1.3.1 Перспективы совершенствования архитектуры вм и вс

Совершенствование архитектуры вычислительных машин и систем началось с момента появления первых ВМ и не прекращается по сей день. Каждое изменение в архитектуре направлено на повышение производительности или, по крайней мере, на более эффективное решение задач определенного класса. Эволюцию архитектур определяют самые различные факторы, главные из которых показаны на рисунке 1.9. Не умаляя роли ни одного из них, следует признать, что наиболее очевидные успехи в области вычислительной техники все же связаны с технологическими достижениями. Характер и степень влияния прочих факторов описаны в литературе и в данном учебнике не рассматриваются.

С каждым новым технологическим упехом многие из архитектурных идей переходят на уровень практической реализации. Очевидно, что процесс этот будет продолжаться и в дальнейшем, однако возникает вопрос: «Насколько быстро?». Косвенный ответ можно получить, проанализировав тенденции совершенствования технологий, главным образом полупроводниковых.

Контрольные вопросы

1. Что входит в понятия структурной и функциональной организации ВМ?

2. Какие основные операционные устройства входят в состав ВМ?

3. Что такое операционный и управляющий автоматы?

4. Что представляет собой принци программного управления?

5. Что такое принцип программного управления?

6. Какие основные виды адресации используются в ВМ?

7. Как осуществляется защита информации в ВМ?

8. Назовите основные направления развития вычислительной техники и информационных систем.

9. Основные факторы, определяющие развитие архитектуры вычислительных средств.

2 ИНТЕРФЕЙС СИСТЕМ БЕЗОПАСНОСТИ

Интерфе́йс (англ. interface — сопряжение, поверхность раздела, перегородка) — граница раздела двух систем, устройств или программ, определённая их характеристиками, характеристиками соединения, сигналов обмена и т. п. Совокупность унифицированных технических и программных средств и правил (описаний, соглашений, протоколов), обеспечивающих взаимодействие устройств и/или программ в вычислительной системе или сопряжение между системами. Понятие интерфейса распространяется и на системы, не являющиеся вычислительными или информационными.

Интерфейсы являются основой взаимодействия всех современных информационных систем. Если интерфейс какого-либо объекта (персонального компьютера, программы, функции) не изменяется (стабилен, стандартизирован), это даёт возможность модифицировать сам объект, не перестраивая принципы его взаимодействия с другими объектами (например, научившись работать с одной программой под Windows, пользователь с легкостью освоит и другие — потому, что они имеют однотипный интерфейс).

В вычислительной системе взаимодействие может осуществляться на пользовательском, программном и аппаратном уровнях. Соответственно, согласно этому, интерфейсы могут существовать как:

Способ взаимодействия физических устройств

• Сетевой интерфейс

• Сетевой шлюз — устройство, соединяющее локальную сеть с более крупной, например, Интернетом

• Шина (компьютер)

Способ взаимодействия виртуальных устройств (Программный интерфейс)

• Интерфейс функции

• Интерфейс программирования приложений (API): набор стандартных библиотечных методов, которые программист может использовать для доступа к функциональности другой программы.

• Удалённый вызов процедур

• COM-интерфейс

• Интерфейс объектно-ориентированного программирования

Способ взаимодействия человек-машина (Интерфейс пользователя).

Интерфе́йс по́льзователя, он же по́льзовательский интерфейс (UI — англ. user interface) — разновидность интерфейсов, в котором одна сторона представлена человеком (пользователем), другая — машиной/устройством. Представляет собой совокупность средств и методов, при помощи которых пользователь взаимодействует с различными, чаще всего сложными, машинами, устройствами и аппаратурой.

Весьма часто термин применяется по отношению к компьютерным программам, однако под ним может подразумеваться набор средств, методов и правил взаимодействия любой системы, управляемой человеком.

Интерфейс двунаправленный (интерактивный) — когда устройство, получив команды от пользователя и исполнив их, выдаёт информацию пользователю наличествующими у неё средствами — визуальными, звуковыми, тактильными и т. п. (приняв которую, пользователь выдаёт устройству последующие команды предоставленными в его распоряжение средствами: кнопки, переключатели, регуляторы, сенсоры, голосом, и т. д.).

Поскольку интерфейс есть совокупность, то он состоит из элементов, которые, сами по себе, также могут состоять из элементов (так, экран дисплея может содержать в себе другие окна, которые, в свою очередь, могут содержать панели, кнопки и прочие интерфейсные элементы).

Особое и отдельное внимание в интерфейсе пользователя традиционно уделяется его эффективности и удобству пользования (юзабельности). Понятный, удобный, дружественный — его основные характеристики

Восемь золотых правил для разработчиков интерфейса

В результате исследований взаимодействия человека и компьютера Бен Шнейдерман составил набор правил, которые могут быть использованы при разработке многих типов интерфейсов:

- логичность;

- обеспечение альтернативных быстрых способов выполнения задач для опытных пользователей (сокращения, горячие клавиши, макросы);

- информативная обратная связь;

- диалог должен быть законченным;

- простая обработка ошибок;

- простой способ отмены действий;

- пользователь должен чувствовать, что все под его контролем;

- максимально возможное снижение загрузки кратковременной памяти.

Устройства ЭВМ соединяется друг с другом с помощью сопряжений. В вычислительной технике эти сопряжения называют интерфейсами.

Интерфейс представляет собой совокупность унифицированных шин для передачи информации, унифицированных сигналов, электронных схем и алгоритмов, управляющих обменом информацией. От характеристик интерфейсов во многом зависят быстродействие и надёжности ВС.

Можно выделить 4 типа интерфейсов (рис.2.1):

- Интерфейс ОП (А);

- Интерфейс процессор-канал (В);

- Интерфейс ПУ (интерфейс ввода-вывода) (С);

- Интерфейс периферийных аппаратов (D);

Через ОП А производится обмен информацией между ОП, с одной стороны, и процессором (процессорами) и каналами – с другой. Интерфейс процессор-канал В предназначается для передачи информации между процессорами и каналами. Интерфейс ПУ - С – осуществляет обмен информацией между каналами и УПУ. Через интерфейс периферийных аппаратов D происходит обмен информацией между УПУ и ПУ. Под периферийными устройствами подразумевается и совокупность датчиков систем безопасности, которые обслуживаются данной системой.

Наиболее быстродействующими являются интерфейсы А и В, через них информация передаётся параллельно схемами или словами двойной длины и только в небольших ЭВМ полусловами. Через интерфейс С информация, чаще всего, передаётся байтами.

Схема интерфейсов обычно размещается непосредственно в самих связываемых устройствах.

Цепи интерфейса в зависимости от их назначения, определяемого типом передаваемых сигналов, принято разделять на три группы:

- информационные;

- осведомительные;

- управляющие

Информационные цепи служат для передачи элементов информации – данных, команд, адресов. Количество информационных цепей определяется типом элементов информации, которыми обмениваются устройства. Чаще всего по интерфейсу передаются байты и 16- или 32-разрядные двоичные слова. В общем случае по информационной шине могут передаваться разнотипичная информация, например, байты данных и 8-разрядные адреса. Тип информации, передаваемой по интерфейсу, идентифицируется сигналами, для передачи которой служат осведомительные цепи. Например, передача байта данных может сопровождаться сигналом 1 по соответствующей осведомительной цепи, а передача адреса – сигналом 1 по другой осведомительной цепи. Устройство, принимающее информацию, реагирует на значение сигнала в осведомительных цепях и соответствующим образом интерпретирует поступающую информацию.

Для инициирования передачи информации по интерфейсу, синхронизации работы устройств и завершения передачи служат управляющие сигналы, которые формируются одним устройством для управления работой другого устройства.

Рисунок 2.1 – Типы интерфейсов

Для передачи управляющих сигналов используются управляющие цепи интерфейса.

Основная характеристика интерфейса – скорость передачи информации, которая определяется числом единиц информации (байт, слов), передаваемых за секунду. Скорость передачи зависит от алгоритма передачи информации и времени переключения сигналов в цепях, которое определяется характеристиками электронных элементов и цепей.

Другие характеристики интерфейса:

- достоверность передаваемых данных;

- помехоустойчивость;

- степень «жёсткости» требований к управляющим сигналам интерфейса.

Интерфейсы могут выполняться односвязными и многосвязными. В односвязном интерфейсе общие для всех устройств шины используются всеми подключёнными к данному интерфейсу устройствами на основе разделения времени. В случае многосвязного интерфейса устройства могут связываться с другими устройствами вычислительной системы по нескольким независимым системам шин.

ВМ и информционные системы строятся на основе модульного принципа, по которому отдельные модули (процессоры, запоминающие и внешние устройства) могут быть связаны в необходимую конфигурацию без изменения схем модулей. Чтобы достичь этого, необходимо стандартизовать интерфейсы – установить единые правила сопряжения определённого класса устройств. Стандартизация распространяется на форму передаваемых через интерфейс информации и команд, схемы шин интерфейса, алгоритмы функционирования интерфейса и управляющие сигналы, которыми обмениваются между собой во время сеанса связи.

Интерфейс периферийных аппаратов D не может быть стандартизован, т.к. сами периферийные аппараты весьма своеобразны по принципам действия, по выполняемым приказам и по используемым форматам информации и сигналам.

Если внешние устройства имеют стандартный интерфейс, ЭВМ можно укомплектовать необходимой для конкретной цели номенклатурой внешних запоминающих внешних запоминающих устройств и устройств ввода-вывода без каких-либо схематехнических доработок – простым подключением кабелей. Такой же эффект достигается стандартизацией интерфейсов ОП и интерфейсов процессором, посредством которых несколько процессоров могут быть связаны в вычислительный комплекс.

С

УУ

УВВ

УВВ

УВВ

УВВ

тандартизация интерфейса обеспечивает совместимость разрабатываемых и изготавливаемых на разных заводах устройств ЭВМ. Кроме того, стандартизация интерфейса обеспечивает простую возможность расширения ЭВМ, замену устаревших устройств вновь разработанными.

2 Контрольные вопросы

1. Как обеспечиваются связи между отдельными устройствами ЭВМ и информационныхх систем?

2. Из каких основных блоков состоит ЭВМ?

3. Какие основные виды интерфейса используются в ЭВМ и информационных системах?

4. Какие типы интерфейсов стандартиэуются, а какие нет и почему?