4. Понятие и принцип работы

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Совокупность аппаратных и программных средств вычислительной техники называется вычислительной системой (ВС). Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Аппаратные и программные средства вычислительной техники рассматривают отдельно, в связи с этим различают аппаратную и программную конфигурацию. Такой принцип разделения обусловлен тем, что часто решение одних и тех же задач может обеспечиваться или аппаратными или программными средствами. Критериями выбора аппаратного или программного решения являются производительность и эффективность.

Аппаратное обеспечение (hardware) ВС включает устройства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию.

По способу расположения относительно центрального процессора CPU различают внутренние и внешние устройства. Описание внутренних устройств приведено в разделе 6 настоящего пособия. Внешними являются большинство устройств ввода-вывода данных (периферийные устройства), а также устройства для длительного хранения данных.

Согласование между отдельными узлами и блоками выполняется с помощью аппаратно-логических устройств – аппаратных интерфейсов. Интерфейс – это стандарт присоединения компонентов к системе. В качестве компонента выступает отдельный узел (устройство), выполняющий определенную функцию в составе системы.

Стандарты на аппаратные устройства называются протоколами. Протокол – это совокупность технических условий, которые должны быть соблюдены разработчиками для успешного согласования устройств между собой.

Интерфейсы в архитектуре ВС условно делят на две группы –последовательные и параллельные.

Последовательный (асинхронный) интерфейс характеризуется тем, что данные через него передаются последовательно, бит за битом. В связи с этим последовательные интерфейсы характеризуются низкой пропускной способностью (на один байт полезных данных приходится 1-3 служебных бита). Последовательные интерфейсы применяют для подключения «медленных» устройств (печати, ввода-вывода и т. п.).

При использовании параллельного интерфейса передача данных происходит группами битов. Количество битов, передаваемых в одной посылке, определяется разрядностью интерфейса. Например, восьмиразрядные параллельные интерфейсы передают один байт (8 бит) за один цикл. Параллельные интерфейсы более сложны, но обеспечивают большую производительность по сравнению с последовательными интерфейсами. Производительность параллельных интерфейсов измеряют байтами в секунду (байт/с, Мбайт/с). Параллельные интерфейсы применяют в случаях, когда необходимы высокие скорости передачи данных (устройства ввода графической информации, устройства записи данных на внешние носители).

Программное обеспечение (software) ВС имеет целью управление аппаратными средствами. Программное и аппаратное обеспечение находятся в непрерывном взаимодействии.

Состав программного обеспечения ВС называется программной конфигурацией. Между программами существует взаимосвязь. Возможность взаимодействия программ обусловлена техническими условиями и протоколами взаимодействия, при этом программное обеспечение распределяется по взаимодействующим между собой уровням.

Уровни программного обеспечения представляют собой пирамиду, в которой каждый следующий уровень опирается на предшествующие ему уровни.

Базовый уровень является самым низким уровнем программного обеспечения и отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Программные средства этого уровня хранятся в специальных микросхемах – постоянных запоминающих устройствах ПЗУ.

Системный уровень – переходный. Программы этого уровня обеспечивают взаимодействие прочих программ с программами базового уровня и аппаратным обеспечением. Программное обеспечение системного уровня обуславливает эксплуатационные показатели ВС.

Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы. Операционная система – программа, обеспечивающая управление аппаратными средствами.

Кроме этого, системный уровень содержит программы для обеспечения взаимодействия аппаратных ресурсов (драйверы устройств) и средства ввода и управления ВС (средства обеспечения пользовательского интерфейса). Пользовательский интерфейс – средства взаимодействия пользователя с программами и аппаратным обеспечением.

Служебный уровень предназначен для автоматизации работ по проверке, отладке и настройке компьютерной системы. Программное обеспечение служебного уровня (утилиты) также используется для улучшения или расширения функций системных программ.

Прикладной уровень представляет собой комплекс программ, предназначенных для решения производственных, творческих или развлекательно-обучающих задач.

Наряду с аппаратным и программным обеспечением средств ВС целесообразно рассматривать информационное обеспечение. Под информационным обеспечением понимают совокупность программ и предварительно подготовленных данных для их работы. Например, для автоматической проверки орфографии в тексте выполняются операции сравнения лексических единиц исходного текста с эталонным массивом (словарем).