8. Что представляет собой вычислительная система?

Вычислительная система (ВС) – это взаимосвязанная совокупность ап­паратных средств вычислительной техники и программного обеспечения, предназначенная для обработки информации. Основными ресурсами вычислительной системы являются процессоры, области оперативной памяти, наборы данных, периферийные устройства, программы. Структура вычислительной системы (см. рис. 1.1):

– техническое обеспечение (hardware): процессор, память, монитор, дис­ковые устройства и т. д., объединенные магистральным соединением, называемым шиной;

– программное обеспечение: прикладное и системное.

К прикладному программному обеспечению относятся разнообразные пользовательские программы, игры, текстовые процессоры и т. п. К систем­ному – программы, способствующие функционированию и разработке при­кладных программ. Операционная система является фундаментальным компонентом системного программного обеспечения.

В зависимости от ряда признаков различают следующие вычислительные системы:

– по количеству программ, одновременно находящихся в оперативной памяти: однопрограммные и многопрограммные вычислительные системы;

– числу пользователей, которые одновременно могут использовать ресурсы вычислительной системы: индивидуального и коллективного пользования;

– организации и обработки заданий: вычислительные системы с пакетной обработкой и с разделением времени;

– числу процессоров: однопроцессорные вычислительные системы, многопроцессорные и многомашинные;

– территориальному расположению и взаимодействию технических средств: сосредоточенные, распределенные (вычислительные сети) и вычислительные системы с теледоступом;

– соотношению скоростей поступления задач в вычислительные системы и их решения: работающие или не работающие в режиме реального времени;

– назначению: универсальные, специализированные и проблемно-ориен­тированные.

В зависимости от класса ЭВМ и вида операционной системы вычислительные системы могут работать в двух режимах: однопрограммном или мультипрограммном.

Рисунок 1.1

Компьютерная система является сложной комплексной системой, состоящей из процессоров, оперативной памяти, дисковых накопителей, кла­виатуры, монитора, сетевого оборудования, принтеров и пр. Написание программ, корректно использующих компоненты компьютерной системы, представляет собой очень сложную задачу. По этой причине компьютеры оснащаются специальным уровнем программного обеспечения – операционной системой, которая отвечает за управление вышеперечисленными компонентами и обеспечивает пользователя программами, имеющими простой интерфейс, для работы с аппаратурой.

В общей структуре компьютера (рис. 1.1) операционная система расположена над аппаратным обеспечением, которое может состоять из двух или более уровней (слоев). Самый нижний уровень содержит физические устройства: интегральные микросхемы, проводники, источники питания и пр.Выше расположен уровень микроархитектуры, на котором физические устройства рассматриваются с точки зрения функциональных единиц, обычно на данном уровне находятся внутренние регистры центрального процессора и арифметико-логи­чес­кое устройство. Во время работы процессора на каждом такте из регистра выбирается один или два операнда, которые обрабатываются в ариф­метико-логическом устройстве. Результат сохраняется в одном или нескольких регистрах. В некоторых компьютерах операции над данными контролируются программными приложениями (микропрограммами), в других – аппаратными цепями.