Лекция 2 Аппаратные средства ЭВМ Современная ЭВМ

Лекция № 2 Аппаратные средства ЭВМ Современная ЭВМ – это сложная система, представляющая собой совокупность аппаратных и программных средств. К аппаратным средствам относят все технические устройства, образующие аппаратную конфигурацию, необходимую для исполнения конкретных видов работ. Набор устройств, обязательных для ЭВМ и взаимосвязь между ними образуют структуру ЭВМ. На рисунке 3. 1 представлена структурная схема современной ЭВМ.

ROM RAM ОЗУ ПЗУ ВЗУ Системная шина Устр-во ввода АЛУ РОН УУ КЭШ CPU Устр-во вывода

В обобщенном виде любую вычислительную машину или систему можно рассматривать как совокупность следующих основных устройств: арифметико-логическое устройство, устройство управления, память, устройства ввода-вывода, системный интерфейс. Основным блоком любой ЭВМ является центральный процессор (CPU), содержащий два основных устройства: арифметикологического устройство (АЛУ) и устройство управления (УУ). Наличие процессорного устройства в ЭВМ является обязательным.

АЛУ предназначено для выполнения арифметических, логических операций, операций сдвига и операций обработки символьной информации. В развитых вычислительных структурах возможно наличие нескольких АЛУ, входящих каждое в свое процессорное устройство. УУ предназначено вырабатывает управляющие сигналы для управления работой всех остальных устройств. Процессор содержит небольшую обычно регистровую память – так называемые регистры общего назначения (РОН) и буферную память (КЭШ).

Память – устройство, предназначенное для записи, хранения и считывания информации, обрабатываемой вычислительной машиной. В современных ЭВМ память разделяется на несколько разновидностей, в зависимости от её назначения: оперативная память (RAM), постоянная память (ROM), внешняя память, буферная память. Оперативная память является обязательным компонентом вычислительной машины. Она предназначена для хранения программ и данных на время решения задачи на ЭВМ. В современных вычислительных машинах оперативная память выполняется по полупроводниковой технологии. Постоянная память – ROM - предназначена только для считывания информации.

Внешняя память – внешние запоминающие устройства (ВЗУ) - предназначена для долговременного хранения информации в отсутствие источника питания. К внешней памяти относятся всевозможные накопители на магнитных или оптоэлектронных носителях: внешнее запоминающее устройство на жестком магнитном диске (HDD- винчестер), внешнее запоминающее устройство на гибком магнитном диске (FDD), внешнее запоминающее устройство на магнитной ленте (стример), внешнее запоминающее устройство на оптоэлектронном компакт-диске (CDRW, DVD).

Буферная память – предназначена для согласования работы разно скоростных устройств. Устройства ввода/вывода (УВВ) – предназначены для организации ввода/вывода информации в ЭВМ, а также преобразования информации из входного алфавита УВВ во внутренний алфавит ЭВМ. К устройствам ввода информации относятся: клавиатура, Манипулятор «мышь» , устройства ввода графических изображений – сканеры, видеокамеры, цифровые фотоаппараты. К устройствам вывода информации относятся: печатающие (принтеры),

устройства графического вывода (плоттеры, различные графопостроители), предназначены для вывода на твердые носители графических изображений, отображающие (дисплеи), предназначены для вывода на электроннолучевую трубку информации. УВВ и внешние запоминающие устройства подключаются к ЭВМ с помощью портов ввода/вывода. Порты бывают входными, выходными и универсальными (ввод-вывод), а также последовательными и параллельными.

К входным портам подключаются устройства, осуществляющие только ввод информации (клавиатура, "мышь", сканеры, видеокамеры, цифровые фотоаппараты). К выходным портам подключаются устройства, осуществляющие только вывод информации (принтеры, устройства графического вывода, дисплеи). Обязательные устройства ввода/вывода (клавиатура, дисплей, "мышь"), наличие которых в стандартной конфигурации компьютера обязательно, имеют специальные порты ввода/вывода, предназначенные только для каждого из них.

интерфейсом (СИ) типа «общая шина» . Он представляет собой систему линий передачи адресов, данных и управляющих сигналов различного типа и назначения. Устройства ЭВМ состоят из узлов ЭВМ. Узел ЭВМ – совокупность элементов ЭВМ, обеспечивающих выполнение элементарных действий над словами. К основным узам ЭВМ относятся: 1. Регистр – узел ЭВМ, предназначенный для приема, хранения и передачи n-разрядного слова информации. В современных машинах регистр хранит информацию только на время работы ЭВМ. 2. Счетчик – узел ЭВМ, предназначенный для

3. Сумматор – узел ЭВМ, предназначенный для сложения двух n-разрядных входных чисел. 4. Дешифратор – узел ЭВМ, предназначенный для преобразования n-разрядного двоичного кода в один из 2 n выходов. Используется при определении адреса запоминающего устройства. 5. Мультиплексор – узел ЭВМ, предназначенный для коммутации n-разрядного входного сигнала, поступающего с одного из k-каналов на один nразрядный выходной канал. В свою очередь все узлы ЭВМ состоят из элементов ЭВМ. Элемент ЭВМ – наименьшая составляющая вычислительной машины.

Все элементы ЭВМ делятся на три класса: • логические элементы – выполняют одну из операций алгебры логики, применяются при построении схем, выполняющих любое преобразование информации, • запоминающие элементы – элементы памяти - хранят один двоичный разряд информации, используются при организации запоминающих устройств, • вспомогательные элементы – используются для преобразования, согласования и формирования сигналов от разных устройств, а также в устройствах, предназначенных для организации удобного сервиса пользователя.

Лекция № 3 Программные средства ЭВМ Программное обеспечение ЭВМ делятся на 3 основных класса: • 1 Системное Программное обеспечение - состоит из: • а) ОС - операционной системы или основной Программы управления компьютером, которая организует и автоматизирует процесс решения задач, запускает прикладные программы, обеспечивает защиту данных, выполняет различные сервисные функции по запросам пользователя и прикладных

ОС обеспечивает удобный способ общения (интерфейс) пользователя с внешними устройствами, распределяет оперативную память между программами (MS DOS, OS/2, UNIX). б) Утилит – программ вспомогательного назначения (программы – архиваторы: сжимают информацию, программы оптимизации дисков: собирают все файлы в начале диска без пробелов, прозрачные программы динамического сжатия диска, программы для автономной печати (спулеры),

программы управления памятью, антивирусные). в) Средств тестирования и диагностики – составляют средства технического обслуживания ЭВМ и предназначены для проверки работоспособности, наладки и технической эксплуатации; они подразделяются на средства диагностики, тестовые программы, средства программно-логического контроля и программноаппаратного контроля. Эти средства используются инженерно-техническим персоналом. г) Программ-оболочек – эти программы обеспечивают более удобный и наглядный способ общения с компьютером. Примером таких

д) Программ – драйверов – эти программы расширяют возможности ОС по управлению устройствами ввода-вывода (клавиатурой, жестким диском, мышью и т. д. ), оперативной памятью и т. д. С помощью драйверов возможно подключение к компьютеру новых устройств. Операционные оболочки, в отличие от программ-оболочек, не только дают пользователю более наглядные средства для выполнения часто используемых действий, но и предоставляют новые возможности для запускаемых программ. Чаще всего это: графический интерфейс, т. е. набор средств для вывода изображений на экран и манипулирования ими, построения меню, окон на экране и т. д. ;

мультипрограммирование, т. е. возможность одновременного выполнения нескольких программ; - расширенные средства для обмена информацией между программами. Наиболее популярной операционной оболочкой является Microsoft Windows. 2 Инструментальное программное обеспечение – предназначено для создания оригинальных программных средств в любой проблемной области, включая системное программное обеспечение. В его состав входят языки программирования, компиляторы и

различного уровня, библиотеки стандартных программ (БСП) (заранее подготовленные программы, которыми можно воспользоваться), средства редактирования, отладки, тестирования и загрузки, а также системы программирования (СП). 3 Прикладное Программное обеспечение - состоит из пакетов прикладных программ или приложений, для решения конкретных задач.

Лекция 4 Операционные системы. Операционная система – программа, которая загружается при включении компьютера. Она осуществляет диалог с пользователем, управление компьютером, его ресурсами, запускает другие программы на выполнение. Современная операционная система обеспечивает пользователю и другим программам удобный способ общения (интерфейс). Самая первая операционная система - DOS (Disk Operation System) фирмы Microsoft выпущена в 1981 г.

Эта 16 -разрядная однозадачная операционная система могла общаться с пользователем посредством безликой «командной строки» . В наши дни на компьютеры устанавливаются, в основном, операционные системы фирмы Microsoft, такие как Windows 98 или Memphis, Windows 2000, Windows Millennium Edition. Однако некоторые пользователи предпочитают альтернативные операционные системы Linux, Unix, OS2 разработанные другими фирмами.

Программное обеспечение Часть Системное ПО относят к СПО Управляющие программы (ядро) ОС Систем ные утилиты Обслуживающ ие программы (утилиты) Инструментальные ПО Редакторы текста программы Ассемблеры Интерпретатор ы Компиляторы Прикладные ПО Офисные программы Дизайнерские программы Научные и инженерные программы Мультимедиа программы Компоновщики Отладчики Отладочные оболочки CASE-системы Языки и технологии програм-я Интернет Языки и технологии програм-я БД Финансовыеи бухгалтерские программы Системы автоматизации и управления Программы обслуживания локальных сетей Развлекательные и образовательные программы Домашние программы Рисунок 6. 1 - Классификация программного обеспечения

Программное обеспечение разделяются на: 1. Системное ПО -ОС на: • Управляющие программы (ядро) • Обслуживающие программы (утилиты) -Системные утилиты 2. Инструментальные ПО • Редакторы текста программы • Ассемблеры • Интерпретаторы • Компиляторы • Компоновщики • Отладчики

• Отладочные оболочки • Языки и технологии программирования Интернет 3. Прикладные ПО: • Офисные программы • Дизайнерские программы • Научные и инженерные программы • Мультимедиа программы • Финансовые и бухгалтерские программы

• Системы автоматизации и управления • Программы обслуживания локальных сетей • Развлекательные и образовательные программы • Домашние программы ОС 2 -го и 3 -го поколения поддерживали режимы параллельной обработки программ, эффективность работы которых достигается за счет параллельной работы различных устройств ЭВМ. В них были реализованы различные режимы вычислений: мультипрограммирование в режиме разделения времени и режиме реального

Мультипрограммирование предусматривает нахождение в ОП нескольких пользовательских программ, центральный процессор при их обработке быстро переключается с программы на программу. В пакетном мультипрограммном режиме, каждая программа выполняется последовательно, занимая и освобождая необходимые для выполнения устройства ЭВМ. Режим с разделением времени предполагает использование большого числа пользовательских терминалов, при котором каждому пользователю специальной планирующей программой выделяется определенный промежуток времени, называемый квантом. .

Ресурсы системы предоставляются соответственно очереди, формируемой из запросов пользователей. Режим реального времени позволяет вести прием и обработку информации в системе по мере ее поступления извне без каких-либо ограничений обеспечивает возможность получения и выдачи результатов в требуемые интервалы времени. В случае мультипроцессорных систем единый вычислительный комплекс содержит несколько процессоров, что повышает вычислительную мощность этого комплекса, если программы написаны с учетов возможности параллельной

Программы, составляющие ОС, бывают резидентными (постоянно находящиеся в ОП) и транзитными (загружаемые в ОП с различных носителей). Резидентные программы составляют ядро ОС и обеспечивают функционирование основных компонент аппаратной среды и непосредственный интерфейс с аппаратурой. Транзитная часть ОС является значительно большей по объему и содержит компоненты системы, служащие для обеспечения специальных функций (компиляторы с ЯВУ, утилиты, средства тестирования и др. ).

Полная конфигурация ОС должна содержать следующие основные компоненты: • файловую систему • командный процессор • драйверы стандартных внешних устройств. Файловая система – это набор правил и соответствующего программного обеспечения, которые отвечает за создание, уничтожение, организацию, чтение, запись, изменение и переименование файловой информации, а также за управление доступом к файлам и за управление ресурсами, которые используются файлами. Файл – это порция определенным образом организованной информации (программа, текст,

закодированное изображение, звук и т. д. ), расположенной на определенном носителе информации (магнитном и оптическом диске, магнитной ленте, в оперативной памяти и т. д. ). Каждый файл имеет: полное имя файла, состоящее из собственного имени файла и типа файла. Имя файла - (идентификатор), состоящий из букв, цифр или символов длиной от 8 до 264 символов (в зависимости от различных ОС) тип – расширение, которое задается пользователем или программой, порождающей файл;

Для ускорения поиска файловой информации на диске создаются системы управления файлами, или таблицы размещения файлов (file allocation table) или FAT. Элемент FAT определяет фактическую область диска, в которой хранится начало физического файла. В FAT логическое дисковое пространство любого логического диска делится на 2 области: системную и область данных. Общая структура FAT имеет вид:

BR Rsec системная FAT 1 FAT 2 RDIR область Каталоги и файлы область данных Рис. 3. 2 Общая структура FAT

Системная область логического диска создается и инициализируется при форматировании, а впоследствии обновляется при манипулировании файловой структурой. область данных логического диска содержит файлы и каталоги, подчиненные корневому каталогу. Она доступна через пользовательский интерфейс DOS. Системная область состоит из следующих компонентов, расположенных в логическом адресном пространстве подряд: • загрузочная запись (boot record, BR) • зарезервированные сектора (reserved sector, RSec)

• таблицы размещения файлов (FAT) • корневого каталога (root directory, RDir). В последнее время набирает популярность ОС Android ( «Андро ид» ) — операционная система для смартфонов, планшетных компьютеров, электронных книг, цифровых проигрывателей, наручных часов, игровых приставок, нетбуков, смартбуков, очков Google и других устройств. Основана на ядре Linux и собственной реализации Java от Google.