17. Структура и состав вычислительной системы (аппаратура + программное обеспечение)
Основы архитектуры вычислительной системы
Вычислительная система – это совокупность аппаратных и программных средств, функционирующих в единой системе и предназначенных для решения задач определенного класса
Структурна организация (иерархия) вычислительной системы
Эксплутационные качества вычислительной системы определяются как свойствами аппаратуры, так и программных компонентов.
Аппаратный уровень вс
Аппаратный уровень вычислительной системы определяется набором аппаратных компонент и их характеристик, используемых вышестоящими уровнями иерархии и оказывает влияние на них.
Характеристики физических ресурсов (устройств):
правила программного использования
производительность и/или емкость (например тактовая частота, длина (разрядность) машинного слова);
степень занятости или используемости – интенсивность использования данного ресурса.
Характеристики физических устройств зависят от правил использования, от архитектуры компьютера, от стратегии использования программного ресурса
Средства программирования, доступные на аппаратном уровне для пользователя:
система команд компьютера;
аппаратные интерфейсы программного взаимодействия с физическими ресурсами.
Уровень управления физическими ресурсами вс
Цель: систематизация и стандартизация правил программного использования физических ресурсов
Уровень управления физическими ресурсами – программная составляющая вычислительной системы, обеспечивающая предоставление для каждого конкретного физического ресурса интерфейса для использования – драйвер физического ресурса (устройства).
Драйвер физического устройства – программа, основанная на использовании команд управления конкретного физического устройства и предназначенная для организации работы с данным устройством.
Драйвер физического устройства скрывает от пользователя детальные элементы управления конкретным физическим устройством. Однако, интерфейс драйвера физического устройства ориентирован на конкретные свойства устройства.
Рассмотрим, в качестве примера, устройства печати, подключенные к одной ВС, пусть это будут матричный, лазерный и барабанный принтеры. Каждое из данных физических устройств имеет свой драйвер (драйвер конкретного физического устройства печати), обычно поставляемый вместе с устройством фирмой-изготовителем. Интерфейсы каждого из драйверов физических принтеров и их внутренняя организация ориентированы на конкретные особенности соответствующих принтеров. Так, например, драйвер матричного принтера предоставляет пользователю возможности управления печатающей головкой. Драйвер конкретного лазерного принтера может предоставить возможность печати информации на обратной стороне листа, а также может использовать, конкретные «интеллектуальные» возможности принтера по внутренней обработке поступающей информации (использование буферизации, внутренние шрифты, возможность использования тех или иных стандартов на формат получаемых принтером данных). Таким образом, в современной вычислительной системе, способной одновременно работать с значительным количеством устройств одного типа (устройства печати, устройства внешней памяти и т.п.), пользователю становится доступным спектр драйверов физических устройств (для нашего примера это драйвер матричного принтера, драйвер лазерного принтера, драйвер барабанного принтера), каждый из которых имеет свои особенности использования. Возникают следующие проблемы:
пользователь должен быть «знаком» со всеми интерфейсами имеющихся в ВС физических устройств;
программы пользователей, использующие конкретные драйверы физических устройств должны переписываться каждый раз, когда возникает необходимость использования других физических устройств данного типа.
Методом решения данных проблем является обобщение особенностей физических устройств одного вида и создание драйверов, имеющих единые интерфейсы, используя которые обеспечивается доступ к различным физическим устройствам данного типа. Для этих целей, в современных вычислительных системах предусмотрена возможность создания и использования, так называемых, логических или виртуальных ресурсов.