Файл: Состав и свойства вычислительных систем. Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем.pdf

Введение

Эволюция технического обеспечения, которое включает в себя аппаратные средства, средства коммуникации, программное обеспечение, проходит неравномерно, скачкообразно. Развитие компьютерной техники пока происходит в геометрической прогрессии. Каждые три-четыре года происходит удвоение производительности компьютеров.

Появление любого нового направления в вычислительной технике определяется требованиями компьютерного рынка. Поэтому перед разработчиками стоят несколько разноплановых целей:

-отношение стоимость/производительность;

-надежность и отказоустойчивость;

-масштабируемость;

-совместимость и мобильность программного обеспечения.

Современные технические средства обеспечения управления информационными ресурсами по своему составу и функциональным возможностям весьма разнообразны, это и средства вычислительной техники (предназначена для реализации комплексных технологий обработки и хранения информации и является базой интеграции всех современных технических средств обеспечения управления информационными ресурсами) и средства коммуникационной техники (предназначена для реализации технологий передачи информации) и средства организационной техники (предназначена для реализации технологий хранения, представления и использования информации, а также для выполнения различных вспомогательных операций в рамках тех или иных технологий информационной поддержки управленческой деятельности).

Целью данной курсовой работы является изучение организации технического обеспечения автоматизированных информационных систем (АИС). Также мы рассмотрим современные тенденции развития информационного и математического обеспечения вычислительных систем, выявим основные требования к характеристикам современных АИС и изучим применение технических средств АИС.

Глава 1. Состав и свойства вычислительных систем

1.1 Состав вычислительных систем

Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Аппаратные и программные средства вычислительной техники принято рассматривать отдельно. Соответственно, отдельно рассматривают аппаратную конфигурацию вычислительных систем и их программную конфигурацию. Такой принцип разделения имеет для информатики особое значение, поскольку очень часто решение одних и тех же задач может обеспечиваться как аппаратными, так и программными средствами. Критериями выбора аппаратного или программного решения является производительность и эффективность. Обычно принято считать, что аппаратные решения в среднем оказываются дороже, зато реализация программных решений требует более высокой квалификации персонала.

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии. Несмотря на то что мы рассматриваем эти две категории отдельно, нельзя забывать, что между ними существует диалектическая связь, и раздельное их рассмотрение является по меньшей мере условным.

1.2 Аппаратное обеспечение.

К аппаратному обеспечению вычислительных систем относятся устройства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию – аппаратную конфигурацию, необходимую для исполнения конкретных видов работ, можно собирать из готовых узлов и блоков.

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

Аппаратные средства ВС − это устройства и приборы. По способу расположения относительно центрального процессора (Central Processing Unit, CPU) различают внутренние (звуковая карта, винчестер и т.д.) и внешние устройства.

Ниже мы рассмотрим устройство персонального компьютера более подробно.

Аппаратные интерфейсы по способу передачи данных условно подразделяются на 2 большие группы: последовательные и параллельные. Через последовательный интерфейс данные передаются последовательно, бит за битом, а через параллельный - одновременно группами битов. Количество битов, участвующий в одной посылке, определяется разрядностью интерфейса, например, восьмиразрядные параллельные интерфейсы передают 1 байт за 1 цикл.

Параллельные интерфейсы имеют более сложное устройство, чем последовательные, но обеспечивают более высокую производительность. Их применяют там, где нужна высокая скорость передачи данных: для подключения принтеров, сканеров и т.п. Производительность параллельных интерфейсов измеряют байтами в секунду, кбайт/с, Мбайт/с.

Итак, рассмотрим основные устройства, входящие в состав ПК:

Минимальный комплект ПК составляют:

системный блок;

монитор (дисплей);

клавиатура;

манипулятор «мышь».

Системный блок ПК содержит основные устройства компьютера: процессор и сопроцессор, оперативную память, системную шину. Идея ПК состоит в том, что для обеспечения гибкости и наращиваемости структуры все основные устройства компьютера подключены к общей информационной шине (системной шине).

Накопители на гибких дисках получили адреса А: и В:, первый накопитель на жестких дисках получил адрес С: и обычно используется для резиденции операционной системы, последующие накопители (разделы запоминающего пространства одного и того же накопителя, сетевые адреса) адресуются D:, E: и т.д.

Процессор. Самым главным элементом компьютера является микропроцессор – небольшая (в несколько сантиметров) электронная схема, выполняющая все вычисления и обработку информации.

Оперативная память. Обеспечивает оперативное хранение программ и данных. Имеет высокое быстродействие и прямую адресацию до одного байта. Хранит данные только пока компьютер включен.

Контроллеры и шина. Обеспечивают обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами. Для каждого внешнего устройства в компьютере имеется электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контроллером или адаптером. Все контроллеры и адаптеры взаимодействуют с процессором через системную магистраль передачи данных (шину). Единообразие подключения внешних устройств делает ПК весьма гибким по конфигурации.

Электронные платы. Основной платой ПК является системная плата (материнская). На ней устанавливаются микропроцессор, сопроцессор, оперативная память, шина. Контроллеры и адаптеры выполняются на отдельных платах, которые вставляются в унифицированные разъемы системной платы – слоты. Таким образом, наличие свободных слотов позволяет подключать дополнительные устройства. Также просто решается проблема совершенствования компьютера. Например, для замены устаревшего адаптера монитора на новый достаточно заменить соответствующий контроллер в слоте.

Накопители на дискетах. Обычно ПК содержит один дисковод для дискет 3,5 дюйма емкостью 1,4 Мбайта (диск А:). На данный момент уже устаревшая система хранения информации.

Накопители на жестких дисках. Обычно ПК содержит один дисковод на жестких дисках, который разбивается на несколько разделов С:, D:,E: и т.д. Скорость работы диска характеризуется двумя основными параметрами:

Мониторы. Предназначены для вывода на экран текстовой и графической информации. Мониторы бывают монохромными и цветными, могут работать в текстовом и графическом режимах.

Связующим звеном между монитором и процессором является видеопамять адаптера монитора, в которой для каждой точки (пиксела) экрана хранится цвет и яркость.

Клавиатура. Средство ввода информации. Содержит группу клавиш для ввода управляющей информации – функциональные клавиши, и собственно информационные клавиши.

Принтеры. Предназначены для вывода информации на бумажные носители.

Устройства для чтения компакт-дисков (CD-ROM). Информация на компакт-дисках кодируется посредством чередования отражающих и не отражающих свет участков на поверхности (подложке) диска. Подложка выполняется из золота, а изображение наносится лучом лазера. Прозрачное покрытие защищает подложку от механических повреждений.

Скорость считывания информации с CD дисков значительно ниже, чем с жестких дисков. Однако в силу надежности и способности хранить500-600 М байт информации они нашли очень широкое распространение для хранения эталонов пакетов системных программ, информационных и мультимедиа энциклопедий и т.д.

Диски CD-ROM позволяют производить только считывание информации.

Их модификация CD-R (recordable) позволяет перезаписывать информацию.

Мышь. Используется для работы с графическим экраном практически всех приложений и системных программ.

Модем. Устройство, обеспечивающее обмен с другими компьютерами через телефонную сеть.

Сканер. Считывает графическую и текстовую информацию в компьютер. При вводе текстов сервисные программы позволяют распознать текст и преобразовать его в стандартный компактный текстовый формат. Сканеры отличаются разрешающей способностью, форматом сканируемого изображения, количеством воспринимаемых цветов.

Аудиоплата. Вместе с колонками и микрофоном обеспечивает ввод – вывод звука. Специальные программы позволяют редактировать звуковые (речевые) сигналы.

Трекбол. Встроенный манипулятор в форме шара, выполняющий в переносных персональных компьютерах роль мыши.

Сетевой адаптер. Позволяет подключать компьютер в сеть. Обеспечивает доступ к данным и программам других компьютеров сети.

2. Программное обеспечение.

Программы – это упорядоченные последовательности команд. 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, мы можем говорить о межпрограммном интерфейсе. Уровни программного обеспечения представляют собой пирамидальную конструкцию. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней. Такое членение удобно для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установки программ до практической эксплуатации и технического обслуживания. Обратите внимание на то, что каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы. Так, например, вычислительная система с программным обеспечением базового уровня не способна выполнять большинство функций, но позволяет установить системное программное обеспечение.

Базовый уровень. Самый низкий уровень программного обеспечения представляет базовое программное обеспечение. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Как правило, базовые программные средства непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, называемых постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ – Read Only Memory, ROM). Программы и данные записываются («прошиваются») в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.

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

От программного обеспечения этого уровня во многом зависят эксплуатационные показатели всей вычислительной системы в целом. Так, например, при подключении к вычислительной системе нового оборудования на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающие для других программ взаимосвязь с этим оборудованием. Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с конкретными устройствами, называются драйверами устройств – они входят в состав программного обеспечения системного уровня.

Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Именно благодаря им он получает возможность вводит данные в вычислительную систему, управлять ее работой и получать результат в удобной для себя форме. Эти программные средства называют средствами обеспечения пользовательского интерфейса. От них напрямую зависит удобство работы с компьютером и производительность труда на рабочем месте.

Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы компьютера. Полное понятие операционной системы мы рассмотрим несколько позже, а здесь только отметим, что если компьютер оснащен программным обеспечением системного уровня, то он уже подготовлен к установке программ более высоких уровней, к взаимодействию программных средств с оборудованием и, самое главное, к взаимодействию с пользователем.

Служебный уровень. Программное обеспечение этого уровня взаимодействует как с программами базового уровня, так и с программами системного уровня. Основное назначение служебных программ (их также называют утилитами) состоит из автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы. Во многих случаях они используются для расширения или улучшения функция системных программ.