4 Функциональная и структурная организация компьютера
4.1 Архитектура и логическая структура пк
Архитектура персонального ПК приведена на рисунке .
Рисунок – Составляющие архитектуры ПК
Архитектура ПК определяется принципами:
Принцип программного управления – для решения каждой задачи составляется программа, определяющая последовательность действий ПК;
Принцип программы, сохраняемой в памяти – команды программы представляются и обрабатываются как и числа и перед выполнением программа загружается в оперативную память, что ускоряет процесс её выполнения;
Принцип произвольного доступа к памяти - программы и данные записываются в произвольное место ОП, что позволяет обратиться по любому заданному адресу к требуемому участку памяти.
Компьютер – это техническое устройство, которое после ввода в память начальных данных и программы их обработки, представленных в общем цифровом формате, автоматически осуществляет вычислительный процесс, заданный программой, и выдает результаты решения задачи в форме, пригодной для восприятия человеком.
Обобщенная логическая структура ЭВМ. (рисунок ).
Рисунок – Логическая структура ЭВМ
Принцип открытой архитектуры ПК.
Принцип открытой архитектуры ПК - Устройства, непосредственно участвующие в обработке информации соединяются с остальными устройствами единой магистральной шиной.
Устройства, связанные с процессором через шину, а не напрямую, называют периферийными.
Принцип открытой архитектуры позволяет:
- выбрать конфигурацию компьютера;
- расширить конфигурацию;
-модернизировать конфигурацию.
4.2 Понятие и принцип работы вычислительной системы
Совокупность аппаратных и программных средств вычислительной техники называется вычислительной системой (ВС). Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Аппаратные и программные средства вычислительной техники рассматривают отдельно, в связи с этим различают аппаратную и программную конфигурацию. Такой принцип разделения обусловлен тем, что часто решение одних и тех же задач может обеспечиваться или аппаратными или программными средствами. Критериями выбора аппаратного или программного решения являются производительность и эффективность.
1) Аппаратное обеспечение (hardware) ВС включает устройства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию.
По способу расположения относительно центрального процессора CPU различают внутренние и внешние устройства.
Внутренние устройства - системная (материнскую) плата; процессор; видеоконтроллер; звуковая карта и т.д.
Внешними являются большинство устройств ввода-вывода данных (периферийные устройства), а также устройства для длительного хранения данных.
Согласование между отдельными узлами и блоками выполняется с помощью аппаратно-логических устройств – аппаратных интерфейсов.
Интерфейс – это стандарт присоединения компонентов к системе. В качестве компонента выступает отдельный узел (устройство), выполняющий определенную функцию в составе системы.
Стандарты на аппаратные устройства называются протоколами.
Протокол – это совокупность технических условий, которые должны быть соблюдены разработчиками для успешного согласования устройств между собой.
Интерфейсы в архитектуре ВС условно делят на две группы–последовательные и параллельные.
Последовательный (асинхронный) интерфейс характеризуется тем, что данные через него передаются последовательно, бит за битом. В связи с этим последовательные интерфейсы характеризуются низкой пропускной способностью (на один байт полезных данных приходится 1-3 служебных бита). Последовательные интерфейсы применяют для подключения «медленных» устройств (печати, ввода-вывода и т. п.).
При использовании параллельного интерфейса передача данных происходит группами битов. Количество битов, передаваемых в одной посылке, определяется разрядностью интерфейса. Например, восьмиразрядные параллельные интерфейсы передают один байт (8 бит) за один цикл. Параллельные интерфейсы более сложны, но обеспечивают большую производительность по сравнению с последовательными интерфейсами. Производительность параллельных интерфейсов измеряют байтами в секунду (байт/с, Мбайт/с). Параллельные интерфейсы применяют в случаях, когда необходимы высокие скорости передачи данных (устройства ввода графической информации, устройства записи данных на внешние носители).
2) Программное обеспечение (software) ВС имеет целью управление аппаратными средствами. Программное и аппаратное обеспечение находятся в непрерывном взаимодействии.
Состав программного обеспечения ВС называется программной конфигурацией. Между программами существует взаимосвязь. Возможность взаимодействия программ обусловлена техническими условиями и протоколами взаимодействия, при этом программное обеспечение распределяется по взаимодействующим между собой уровням.
Уровни программного обеспечения представляют собой пирамиду, в которой каждый следующий уровень опирается на предшествующие ему уровни.
Иерархия ПО приведена на рисунке .
Рисунок – Структура ПО
1) Базовый уровень является самым низким уровнем программного обеспечения и отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Программные средства этого уровня хранятся в специальных микросхемах – постоянных запоминающих устройствах ПЗУ. Базовая система Ввода/вывода BIOS содержит:
- драйверы стандартных внешних устройств (клавиатура, монитор);
- программа начальной загрузки;
- тестовые программы для контроля работоспособности оборудования.
2) Системный уровень – переходный. Программы этого уровня обеспечивают взаимодействие прочих программ с программами базового уровня и аппаратным обеспечением. Программное обеспечение системного уровня обуславливает эксплуатационные показатели ВС.
Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы.
Операционная система – программа, обеспечивающая управление аппаратными средствами.
Кроме этого, системный уровень содержит программы для обеспечения взаимодействия аппаратных ресурсов (драйверы устройств) и средства ввода и управления ВС (средства обеспечения пользовательского интерфейса). Пользовательский интерфейс – средства взаимодействия пользователя с программами и аппаратным обеспечением.
Служебный уровень предназначен для автоматизации работ по проверке, отладке и настройке компьютерной системы. Программное обеспечение служебного уровня (утилиты) также используется для улучшения или расширения функций системных программ.
3) Прикладной уровень представляет собой комплекс программ, предназначенных для решения производственных, творческих или развлекательно-обучающих задач.
Наряду с аппаратным и программным обеспечением средств ВС целесообразно рассматривать информационное обеспечение.
Под информационным обеспечением понимают совокупность программ и предварительно подготовленных данных для их работы. Например, для автоматической проверки орфографии в тексте выполняются операции сравнения лексических единиц исходного текста с эталонным массивом (словарем).