Процессор и оперативная память
Процессор — основная микросхема компьютера, в которой производятся все вычисления. Процессор аппаратно реализуется на большой интегральной схеме (БИС). Большая интегральная схема на самом деле не является большой по размеру и представляет собой маленькую плоскую полупроводниковую коробочку размером примерно 20х20 мм, заключенную в плоский корпус с рядами металлических штырьков (контактов). БИС является большой по количеству элементов. Использование современных высоких технологий позволяет разместить на БИС процессора огромное количество функциональных элементов (переключателей).
Важнейшей характеристикой, определяющей быстродействие процессора, является тактовая частота, то есть количество тактов в секунду. Такт – это промежуток времени между началами подачи двух последовательных импульсов специальной микросхемой – генератором тактовой частоты, синхронизирующим работу узлов компьютера. На выполнение процессором каждой базовой операции (например, сложения) отводится определенное количество тактов.
Чем больше тактовая частота, тем больше операций в секунду выполняет процессор. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц). 1 МГц = миллион тактов в секунду.
Другой характеристикой процессора, влияющей на его производительность, является разрядность процессора. Разрядность процессора определяется количеством двоичных разрядов, которые могут передаваться или обрабатываться процессором одновременно.
Оперативная память (ОЗУ, RAM – Random Access Memory) – это запоминающее устройство, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами. Слово «оперативная» означает, что процессор быстро получает доступ к нужным данным. Оперативная память изготавливается в виде модулей памяти и имеет сравнительно небольшой объем (в среднем, 512 Мбайт – 1 Гбайт). Модули памяти представляют собой пластины с рядами контактов, на которых размещаются БИС памяти. Модули памяти могут различаться между собой по быстродействию, информационной ёмкости и т.д.
Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, когда компьютер выключается, всё, что находилось в ОЗУ, пропадает. Эффективность работы компьютера зависит от объема оперативного запоминающего устройства (ОЗУ). При выборе между процессором среднего уровня с большим объемом памяти ОЗУ и быстродействующим процессором с недостаточным объемом ОЗУ, предпочтение будет отдано первому варианту.
Программное обеспечение вычислительной системы
Программы — это упорядоченные последовательности команд. Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии. Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией. Между программами существует взаимосвязь - многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть мы можем говорить о межпрограммном взаимодействии (интерфейсе). Возможность существования такого интерфейса 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. 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. Системное программное обеспечение в свою очередь позволяет установить программы служебного и прикладного уровня.
Базовый уровень. Самый низкий уровень программного обеспечения. Базовые программные средства 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. К программному обеспечению базового уровня относится BIOS (Basic Input-Output System) – базовая система ввода-вывода. В функции BIOS входит автоматическое тестирование основных аппаратных компонентов (оперативной памяти и др.) при включении компьютера и поиск загрузчика операционной системы. Если BIOS находит в загрузочном секторе системного диска специальную программу MasterBoot (загрузчик операционной системы), то операционная система загружается в оперативную память и ей передается управление работой компьютера. В противном случае выдается сообщение об отсутствии системного диска, и компьютер остается неработоспособным.
Системный уровень. Программы, работающие на этом уровне, обеспечивают взаимодействие прочих программ компьютерной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением, а также обеспечивают взаимодействие пользователя с компьютером, 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 (драйвер), обеспечивающая для других программ взаимосвязь с этим оборудованием. Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Именно благодаря этим программам пользователь 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. 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. То есть наличие ядра операционной системы - непременное условие для возможности практической работы человека с вычислительной системой.
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 в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы. Во многих случаях они используются для расширения или улучшения функций системных программ. Некоторые служебные программы (как правило, это программы обслуживания) изначально включают в состав операционной системы, но большинство служебных программ являются для операционной системы внешними и служат для расширения ее функций. Например, к программам этого уровня относятся диспетчеры файлов (файловые менеджеры). С помощью программ данного класса выполняется большинство операций по работе с файловой структурой: копирование, перемещение и переименование файлов, создание каталогов (папок), удаление файлов и каталогов, поиск файлов и навигация по файловой структуре. Базовые программные средства, предназначенные для этой цели, обычно входят в состав программ системного уровня и устанавливаются вместе с операционной системой (например, программа Проводник Windows). Однако для повышения удобства работы с компьютером большинство пользователей устанавливают дополнительные служебные программы (Far manager, Norton Commander и т.п.). Другим классом служебных программ являются средства сжатия данных (архиваторы). Они предназначены для создания архивов (WinRAR, WinZip и др.).
Существует большое количество утилит, предназначенных для обеспечения диагностики, контроля, установки, коммуникации, компьютерной безопасности.
Прикладной уровень. Программное обеспечение прикладного уровня представляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых на данном рабочем месте выполняются конкретные задания. Спектр этих заданий необычайно широк: от производственных до творческих и развлекательно-обучающих.