Файл: Состав и свойство вычислительных систем..pdf

ВВЕДЕНИЕ

Наука и технический прогресс, на сегодняшний день, достигли очень больших результатов. Наша повседневная жизнь уже стала невозможной без компьютерных технологий и стала неотъемлемой частью. Большинство людей не представляют себя без участия компьютера. Персональные компьютеры используются во всех категориях отраслей. Компьютерные приложения окружают нас везде: в торговле, в медицине, в обучении и многих других местах.

В данной курсовой работе мы рассмотрим состав и свойство вычислительных систем, а так же информационное и математическое обеспечение вычислительных систем.

1. СОСТАВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Состав вычислительной системы обычно называют конфигурацией. Аппаратные и программные средства вычислительной техники всегда рассматривают отдельно. Поэтому, отдельно рассматривают аппаратную конфигурацию вычислительных систем, а так же, их программную конфигурацию.

Для информатики такой принцип разделения имеет особое значение, ведь очень часто решение одних и тех же задач может обеспечиваться как аппаратными, так и программными средствами. Критерии выбора аппаратного или программного решения - это производительность и эффективность. Обычно считается, что аппаратные решения, по средним показателям, оказываются дороже, но реализация программных решений требует более высокой квалификации персонала.

1.1. АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

К аппаратному обеспечению вычислительных систем относят устройства и приборы, которые образуют аппаратную конфигурацию. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию — аппаратную конфигурацию, которая необходима для исполнения конкретных видов работ, которую можно собирать из готовых узлов и блоков.

Различают внутренние и внешние устройства по способу расположения устройств относительно центрального процессорного устройства (ЦПУ— Central Processing Unit, CPU). Внешними, обычно, являются большинство устройств ввода-вывода данных (так же их называют периферийными устройствами) и некоторые устройства, которые предназначены для более длительного хранения данных.

Согласование между отдельными узлами и блоками выполняют с помощью переходных аппаратно-логических устройств, которые называются аппаратными интерфейсами. В вычислительной технике, стандарты на аппаратные интерфейсы, называют протоколами. Совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками устройств, для успешного согласования их работы с другими устройствами называются протоколами.

Любая вычислительная система имеет многочисленны интерфейсы, которые присутствуют в архитектуре любой вычислительной системы. Разделяются они на две большие группы: последовательные и параллельные.

Через последовательный интерфейс данные передаются последовательно, бит за битом. Через параллельный — одновременно группами битов. Количество битов, участвующих в одной посылке, определяется разрядностью интерфейса, например, восьмиразрядные параллельные интерфейсы передают один байт (8 бит) за один цикл.

Хоть и параллельные интерфейсы имеют более сложное устройство, чем последовательные, но они обеспечивают высокую производительность. Применяются они обычно там, где имеет важность скорость передачи данных, например, для подключения печатающих устройств, либо устройств ввода графической информации, устройств записи данных на внешний носитель. Производительность параллельных интерфейсов измеряют байтами в секунду (байт/с; Кбайт/с; Мбайт/с).

Последовательные интерфейсы устроены проще. Для них не надо синхронизировать работу передающего и принимающего устройства, (поэтому их часто называют асинхронными интерфейсами), но вот пропускная способность их намного меньше, а коэффициент полезного действия ниже, ведь отсутствие синхронизации посылок, полезные данные проверяют и завершают посылками служебных данных, то есть на один байт полезных данных могут приходиться 1-3 служебных бита (состав и структуру посылки определяет конкретный протокол).

Производительность последовательных устройств измеряют битами в секунду (бит/с, Кбит/с, Мбит/с).

Кажется простым, перевод единиц измерения скорости последовательной передачи, в единицы измерения скорости параллельной передачи данных путем механического деления на 8, но такой пересчет не выполняется, ведь он не корректен, потому что присутствуют служебные данные. Иногда, с поправкой на служебные данные, скорость последовательных устройств выражают в знаках в секунду или, что тоже самое, в символах в секунду (с/с), но эта величина имеет не технический, а справочный характер.

Последовательные интерфейсы получили широкое применение в подключения «медленных» устройств (простейших устройств печати низкого качества, устройств ввода и вывода знаковой и сигнальной информации, контрольных датчиков, малопроизводительных устройств связи и т. д.), а также тогда, когда нет возможности существенных ограничений по продолжительности обмена данными (большинство цифровых фотокамер).

1.2. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Упорядоченная последовательность команд называется программой. Управление аппаратными средствами является целью любой компьютерной программы. Иногда на первый взгляд кажется, что программа никак не взаимодействует с оборудованием, не требует никакого ввода данных с устройств ввода и не осуществляет вывод данных на устройства вывода, но 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, 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 тоже основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимодействующих между собой уровней. Пирамидальную конструкцию представляют собой уровни программного обеспечения. Последующие уровни опираются на программное обеспечение предшествующих уровней. Такое разбиение уровней удобно для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установки программ, до практической эксплуатации и технического обслуживания. Важно, 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.

1.2.1. УРОВНИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Существует несколько уровней программного обеспечения.

Самым низким уровнем программного обеспечения является базовый уровень, который представляет собой базовое программное обеспечение, отвечающее за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Обычно, базовые программные средства, непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, которые называют 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.

Тогда, 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 содержания ПЗУ можно выполнять как непосредственно в составе вычислительной системы (такая технология называется флэш-технологией), так и вне ее, на специальных устройствах, называемых программаторами.

Системный уровень. Системный уровень — переходный. Программы, которые работают на этом уровне, обеспечивают взаимодействие других программ компьютерной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением, то есть выполняют функции «посредника».

Эксплуатационные показатели всей вычислительной системы в целом, зависят во многом от программного обеспечения этого уровня. Как пример можно привести подключение к вычислительной системе нового оборудования. Для этого на системном уровне должна быть установлена программа, которая обеспечивает для других программ взаимосвязь с этим оборудованием. В состав программного обеспечения системного уровня входят драйверы устройств, это конкретные программы, которые отвечают за взаимодействие с конкретными устройствами.

Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Только благодаря им, он получает возможность вводить данные в вычислительную систему, управлять ее работой и получать результат в форме, которая ему удобна. От программных средств обеспечения пользовательского интерфейса, всегда зависит удобство работы с компьютером и производительность труда на рабочем месте.

Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы компьютера. Если компьютер имеет программное обеспечение системного уровня, то он уже готов к установке программ более высоких уровней, к взаимодействию программных средств с оборудованием и, самое главное, к взаимодействию с пользователем. То есть наличие ядра операционной системы —обязательное условие для возможности практической работы человека с вычислительной системой.

Служебный уровень. Программное обеспечение этого уровня взаимодействует с программами базового уровня, а так же с программами системного уровня. Главное назначение служебных программ (еще их называют утилитами) состоит в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы. Очень часто они используются для расширения или (обычно, это программы обслуживания) изначально включают в состав операционной системы, но большинство служебных программ являются для операционной системы внешними и служат для расширения ее функций.

В разработке и эксплуатации служебных программ существует два направления: интеграция с операционной системой и автономное функционирование. В случае интеграции операционной системы служебные программы могут изменять потребительские свойства системных программ, делая их удобнее для практической работы. В случае автономного функционирования, они хуже связаны с системным программным обеспечением, хотя предоставляют для пользователя больше возможностей для персональной настройки их взаимодействия с аппаратным и программным обеспечением.

Прикладной уровень. Комплекс прикладных программ, с помощью которых, на определенном рабочем месте выполняются определенные задания, называется программным обеспечением прикладного уровня. Перечень этих заданий очень широк — от производственных до творческих и развлекательно-обучающих. Большой функциональный диапазон средств вычислительной техники обусловлен наличием прикладных программ для разных видов деятельности.

Обычно утверждают, что универсальность вычислительной системы, доступность прикладного программного обеспечения и широта функциональных возможностей компьютера, напрямую зависят от типа операционной системы, которая используется в данный момент, а так же от того, какие системные средства содержит ее ядро, как она обеспечивает взаимодействие между комплексом человек — программа — оборудование. Данное утверждение происходит из за того, что между прикладным программным обеспечением и системным существует непосредственная взаимосвязь (первое опирается на второе).

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ

Текстовый редактор является одной из прикладных программ.

Ввод и редактирование текстовых данных – это основная функция данного класса. Автоматизация процессов ввода и редактирования – это дополнительные функции. Вызывается и используется системное программное обеспечение для операций ввода, вывода и сохранения данных текстовых редакторов . Характерно это не только для текстовых редакторов, но и для всех прочих видов прикладных программ, и в дальнейшем можно не акцентировать внимание специально на этом.

Первичные навыки взаимодействия с компьютерной системой, а так же знакомство с классом прикладных программ, как правило, начинается со знакомства с программным обеспечением.