Что такое программная и аппаратная совместимость компьютера
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.
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.
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. Переход от однородных сетей программно совместимых компьютеров к построению неоднородных сетей, включающих компьютеры разных производителей, в корне изменил и точку зрения на саму сеть : из сравнительно простого средства обмена информацией она превратилась в средство интеграции отдельных ресурсов - мощную распределенную вычислительную систему, каждый элемент которой ( сервер или рабочая станция ) лучше всего соответствует требованиям конкретной прикладной задачи.
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 . В условиях жесткой конкуренции производителей аппаратных платформ и программного обеспечения сформировалась концепция открытых систем , представляющая собой совокупность стандартов на различные компоненты вычислительной среды, предназначенных для обеспечения мобильности программных средств в рамках неоднородной, распределенной вычислительной системы.
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.
По аппаратной совместимости различают так называемые аппаратные платформы. В области персональных компьютеров наиболее широко распространены две аппаратные платформы — IBM РС и Аррlе Macintosh (сЕГОДНЯ ЕСТЕСТВЕННО ВЫГЛЯДЯТ УЖЕ ИНАЧЕ). Кроме них существуют и другие платформы, распространенность которых ограничивается отдельными регионами или отдельными отраслями. Принадлежность компьютеров к одной аппаратной платформе повышает совместимость между ними, а принадлежность к разным платформам — понижает.
Кроме аппаратной совместимости существуют и другие виды совместимости: совместимость на уровне операционной системы, программная совместимость, совместимость на уровне данных.
Аппаратная совместимость: а) комплектующие, удовлетворяющие одному стандарту,
являются взаимозаменяемыми; б) различные части компьютера не конфликтуют между собой.
Программная совместимость: программы, разработанные на одной машине, будут правильно работать и на другой. Для проверки программной совместимости в начале 90 годов рекомендовалось использование компьютерных игр, например, DOOM.
Понятие «аппаратная платформа» связано с решением фирмы IBM о выработке и утверждении единого стандарта на основные комплектующие персонального компьютера. До этого времени фирмы-производители ПК стремились создать собственные, уникальные устройства, чтобы стать монополистом по сборке и обслуживанию собственных персональных компьютеров. Однако в итоге рынок был перенасыщен несовместимыми друг с другом ПК, для каждого из которых нужно было создавать собственное программное обеспечение. В этот период устройство, однако при этом фирма IBM быстро лишилась приоритета на рынке средств вычислительной техники, так как конкуренты производили клоны дешевле оригинального IBM PC . Но стандарт прижился как платформа IBM PC -совместимых ПК.
В связи с тем, что в настоящее время фирма IBM - создатель первого в мире массового персонального компьютера - утратила свой приоритет в выпуске ПК, на Западе все реже употребляют термин « IBM -совместимые компьютеры», а используют понятие «платформа Wintel », подразумевая под этим сочетание микропроцессора фирмы Intel с операционной системой Windows . Микропроцессор при этом рассматривается как основа аппаратной платформы, которая определяет архитектуру персонального компьютера, т. е. его тип и характеристики.
Однако термин Wintel не совсем точно определяет понятие платформы, так как открытая архитектура современных IBM -совместимых персональных компьютеров позволяет собирать их из комплектующих, изготавливаемых различными фирмами-производителями, включая и микропроцессоры, которые в настоящее время выпускаются не только фирмой Intel , но и Advanced Micro Devices ( AMD ), Cyrix Corp . и др. Кроме того, IBM -совместимые ПК могут работать не только под управлением операционной системы Windows , но и под управлением других операционных систем.
Кроме платформы IBM -совместимых ПК в настоящее время достаточно широкое распространение получила платформа Apple , представленная довольно популярными на Западе компьютерами Macintosh . Специалисты по компьютерной истории отдают приоритет в создании ПК именно компании Apple . С середины 70-х г. эта фирма представила несколько десятков моделей ПК - начиная с Apple I и заканчивая современным iMac , - и уверенно противостояла мощной корпорации IBM . В середине 80-х гг. компьютеры серии Macintosh стали самыми популярными ПК в мире. В отличие от IBM , компания Apple всегда делала ставку на закрытую архитектуру - комплектующие и программы для этих компьютеров выпускались лишь небольшим числом «авторизированных» производителей. За счет этого компьютеры Macintosh всегда стоили несколько дороже своих IBM -совместимых ПК, что компенсировалось их высокой надежностью и удобством. Именно на компьютерах Apple впервые появились многие новинки, со временем ставшие неотъемлемой частью персонального компьютера: графический интерфейс и мышь, звуковая подсистема и компьютерное видео и т. д. Кроме того, и интерфейс самой Windows был частично скопирован с одной из ранних операционных систем Apple , созданной для компьютера Lisa .
Работа с графикой и сегодня остается основной областью функционирования персональных компьютеров Apple . Поэтому ПК Macintosh по-прежнему незаменимы в таких областях, как издательское дело, подготовка и дизайн полноцветных иллюстраций, аудио- и видеообработка. В этом качестве компьютеры Apple используются сейчас в России (в США новые модели Apple используются и в качестве домашних ПК). Сегодня на рынке средств вычислительной техники представлено несколько основных платформ персональных компьютеров, каждая из которых отличается как по назначению, так и по типу аппаратного и программного обеспечения. Как правило, различные платформы компьютеров несовместимы между собой. Проблема совместимости компьютерных платформ возникла практически одновременно с появлением самих персональных компьютеров. По тем или иным причинам каждый производитель делал свою продукцию оригинальной настолько, что более никто не мог обменяться с ней информацией. В какой-то степени эта конкурентная борьба продолжается и в настоящее время, однако понимание того, что в погоне за клиентом основополагающим фактором должна стать универсальность, пришло к производителям компьютерных систем уже очень давно.
Существует два основных варианта решения проблемы совместимости компьютерных платформ:
• Аппаратные решения - это специальные платы, несущие на себе дополнительные процессор, оперативную память и видеопамять другой аппаратной платформы. Фактически они представляют собой отдельный компьютер, вставленный в существующий ПК. Его, как и обычный компьютер, можно оснастить любой операционной системой по выбору пользователя и соответствующим программным обеспечением. При этом можно легко переключаться между двумя операционными системами, обмениваться между ними файлами и выполнять другие операции, причем производительность обеих систем остается высокой, и они не влияют друг на друга, так как практически не имеют разделяемых ресурсов, кроме мыши, клавиатуры и монитора. Основным недостатком таких плат является их высокая стоимость, хотя и несколько меньшая, чем отдельного ПК.
• Программные решения - это специально написанные программы-эмуляторы, позволяющие запустить программное обеспечение, разработанное для персональных компьютеров одного типа, на другом ПК. Эмулятор - специальная программа, выполняющая каждую команду исходной программы посредством одной или нескольких команд ПК, на котором происходит эмуляция.
(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.
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.
Семейство компьютерных моделей считается совместимым, если определенное программное обеспечение , работающее на одной из моделей, также может работать на всех других моделях этого семейства. Модели компьютеров могут отличаться по производительности , надежности или другим характеристикам. Эти различия могут повлиять на результат работы программного обеспечения.
СОДЕРЖАНИЕ
Совместимость программного обеспечения может относиться к совместимости конкретного программного обеспечения с определенной архитектурой ЦП, например Intel или PowerPC . Совместимость программного обеспечения также может относиться к способности программного обеспечения работать в конкретной операционной системе . Очень редко скомпилированное программное обеспечение совместимо с несколькими различными архитектурами ЦП. Обычно приложение компилируется для разных архитектур ЦП и операционных систем, чтобы оно было совместимо с другой системой. С другой стороны, интерпретируемое программное обеспечение может нормально работать на многих различных архитектурах ЦП и операционных системах, если интерпретатор доступен для данной архитектуры или операционной системы.Несовместимость программного обеспечения возникает много раз для нового программного обеспечения, выпущенного для более новой версии операционной системы, которая несовместима со старой версией операционной системы, поскольку в ней могут отсутствовать некоторые функции и функции, от которых зависит программное обеспечение.
Аппаратная совместимость может относиться к совместимости аппаратных компонентов компьютера с конкретной архитектурой ЦП , шиной, материнской платой или операционной системой . Совместимое оборудование не всегда может работать с максимальной заявленной производительностью, но, тем не менее, оно может работать с устаревшими компонентами . Примером являются микросхемы ОЗУ , некоторые из которых могут работать с более низкой (а иногда и более высокой) тактовой частотой, чем номинальная. Оборудование, которое было разработано для одной операционной системы, может не работать для другой, если драйверы устройства или ядра недоступны. Например, большая часть оборудования для macOS - это проприетарное оборудование.с драйверами, недоступными для использования в операционных системах, таких как Linux .
Читайте также: