Состав вычислительной системы

Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Аппаратные и программные средства вычислительной техники принято рассматривать отдельно. Это важно, так как часто решение одних и тех же задач может обеспечиваться как аппаратными, так и программными средствами. Критериями выбора аппаратного или программного решения являются производительность, эффективность и стоимость. Обычно ап­паратные решения оказываются дороже, а реализация программных ре­шений требует более высокой квалификации персонала.

Аппаратное обеспечение

К аппаратному обеспечению вычислительных систем относят устройства и приборы, реализующие аппаратную конфигурацию. Совре­менные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную аппаратную конфигурацию, ориентированную на выполне­ние конкретных видов работ, и собираются из готовых узлов и блоков.

Согласование между отдельными узлами и блоками осуществля­ется с помощью переходных аппаратно-логических устройств, называе­мых аппаратными интерфейсами. Стандарты на аппаратные интерфей­сы в вычислительной технике называютпротоколами.Протокол – это совокупность технических условий, которые должны быть обеспече­ны разработчиками устройств для согласования их работы с други­ми устройствами.

Интерфейсы, присутствующие в архитектуре вычислительных систем можно разделить на последовательные и параллельные. Через последовательный интерфейс данные передаются последовательно, бит за битом, а через параллельный – группами битов. Количество битов одной посылки определяется разрядностью интерфейса. Так, например, восьмиразрядные параллельные интерфейсы передают 8 бит за цикл.

Параллельные интерфейсы обычно имеют более сложное устрой­ство и более высокую производительность. Их применяют, когда важна скорость передачи данных. Устройство последовательных интерфейсов проще. Их называют асинхронными интерфейсами,так как не нужно синхронизировать работу передающего и принимающего устройства.

Производительность параллельных интерфейсов измеряют бай­тами в секунду(байт/с, Кбайт/с, Мбайт/с), а последовательных интер­фейсов –битами в секунду(бит/с, Кбит/с, Мбит/с).

Программное обеспечение

Программа – это упорядоченная последовательность команд. Конечной целью любой компьютерной программы является управление аппаратными средсвами.

Программное и аппаратное обеспечение работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии. Состав программного обеспече­ния вычислительной системы называют программной конфигурацией. Между программами, как и между физическими узлами и блоками су­ществует взаимосвязь – многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть можно говорить омежпрог­раммном интерфейсе. Такой интерфейс основан на соответствующих технических условиях и протоколах взаимодействия. На практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимодействующих между собой уровней.

Выделяют 4 уровня программного обеспечения (ПО) компьюте­ра: базовый,системный,служебныйиприкладной, которые образуют пирамидальную конструкцию.

Базовый уровень. Это самый низкий уровень программного обеспечения. Он обеспечивает взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Как правило, базовые программные средства входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, называе­мыхпостоянными запоминающими устройствами ПЗУ илиROM(ReadOnlyMemory). Соответствующие программы и данные записы­ваются («прошиваются») в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.

В тех случаях, когда изменение базовых программных средств во время экспплуатации является технически целесообразным, вместо мик­росхем ПЗУ применяют перепрограммируемые постоянные запоми­нающие устройства ППЗУ (EPROM–ErasableandProgrammableReadOnlyMemory). В этом случае изменение содержания можно выполнить непосредственно в составе вычислительной системы (флэш-технология) или вне на специальных устройствах (программаторах).

Системный уровень– переходной. Программы, работающие на этом уровне, выполняют «посреднические» функции, обеспечивая взаи­модействие прочих программ компьютерной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением.

От программного обеспечения этого уровня зависят эксплуата­ционные характеристики вычислительной системы. Так, например, при подключении нового оборудования на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающая для других программ взаимо­связь с этим оборудованием. Программы, обеспечивающие взаимодейст­вие с конкретными устройствами, называются драйверами устройств.

Другие программы системного уровня отвечают за взаимодейст­вие с пользователем. Благодаря им он получает возможность вводить данные в вычислительную систему, управлять ее работой и получать результат в удобной форме. Эти программные средства называют средст­вами обеспечения пользовательского интерфейса. От них непосредст­венно зависит удобство работы с компьютером и производительность труда на рабочем месте.

Совокупность программного обеспечения системного уровня об­разует ядро операционной системы. Если компьютер оснащен програм­мным обеспечением системного уровня, то он подготовлен к установке программ более высоких уровней, к взаимодействию программных средств с оборудованием и к взаимодействию с пользователем. Наличие ядра операционной системы – непременное условие возможности практи­ческой работы человека с вычислительной системой.

Служебный уровень. Программмы этого уровня взаимодейст­вуют с программами базового и системного уровня. Служебные програм­мы называютутилитамии их основное назначение – автоматизация работ по проверке и настройке компьютерной системы. Часто их исполь­зуют для расширения или улучшения функций служебных программ.

В эксплуатации служебных программ существует два направле­ния: интеграция с операционной системойиавтономное функциони­рование. В первом случае служебные программы включают в состав опе­рационной системы для изменения потребительских свойств системных программ, делая их более удобными для практической работы. Во втором случае они слабо связаны с системным программным обеспечением, но предоставляют пользователю больше возможностей для персональной настройки взаимодействия с аппаратным и программным обеспечением. Примерами служебных программ являются архиваторы, диспетчеры файлов, средства диагностики, мониторинга, коммуникации и т.п.

Прикладной уровень. Программное обеспечение прикладного уровня представляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых пользователь выполняет широкий спектр конкретных заданий – от производственных до творческих и развлекательных. Огромный функ­циональный диапазон возможных приложений средств вычислительной техники обусловлен наличием прикладных программ для разных видов деятельности. Примерами прикладных программных средств являются текстовые и графические редакторы, системы управления базами данных, издательские системы, электронные таблицы, системы автоматизирован­ного проектирования и многие другие.