Программа Apple Macentosh

В конце 1996 г. была анонсирована еще одна модель - PowerPC 603ev с тактовой частотой 166 МГц (затем 180 и 200 МГц). Кристалл был выпущен с соблюдением проектных норм 0,35 мкм. В нем были усовершенствованы блоки операций деления и управления кэш-памятью.

PowerPC 604.

Последним 32-разрядным процессором этого семейства стал PowerPC 604. Он был анонсирован в конце 1995 года. Процессор построен по 0,35 мкм технологии и работает на частотах 100, 120, 133, 150 МГц. Блок-схема этого процессора показана на рис.3. По производительности он более чем на треть привосходит Pentium с той же тактовой частотой и сопостовим с процессором Pentium Pro. На этом процессоре были построены самые мощные компьютеры фирмы Apple.

Рис. 3.

I MMU - Устройство управления памятью команд; D MMU - Устройство управления памятью данных; I Cache - Кэш-память команд; D Cache - Кэш-память данных.

PowerPC 604e.

Усовершенствованным вариантом этого процессора стал PowerPC 604e, выполненный по 0,35 мкм технологии с напряжением питания 2,5 В. Были выпущены процессоры работающие на тактовых частотах 167, 180, 200 МГц. Их энергопотребление не превышает 10 Вт (в 3 раза меньше, чем у процессоров Р6). Внытреняя кэш-па- мять была увеличена вдвое - 32 кбайт для команд и 32 кбайт для данных. Также была улучшена поддержка многопроцессорных конфигу- раций. В 1995 г. был анонсирован первый 64-разрядный процессор семейства - PowerPC 620. Как было заявлено, он предназначался для рабочих станций и высокопроизводительных серверов. Этот кристалл имел шесть уже независимых исполнительных устройств и встроенную кэш-память 64 Кбайт (32+32). Микросхема была выпущена с учетом проектных норм 0,5 мкм на кристалле площадью 311 мм2 и содержала 7 млн транзисторов. В процессоре использовалась четырехконвейерная суперскалярная архитектура с шестью исполнительными устройствами, в числе которых было три блока целочисленной арифметики, один блок для операций с плавающей точкой, блок загрузки/сохранения и блок переходов. За один такт процессор мог выполнять до четырех команд. Шинный интерфейс этого процессора включал унифицированную внутреннюю поддержку кэш-памяти 2-го уровня объемом до 128 Мбайт.

Первым микропроцессором IBM с медными межсоединениями стал в 1998 г. кристалл PowerPC 750. Вообще говоря, по сравнению с технологией, где межсоединения элементов выполнены на основе алюминия, медь позволяет сделать кристалл меньше и быстрее. Медная металлизация уменьшает общее сопротивление, что позволяет увеличить скорость работы кристалла на 15-20%. Обычно она дополняется еще одной новинкой - технологией "кремний-на-изоляторе" (Silicon On Insulator, SOI). Последняя уменьшает паразитные емкости, возникающие между элементами микросхемы и подложкой. Благодаря этому тактовую частоту работы транзисторов также удается увеличить. Как считается, за счет SOI можно увеличить скорость на 20-30%. Таким образом, среди ряда крупнейших фирм, выпускающих полупроводниковые приборы, IBM стала первым производителем микропроцессоров и микроконтроллеров с медными межсоединениями (технологический процесс CMOS7S).

Одной из особенностей PowerPC 750 была схема кэширования, отличавшаяся от используемой в предыдущих версиях PowerPC. Микросхема имела выделенную шину, с помощью которой кэш-память 2-го уровня (емкостью 0,5; 1 или 2 Мбайт) подсоединялась непосредственно к кристаллу, а не через системную шину (такая схема кэширования называется Back Side). При этом выделенная шина работала на удвоенной тактовой частоте (системной шины). Это допускало использование микросхем памяти типа SRAM 233 МГц. Кристаллы PowerPC 750, работающие на тактовых частотах от 200 до 500 МГц, были выполнены с учетом проектных норм 0,25 (PID8t) и 0,22 (PID8p) мкм.

Версия микропроцессора PowerPC 750CX отличается встроенной 2-входовой наборно-ассоциативной кэш-памятью объемом 256 Кбайт. Отметим, что 8-входовая наборно-ассоциативная кэш-память 1-го уровня для команд и данных имеет объем по 32 Кбайт каждая. Кристалл выполнен с учетом проектных норм 0,18 мкм, с шестислойной медной металлизацией. Рабочие тактовые частоты составляют 366, 400 и 466 МГц.

В феврале 2001 г. IBM сообщила о выпуске PowerPC 750CXe, тогда названного компанией "самым производительным процессором из серии PowerPC". Кристалл PowerPC 750CXe содержал 256 Кбайт встроенной кэш-памяти 2-го уровня и выпускался с использованием медных межсоединений и с соблюдением проектных норм 0,18 мкм. IBM начала массовое производство PowerPC 750CXe с тактовыми частотами 400, 500, 600 МГц. Сейчас в эту линейку входят также микросхемы PowerPC 750CXr с тактовой частотой 533 МГц.

Великолепная "четверка"

В конце 2001 г. был анонсирован микропроцессор POWER4, в котором впервые была реализована архитектура "два процессорных ядра на одном кристалле". Действительно, POWER4 уникален уже тем, что в нем даже один кристалл представляет собой мультипроцессорную систему: в одном корпусе содержится два 64-разрядных микропроцессора. Архитектуру кристалла POWER4 отличает несколько современных решений: суперскалярная структура, внеочередное исполнение команд, большая кэш-память на кристалле, специализированный порт для основной памяти, а также высокоскоростные линки для объединения микропроцессоров в системы с архитектурой распределенной разделяемой памяти.

Каждый процессор POWER4 имеет два конвейерных блока для работы с 64-разрядными операндами с плавающей точкой, выбирающих на исполнение по пять команд каждый, и два блока для работы с памятью. Процессоры содержат раздельную кэш-память команд и данных 1-го уровня объемом по 64 Кбайт каждая. Кроме того, имеется разделяемая (общая) кэш-память 2-го уровня на кристалле (объемом 1,4 Мбайт) и внешняя кэш-память 3-го уровня (32 Мбайт). Совместный доступ к внешней кэш-памяти выполняется по технологии DSI (Distributed Switch Interconnect). Для создания мультипроцессорных конфигураций имеются специальные линки с высокой пропускной способностью. Наряду с параллелизмом на уровне команд процессор использует параллелизм на уровне тредов (потоков). Динамическое выявление параллелизма предотвращает простои процессора при трудно выявляемых статически исключительных ситуациях, например, при промахе в кэш-памяти.

POWER4 изготавливался с учетом проектных норм 0,18 мкм по технологии SOI с несколькими слоями медной металлизации на кристалле площадью около 400 мм2. Базовое напряжение питания POWER4 равнялось 1,5 В. Тактовая частота кристалла, содержащего 174 млн транзисторов, могла составлять 1,1 или 1,3 ГГц. Такие параметры обеспечивал технологический процесс CMOS-8S2, представляющий собой дальнейшее развитие известного процесса CMOS-8.

Одной из отличительных особенностей POWER4 стало наличие кэш-памяти 2-го уровня, разделяемой двумя процессорами кристалла, а также внешними процессорами других кристаллов через линки шириной 128 разрядов, работающие на тактовой частоте более 500 МГц, что обеспечивает пропускную способность свыше 10 Гбайт/с. При объединении четырех кристаллов и их специальном размещении проводники линков могут быть достаточно короткими и прямыми, что важно при работе на высоких тактовых частотах.

Физически кэш-память 2-го уровня объемом около 1,4 Мбайт состоит из нескольких одинаковых блоков, доступ к которым выполняется через коммутатор с пропускной способностью на уровне 100 Гбайт/с. Протокол когерентности обеспечивает размещение данных, поступивших по линкам, в том блоке кэш-памяти, который последним использовался для размещения данных. Порт кристалла POWER4, предназначенный для подключения кэш-памяти 3-го уровня объемом до 32 Мбайт, имеет ширину 128 разрядов для каждого из двух направлений пересылки данных. Порт функционирует не на полной тактовой частоте процессоров кристалла и тем не менее при передаче обеспечивает пропускную способность на уровне 13-14 Гбайт/с. Теги кэш-памяти 3-го уровня расположены внутри кристалла, что ускоряет реализацию протокола когерентности. Скорость передачи данных между кэш-памятью 3-го уровня и основной памятью может достигать 12,8 Гбайт/с.

Каждый из двух процессоров POWER4 имеет систему команд, реализованную в системах RS/6000 и AS/400 и полностью совместимую с системой команд PowerPC. Сохранение системы команд, связанное с поддержкой двоичного кода пользователей, потребовало применения не только однотактных команд, но и микропрограмм и даже прерываний для программной реализации наиболее сложных инструкций.

Каждый сдвоенный процессор POWER4 упакован в керамический мультипроцессорный модуль (размером 4,5х4,5 дюйма) вместе с тремя своими близнецами. Эта базовая строительная единица компьютеров называется MCM (MultiChip Module). Такой модуль, содержащий четыре микросхемы POWER4, в итоге объединяет восемь процессоров. В названии МСМ просматриваются аналогии с TCM (Thermal Conduction Module) - знаменитым процессорным модулем, обеспечивающим эффективное охлаждение расположенных в нем процессоров мэйнфреймов. Технологические достижения, которые привели к появлению новейших многокристальных модулей IBM, впервые были реализованы в компьютере eServer z900.

Многослойный керамический корпус MCM содержит магистрали, соединяющие микросхемы между собой, а также с модулями кэш-памяти и высокоскоростным коммутатором для связи с удаленными процессорами. Четыре микросхемы POWER4, образующие восьмипроцессорную конфигурацию, расположены в МСМ под углом 90° друг относительно друга, что позволяет минимизировать длину шин расширения, соединяющих микросхемы. Шины расширения связывают между собой и модули МСМ. В этих шинах используется специальная технология волновой конвейеризации (wave pipelining), обеспечивающая очень низкие величины задержек. Пропускная способность каждой шины превосходит 8 Гбайт/с, и соответственно МСМ с четырьмя шинами расширения, ведущими к другим МСМ, будет иметь суммарную пропускную способность свыше 32 Гбайт/с. Такую пропускную способность обменов между МСМ будет иметь 32-процессорная SMP-конфигурация из четырех модулей МСМ.

На самом деле шины расширения, кроме собственно межмодульных шин, включают выделенные шины для организации ввода-вывода и создания NUMA-конфигураций. При разработке POWER4 был использован целый ряд специальных решений, направленных на повышение надежности работы этих микросхем и компьютеров на их основе. В частности, предусмотрен механизм обнаружения и коррекции ошибок для кэш-памяти 2-го и 3-го уровней.

"Пять" лучше, чем "четыре с плюсом"

Корпорация IBM представила два сервера из серии eServer iSeries, ставших первыми компьютерами на основе ее нового 64-разрядного RISC-процессора POWER5. Как считают представители IBM, появление POWER5 способно серьезно изменить расстановку в мире коммерческих Unix-платформ в пользу корпорации.

POWER5 - это девятое поколение 64-разрядной RISC-архитектуры IBM. И хотя в ней использованы многие решения, появившиеся еще в POWER4, разработчики нового процессора подчеркивают, что его нельзя рассматривать как всего лишь модификацию предшественника. Дело в том, что значительно изменилась конструкция самого кристалла, что позволило создавать более эффективные суперскалярные комплексы.

На кристалле POWER5 реализовано 276 млн транзисторов, которые занимают площадь 389 мм2. Технологический процесс идет с соблюдением проектных норм 0,13 мкм и с применением технологий медных проводников и "кремний-на-изоляторе", позволяющих достичь большей производительности и снизить энергопотребление. Для сравнения: у кристалла POWER4, изготовлявшегося по технологии 0,18 мкм, площадь была равна 414 мм2; у его модификации POWER4+, выпущенной в конце 2002 г., она уменьшилась до 267 мм2 благодаря переходу на технологию 0,13 мкм. На кристалле POWER5 размещены два одинаковых процессорных ядра и общая кэш-память 2-го уровня (L2) объемом 1,875 Мбайт, выполненная в виде трех отдельных блоков, у каждого из которых имеется свой отдельный контроллер (у POWER4 объем кэш-памяти 2-го уровня составлял 1,5 Мбайт). Физический адрес данных определяет, в каком блоке кэш-памяти 2-го уровня находятся данные. Каждое из процессорных ядер может независимо обращаться к любому из трех контроллеров кэш-памяти 2-го уровня. Тактовая частота POWER5 составляет от 1,5 до 1,9 ГГц.

Одно из главных новшеств в конструкции кристалла по сравнению с POWER4 - это интегрированная кэш-память 3-го уровня объемом 36 Мбайт. Стоит отметить, что в предыдущем поколении процессора 32-Мбайт кэш-память располагалась вне кристалла. Благодаря переносу L3 ближе к процессорному ядру при отсутствии нужных данных в кэш-памяти 2-го уровня процессору намного реже придется обращаться за пределы кристалла, за счет чего в SMP-системе уменьшается обмен данными между кристаллами. В результате, если системы на базе POWER4 не могли масштабироваться до числа процессоров свыше 32 (это привело бы к резкому увеличению задержек из-за увеличения межпроцессорного трафика), то POWER5 обеспечивает построение 64-процессорных конфигураций. Кроме того, переход на проектные нормы 0,13 мкм позволил конструкторам POWER5 интегрировать в него и контроллер памяти, избавившись тем самым от микросхемы, которая в POWER4 отвечала за управление памятью, что дополнительно сократило латентность считывания данных из памяти.

Структура конвейера команд POWER5 осталась полностью идентичной той, что применялась в POWER4, причем не изменились и величины задержек. Такая преемственность должна обеспечить полную совместимость нового процессора с приложениями, разработанными для его предшественника.

Четыре кристалла POWER5 (восемь процессорных ядер) вместе с четырьмя кристаллами кэш-памяти 3-го уровня упаковываются в многокристальный модуль MCM размером 95x95 мм. Может использоваться также двухкристальный модуль Double chip Module (DCM). Для объединения MCM используется смешанная инфраструктура из шин и распределенного коммутатора - каждый модуль имеет четыре логические шины, позволяющие построить кольцо из четырех MCM. Соединяющая MCM восьмибайтная шина работает на половине тактовой частоты процессора и обеспечивает пропускную способность 4 Гбайт/с. Для соединения шин применяется усовершенствованная версия распределенного коммутатора, разработанного для POWER4. Число шин увеличилось, что повысило суммарную пропускную способность по сравнению с POWER4. В POWER5 применена одновременная многопоточность, при которой процессорное ядро может запрограммировать порядок параллельного выполнения команд из нескольких потоков.

5. Особенности операционной системы

Операционная система - упорядоченная последовательность управления программами совместно с необходимыми информационными массивами, которая служит для автоматизированного управления ресурсами компьютера и оптимизации времени выполнения задач пользователя (№7).

ОС является «душой» всего компьютера. Именно она является связующим звеном между физическим и логическим уровнями представления информации в компьютере. Программы диагностики и контроля технических средств могут функционировать как под управлением ОС, так и непосредственно на базе технических средств. Всё остальные категории программного обеспечения функционируют только на базе соответствующей ОС. Поэтому от ОС зависит быстродействие всего информационно-вычислительного комплекса.

Когда Mac OS была впервые представлена в 1984 году, это было само совершенство современного программирования. Система изначально разрабатывалась с расчетом на то, чтобы любой неквалифицированный пользователь мог, впервые сев за компьютер, уже через несколько минут начать работать на нем. Операционные системы для других платформ, которые появились несколько лет спустя, предлагали такие вещи как защищенная память и многозадачность, что в конечном итоге давало лучший пользовательский опыт. Apple не встраивала этих вещей в Mac OS потому, что микропроцессоры, доступные во время разработки Mac OS, не были достаточно мощными. С течением времени Mac OS обрастала дополнительной функциональностью, но при этом оставалась наиболее легкой в изучении и использовании. Другое дело, что технические ограничения, заложенные в систему, не позволяли ей называться «современной»: System 1.0 и ее продолжение вплоть до Mac OS 9 фактически были предназначены для одного пользователя, который бы работал с одним приложением на одном компьютере. Кстати сказать, Макинтош и Mac OS могли правильно обращаться с датами после 1999, начиная с первой модели компьютера. Любая программа на Mac OS, которая правильно использовала комплект инструментов Mac OS для обслуживания функций часов, не имела проблем после 2000 года.

Позднее добавление таких вещей, как защищенная память и многозадачность в Mac OS стало трудной и ресурсоемкой задачей, так как эти вещи должны находиться в ядре системы. Apple пыталась сделать это несколько раз, но так до конца дело и не довела. В конце концов, компания решила, что приобретение современной операционной системы и последующая подготовка ее для работы на Маке - более разумное решение. Apple рассматривала как вариант покупку BeOS у Be. Inc., но в конечном итоге в 1997 году остановилась на NEXTSTEP от NeXT. Inc, компании, которую основал Стив Джобс

NEXTSTEP преподнесла Apple современную систему, которая ей требовалась, но у нее был радикально другой графический интерфейс пользователя, чем у Mac OS. Apple начала изменять NEXTSTEP, чтобы сделать ее более похожей на Mac OS. Результатом стало нечто, что Apple назвала Rhapsody. Rhapsody была новой современной операционной системой для маковских пользователей со знакомым маковским интерфейсом, однако ей не хватало совместимости с существующими приложения под Mac OS. В 1999 г. Apple провозгласила разработку в рамках «открытых кодов» одним из ключевых принципов своей стратегии, и в марте 1999 г. появились исходные тексты первой версии нового ядра (Дарвин). А давно ожидаемый сообществом пользователей Apple релиз Mac OS X вышел 24 марта 2001 года.

5.1 Mac OS X (Jaguar)

За кодовым названием Jaguar скрывается по-настоящему революционное изменение в архитектуре операционных систем.

Ядро ОС Jaguar (как и всех ее предшественниц, начиная с NeXTStep) воплощает по сей день нереализованную мечту многих известных проектов - это основанная на отработанном микроядре Mach (проект Университета Карнеги-Миллан) модульно-компонентная конструкция, использующая в качестве «интерфейсных» сервисов наработки не менее известного проекта BSD Unix. За время развития от NeXTStep до Mac OS X создатели ядра ОС не изменили изначально принятой идеологии, и сегодняшняя Jaguar на уровне ядра отличается разве что технологическими нюансами (Mach 3.0 и «интерфейсный» код, заимствованный из ОС FreeBSD версии 4.4). Учитывая опыт многих коммерческих проектов, идеологи Mac OS X приняли довольно нетрадиционное решение, «открыв» исходные коды ядра ОС и подчеркнув его независимость от всей остальной системы даже «именем собственным» - Darwin (Дарвин). Так как исходные коды ядра доступны любому разработчику, то идеи сообщества программистов суммируются, анализируются, и из них выстраивается готовый продукт. Создатель UNIX Кен Томпсон называл такой метод программирования «компьютерным дарвинизмом». Вероятнее всего, именно поэтому ядро Mac OS X получило название Дарвин.

Итак, для разработки ядра новой операционной системы Apple взяла за основу открытую версию операционной системы UNIX - BSD 4.4 и создала новое микроядро (kernel) - Mach 3.0. Первоначально ядро Mach было разработано в Университете Carnegie-Mellon при непосредственном участии Авадиса Тавеняна (занимающего одно время пост вице-президента компании Apple по программному обеспечению).

Использование UNIX-ядра BSD дало много преимуществ для Mac OS X. Прежде всего, Дарвин обеспечивает защиту памяти. Именно этот механизм позволяет Apple говорить о небывалой надежности новой ОС. Еще одним интересным механизмом ядра Дарвин является механизм приоритетной, или вытесняющей, многозадачности (preemptive multitasking), обеспечивающей надежность одновременной работы нескольких приложений. Предыдущие версии Mac OS поддерживали лишь один способ распределения ресурсов процессора между задачами - так называемую кооперативную (совместную) многозадачность (cooperative multitasking), при которой задача, получившая доступ к процессору, занимает его до тех пор, пока поток команд от нее непрерывен. Новый (для Mac OS) способ распределения ресурсов процессора позволяет избежать "притеснения" одних приложений другими. Дарвин по целому ряду критериев, таких как активность приложения, его требования к ресурсам процессора и т.п., определяет приоритет каждой задачи и принудительно распределяет процессорное время в соответствии с этими приоритетами. Это позволяет также избежать простоев процессора.

Mac OS X поддерживает также и многопроцессорность, обеспечивая распределение нагрузки между процессорами оптимальным образом. Упомянем также и систему виртуальной памяти, которая в Mac OS X позволяет использовать дисковое пространство для повышения производительности приложений, требовательных к объему оперативной памяти. И хотя этот механизм применяется практически во всех ОС, создатели Дарвина за счет достаточно сложных механизмов именования объектов памяти добились существенного увеличения скорости и эффективности его работы.

Будучи основанным, на BSD UNIX, Дарвин поддерживает все возможности BSD: в него включена полная поддержка стандарта POSIX, что дает возможность исполнять любые UNIX-приложения, совместимые с этим стандартом; используется UNIX-модель процессов (идентификаторы процессов, сигналы и проч.); поддерживаются потоки (или нити - threads) UNIX, что позволяет назвать Mac OS X не только многозадачной, но и многопотоковой системой, в которой каждое приложение имеет ряд параллельно выполняемых задач. Кроме того, в Дарвине применяется политика безопасности UNIX (идентификаторы пользователя, полномочия, атрибуты и т. п.).

Кроме «классических» достоинств «скрытой Unix на микроядре», разработчики Apple создали ряд расширений функциональности, представляющих отдельный интерес. В первую очередь это относится к подсистеме NKE (Network Kernel Extensions - «сетевые расширения ядра»), позволяющей без необходимости перезагрузки или приостановки работы ОС фактически полностью изменять не только параметры, но и саму организацию сетевой подсистемы, например, динамически добавлять новые сетевые протоколы или модули, реагирующие на события в сетевой подсистеме. При этом NKE сама является загружаемым модулем ядра и органично вписывается в многоуровневую архитектуру ОС.

«Виртуальность» сетевых протоколов, обеспечиваемая NKE, подкрепляется и виртуальной файловой системой (VFS - Virtual File System), свойственной Unix, - Mac OS X может одновременно работать с файловыми системами форматов HFS+ (расширенная иерархическая файловая система, поддерживаемая «классическими» Mac OS 8 и 9), HFS (предшественница HFS+ из «Mac-мира»), UFS (классика в мире Unix), UDF (универсальный формат для CD ROM) и ISO9660 (стандартный формат CD ROM).

В связи с коренной перестройкой ядра и архитектуры Mac OS X ее разработчикам пришлось искать решения, призванные обеспечить одновременно использование всех возможностей новой ОС и поддержку приложений, созданных для предыдущих версий Mac OS. Таким решением стало создание трех типов программного окружения (application environment).

Classic. Mac OS X сама по себе не поддерживает приложения, созданные для предыдущих версий Mac OS. Поэтому для их исполнения запускается специфическое приложение, именуемое Classic и представляющее собой вариант Mac OS 9. Вот на этом виртуальном компьютере и исполняются все приложения старых ОС. Если закрыть приложение Classic, все работавшие в нем приложения тоже будут завершены. Если какое-либо Classic-приложение приводит к сбою, система защиты памяти срабатывает не для этого отдельного приложения, а для всего Classic-окружения. Кроме того, существует целый ряд ограничений для Classic-приложений, например невозможность использовать PDF как глобальное средство отображения информации.

Carbon. Кроме того, существует и компромиссный вариант перехода на Mac OS X. Программное окружение Carbon представляет собой способ перевода приложений для старых версий Mac OS на новую с минимальными затратами. Незначительная модификация приложений, конечно, не приводит к использованию всех возможностей Mac OS X, но позволяет все же избавиться от ограничений и неудобства Classic-окружения.

Cocoa - так называется «полноценное» программное окружение Mac OS X, позволяющее полностью задействовать все технологии новой ОС (и нового оборудования - Cocoa поддерживает многопроцессорность и Velocity Engine). Одной из интересных его особенностей является способ организации приложения в системе, дающий возможность гибкой настройки и расширения функциональных возможностей.

Кроме упомянутых выше, Mac OS X поддерживает и ряд дополнительных окружений, например Java. Сюда же следует отнести и поддержку BSD-приложений.

Подытоживая, можно сказать, что Mac OS X предоставляет превосходные возможности для программ, написанных специально для нее, поддерживает (но не более) программы для предыдущих версий Mac OS и обеспечивает в совокупности с политикой "открытых текстов" достаточно быстрый и безболезненный перевод программных продуктов в новую среду.

6. Программное обеспечение

В основе операционной системы MacOS X находится ядро Darwin. При разработке Darwin компания Apple, с целью обеспечить краткие сроки создания продукта и его высокое качество, открыла доступ к исходным кодам для всех желающих. В итоге, над реализацией Darwin трудились свыше 100 тыс. человек. Центральной частью Darwin является микроядро Mach 3, пришедшее в MacOS из системы NextStep/OpenStep. Преимущество микроядерной архитектуры перед архитектурой с монолитным ядром, которая применяется в том числе и в ОС Linux, состоит в следующем. Базовые функции ядра выполняются в виде небольшой компоненты, которая работает в привилегированном режиме, остальные функции системы оформлены в виде подключаемых модулей и работают в обычном, пользовательском, режиме. Таким образом, значительно повышается надежность (как известно, чем меньше кода, тем меньше в нем ошибок и тем легче он поддается отладке), легко отключаются ненужные сервисы и службы (для чего при монолитной схеме потребовалась бы перекомпиляция ядра), относительно несложно модифицировать ключевые компоненты ОС.

Сетевые подсистемы ядра Darwin взяты из ОС FreeBSD, с небольшими доработками. Так, в Darwin сетевые службы дополнены реализацией стека AppleTalk для совместимости с предыдущими версиями MacOS. Все сетевые сервисы работают через модуль Network Kernel Extension, допускающий динамическую загрузку, выгрузку и конфигурирование протоколов.

Кроме того, в Darwin из FreeBSD перешла большая часть программного кода, отвечающего за функционирование Unix-оболочки: в MacOS X работать можно не только через графический интерфейс, но и в терминале, и даже в однопользовательском режиме (это когда компьютер грузится без оконной оболочки, в «голый» shell, с правами системного администратора).

Среди всех остальных составляющих ядра Darwin хотелось бы выделить подсистему печати и модуль взаимодействия с файловыми системами.

Для вывода данных на принтер применяется одна из последних наработок в мире Unix -- Common Unix Printing System (CUPS). Эта подсистема пересылает данные между компьютером и принтером посредством протокола Internet Printintg Protocol ( IPP; расширение протокола передачи гипертекстовой информации HTTP). CUPS обеспечивает управление очередью печати через web-интерфейс, легкую и гибкую конфигурацию сетевых принтеров и настоящую удаленную печать -- чтобы получить твердую копию документа на любом принтере, хотя бы он был расположен по другую сторону земного шара, понадобится только его IP-адрес.

Из файловых систем поддерживаются все наиболее распространенные. Сюда входят стандартные для платформы Макинтош HFS и HFS+; используемые в среде Windows FAT16 и FAT32 (ФС NTFS является закрытой разработкой, ее спецификации широкой общественности не доступны); применяемые при записи CD- и DVD-дисков ISO 9660 и UFS; функционирующая в Unix-сетях NFS и другие не столь известные, но часто применяемые ФС.

Весьма важную роль в ОС MacOS X играет среда программного окружения. Это не что иное, как набор системных вызовов (API), а проще говоря -- буфер между низкоуровневыми функциями ОС и прикладными программами. Среда программного окружения предназначена для максимальной совместимости между системой и ПО, написанным как для старых версий MacOS, так и для текущей. В Apple, создавая принципиально новую операционную систему, понимали, что программные продукты под нее появятся не сразу, а потому и обеспечили возможность запуска старых версий программ.

Так, в среде Classic допускается использование любого ПО, созданного для MacOS 8-й и 9-й версий. Для этого на диске с MacOS X должны присутствовать системные файлы MacOS 9, и при загрузке устаревших программ предварительно происходит запуск еще одной операционной системы. Получается как бы «система в системе», разве что пользователь не имеет доступа к настройкам «девятки», он может только загрузить классическую оболочку или выгрузить ее, а за взаимодействие ОС с исполняемой программой отвечает MacOS X.

Программы, созданные для среды Carbon, с равным успехом запускаются как под «десяткой», так и в MacOS 9 (имеется в виду чистая «девятка», а не среда Classic). Программирование под Carbon во многом напоминает процесс составления программ для предыдущих версий ОС, так что среда Carbon, можно сказать, создана для достижения сразу двух целей: во-первых, облегчить труд разработчиков, за долгие годы привыкших к стилю программирования, который преобладал в классических системах; во-вторых, расширить круг потенциальных пользователей продуктов, созданных этими разработчиками, -- в мире полно (несколько миллионов) Маков, прекрасно уживающихся с «девяткой», но несовместимых с «десяткой».

Cocoa -- полностью объектно-ориентированное, истинно «десяточное» окружение, пришедшее в MacOS X из мира NextStep/OpenStep. Программы, написанные для Cocoa, несовместимы с предыдущими версиями маковских систем, зато имеют на порядок более высокое быстродействие, ведь большая часть «десятки» является cocoa-приложением, а потому не требует дополнительных преобразований данных при формировании системных вызовов. Вдобавок, писать для Cocoa значительно проще, чем под Carbon -- кроме того, что при составлении программ применяется не громоздкий процедурный, а легкий в использовании объектно-ориентированный метод, базовым языком программирования для Cocoa является Objective-C. Это одна из реализаций традиционного С, которая по своей функциональности не уступает, а местами и обходит С++, к тому же гораздо легче в изучении.

Еще одна часть среды программного окружения -- Java -- предназначена для создания переносимых приложений, работающих как на Маках, так и на PC и на любых других Java-устройствах. Кроме того, на Java могут быть реализованы программы, запускаемые в среде Cocoa, -- эти две составляющие имеют много общего, настолько много, что иногда, при рассмотрении внутреннего устройства ОС их объединяют в одно целое. Реализация языка Java в MacOS X имеет статус Pure Java (100% чистая Java), а это значит, что она с успехом прошла все тесты и соответствует установленным стандартам -- гарантия полной совместимости создаваемых программ с устройствами, на которых они впоследствии будут выполняться.

Вместе с MacOS X бесплатно поставляются средства разработки. Они состоят из десятка вспомогательных утилит и двух основных программ: Interface Builder (название говорит само за себя, конструктор пользовательских интерфейсов), и Project Builder -- интегрированной среды, в которой создается код, выполняется компиляция и отладка. В Project Builder программы пишутся на одном из нескольких языков -- Objective-C, C++ или Java, причем программы составляются как для среды Cocoa, так и для Carbon. Кроме интегрированной оболочки средства разработки включают еще и комплект электронной документации, охватывающий практически все тонкости программирования под MacOS X -- в распакованном виде файлы документации занимают на диске приблизительно 600 Мб.

Завершающая часть операционной системы MacOS X, с которой рядовому пользователю приходится сталкиваться чаще всего -- графический интерфейс Aqua. Как явствует из схемы, интерфейс представляет собой отдельный модуль ОС и, по идее, может быть заменен на любой другой или модифицирован без основательной переработки всей системы -- это, кстати, одно из преимуществ объектно-ориентированного подхода. И этим преимуществом компания Apple весьма активно и умело пользуется. При смене подверсии -- переходе с MacOS X 10.1 на 10.2 -- в систему был добавлен новый модуль визуализации Quatz Extreme, действующий на уровне графического интерфейса. Принцип его работы сводится к следующему: если Макинтош оснащен современной видеокартой с 16 Мб ОЗУ или более и мощным графическим процессором, то экранные преобразования проводятся в графическом чипе. Окна описываются как примитивы языка OpenGL, их содержимое представляется в виде тектстур, и все эти данные передаются в видеокарту. Затем аппаратный ускоритель обсчитывает эффекты -- прозрачность, перемещения, изменение размеров и т.д., и выводит результат на экран. Таким образом центральный процессор компьютера освобождается от весьма емких расчетов. Очень простое, но в то же время логичное и очень эффективное решение -- на современных Маках работать с системой удобно и приятно, обеспечивается моментальный отклик и плавность, я бы даже сказал, мягкость интерфейса. На старых моделях Маков, с видеокартами низкой производительности, визуально все выглядит так же, только немного медленнее, поскольку расчеты отнимают определенную долю процессорного времени.

На этом описание новой ОС следовало бы закончить, но рассказ будет неполным без упоминания о программах, идущих в комплекте с MacOS X. Основой является группа приложений, которую часто называют общим именем iApps -- музыкальный проигрыватель iTunes, организатор коллекций цифровых фотографий iPhoto, редактор нелинейного видеомонтажа iMovie и инструмент для записи собственных DVD-дисков iDVD. Эти программы созданы под девизом «Все для удобства пользователя» -- они очень просты в управлении, в них нет ничего лишнего, но в то же время они не ограничивают пользователя скудным набором функций. Возможностей в каждой заложено более чем достаточно.

О проигрывателе iTunes в МК материал уже публиковался («Под звуки iTunes», МК №7 (230)), так что повторяться не стану.

Программа iPhoto предназначена для импорта фотографий с цифровых камер. Операция пересылки фото осуществляется нажатием всего лишь одной кнопки, после чего в iPhoto создается новая папка с полученными изображениями. Более того, программа настраивается на такой режим, когда импорт фотографий происходит автоматически, после присоединения камеры к USB или FireWire-порту компьютера. Загруженные фото в дальнейшем могут быть отредактированы (доступны операции повернуть, откорректировать яркость/контраст, убрать эффект красных глаз), распечатаны в виде брошюры, скомпонованы в web-галерею или показаны как слайд-шоу под музыкальное сопровождение. Разумеется, все эти операции производятся очень просто, буквально в несколько щелчков мыши. Загружать новые изображения в iPhoto позволяется как с фотокамеры, так и с диска, путем перетягивания иконки файла, папки или целого диска на окно iPhoto. Вдобавок, в программе реализована очень удобная навигация по изображениям и встроена поддержка множества различных форматов. Одним словом, отличный просмотрщик. iPhoto придется по вкусу не только владельцам цифровых камер, но и всем тем, кто часто сталкивается с графическими файлами в малых, средних и больших количествах.

Редактор iMovie предлагает базовые функции по захвату, редактированию и экспорту видеоматериала. Основной способ ввода -- с цифровых DV-видеокамер, оборудованных портом FireWire, но дополнительно поддерживается импорт статических изображений, аудиофрагментов и видеороликов, сохраненных опять же в формате DV (преобразование из обычного AVI или MOV в DV позволяет выполнить профессиональная версия QuickTime). Монтаж подготовленного материала производится с помощью стандартных средств -- вырезки, вставки и копирования. Все отредактированные фрагменты помещаются на временной шкале -- на ней располагается видеоряд и стереофоническая аудиодорожка. iMovie позволяет добавить в создаваемый фильм титры, а также видеоэффекты и переходы между кадрами, наподобие плавного преобразования одного изображения в другое или водной ряби. Всего в комплект включено около трех десятков разнообразных переходов, титров и видеоэффектов, но этот список легко пополняется путем подключения плагинов, доступных для загрузки с сайта Apple. Все видеоэффекты просчитываются в фоновом режиме, не прерывая работу пользователя, а предпросмотр готового фильма проводится с пониженным разрешением -- для освобождения ресурсов под просчет эффектов. Правда, это нисколько не влияет на конечное качество видеороликов -- при экспорте изображение записывается с максимально возможным или, по необходимости, определяемым вручную разрешением. Предусмотрено три типа сохранения смонтированного фильма -- обратно в DV-камеру, для просмотра на телевизоре; в ролик QuickTime, для записи на CD или распространения в Интернете; или же в файлы внутреннего формата iDVD, для создания DVD-диска.

Наконец, программой iDVD те ролики, что экспортированы из iMovie, помещаются в привлекательную, профессионально оформленную оболочку -- создается меню DVD-диска с переходами по ключевым кадрам. Далее iDVD проводит логическое тестирование композиционной заготовки, чтобы не допустить ошибок на этапе записи диска или при его использовании (проверяется очередность следования кадров и отдельных клипов, наличие требуемых файлов и т.д.), после чего подготовленные материалы переносятся на чистую матрицу. Устанавливается iDVD на компьютер только в том случае, если он оснащен записывающим DVD-приводом (в терминологии Apple -- SuperDrive). Правда, поскольку в моем Маке нет даже устройства для чтения DVD-дисков, не говоря уже о SuperDrive, опробовать iDVD в работе мне пока не удалось.

Кроме всех вышеупомянутых программ, в поставку MacOS X включены браузер Microsoft Internet Explorer 5, вьювер документов PDF Adobe Acrobat Reader 5 и универсальный распаковщик Alladin StuffIt Expander, открывающий архивы всех популярных форматов, в том числе .zip- и .rar-. Еще в состав системы входят адресная книга, персональный календарь, почтовый клиент, умеющий отфильтровывать спам, экранные липучки Stickies, калькулятор, проигрыватель DVD-дисков. Есть также текстовый редактор, понимающий форматы .txt, .rtf и .html, программа сканирования и набор мелких утилит для калибровки монитора, взаимодействия с устройствами по Bluetooth, настройки сетевых соединений и выполнения других служебных операций.

В завершение обзора -- немного «житейской прозы». Операционная система MacOS X существует в двух модификациях: в «дисковом», который поставляется со всеми новыми Маками, и в «коробочном», который свободно продается в магазинах за $129. «Десятка» гарантированно работает на всех настольных и портативных компьютерах Макинтош с процессором PowerPC G4 и G3, кроме первых моделей PowerBook G3. Но если постараться, то ставится и запускается на более старых машинах.

Быстродействие системы напрямую зависит от мощности процессора, объема установленной памяти и видеокарты. На моем далеко не современном Power Macintosh G3 266 DT с 192 Мб ОЗУ скорость работы вполне приемлема, даже если открыть два-три ресурсоемких приложения, таких как Photoshop или MS Word. При запуске большего количества программ наблюдается замедление работы, так как системе недостаточно памяти -- минимально рекомендуемый объем для загрузки чистой MacOS X, без дополнительных программ, составляет 128 Мб. На новых Маках, где установлены процессоры с частотой от 800 МГц и хотя бы 256 Мб ОЗУ, работать намного (НАМНОГО!) комфортнее. Особенно если компьютер оборудован производительной видеокартой и задействуется технология Quartz Extreme. Стабильность в целом заслуживает хорошей оценки, хотя отдельные программы иногда все же дают сбой. Но зависшие процессы легко выгружаются из памяти и никак не влияют на другие выполняемые задачи. А вот ядро системы -- несокрушимо. За полгода эксплуатации вывести его из строя своими «неправильными» действиями пока не удалось.

И еще одна незначительная деталь: при установке ОС совсем не требует ввода серийных номеров. Удобство пользователя -- превыше всего!

Заключение

Литература

Ресурсы интернета:

1)Ixbt.com

2)Ferra.ru

3)3dnews.ru

4)Cnet.com

5)Wikipedia.com

6)Zoom.cnews.ru

7)cnews.ru

Размещено на Allbest.ru