Файл: Состав и свойства вычислительных систем. Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем (Понятие вычислительной системы).pdf

Накопитель на гибком магнитном диске

Для оперативного переноса небольших объемов данных используют так называемые гибкие магнитные диски (дискеты), которые вставляют в специальный накопитель – дисковод.

Информация на дискету записывается по концентрическим окружностям, называемым дорожками. Дорожки, в свою очередь, делятся на отдельные секторы, между которыми имеются так называемые межсекторные промежутки.

Основными параметрами гибких дисков являются технологический размер (измеряется в дюймах) и полная емкость.

Гибкие диски – ненадежные носители данных. Пыль, грязь, влага, температурные перепады и внешние электромагнитные поля очень часто становятся причиной частичной или полной утраты записей, хранившихся на гибком диске. Поэтому использовать гибкие диски в качестве основного средства хранения данных недопустимо. Их используют только для транспортировки данных или в качестве дополнительного (резервного) средства хранения.

Накопитель на жестком магнитном диске (Рис. 5)

Рис. 5

Жесткий диск – основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. На самом деле это не один диск, а группа составных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью. Таким образом, этот «диск» имеет не две поверхности, а 2n поверхностей, где n – число отдельных дисков в группе.

Над каждой поверхностью располагается головка, предназначенная для чтения-записи данных. При высоких скоростях вращения дисков в зазоре между головкой и поверхностью образуется аэродинамическая подушка, и головка парит над магнитной поверхностью на высоте, составляющей несколько тысячных долей миллиметра. При изменении силы тока, протекающего через головку, происходит изменение напряженности динамического магнитного поля в зазоре, что вызывает изменения в стационарном магнитном поле ферро-магнитных частиц, образующих покрытие диска. Так осуществляется запись данных на магнитный диск.

Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно-логическое устройство – контроллер жесткого диска. В настоящее время функции контроллеров дисков выполняют микросхемы, входящие в микропроцессорный комплект (чипсет), хотя некоторые виды высокопроизводительных контроллеров жестких дисков по-прежнему поставляются на отдельной плате.

---

Основными характеристиками жестких дисков являются информационная емкость, плотность записи, число дорожек, время доступа, наружные габариты.

Жесткие диски несменяемы. Они требуют очень бережного обращения, поскольку даже при незначительной тряске или ударах головки легко могут быть повреждены.

Монитор (Рис. 6)

Рис. 6

Монитор – это стандартное устройство вывода, предназначенное для визуального отображения текстовых и графических данных. В зависимости от принципа действия, мониторы делятся на:

• мониторы с электронно-лучевой трубкой (Монитор на рис. 1);
• дисплеи на жидких кристаллах (Рис. 6).

Монитор с электронно-лучевой трубкой похож на телевизор. Электронно-лучевая трубка представляет собой электронно-вакуумное устройство в виде стеклянной колбы, в горловине которой находится электронная трубка, на дне – экран со слоем люминофора. При нагревании, электронная пушка излучает поток электронов, которые с высокой скоростью двигаются к экрану. Поток электронов (электронный луч) проходит через фокусирующую и отклоняющую катушку, которая направляет его в определенную точку люминофорного покрытия экрана. Под действием электронов, люминофор излучает свет, который видит пользователь. Электронный луч двигается довольно быстро, расчерчивая экран строками слева направо и сверху вниз.

В дисплеях на жидких кристаллах поляризационный фильтр создает две разные световые волны. Световая волна проходит сквозь жидкокристаллическую ячейку. Каждая ячейка имеет свой цвет. Жидкие кристаллы представляют собой молекулы, которые могут перетекать как жидкость. Это вещество пропускает свет, но под действием электрического заряда, молекулы изменяют свою ориентацию. Для таких мониторов характерна низкая мощность потребления электроэнергии.

Разрешающая способность. В графическом режиме работы изображение на экране монитора состоит из точек (пикселей). Количество точек по горизонтали и вертикали, которые монитор способен воссоздать четко и раздельно называется его разрешающей способностью. Чем больше разрешающая способность, тем лучше качество изображения.

1.3 Клавиатура (Рис. 7)

Рис. 7

Компьютерная клавиатура - устройство, позволяющее пользователю вводить информацию в компьютер. Представляет собой набор клавиш, расположенных в определённом порядке.

---

Стандартная клавиатура имеет более 100 клавиш, функцио­нально распределенных по нескольким группам

Группа алфавитно-цифровых клавиш предназначена для ввода знаковой информа­ции и команд, набираемых по буквам. Каждая клавиша может работать в нескольких режимах (регистрах) и, соответственно, может использоваться для ввода нескольких символов. Переключение между нижним регистром (для ввода строчных символов) и верхним регистром (для ввода прописных символов) выполняют удержанием клавиши SHIFT (нефиксированное переключение). При необходимости жестко переключить регистр используют клавишу CAPS LOCK (фиксированное переключе­ние). Если клавиатура используется для ввода данных, абзац закрывают нажатием клавиши ENTER.При этом автоматически начинается ввод текста с новой строки. Если клавиатуру используют для ввода команд, клавишей ENTER завершают ввод команды и начинают ее исполнение.

1.4 Мышь (Рис. 8)

Рис. 8

Компьютерная мышь — координатное устройство для управления курсором и отдачи различных команд компьютеру. Управление курсором осуществляется путём перемещения мыши по поверхности стола или коврика для мыши. Клавиши и колёсико мыши вызывают определённые действия, например: активация указанного объекта, вызов контекстного меню, вертикальная и горизонтальная (в специализированных мышках) прокрутка веб-страниц, окон операционной системы и электронных документов.

Программное обеспечение вычислительных систем

Программы – это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы – управление аппаратными средствами. Даже если на первый взгляд программа никак не взаимодействует с оборудованием, не требует никакого ввода данных с устройств ввода и не осуществляет вывод данных на устройства вывода, все равно ее работа основана на управлении аппаратными устройствами компьютера.

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.

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 о межпрограммном интерфейсе. Возможность существования такого интерфейса также основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимодействующих между собой уровней. 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. Стоит обратить 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.

---

Рис.

1. 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 в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.

В тех случаях, когда изменение базовых программных средств во время эксплуатации является технически целесообразным, вместо микросхем ПЗУ применяют перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ – Erasable and Programmable Read Only Memory, EPROM). В этом случае изменение содержание ПЗУ можно выполнять как непосредственно в составе вычислительной системы (такая технология называется флеш-технологией), так и вне ее, на специальных устройствах, называемых программаторами.

1. 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 вводить 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. Операционная система− это комплекс программ, который загружается при включении ПК и осуществляет управление компьютером, его ресурсами, скрывает от пользователя сложные операции очень низкого уровня и предоставляет ему удобный интерфейс, осуществляет загрузку в оперативную память всех программ, передает им управление в начале работы и освобождает оперативную память в конце их работы.

---

Программы, из которых состоит ОС, делятся на следующие три категории.

1. Ядро ОС, выполняющее основные функции ОС (в основном загрузку ее компонентов и поддержку выполнения компьютерных программ, в том числе и этих компонентов).

2. Программу управления файлами и директориями, служащую для классификации и просмотра информации, с которой имеет дело пользователь на компьютере.

3. Драйверы, которые позволяют ОС работать с аппаратурой: периферийными устройствами (монитор, клавиатура, мышь, принтеры и т. д.) и устройствами, входящими в состав системного блока (видеокарта, жесткий диск и т. д.). Без драйверов невозможно функционирование никаких компьютерных устройств.

Современные ОС можно условно разделить на группы по нескольким признакам.

1. Поддержка мультипроцессорной обработки:

- однопроцессорные;

- мультипроцессорные, поддерживающие выполнение заданий или их компонентов на нескольких МП. Среди них выделяют ОС с симметричной (SMP) и асимметричной (ASMP) мультипроцессорной обработкой.

2. В зависимости от предоставления приложениям процессорного времени различают ОС:

- реального времени, обрабатывающие внешние события (например, запросы от устройств технологического оборудования), происходящие в заранее не запланированные моменты времени. Такие ОС обеспечивают гарантированное время реакции на запросы. АМХ, OS 9000, QNX - для копирования и некоммерческого использования и Windows NT Embedded - примеры ОС, управляющих приложениями реального времени.

- с разделением времени работы приложений с МП. Примерами таких ОС служат MS Windows NT, MS Windows XP, OS/2 и UNIX.

3. Поддержка вычислений. По этому классификационному признаку ОС можно подразделить:

- на локальные. Вычисления проводятся на автономном компьютере пользователя. К таким ОС относятся, например, MS DOS и MS Windows 95/98;

- на сетевые. Такие ОС частично скрывают от пользователя распределённость сетевой аппаратуры. При их использовании решение задач пользователя переносится на компьютер с увеличенными ресурсами. К ним относятся серверные ОС: файл-серверные ОС (например, Novell Netware) и клиент-серверные ОС с двухзвенной, трехзвенной и многозвенной архитектурами доступа к ресурсам (например, Windows NT Server);

- на распределенные. Они ориентированы на поддержку ведения распределенных вычислений. В частности, к ним можно отнести ОС, которые поддерживают работу вычислительных систем с кластерной архитектурой.

4. Организация. По своей организации ОС могут быть:

---