Системотехника вычислительных систем

Цели

Цель настоящей главы – дать введение в системотехнику вычислительных систем и объяснить, почему знания в этой области важны для специалистов по программному обеспечению. Прочитав эту главу, вы должны:

q понимать, почему программное обеспечение все шире применяется в разработках системотехники;

q знать основные интеграционные характеристики систем: безотказность, производительность, надежность и безопасность;

q понимать, почему в процессе разработки систем необходимо учитывать окружение, в котором будет работать система;

q иметь представление о процессах создания систем и системного обеспечения.

Системотехника, как технология создания систем, охватывает процессы создания спецификаций, проектирования, разработки, тестирования, внедрения и сопровождения систем как единого целого. Системотехник, занимающийся разработкой вычислительных систем, не сосредоточен только на программном обеспечении, он уделяет равное внимание программному обеспечению, аппаратным средствам и средствам взаимодействия с пользователями и системным окружением. Он должен думать о тех функциях, которые будет выполнять система и, собственно, ради которых строится система, а также о взаимодействии системы с ее окружением. Специалист по созданию программного обеспечения должен понимать задачи системотехники, поскольку возникающие проблемы часто являются результатом решений, принятых системотехниками.

Существует множество самых разнообразных определений понятия "система", от очень абстрактных до чрезвычайно конкретных. С моей точки зрения, наиболее удачным определением системы будет следующее.

Система – это совокупность взаимодействующих компонентов, работающих совместно для достижения определенных целей.

Это определение охватывает очень широкий круг систем. Например, такая простая система, как карандаш, состоит из двух или нескольких "аппаратных" компонентов, в то время как система управления полетами может состоять из тысяч аппаратных и программных компонентов плюс операторы, которые принимают решения на основе данных, предоставляемых информационными подсистемами.

Определяющим признаком системы является то, что свойства и поведение системных компонентов влияют друг на друга чрезвычайно сложным и запутанным образом. Корректное функционирование каждого системного компонента зависит от функционирования многих других компонентов. Так, операционное обеспечение может выполнять свои функции, если только работает процессор и соответствующие аппаратные средства. Процессор может выполнять вычисления, если только корректно инсталлированы программные системы, задающие эти вычисления.

Системы часто имеют иерархическую структуру, т.е. в качестве компонентов содержат другие системы. Например, компьютерная система полиции содержит географическую информационную систему, которая предлагает информацию о месте, где случилось или может случиться какое-либо происшествие. Системы, которые являются компонентами других систем, называются подсистемами. Определяющее свойство подсистем заключается в том, что они могут функционировать самостоятельно, независимо от тех систем, в состав которых входят. Поэтому географическую информационную систему можно использовать также в других системах. Вместе с тем их поведение в составе какой-либо конкретной системы зависит, конечно, от взаимодействия с другими подсистемами.

Сложность взаимодействия между системными компонентами означает, что система не сводится просто к сумме ее составных частей. Она имеет определенные свойства, которые присущи ей именно как целостной системе. Такие интеграционные свойства не могут быть свойствами какой-либо отдельной части системы. Более того, они проявляются тогда, когда система рассматривается как единое целое. Некоторые из этих свойств можно вывести из аналогичных свойств отдельных подсистем, но чаще они являются комплексным результатом взаимодействия всех подсистем и их невозможно оценить, исходя из анализа отдельных системных компонентов.

Приведем примеры интеграционных свойств.

1. Суммарный размер системы. Это пример интеграционного показателя системы, который можно вычислить, исходя только из свойств отдельных компонентов.

2. Безотказность системы. Это свойство зависит от безотказности отдельных компонентов и взаимосвязи между ними.

3. Удобство эксплуатации системы. Это очень сложное многопараметрическое свойство, которое зависит не только от программного обеспечения и аппаратных средств системы, но также от окружения, в котором эксплуатируется система, и от системных операторов.

В этой книге основное внимание уделяется вычислительным системам, которые состоят из аппаратных и программных компонентов и, как правило, имеют подсистемы для взаимодействия с человеком. Специалист по программному обеспечению должен знать системотехнику вычислительных систем, поскольку здесь программный компонент играет очень важную роль. Например, в 1969 году для осуществления посадки человека на Луна в программе "Аполлон" использовалось ПО, занимающее всего 10 Мбайт, а ПО космической станции – 100 Мбайт. Таким образом, технологии инженерии программного обеспечения часто являются критическим фактором при разработке сложных вычислительных систем.