Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров (Управление вводом/выводом).pdf

Передача информации между различными внутренними устройствами.

Современные персональные компьютеры основаны на магистрально-модульном принципе организации обмена информации. В соответствии с этим принципом центральные устройства компьютера обмениваются информацией между собой и периферийными устройствами через информационную магистраль.

Системная магистраль предназначена для передачи данных, адресов, команд управления.

Центральные устройства подсоединены к шине непосредственно, а периферийные – через устройства сопряжения (контроллеры или адаптеры).

Устройства компьютера целесообразно характеризовать по следующим признакам: класс устройств (название), назначение, принципы работы, основные технические характеристики (потребительские свойства), особенности, программная поддержка.

Для того чтобы устройства работали в комплексе, нужны специальные программы управления устройством (для каждого устройства - своя). Такие программы называются драйверами.

Основные устройства для ввода информации:

Клавиатура служит для ввода алфавитно-цифровых символов, управление курсором.

Мышь необходима для управления курсором.

Сканер нужен для получения электронной копии документа, который был создан на бумаге.

Передача информации внутри компьютера осуществляется с помощью шин.

Шина - совокупность токопроводящих линий, по которым обмениваются информацией устройства компьютера.

Системная шина. Системная шина - это главная магистраль, по которой происходит обмен информацией процессора и памяти и их связь с периферийными устройствами.

Системная шина имеет следующие компоненты:

• · шину данных;
• · адресную шину;
• · шину управления.

Шина данных – это основная шина, которая используется для передачи информационных кодов между устройствами. Обычно в обмене данными участвует процессор, который передает машинный код на устройство, в ячейку памяти или же принимает код данных от устройства, из ячейки памяти. Возможна передача информации между устройствами без участия процессора. Шина данных всегда двунаправленная.

Шина адреса служит для определения адреса (номера) устройства, с которым процессор обменивается информацией в данный момент. Каждому устройству (кроме процессора) и ячейке памяти в микропроцессорной системе присваивается собственный адрес. Код адреса выставляется процессором на шине адреса. В этот момент устройство, которому этот адрес приписан, настраивается на обмен информацией. Шина адреса может быть однонаправленной или двунаправленной.

---

Шина управления в отличие от шины адреса и шины данных передает отдельные управляющие сигналы. Каждый из этих сигналов во время обмена информацией выполняет свою функцию. Сигналы управления определяют, какую в данный момент операцию над данными нужно производить – чтение или запись, а также позволяют проверить готовность устройств к работе. Линии шины управления могут быть однонаправленными или двунаправленными.

Также можно рассмотреть еще одну шину - шину питания.

Шина питания предназначена не для пересылки информационных сигналов, а для питания системы. Она состоит из линий питания и общего провода. В микропроцессорной системе может быть один источник питания (чаще +5В) или несколько источников питания (обычно еще –5В, +12В и –12В). Каждому напряжению питания соответствует своя линия связи. Все устройства подключены к этим линиям параллельно.

Основными характеристиками шины являются:

Разрядностью шины называется количество бит, одновременно передаваемых по шине (единицы измерения – бит).

Частота шины – это тактовая частота, с которой происходит обмен данными между процессором и оперативной памятью компьютера, то есть количество операций за одну секунду (единицы измерения – Мегагерц, МГц).

Пропускная способность шины соответствует скорости передачи данных и определяется как произведение разрядности и частоты (единицы измерения – Мбит/с, Мбайт/с):

Разрядность адресной шины определяет доступное адресное пространство. Если разрядность адресной шины - n, то максимальный адрес, который может быть по ней передан - 2n. Именно это количество ячеек оперативной памяти доступно процессору.

Системные магистрали персональных компьютеров

Системная шина (магистраль) ISA была разработана специально для персональных компьютеров типа IBM PC ХT и является фактическим стандартом. Для передачи данных внутри компьютера в первых моделях было 8 линий для данных, что позволяло передавать один байт, 20 линий для адресации до 1 мегабайта памяти и еще 34 дополнительные линии. При переходе на модель PC AT были добавлены еще 36 линий, среди них 8 для данных и 4 для адреса.

Следующим стал стандарт EISA, который работает с тактовой частотой 8,33 МГц независимо от наличия более скоростных устройств.

---

Для семейства компьютеров компании IBM PS/2, поскольку тактовая частота их центрального процессора заметно увеличилась, стала применяться новая шина МСА.

Позже были разработаны еще две шины с разными характеристиками: одна – от центрального процессора к оперативной памяти, называемая внутренней, а другая – к внешним устройствам.

Шина VESA (VL-bus) появилась после шины ISA и обеспечивала вчетверо большую скорость передачи данных, однако на различных моделях компьютеров она имела некоторые ограничения.

Шина SCSI впервые появилась на компьютерах семейства Macintosh. К ее преимуществам относятся высокая скорость передачи данных и большое количество устройств, которые можно подключать к шине. К ее недостаткам относятся более высокая стоимость устройств и сложности при их подключении.

Для подключения к материнской плате внешних устройств также использовались шины PCI (разработана компанией Intel в 1991 г.) и AGP (разработана в 1997 г. специально для подключения высокопроизводительных видеокарт).

В настоящее время для подключения устройств к материнской плате используется более совершенная модификация шины PCI - PCI Express, а для подключения к компьютеру внешних (периферийных) устройств – шина USB.

Программная поддержка работы периферийных устройств.

Программная поддержка работы периферийных устройств осуществляется при помощи драйверов. Драйвер представляет собой небольшую программу, которая помогает компьютеру общаться со всеми установленными на него устройствами, как внутренними, так и внешними. Для каждого устройства устанавливается отдельный драйвер.

Драйвер устройства – это специализированное программное обеспечение, которое используется во всех версиях Windows. Благодаря ему другие программы и устройства, которые связаны с данным ПК могут с ним взаимодействовать. Они используются при работе любого оборудования, которое установлено на этом компьютере. Например, если в операционной системе не установлен драйвер звука, то пользователь не сможет слушать музыку или будет смотреть фильмы без звука. Если же отсутствует утилита посредник видеокарты, то изображение не появится на экране. Игрушка не запуститься без необходимых утилит для работы с вашим ПК. То есть компьютер изначально не понимает, как ему работать с внешним прибором, который установили в него. Для этого нужен своего рода переводчик или интерпретатор команд.
Какие функции выполняют программы посредников Первой функцией такого интерпретатора, является регистрация в системе и инициализация. Затем проверяется статус оборудования. Они также могут регистрировать события, произошедшие в том устройстве, которому служит микропрограмма, обрабатывают запросы и ошибки, совмещают несовместимое оборудование. Кроме этого микропрограммы выдают команды устройствам, ожидая, пока они будут выполнены. Когда вы задаете печать принтеру, микропрограмма посылает МФУ инструкцию, что нужно распечатать, какие страницы и т.д. То есть она полностью управляет внешним оборудованием. Утилиты посредники могут обрабатывать запросы при незавершенных предыдущих запросах. Управлять энергопотреблением других приборов, подключенных к ПК.

---

Как работают драйвера на компьютере: Работа интерпретатора начинается с проверки входящих значений. Если будут обнаружены какие-то несовместимости, ошибка высветится на экране, либо, если все нормально, то действие программы продолжится. Драйвера проверяют подключен ли этот прибор в настоящий момент. Если оборудование подключено, то микропрограмма переходит к управлению. Теперь нужно определить в какой последовательности дать команды оборудованию, и в какой последовательности оно должно их выполнить. Происходит запись в регистр контроллера прибора, с которым происходит общение. После того как команда записана, делается анализ передачи. Если передача прошла без коллизий, то микропрограмма приступает к передаче следующей команды. И так до тех пор, пока все команды не будут переданы. Если какая-то команда не выполнена, то происходит блокировка доступа к устройству и ожидается прерывание ее человеком. Если все нормально, то возвращается информация о передаче данных. Таков принцип работы программ посредников на ПК.

Что будет, если драйвера нет: От таких подобных микропрограмм зависит качество, работа и производительность компьютера и подключенного к нему оборудования. Если случится так, что вы установили операционную систему Windows, а установку «дров» обошли стороной, то многие внешние устройства просто не будут работать на вашем персональном компьютере, либо будут работать, но с перебоями. Разберем на примере видеокарты или тачпада. Например, если не установлен драйвер на видеокарту, то качество изображения будет очень низким. Запустить игры вы не сможете из-за его отсутствия. С тачпадом точно также. При отсутствии управляющей программы, не будет реализованы все возможности панели, а в частности управление жестами. Многофункциональные устройства тоже откажутся работать, если вы не установите дополнительное управляющее ПО на Windows. Даже элементарное подключение мыши или клавиатуры, с игровыми функциями, не обойдется без установки дополнительных микропрограмм.

Для каких устройств нужны драйвера: Чаще всего подобные микропрограммы понадобятся для следующих приборов, подключенных к ПК: Мышь, клавиатура. Видеокарта, звуковая и сетевая карты, любые платы расширения. Чипсеты. Принтера и другие подключаемые внешние приборы. Это не полный перечень. По сути, любое внутреннее и внешнее периферийное оборудование требует наличия управляющей микропрограммы.

Где хранятся драйверы на компьютере: Все драйвера размещены в папке drivers. Зайти в нее можно кликнув по диску «С» и открываете папку Windows. В ней находите другую папку с названием «drivers» — именно тут можно найти управляющие утилиты.

---

Организация среды взаимодействия и обмена информацией между работающими программами.

Для временного хранения информации при перемещении и копировании данных используется буфер обмена. Буфер обмена – область памяти, которую выделяет Windows для временного хранения перемещаемой или копируемой информации. С помощью буфера обмена можно копировать и перемещать фрагменты внутри документа, между документами и даже между программами.

Хранящуюся в буфере обмена информацию можно вставлять многократно в один или несколько документов, которые могут быть созданы в различных приложениях. Данные, помещенные в буфер обмена, сохраняются до тех пор, пока они не будут заменены новыми, или до конца сеанса работы с Windows. Как правило, нет необходимости просматривать информацию, хранящуюся в буфере обмена. При желании вы можете вывести на экран и сохранить в специальном файле содержимое буфера обмена с помощью программы Буфер обмена.

Во всех приложениях Windows, допускающих использование буфера обмена, схема работы с ним стандартизирована. Прежде всего, копируемый или перемещаемый фрагмент надо выделить. Для обмена предусмотрены команды пункта меню Правка:

· Вырезать – переместить выделенный фрагмент в буфер с удалением его из документа;

· Копировать – скопировать выделенный фрагмент в буфер, не удаляя его из документа;

· Вставить – вставить содержимое буфера обмена в текущий документ. Место вставки определяется положением курсора.

Многие приложения дублируют эти команды в панели инструментов, а также в контекстном меню, и вы можете перемещать, копировать и вставлять фрагменты простым щелчком мыши по соответствующей кнопке.

Сейчас широко применяются специализированные программы, предоставляющие пользователю большие возможности при составлении текстовых документов, при работе с аудио- и видеофайлами. Документы, созданные в разных программах, имеют разный формат. Они могут обмениваться данными друг с другом, используя технологию связывания и внедрения объектов (OLE). Эту технологию поддерживают все программы Windows.

Технология OLE:

Технология связывания и внедрения объектов (Object Linking and Embedding) имеет больше функциональных возможностей, причем, если приложение поддерживает OLE, то оно само выполняет обмен данными по этой технологии.

Операции связывания (Linking) и внедрения (Embedding), реализованные в рамках OLE, внешне напоминают технологию DDE и обмен данными через буфер обмена. При работе по технологии OLE выполняется та же последовательность действий. Документ со встроенными OLE-объектами выглядит аналогично документу с фрагментами, вставленными через буфер обмена. Однако в этом случае при двойном щелчке мыши в поле объекта он активизируется и запускается приложение, в котором создавался этот объект, и в него передается объект для редактирования или выполнения других операций. После окончания работы с объектом программа-источник закрывается, а измененный объект автоматически передается обратно в документ приложения-клиента.

---