Понятие и принцип работы вычислительной системы
Совокупность аппаратных и программных средств вычислительной техники называется вычислительной системой (ВС). Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Аппаратные и программные средства вычислительной техники рассматривают отдельно, в связи с этим различают аппаратную и программную конфигурацию. Такой принцип разделения обусловлен тем, что часто решение одних и тех же задач может обеспечиваться или аппаратными или программными средствами. Критериями выбора аппаратного или программного решения являются производительность и эффективность.
1) Аппаратное обеспечение (hardware) ВС включает устройства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию.
По способу расположения относительно центрального процессора CPU различают внутренние и внешние устройства.
Внутренние устройства - системная (материнскую) плата; процессор; видеоконтроллер; звуковая карта и т.д.
Внешнимиявляются большинство устройств ввода-вывода данных (периферийные устройства), а также устройства для длительного хранения данных. Устройства, связанные с процессором через шину, а не напрямую, называют периферийными.
Согласование между отдельными узлами и блоками выполняется с помощью аппаратно-логических устройств – аппаратных интерфейсов.
Интерфейс – это стандарт присоединения компонентов к системе. В качестве компонента выступает отдельный узел (устройство), выполняющий определенную функцию в составе системы.
Стандарты на аппаратные устройства называются протоколами.
Протокол – это совокупность технических условий, которые должны быть соблюдены разработчиками для успешного согласования устройств между собой.
Интерфейсы в архитектуре ВС условно делят на две группы–последовательные и параллельные.
Последовательный (асинхронный) интерфейс характеризуется тем, что данные через него передаются последовательно, бит за битом. В связи с этим последовательные интерфейсы характеризуются низкой пропускной способностью (на один байт полезных данных приходится 1-3 служебных бита). Последовательные интерфейсы применяют для подключения «медленных» устройств (печати, ввода-вывода и т. п.).
При использовании параллельного интерфейса передача данных происходит группами битов. Количество битов, передаваемых в одной посылке, определяется разрядностью интерфейса. Например, восьмиразрядные параллельные интерфейсы передают один байт (8 бит) за один цикл. Параллельные интерфейсы более сложны, но обеспечивают большую производительность по сравнению с последовательными интерфейсами. Производительность параллельных интерфейсов измеряют байтами в секунду (байт/с, Мбайт/с). Параллельные интерфейсы применяют в случаях, когда необходимы высокие скорости передачи данных (устройства ввода графической информации, устройства записи данных на внешние носители).
2) Программное обеспечение (software) ВС имеет целью управление аппаратными средствами. Программное и аппаратное обеспечение находятся в непрерывном взаимодействии.
Состав программного обеспечения ВС называется программной конфигурацией. Между программами существует взаимосвязь. Возможность взаимодействия программ обусловлена техническими условиями и протоколами взаимодействия, при этом программное обеспечение распределяется по взаимодействующим между собой уровням.
Уровни программного обеспечения представляют собой пирамиду, в которой каждый следующий уровень опирается на предшествующие ему уровни.
Иерархия ПО приведена на рисунке 4.4.
Рисунок 4.4– Структура ПО
1) Базовый уровень является самым низким уровнем программного обеспечения и отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Программные средства этого уровня хранятся в специальных микросхемах – постоянных запоминающих устройствах ПЗУ. Базовая система Ввода/вывода BIOS содержит:
- драйверы стандартных внешних устройств (клавиатура, монитор);
- программа начальной загрузки;
- тестовые программы для контроля работоспособности оборудования.
2) Системный уровень – переходный. Программы этого уровня обеспечивают взаимодействие прочих программ с программами базового уровня и аппаратным обеспечением. Программное обеспечение системного уровня обуславливает эксплуатационные показатели ВС.
Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы.
Операционная система – программа, обеспечивающая управление аппаратными средствами.
Кроме этого, системный уровень содержит программы для обеспечения взаимодействия аппаратных ресурсов (драйверы устройств) и средства ввода и управления ВС (средства обеспечения пользовательского интерфейса). Пользовательский интерфейс – средства взаимодействия пользователя с программами и аппаратным обеспечением.
3) Служебный уровень предназначен для автоматизации работ по проверке, отладке и настройке компьютерной системы. Программное обеспечение служебного уровня (утилиты) также используется для улучшения или расширения функций системных программ. Программы этого уровня взаимодействуют как с программами базового уровня, так и с программами системного уровня. Некоторые служебные программы (программы обслуживания) сразу входят в состав операционной системы, дополняя ее ядро, но большинство являются внешними программами и расширяют функции операционной системы.
4) Прикладной уровень представляет собой комплекс программ, предназначенных для решения производственных, творческих или развлекательно-обучающих задач.