto che il dispositivo elettronico è connesso a una rete, cablata o wireless.

L’elaborazione incorporata implica che un computer incorporato esegua le sue attività in tempo reale. Questo ambiente informatico si trova spesso nell’industria, nella ricerca scientifica e così via.
Anche quest’ultimo modello di calcolo è basato sulla rete con un sistema a cluster. Un super computer viene utilizzato per eseguire il calcolo. In questo modello l’informatica è sviluppata tramite pc-farm.

La vera differenza con il calcolo basato su rete è che il calcolo basato su griglia viene eseguito insieme come un multiprocessore e non si limita a scambiare dati come nel calcolo basato su rete.

Classe informatica

Spesso si verificano errori nel dividere le tipologie di computer, questo accade anche tra esperti.

Ad esempio, le persone spesso chiamano un PC (Personal Computer) come un desktop. In realtà si tratta di due riferimenti diversi.

Un desktop è quasi certamente un PC, ma molto probabilmente un PC non è un desktop, tuttavia può essere un notebook. No, non è un indovinello!

Dividiamo i tipi di computer in base a tre fondamentali, vale a dire dimensioni, caratteristiche e tipo di dati. Può infatti accadere che un computer sia incluso in due o più classi in base alla stessa classificazione.

Ad esempio, in precedenza tutti i desktop erano chiamati microcomputer, ma a causa dello sviluppo della terminologia, il termine microcomputer è diventato meno specifico (ad esempio, l’emergere di notebook, PC palmari, desknotes).

Classificazione per dimensione

Questa classificazione si basa sulla dimensione del computer, che può anche indicare quanto potrebbero essere grandi le risorse. Ancora più importante è la dimensione della sua potenza di calcolo.

Grid Computer/Super Computer

è un computer con capacità superiori rispetto ad altri computer del suo tempo. Oggi è composto da molti computer sviluppati in una computer-farm.

Questo tipo di computer è lo sviluppo di Mainframe e Desktop. Questo computer utilizza molta CPU per produrre il massimo output. La potenza di calcolo di questo computer è sorprendente e anche molto costosa, per questo questo tipo di computer viene solitamente utilizzato per ricerche su larga scala, ad esempio la costruzione di aeroplani, missioni spaziali.

Il primo super coumputer

Il primo super computer creato dall’uomo è stato il CDC 6600. Il più famoso è probabilmente il Beowulf della NASA, composto da 16 PC Pentium 4 Xeon.

Mainframe

Mainframe Computer è un sistema informatico che raccoglie dispositivi che funzionano allo stesso modo o diversi che vengono messi insieme in un sistema condiviso.

Lo sviluppo del sistema operativo inizia da qui dove inizia con un sistema batch in cui i lavori simili vengono raccolti ed eseguiti in gruppi, quindi dopo che il gruppo che è stato eseguito in precedenza è terminato, viene eseguito automaticamente un altro gruppo.

Negli sviluppi successivi è stato introdotto il sistema multiprogrammato. Con questo sistema, i lavori vengono archiviati contemporaneamente nella memoria principale e la CPU viene utilizzata alternativamente. Ciò richiede diverse funzionalità aggiuntive, vale a dire: fornitura di routine di I/O da parte del sistema, impostazioni di memoria per allocare memoria per diversi lavori, pianificazione della CPU per selezionare i lavori da eseguire e altre allocazioni hardware.

Sistema multitasking

Inoltre, viene utilizzato il sistema Time-Sharing / Multitasking – Interactive Computing. Con questo sistema, la CPU viene utilizzata alternativamente dai lavori in memoria e su disco. La CPU viene assegnata solo ai lavori in memoria e i lavori vengono spostati da e verso il disco. Ciò richiede la comunicazione tra l’utente e il sistema operativo, dove quando il sistema operativo completa un comando cerca il comando successivo da parte dell’utente.Di conseguenza, deve esistere un sistema online per consentire all’utente di accedere a dati e codice.

Minicomputer

Versione più piccola del mainframe con meno apparecchiature, solitamente utilizzata solo per un’attività specifica. Sviluppato con un sistema di moduli in modo che i suoi componenti possano essere facilmente sostituiti. Questa è la forma base di un computer desktop.
Immagine del minicomputer

Postazioni di lavoro

Un modello del mainframe in cui un computer viene utilizzato insieme contemporaneamente con un focus su un particolare lavoro. A volte è difficile distinguerli da un Mini Computer, perché hanno quasi le stesse dimensioni. Questo computer è il modello base della rete.

Computer fissi

Questo tipo di computer è un computer di dimensioni relativamente ridotte e può essere posizionato su una scrivania. Questo computer è pensato per praticità e maggiore reattività per gli utenti di computer. Vari sistemi operativi possono essere eseguiti su questo tipo di computer.

Computer da scrivania: Desktop – Laptop

Praticamente un ibrido tra desktop e laptop, combina le funzionalità del desktop (processore desktop) e della portabilità del laptop. Facile da usare e spostare in luoghi con alimentazione elettrica ma non troppo facile da spostare o portatile in luoghi senza alimentazione elettrica (perché la batteria si scarica rapidamente, tende a perdere le sue proprietà specialmente dopo i primi mesi di utilizzo).

Computer portatili

I computer portatili (facilmente spostabili) imitano il concetto di un desktop ma sono molto più efficienti nell’uso dell’energia elettrica. Può essere utilizzato in assenza di alimentazione di rete (la batteria dura parecchio). È più comodo da usare per lavorare in viaggio o per lavori che richiedono flessibilità nei luoghi. A volte è ancora difficile eseguire vari sistemi operativi.

Sistema portatile

Sistema portatile è il termine per computer di piccole dimensioni (palmari) con determinate capacità. Alcuni esempi di questi sistemi sono Palm Pilot, PDA e telefoni cellulari.
Un problema crescente sui sistemi palmari è come progettare software e hardware che si adattino alle loro piccole dimensioni.

Software

Dal punto di vista del software, gli ostacoli che sorgono sono le dimensioni limitate della memoria e le dimensioni ridotte del monitor. La maggior parte dei sistemi palmari era da 512 KB a 8 MB di memoria.

Con una dimensione di memoria così ridotta rispetto a un PC, i sistemi operativi e le applicazioni destinate ai sistemi palmari devono essere in grado di utilizzare la memoria in modo efficiente. Inoltre, devono anche essere progettati in modo da poter essere visualizzati in modo ottimale su uno schermo di circa 5 x 3 pollici.

Hardware

Dal lato hardware, l’ostacolo che si pone è l’utilizzo di fonti di alimentazione per l’empowerment del sistema. La sfida che si presenta è creare una fonte di alimentazione (ad esempio una batteria) di piccole dimensioni ma di grande capacità o progettare un hardware che consumi una piccola fonte di alimentazione.

In generale, le limitazioni possedute dai sistemi palmari sono in accordo con l’usabilità/servizi forniti. I sistemi portatili vengono solitamente utilizzati per cose che richiedono la portabilità di una macchina come fotocamere, dispositivi di comunicazione, lettori MP3 e altri.

Sistema integrato

Si riferisce a un sistema informatico incaricato di controllare le attività specifiche di un dispositivo come una lavatrice digitale, una televisione digitale, una radio digitale. Interfaccia utente limitata e quasi assente Di solito fa il suo lavoro in tempo reale, è il sistema più utlizzato.

Classificazione in base alle caratteristiche

Questa classificazione si basa sulla dimensione delle caratteristiche tipiche di un computer, solitamente strettamente correlate alla sua funzione.

Singolo Processore/Uniprocessore

In un computer c’è un solo processore. Il vantaggio di questo sistema è che è più facile da implementare perché non è necessario prestarvi attenzione

Sincronizzazione tra processori, facilità di controllo sul processore perché il sistema di protezione non è troppo complicato e tende ad essere economico (non economico).

Da notare che ciò che si intende per processore è un processore come CPU/Central Processing Unit. Questo è sottolineato perché ci sono diversi dispositivi che hanno i propri processori nei loro dispositivi come schede VGA AGP, mouse ottico, ecc.

Sistema multiprocessore/parallelo

Questo computer ha più di un processore, di conseguenza, aumenta il numero di processi che possono essere completati in un’unità di tempo (aumento del throughput). Va ricordato che ciò non significa che la potenza di calcolo sia aumentata del numero di processori. Ciò che aumenta è la quantità di lavoro che può svolgere in un dato momento.

Viene utilizzato meno denaro perché i processori sono in un computer e possono condividere periferiche (economiche) come i dischi e l’alimentatore.

Se un processore subisce un’interruzione, il processo che si verifica può comunque essere eseguito correttamente perché l’attività del processore disturbato viene rilevata da un altro processore. Questo è noto come degradazione aggraziata. Il sistema stesso è noto per essere tollerante ai guasti o sistema fail-soft.

Tipi di multiprocessore

Esistono due tipi di sistemi multiprocessore, vale a dire Symmetric MultiProcessing (SMP) e Asymmetric MultiProcessing (ASMP). In SMP ogni processore esegue una copia identica del sistema operativo e molti lavori possono essere eseguiti contemporaneamente senza perdita di prestazioni.

Tieni presente che in ASMP a ciascun processore viene assegnato un compito specifico. Un processore funge da processore principale incaricato di programmare e allocare il lavoro ad altri processori chiamati processori slave. ASMP è generalmente utilizzato su sistemi di grandi dimensioni.

Personal computer

Un computer progettato per essere utilizzato da una sola persona alla volta. Il prezzo tende ad essere più economico e di solito è in grado di svolgere una varietà di compiti.

Sistemi distribuiti

Eseguire il calcolo in modo distribuito tra diversi processori. È solo che il calcolo è un sistema debolmente accoppiato, ovvero ogni processore ha la propria memoria locale. La comunicazione avviene tramite autobus o linee telefoniche.

Il vantaggio è quasi lo stesso di un multiprocessore, vale a dire la condivisione delle risorse e un calcolo più veloce. Tuttavia, il sistema distribuito ha anche un altro vantaggio, che consente la comunicazione tra computer.

Si compone di due modelli, vale a dire il peer-to-peer e i sistemi client-server in cui quasi tutti i processi vengono eseguiti centralmente sul server in base alle richieste del client. Quest’o modello’ultimo è ancora diviso in altri due tipi, vale a dire il sistema di server di elaborazione in cui il server fornisce strutture di elaborazione e il sistema di file server in cui il server fornisce l’archiviazione dei dati.

P2P

Un altro modello è il peer-to-peer (P2P) Un sistema di più computer che scambiano dati, un esempio di implementazione di un Sistema Distribuito:

• Rete locale (LAN)
• Rete di piccola area (SAN)
• Rete Area Metropolitana (MAN)
• Servizio in linea (OL) / Outernet
• Rete geografica (WAN) / Rete internazionale (Internet).

Sistemi a cluster

In generale, un sistema cluster è una combinazione di diversi sistemi individuali (computer) raccolti in un’unica posizione, che condividono l’archiviazione dei dati (archiviazione) e sono collegati tra loro in una rete locale (Local Area Network).

I sistemi cluster sono simili ai sistemi paralleli in quanto combinano più CPU per aumentare le prestazioni di elaborazione. Se una macchina ha problemi nell’esecuzione di un’attività, un’altra macchina può subentrare nell’esecuzione di tale attività. Pertanto, il sistema sarà più affidabile e tollerante ai guasti nel calcolo.

In termini di reti, i sistemi cluster sono simili ai sistemi distribuiti. La differenza è che se la rete su un sistema distribuito include computer le cui ubicazioni sono distribuite, allora la rete su un sistema cluster connette molti computer raccolti in un unico posto.

Nell’ambito della rete locale, il sistema cluster ha diversi modelli nella sua implementazione: asimmetrico e simmetrico.I due modelli si differenziano per il controllo del funzionamento del motore.

Supervisione

La supervisione nel modello asimmetrico pone una macchina che non svolge alcuna attività se non quella di stare in stand-by a guardare la macchina in funzione.

Se la macchina ha un problema, il supervisore assumerà immediatamente le sue funzioni. Le macchine che fungono specificamente da supervisori non sono implementate in un modello simmetrico. Invece, le macchine che eseguono il calcolo tengono d’occhio lo stato dell’altra. Un’altra macchina si occuperà del lavoro della macchina che presenta problemi.

Se visto dall’efficienza dell’uso della macchina, il modello simmetrico è superiore al modello asimmetrico. Questo perché ci sono macchine che non svolgono altre attività oltre al monitoraggio di altre macchine nel modello asimmetrico.

Le macchine che sono “inattive” vengono utilizzate per eseguire calcolo su un modello simmetrico. Questo è ciò che rende il modello simmetrico più efficiente.

Gestione sistema e spazio archiviazione

Una questione interessante sui sistemi cluster è come gestire le macchine che compongono il sistema per condividere lo spazio di archiviazione. Per ora, i sistemi cluster di solito sono costituiti solo da 2 a 4 macchine a causa della complessità della gestione dell’accesso di queste macchine all’archiviazione dei dati.

Le questioni di cui sopra si sviluppano anche su come implementare i sistemi cluster in parallelo o in una rete più ampia (Wide Area Network). L’aspetto importante relativo all’implementazione di sistemi a cluster paralleli è la capacità delle macchine che compongono il sistema di accedere simultaneamente ai dati nello storage.

Vari software speciali sono stati sviluppati per supportare questa capacità perché la maggior parte dei sistemi operativi non fornisce strutture adeguate.

Esempio

Un esempio del software è Oracle Parallel Server, progettato specificamente per i sistemi di cluster paralleli.
Insieme al rapido sviluppo della tecnologia cluster, si spera che il sistema cluster non sarà più limitato a un insieme di macchine in una posizione connesse in una rete locale. Sono in corso ricerche e studi affinché un giorno il sistema cluster possa coprire diverse macchine sparse in tutto il mondo.

Sistemi in tempo reale / Sistemi in tempo reale

Un sistema in tempo reale è un sistema che richiede il completamento di un calcolo entro un certo tempo. Se il calcolo non è completo, si considera che il sistema non abbia svolto i propri compiti.
Il sistema in tempo reale ha due modelli nella sua implementazione: sistema in tempo reale hard e sistema in tempo reale soft.

Sistema hard real time

Il sistema hard real time garantisce che un processo che è più importante nel sistema sarà completato entro un periodo di tempo valido. Questa stretta garanzia temporale ha un impatto sul funzionamento e sull’hardware che supporta il sistema.

Le operazioni di I/O nel sistema, come l’accesso ai dati all’archiviazione, devono essere completate entro un certo tempo.

In termini di (hardware), la memoria a breve termine (memoria a breve termine) o la memoria di sola lettura (ROM) sostituisce il disco rigido come archivio dati. Entrambi i tipi di memoria possono conservare i propri dati senza alimentazione elettrica.

Le rigide regole di temporizzazione e le limitazioni hardware di questi sistemi li rendono difficili da combinare con altri sistemi, come i sistemi multiprocessore con sistemi di time-sharing.

I sistemi soft real time non applicano le regole del tempo così rigorosamente come i sistemi hard real time. Tuttavia, questo sistema garantisce che il processo più importante abbia sempre la massima priorità per essere completato tra gli altri processi.

Come per i sistemi hard real time, varie operazioni nel sistema devono avere un limite di tempo massimo.

Dove vengono utilizzati questi sistemi?

Le applicazioni di sistema in tempo reale sono ampiamente utilizzate nei settori della ricerca scientifica, dei sistemi di imaging medico, dei sistemi di controllo industriale e dell’industria degli elettrodomestici. Nei campi dell’imaging medico, dei sistemi di controllo industriale e dell’industria degli elettrodomestici, il modello di sistema hard real time ampiamente utilizzato è il modello in tempo reale.

Le applicazioni di sistema in tempo reale sono ampiamente utilizzate nei settori della ricerca scientifica, dei sistemi di imaging medico, dei sistemi di controllo industriale e dell’industria degli elettrodomestici. Nei campi dell’imaging medico, dei sistemi di controllo industriale e dell’industria degli elettrodomestici, scientifico il modello di sistema hard real time ampiamente utilizzato.