Что такое аппаратно программный интерфейс. Аппаратно-программный интерфейс

Представление о том, что такое операционная система, менялось со временем. Первые компьютеры использовались только для решения математических задач, а программами служили написанные в машинных кодах вычислительные алгоритмы. Программисту при кодировании программ приходилось самостоятельно управлять компьютером и обеспечивать выполнение своей программы. Со временем для облегчения процесса написания программ был создан набор служебных программ. С развитием электроники аппаратура совершенствовалась и появилась возможность одновременного выполнения нескольких программ, в связи с этим были созданы алгоритмы переключения заданий. Набор подпрограмм, обеспечивающих переключение, назывался монитором или супервизором. Однако, возникла проблема прерывания работы программ, содержащих ошибки и потребляющих ресурсы компьютера (например, постоянно занимающих процессор или ошибочно записывающих результаты своей работы в оперативную память, где размещаются другие программы). Выход был найден в создании специальных аппаратных механизмов, защищающих память программ от случайного доступа со стороны других программ. Поскольку управление этими механизмами уже нельзя было включать в сами программы, к монитору была добавлена специальная программа, управляющая защитой памяти. Так был создан резидентный монитор. Последовательное решение подобных проблем было направлено на создание универсальной ЭВМ, способной решать одновременно разнообразные задачи.

Резидентный монитор – это уже зачатки операционной системы. Прикладные программы стали содержать только реализацию своего алгоритма и обращение за вспомогательными алгоритмами к монитору, при этом использовался специальный набор правил, называемый прикладным программным интерфейсом. Прикладной программный интерфейс позволил создавать абстрактные понятия. Появились понятия файла и файловой системы. В дальнейшем, к резидентному монитору было добавлено много других программ, в частности, облегчающих выполнение таких операций как копирование файлов, редактирование текстов, компиляции программ с языка программирования в машинный код и другие. Термин « резидентный монитор» трансформировался в ядро операционной системы.

Запуск компьютера. BIOS.

Обычно компьютер запускается при включении питания на лицевой панели системного блока, хотя современные компьютеры имеют такие средства для экономного расходования электроэнергии, которые позволяют их не выключать. Запуск компьютера – самый ответственный момент работы компьютера – в этот момент в оперативной памяти нет ни данных, ни программ. Перенести их с жесткого диска в оперативную память без команд нельзя. Для этой цели у процессора есть специальная ножка, которая называется RESET (перезапуск). Если на нее поступает сигнал (а в момент включения именно так и происходит), процессор обращается к специально выделенной ячейке памяти. Необходимо, чтобы в этой ячейке всегда была определенная информация, причем даже тогда, когда компьютер выключен. Для этого предназначена специальная микросхема – ПЗУ (постоянное запоминающее устройство). Это тоже память, но постоянная. В отличие от оперативной памяти постоянная память не стирается при выключении. Программы микросхемы ПЗУ записываются на заводе. Этот комплекс программ называется BIOS – базовая система ввода/вывода. Эта система « встроена» в материнскую плату компьютера. Ее назначение состоит в выполнении элементарных действий, связанных с осуществлением операций ввода-вывода. BIOS содержит также тест функционирования компьютера, проверяющий работу памяти и устройств компьютера при включении электропитания. Работа программ, записанных в микросхеме BIOS, отображается на черном экране бегущими белыми строчками. В этот момент компьютер проверяет свои устройства: проверяется оперативная память (сколько ее и вся ли она в порядке), наличие жестких дисков, а также наличие клавиатуры. Если что-то не работает, программы, выполняющие проверку, сообщат о неисправности. Кроме того, базовая система ввода-вывода содержит программу вызова загрузчика операционной системы.

Загрузчик операционной системы– это специальная программа, предназначенная для инициирования процесса загрузки системы.

После загрузки операционной системы вся работа с процессором и другими устройствами осуществляется посредством специальных пакетов программ, входящих в операционную систему.

Если по каким-то причинам загрузка операционной системы с жесткого диска не состоится, то работа с компьютером невозможна. Такое бывает, если, например, поврежден жесткий диск или операционная система. В этом случае операционную систему можно загрузить с внешнего носителя информации. Для этого нужен специальный диск, который называют системным. Таким методом запускают компьютер при устранении неисправностей.

Назначение операционной системы.

Компьютеры не всегда нуждались в операционной системе. Если компьютер мог включаться, начинать работать и воспринимать команды человека без операционной системы, то в ней не было никакой необходимости. Примерами таких « компьютеров» могут быть игровые приставки. У них тоже есть процессор, оперативная память, в которой находится программа во время работы, есть устройства ввода информации (например, джойстик), но операционной системы нет или она совсем примитивна.

Игровые программы для приставок (и данные к ним, такие как музыка и рисунки) записаны в микросхеме ПЗУ (она находится в игровом картридже) или на лазерном диске. Когда картридж (или лазерный диск) вставляется в приставку, программа автоматически запускается и никакого управления, кроме того, которое положено по сценарию игры, не предполагается, поэтому и никакая операционная система не нужна. На приставку можно посмотреть и с другой стороны. Загружая игру, попадают под управление как бы ее игровой « операционной системы» и можно делать только то, что в игре предусмотрено, например, «бегать», «прыгать» и «стрелять». Ограниченность и нестандартность не позволяют назвать видеоигру «операционной системой» без кавычек. Настоящая операционная система должна:

– быть общепризнанной и использоваться как стандартная система на многих компьютерах;

– работать с многочисленными аппаратными устройствами, выпущенными разными фирмами, в том числе и в прошлое время;

– обеспечивать возможность запуска самых разных программ, написанных разными людьми и выпущенных разными организациями;

– предоставлять средства для проверки, настройки, обслуживания компьютера, его устройств и программ, которые на нем установлены.

Интерфейс аппаратный и программный.

В компьютерной системе два участника – программное и аппаратное обеспечение. Программное обеспечение – это все программы, установленные на компьютере, а аппаратное обеспечение – узлы и оборудование, которые находятся внутри системного блока или подключены снаружи.

Взаимосвязь между участниками компьютерной системы называют интерфейсом. Взаимодействие между различными узлами – это аппаратный интерфейс, взаимодействие между программами – программный интерфейс, а взаимодействие между аппаратурой и программами – аппаратно-программный интерфейс.

В компьютере аппаратный интерфейс обеспечивают изготовители оборудования. Они следят за тем, чтобы все узлы имели одинаковые разъемы и работали с одинаковыми напряжениями. Согласование между программным и аппаратным обеспечением выполняет операционная система.

Интерфейс пользователя.

Если речь идет о персональном компьютере, то можно указать и третьего участника работы с компьютерной системой – это человек (его принято называть пользователем). Пользователю тоже надо взаимодействовать с аппаратным и программным обеспечением.

Существуют различные программы и с каждой надо работать по-разному. Одни программы рассчитаны на работу с клавиатурой, другие – на работу с мышью, прочие на работу с джойстиком или другими устройствами управления. Одни программы свои сообщения выдают в виде текстов на экране, другие – в виде графики, прочие могут вообще не пользоваться экраном и выдавать сообщения в виде речи или звуков. Способ взаимодействия человека с программой и программы с человеком называют интерфейсом пользователя. Если программа сделана так, что с ней работать удобно, говорят, что она имеет удобный интерфейс пользователя. Если техника работы с программой понятна сразу, без необходимости изучать инструкции, говорят, что она имеет интуитивно понятный интерфейс. Понятие развитый интерфейс пользователя предполагает, что у программы большие возможности, но учиться работать с ней непросто. Гибкий интерфейс означает, что с программой можно работать многими разными способами. Понятие жесткий интерфейс означает, что возможна только такая работа, которая предусмотрена инструкцией, и никакая другая. Понятие примитивный интерфейс означает, что интерфейс прост для изучения, но неудобен для работы.

ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА DOS

DOS – первая операционная система для персональных компьютеров, которая получила широкое распространение и была основной для компьютеров IBM PC с 1981 по 1995. Со временем она была практически вытеснена новыми, современными операционными системами Windows и Linux, но в ряде случаев DOS остается удобной и единственно возможной для работы на компьютере (например, в тех случаях, когда пользователь работает с устаревшей техникой или давно написанным программным обеспечением и т.п.)

С операционной системой DOS пользователи работают с помощью командной строки, у нее нет собственного графического интерфейса. Операционная система DOS позволила успешно работать с персональными компьютерами на протяжении 15 лет, тем не менее, эту работу нельзя назвать удобной. DOS выступала «посредником» между пользователем и компьютером и помогла превратить сложные команды обращения к дискам в более простые и понятные, но по мере развития сама «обросла» изобилием команд и стала сдерживать работу с компьютером. Так возникла необходимость в новом посреднике – тогда появились так называемые программы-оболочки.

Оболочка – это программа, которая запускается под управлением операционной системы и помогает пользователю работать с операционной системой. Программа – оболочка наглядно показывает всю файловую структуру компьютера: диски, каталоги, файлы. Файлы можно разыскивать, копировать, перемещать, удалять, сортировать, изменять и запускать, пользуясь всего лишь несколькими клавишами. Просто, наглядно, удобно. Одна из самых известных и распространенных во все мире программ-оболочек называется Norton Commander (NC). Оболочка NC скрывает от пользователя множество неудобств, возникающих при работе с файловой системой MS DOS, например, такие, как необходимость набирать команды из командной строки. Простота и удобство в использовании– вот что делает оболочки типа NC популярными и в наше время (к ним можно отнести QDos, PathMinder, XTree, Dos Navigator, Volkov Commander и др.). Принципиально отличаются от них графические оболочки Windows 3.1 и Windows 3.11. В них применяется концепция так называемых «окон», которые можно открывать, перемещать по экрану и закрывать. Эти окна «принадлежат» различным программам и отражают их работу.

В DOS используется файловая система FAT. Одним из ее недостатков являются жесткие ограничения на имена файлов и каталогов. Имя может состоять не более чем из восьми символов. Расширение указывается после точки и состоит не более чем из трех символов. Расширение в имени файла не является обязательным, оно добавляется для удобства, так как расширение позволяет узнать, какая программа создала его и тип содержимого файла. DOS не делает различий между одноименными строчными и прописными буквами. Кроме букв и цифр имя и расширение файла могут состоять из следующих символов: -, _, $, #, &, @, !, %, (,), {, }, ", ^. Примеры имен файлов в MS DOS: doom.exe, referat.doc.

Так как DOS была создана довольно давно, она не соответствует требованиям, предъявляемым к современным операционным системам. Она не может напрямую использовать большие объемы памяти, устанавливаемые в современные компьютеры. В файловой системе используются только короткие имена файлов, плохо поддерживаются разные устройства типа звуковых карт, видео-ускорителей и т.д.

В DOS не реализована мультизадачность, т.е. она не может естественным образом выполнять несколько задач (работающих программ) одновременно. У DOS нет никаких средств контроля и защиты от несанкционированных действий программ и пользователя, что привело к появлению огромного количества так называемых вирусов.

Некоторые компоненты операционной системы DOS: дисковые файлы IO.SYS и MSDOS.SYS (они могут называться и по-другому, например IBMBIO.COM и IBMDOS.COM для PC DOS) помещаются в оперативную память при загрузке и остаются в ней постоянно. Файл IO.SYS представляет собой дополнение к базовой системе ввода-вывода, а MSDOS.SYS реализует основные высокоуровневые услуги операционной системы.

Командный процессор DOS обрабатывает команды, вводимые пользователем. Командный процессор находится в дисковом файле COMMAND.COM на диске, с которого загружается операционная система. Некоторые команды пользователя, например type, dir или copy, командный процессор выполняет сам. Такие команды называются внутренними или встроенными. Для выполнения остальных (внешних) команд пользователя командный процессор ищет на дисках программу с соответствующим именем и, если находит ее, загружает в память и передает ей управление. По окончании работы программы командный процессор удаляет программу из памяти и выводит сообщение о готовности к выполнению команд (приглашение DOS).

Внешние команды DOS – это программы, поставляемые вместе с операционной системой в виде отдельных файлов. Эти программы выполняют действия обслуживающего характера, например форматирование дискет (format.com), проверку состояния дисков (scandisk.exe) и т. д.

Драйверы устройств – это специальные программы, которые дополняют систему ввода-вывода DOS и обеспечивают обслуживание новых или нестандартное использование имеющихся устройств. Например, с помощью драйвера DOS ramdrive.sys возможна работа с « электронным диском», т.е. частью памяти компьютера, с которой можно работать так же, как с диском. Драйверы помещаются в память компьютера при загрузке операционной системы, их имена указываются в специальном файле CONFIG.SYS. Такая схема облегчает добавление новых устройств и позволяет делать это, не затрагивая системные файлы DOS.

MICROSOFT WINDOWS

Графические оболочки Widows 1.0, Widows 2.0, Widows 3.0, Widows 3.1 и Widows 3.11 запускались под управлением MS DOS, то есть не были самостоятельными операционными системами. Но поскольку с появлением Windows открылись новые возможности, Windows называют не оболочкой, а средой. Среда Windows характеризуется следующими особенностями, отличающими ее от других программ-оболочек:

– Многозадачность. Есть возможность одновременно запускать несколько программ.

– Единый программный интерфейс. Взаимодействие между программами, написанными для Windows, организовано так, что есть возможность создавать данные в одних программах и переносить их в другие программы.

– Единый интерфейс пользователя. Разобравшись с тем, как работает одна программа, написанная для Windows, нетрудно разобраться с другой. Чем больше программ изучить, тем проще изучение последующей программы.

– Графический интерфейс пользователя. Файлы программ и данных отображаются на экране в виде значков. С файлами работают с помощью мыши.

– Единый аппаратно-программный интерфейс. Среда Windows обеспечивала совместимость разнообразного оборудования и программ. Изготовители оборудования не заботились о том, как « угадать», к какими программами их устройствам предстоит работать, они добивались только работы с Windows, а дальше Windows обеспечивала работу устройств. Точно также изготовители программ могли более не беспокоиться о работе с неизвестным им оборудованием. Их задача свелась к тому, чтобы обеспечить взаимодействие с Windows.

На смену операционной системе DOS с ее графическими оболочками Windows 3.1 и Windows 3.11 пришли полноценные операционные системы семейства MS Windows (сначала Windows 95, затем Windows 98, Windows 2000, Windows XP). В отличие от Windows 3.1 и Windows 3.11, они запускаются автоматически после включения компьютера (в том случае, если установлена только одна эта система).

В MS Windows для хранения файлов используется модификация файловой системы FAT – VFAT. В ней длина имен файлов и каталогов может достигать 256 символов.

В операционной системе Windows при работе с окнами и приложениями широко применяется манипулятор мышь. Обычно мышь используется для выделения фрагментов текста или графических объектов, установки и снятия флажков, выбора команд меню, кнопок панелей инструментов, манипулирования элементами управления в диалогах, «прокручивания» документов в окнах.

В Windows активно используется и правая кнопка мыши. Поместив указатель мыши на объекте и сделав щелчок правой кнопкой мыши, можно раскрыть так называемое «контекстное меню», содержащее наиболее употребительные команды, применимые к данному объекту.

Ярлыки обеспечивают доступ к программе или документу из различных мест, не создавая при этом нескольких физических копий файла. На рабочий стол можно поместить не только пиктограммы (значки) приложений и отдельных документов, но и папок. Папки – еще одно название каталогов (directories).

Существенным нововведением в Windows 95 стала Панель задач (Taskbar). Несмотря на небольшие функциональные возможности, она делает наглядным механизм многозадачности и намного ускоряет процесс переключения между приложениями по сравнению с предыдущими версиями Windows. Внешне панель задач представляет полосу, обычно располагающуюся в нижней части экрана, на которой размещены кнопки приложений и кнопка Пуск (Start). В правой ее части обычно присутствуют часы и небольшие пиктограммы программ, активных в данный момент.

Рабочий стол Windows сконструирован так, чтобы максимально облегчить работу пользователя-новичка и в то же время предоставить максимальные возможности его настройки в соответствии с конкретными нуждами опытных пользователей.

ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА LINUX

Linux – это операционная система для IBM-совместимых персональных компьютеров и рабочих станций. Это многопользовательская операционная система с сетевой оконной графической системой X Window System. Операционная система Linux поддерживает стандарты открытых систем и протоколы сети Интернет и совместима с системами Unix, DOS, MS Windows. Все компоненты системы, включая исходные тексты, распространяются с лицензией на свободное копирование и установку для неограниченного числа пользователей.

Разработал эту операционную систему в начале 1990-х студент университета Хельсинки (Финляндия) Линус Торвальд при участии пользователей сети Интернет, сотрудников исследовательских центров, различных фондов и университетов.

Будучи традиционной операционной системой, Linux выполняет многие из функций, характерных для DOS и Windows, однако эта операционная система отличается особой мощью и гибкостью. Linux предоставляет в распоряжение пользователя персонального компьютера скорость, эффективность и гибкость Unix, используя при этом все преимущества персональных машин. При работе с мышью активно используются все три кнопки, в частности, средняя кнопка используется для вставки фрагментов текста.

С экономической точки зрения Linux обладает еще одним весьма существенным достоинством – это бесплатная система. Linux распространяется по генеральной открытой лицензии GNU в рамках фонда свободного программного обеспечения (Free Software Foundation), что делает эту операционную систему доступной для всех желающих. Linux защищена авторским правом и не находится в общедоступном пользовании, однако универсальная общественная лицензия GNU – это почти то же самое, что и передача в общедоступное пользование. Она составлена так, что Linux остается бесплатной и в то же время стандартизированной системой. Существует лишь один официальный вариант ядра Linux.

От Unix операционной системе Linux достались еще две замечательные особенности: она является многопользовательской и многозадачной системой. Многозадачность означает, что система может выполнять несколько задач одновременно. Многопользовательский режим – это режим, при котором в системе могут одновременно работать несколько пользователей, и каждый из них взаимодействует с системой через свой терминал. Еще одним из достоинств этой операционной системы является возможность ее установки совместно с Windows на один компьютер.

С помощью системы Linux можно любую персональную машину превратить в рабочую станцию. В наше время Linux является операционной системой для бизнеса, образования и индивидуального программирования. Университеты по всему миру применяют Linux в учебных курсах по программированию и проектированию операционных систем. Linux стал незаменим в широких корпоративных сетях, а также для организации Интернет-узлов и Web-серверов.

Современный Linux предоставляет возможность использовать несколько разновидностей графического интерфейса: KDE (K Desktop Environment), GNOME (GNU Network Model Environment) и другие. В каждой из этих оболочек пользователю предоставляется возможность работы сразу с несколькими рабочими столами (в то время как в MS Windows всегда один рабочий стол, который приходится загромождать окнами).

Компьютер предоставляет различные ресурсы для решения задачи, но чтобы сделать эти ресурсы легко доступными для человека и его программ, нужна операционная система. Она скрывает от пользователя сложные и ненужные подробности и предоставляет ему удобный интерфейс для работы. Операционные системы могут предоставлять и другие возможности: средства защиты информации, хранящейся на дисках компьютера; работа нескольких пользователей на одном компьютере (многопользовательский режим), возможность подключения компьютера к сети, а также объединение вычислительных ресурсов нескольких машин и совместное их использование (кластеризация).

Шацукова Л.З. Информатика . Интернет-учебник.http://www.kbsu.ru/~book

Анна Чугайнова

Интерфейс (взаимодействие) – это взаимосвязь между компонентами и участниками микропроцессорной системы.

В входят: аппаратное обеспечение, программное обеспечение и человек . Поэтому выделяют следующие виды интерфейсов:

аппаратный интерфейс;

программный интерфейс;

интерфейс пользователя.

Программный интерфейс обеспечивается операционной системой (если таковая имеется). Наиболее распространенными интерфейсами пользователя являются графический интерфейс (например, рабочий стол PC с иконками или кнопки команд в редакторе Microsoft Office Word) и интерфейс «джойстика», когда мы выбираем необходимую нам команду, перемещаясь по меню (например, мобильные телефоны, программируемые контроллеры), что также является видом графического интерфейса.

Аппаратный интерфейс представляет собой систему шин, разъемов, согласующих устройств, алгоритмов и протоколов, обеспечивающих связь всех частей микропроцессорной системы между собой. От характеристик интерфейса зависит быстродействие и надежность системы.

В развернутых микропроцессорных системах для разгрузки процессора аппаратный интерфейс обеспечивается контроллерами. Контроллер – это специализированная микросхема, предназначенная для выполнения функций контроля и управления. Контроллер осуществляет управление работой устройства, например, жестким диском, оперативной памятью, клавиатурой и обеспечивает взаимосвязь этого устройства с другими участниками МС.

Управление шинами осуществляют мосты . В сложных МС, например, таких как персональный компьютер, центральное место занимает «чипсет» (ChipSet) – набор мостов и контроллеров. Чипсет включает две главные микросхемы, которые традиционно называют южный мост и северный мост (рисунок 1). Северный мост обслуживает системную шину, шину памяти, AGP (ускоренный графический порт) и является главным контроллером компьютера. Южный мост обслуживает работу с внешними устройствами (шина PCI - шина ввода/вывода для подключения периферийных устройств).

Рисунок 1 - Организации обмена данными в персональных компьютерах (РС)

Наиболее сложна организация взаимодействия процессора и внешних устройств, что связано с большим их разнообразием.

Параллельные интерфейсы характеризуются тем, что в них для передачи бит используются отдельные сигнальные линии, и биты передаются одновременно. Классическим параллельным интерфейсом является LPT-порт .

Последовательный интерфейс для передачи данных использует одну сигнальную линию, по которой информационные биты передаются друг за другом последовательно.

Простейшим последовательным интерфейсом, получившим распространение как в PC, так и в промышленных системах, является стандарт RS-232 , реализуемый СОМ - портами . В промышленной автоматике широко применяется RS-485 .

(Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина) обеспечивает подключение к компьютеру большое количество разнообразных периферийных устройств, в том числе мобильные телефоны и бытовую электронику.

Первая спецификация интерфейса имела название USB 1.0, в настоящее время используется спецификация USB 2.0, современные устройства интерфейсом спецификации USB 3.0.

Стандарт USB 2.0 содержит в себе четыре линии: приём и передача данных, питание +5 В и корпус. В дополнение к ним USB 3.0 добавляет еще четыре линии связи (2 на прием и две на передачу) и корпус.

Шина USB имеет высокую пропускную способность (USB 2.0 обеспечивает максимальную скорость передачи информации до 480 Мбит/с, USB 3.0 - до 5,0 Гбит/с) и обеспечивает не только передачу данных, но и питание маломощных внешних устройств (максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям питания шины USB, не должна превышать 500 мА для USB 2.0 и 900 мА для USB 3.0), что позволяет не использовать внешних источников питания.

Беспроводные (wireless) интерфейсы позволяют уйти от кабелей связи, что особенно актуально для малогабаритных устройств, по размеру и весу соизмеримых с кабелями. В беспроводных интерфейсах используются инфракрасного (IrDA) и радиочастотного (Bluetooth, USB wireless) диапазонов.

Инфракрасный интерфейс IrDA позволяет осуществлять беспроводную связь между двумя устройствами на расстоянии до 1 метра. Инфракрасная связь - IR (Infra Red) Connection - безопасна для здоровья, не создает помех в радиочастотном диапазоне и обеспечивает конфиденциальность передачи. ИК-лучи не проходят через стены, поэтому зона приема ограничивается небольшим, легко контролируемым пространством.

Bluetooth (синий зуб) - радиоинтерфейс с низким энергопотреблением (мощность передатчика всего порядка 1 мВт) для организации персональных сетей, обеспечивающий передачу данных в режиме реального времени на небольшие расстояния. Каждое устройство Bluetooth имеет радиопередатчик и приемник, работающие в диа¬пазоне частот 2,4 ГГц. Дальность действия радиоинтерфейса составляется около 100 м - для покрытия стандартного дома.

Беспроводной USB (USB wireless) – радиоинтерфейс малой дальности с высокой пропускной способностью: 480 Мбит/с на расстоянии до 3 метров и 110 Мбит/с на расстоянии до 10 метров. Работает в диапазоне частот 3,1 - 10,6 ГГц.

Интерфейс RS-232 (RS - recommended standard - рекомендованный стандарт) соединяет два устройства - компьютер и устройство передачи данных. Скорость передачи - 115 Кбит/с (максимум), расстояние передачи - 15 м (максимум), схема соединения - от точки к точке.

Сигналы этого интерфейса передаются перепадами напряжения величиной (3…15) В, поэтому длина линии связи RS-232, как правило, ограничена расстоянием в несколько метров из-за низкой помехоустойчивости. Чаще всего используется в промышленном оборудовании, в персональном компьютере использовался для подключения манипулятора типа «мышь», модема. Интерфейс RS-232 принципиально не позволяет создавать сети, так как соединяет только 2 устройства.

Рисунок 2 - Разъем RS-232 типа DB9

Интерфейс RS-485 - широко распространенный высокоскоростной и помехоустойчивый промышленный последовательный интерфейс двунаправленной передачи данных. Практически все современные компьютеры в промышленном исполнении, большинство датчиков и исполнительных устройств содержат в своем составе ту или иную реализацию интерфейса RS-485.

Для передачи и приема данных достаточно одной скрученной пары проводников (витая пара). Передача данных осуществляется с помощью дифференциальных сигналов (по одному проводу идет оригинальный сигнал, а по другому - его инверсная копия.). Разница напряжений одной полярности между проводниками означает логическую единицу, разница другой полярности - ноль.

При наличии внешних помех, наводки в соседних проводах одинаковы, и так как сигналом является разность потенциалов в проводниках, уровень сигнала остаётся неизменным. Это обеспечивает высокую помехоустойчивость и общую длину линии связи до 1 км (и более с использованием специальных устройств – повторителей).

Интерфейс RS-485 обеспечивает обмен данными между несколькими устройствами по одной двухпроводной линии связи в полудуплексном режиме (Прием и передача идут по одной паре проводов с разделением по времени). Широко используется в промышленности при создании АСУ ТП.

Ethernet (ether - эфир) - технология передачи данных, используемая в большинстве локальных компьютерных сетей. Этот интерфейс базируется на стандарте IEE 802.3. Если интерфейс RS-485 можно рассматривать по принципу «один ко многим», то Ethernet работает по принципу «многие ко многим».

В зависимости от скорости передачи данных и передающей среды существует несколько вариантов:

Ethernet - 10 Мбит/с

Быстрый (Fast) Ethernet - 100 Мбит/с

Гигабитный (Gigabit) Ethernet - 1 Гбит/с

10-гигабитный Ethernet

В качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, витая пара (невысокая стоимость, высокая помехоустойчивость) и оптоволоконный кабель (создание более длинных линий и высокоскоростных каналов связи).

(twisted pair) - вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой и покрытых пластиковой оболочкой.

Например, кабель FTP (foiled twisted pair - витая пара с общим экраном из фольги и медным проводником для отвода наведенных токов), 4 пары (solid), категория 5e (рисунок 3). Кабель предназначен для стационарной прокладки внутри зданий, сооружений и эксплуатации в структурированных кабельных системах. Разработан для приложений, работающих в частотном диапазоне с верхней границей 100 МГц.

Рисунок 3 - Витая пара: 1 - Внешняя оболочка, 2 - Экран-фольга, 3 - Дренажный провод, 4 - Защитная пленка, 5 - Витая пара

На физическом уровне протокол Ethernet реализован в виде сетевых карт, встраиваемых в микропроцессорные системы, и концентраторов, соединяющих системы друг с другом.

На основе Ethernet строят промышленные сети (Profinet, EtherNet/IP, EtherCAT, Ethernet Powerlink), которые успешно конкурируют с ранее разработанными сетями Profibus, DeviceNet, CANopen и др.

Возможности аппаратных средств компьютера определяют программно-аппаратный интерфейс , который характеризует функции аппаратуры и организацию компьютера, необходимые и достаточные для разработки программ. Программно-аппаратный интерфейс фиксирует в себе все необходимые программистам сведения об аппаратуре, составляющей компьютер. При этом не затрагиваются никакие аспекты внутренней организации компьютера: тип полупроводниковых элементов, напряжение электропитания, конструктивы печатных плат и т.п. Савокупность свойств аппаратуры компьютера, существенной для разработки программ, т.е. для програмистов, называетсяархитектурой компьютера . Таким образом, термины архитектура и програмно-управляемый интерфейс будем использовать как синонимы, понимая, что конкретной архитектуре соответствует конкретный програмно-аппаратный интерфейс.

Как уже отличалось, програмирование в терминах програмно-аппаратного интерфейса доступно только системным программистам, создающими программы – драйверы для обслуживания периферийных устройств, программ обслуживания запоминающих устройств, переключения задач, распределение памяти между задачами и т.д., которые в коплексе образуют операционную систему. Операционная система вводит интерфейс следующего уровня – интерфейс прикладных программ ИПП (API – Apply Programm Interface ). ИПП вводит систему операторов, используемых программистами для выполнения операций ввода-вывода и хранения данных, распределение устройств и памяти между задачами, управление устройствами компьютера и процессами обработки данных. Все операторы ИПП реализуются через операционную систему, т.е. посредствам соответствующих программ ОС, интерпритирующих операторы ИПП в последовательность команд программно-аппаратного интерфейса, реализуемых аппаратурой компьютера. Программы ОС являются неотъемлемой частью аппаратуры компьютера: именно программы ОС создают операторы (функции), в терминах которые исполняются обслуживающие программы, инструментальные системы и прикладные программы.

Таким образом, аппаратура и ОС компьютера выступают как единый программно-аппаратный комплекс – компьютерная платформа, на которой строится програмное обеспечение более высокого уровня, в том числе прикладные программы, взаимодействующие с аппаратурой через ИПП.

Программно-аппаратный интерфейс ПАИ определяет функции, реалилуемые аппаратурой компьютера. Эти функции принято подразделять на следующие группы:

состав и форма представления машинных единиц информации;

типы данных и формы их представления;

способы адресации данных;

система команд;

функции представления состояния устройств и процессов.

Первые четыре функций, реализуемые аппаратурой компьютера, порождают систему команд компьютера, которая устанавливает коды операций и правила кодирования адресов операндов, учавствующих в операциях. Последовательности команд, составлящие программы, корректны в том случае, когда команды предписывают операции над соответствующими типами данных: целыми числами, логическими значениями, строками символов и т.д. Наряду с программируемыми функциями, работа компьютера сопровождается событиями, происходящими в темпе работы устройств (окончание операций ввода-вывода, ошибки в передаваемых данных и т.д.) или при выполнении команд (некорректность кода операции, нарушение правил адресации, доступ к защищенным данным и т.д.). В этих условиях устройства компьютера, реагируя на окончание процессов или особые ситуации при выполнении предписанных командами операций, формируют сигналы прерывания . Эти сигналы воспринимаются процессором, который обеспечивает переход к специальным программам, обрабатывающим возникшие ситуации в работе устройств и при выполнении программ. За счет этого операционная система обеспечивает управление устройствами и процессами выполнения программ и объединяет аппаратные и програмные средства в единый аппаратно-програмный комплекс.

Подавляющее большинство ныне используемых архитертур относятся к классу процессорно-ориентированных (processor-center ). При этом для каждой архитекруры создается специфичный програмно-аппаратный интерфейс, порождающий уникальную систему команд, реализуемых опреационной системой компьютера. Это означает, что для каждого процессора и системы внешних устройств создается специфичная операционная система, служащяя фундаментом для написания прикладных программ и централизованного управления всеми системными ресурсами – устройствами и программами.

Интерфейс прикладных программ. Производители компьютерного обарудования разработали архитектуры, в основе которых лежит интерфейс прикладных программAPI (Application Programming Interface).API–ориентированные архитектуры устанавливают интерфейс, который используется для доступа всех прикладных программ к функциям операционной системы и изолирует прикладные программы от аппаратных и программных деталий операционной системы.

Один из наиболее известных API – Posix (Portable Operation System Interface based on uniX ), - международный стандарт дляUnix –подобных операционных систем. В 1993 году группа разработчиков приложений для операционных системUnixопределила собственный набор интерфейса прикладных программAPI, включающий в себя 1179 функций. Стандарт «Единая спецификацияUnix» стал современной промышленной версиейPOSIX.

Другой вариант API – независимый от технологии машинный интерфейс (Tecnology Independent Machine Interface ), часто называемый простоMI (Machine Interface ). Этот интерфейс включает в себя набор функций операционной системы компьютераAS/400,работающей по двухступенчатой схеме: генерация шаблона программы – генерация кода программы. ВAS/400компилятор генерирует из исходного текста кодMI , который представляется в виде шаблона программы. На втором этапе транслятор генерирует двоичный код программы по шаблону программы, и двоичный код программы, созданный транслятором, хранится в памяти компьютера как единый программный объект. Такая программа называетсяотслеживаемой (observable ). Если в компьютереAS/400начинает применяться, например, 64-разрядный процессор, то для новой аппаратуры создается специальный транслятор, который транслирует код программы в новый двоичный код, соответствующий составу данных, с которым оперирует новый 64-разрядный процессор. В результате этого за один день компьютерAS/400 получает 64-разрядную операционную систему и тысячи 64-разрядных прикладных программ.

Существенный недостаток API – отсутствие гибкости. Клиент не может выбрать операционную систему одного производителя, базу данных – другого, защиты данных – третьего, так как они не могут работать как единая интегрированная система. Единственный способ обеспечить гибкость - самостоятельное объединение разнородных компонент в интегрированную систему. Однако для этого требуются средства на обучение пользователей и сопровождения програмных систем.

овокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки данных, называют вычислительной техникой .

Вычислительная система – этоконкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ (программно-аппаратный комплекс ), предназначенный для обслуживания одного рабочего места. Любой компонент вычислительной системы (центральный процессор, оперативная или внешняя память, внешнее устройство, программа и т. д.) и предоставляемые им возможности называетсяресурсом . Структуру ВС можно представить в виде пирамиды.

Прикладное программное обеспечение

Системное программное обеспечение

Управление логическими устройствами

Управление физическими устройствами

Аппаратные средства

Аппаратные средства включают в себя физические устройства (состав оборудования), участвующие в автоматизированной обработке информации пользователя.

Управление физическими устройствами осуществляется программами, взаимодействующими с аппаратными структурами.

Управление логическими устройствами осуществляют программы, ориентированные на пользователя и не зависящие от физических устройств. На базе этого уровня могут создаваться новые логические ресурсы. Например, на одном жестком диске может быть создано несколько логических дисков, работа с которыми, с точки зрения пользователя, ничем не отличается от работы с несколькими физическими дисками.

Системное программное обеспечение – это комплекс программ, предназначенных для обеспечения работы компьютеров и сетей ЭВМ. Неотъемлемой частью системного программного обеспечения являются системы программирования , которые служат для поддержки всего технологического цикла разработки программного обеспечения.

Прикладное программное обеспечение – это комплекс взаимосвязанных программ для решения задач определенного класса конкретной предметной области.

Центральным звеном вычислительной системы является компьютер .

Компьютер – это электронный прибор , предназначенный для автоматизации создания, хранения, обработки и транспортировки данных. В основе работы любого современного компьютера лежит генератор тактовых импульсов , вырабатывающий электрические сигналы (импульсы), частота которых определяет тактовую частоту . Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы компьютера (или просто такт работы ). Тактовая частота достаточно объективно определяет быстродействие ЭВМ. Зная тактовую частоту и количество тактов, требуемых для выполнения какой-либо операции, можно точно определить время выполнения этой операции. Управление компьютером фактически сводится к управлению распределением сигналов между устройствами. Управление может быть программным или интерактивным .

Программное управление распределением сигналов осуществляется автоматически.

Управление распределением сигналов может производиться вручную с помощью внешних органов управления – кнопок, переключателей и т. п. В современных компьютерах внешнее управление в значительной степени автоматизировано благодаря использованию специальных аппаратно-логических интерфейсов , к которым подключаются внешние устройства управления и ввода данных: мышь, джойстик, клавиатура и др. Такое управление называют интерактивным .

Конфигурацией вычислительной системы называют ее состав, включающий аппаратные и программные средства , которые принято рассматривать отдельно. Принцип разделения вычислительной системы на аппаратную и программную конфигурацию имеет для информатики особое значение, так как очень часто решение одной и той же задачи может обеспечиваться как аппаратными, так и программными средствами. Критерием выбора при этом являются производительность и эффективность. Однако нельзя забывать, что такое разделение является условным, поскольку программное и аппаратное обеспечение работают в компьютере в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии.

Аппаратную конфигурацию вычислительной системы образует совокупность оборудования, подключенного к компьютеру. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию (аппаратную конфигурацию), которую можно собирать из готовых узлов и блоков.

Программной конфигурацией вычислительной системы называют совокупность программ, установленных на компьютере. Программы для ЭВМ- это форма представления данных и команд, предназначенных для получения определенных результатов. Работа компьютерных программ имеет многоуровневый характер.

На каждом рабочем месте программно-аппаратная конфигурация создается такой, чтобы наиболее эффективно решать конкретные практические задачи. Разные компьютеры могут быть близкими по своей архитектуре и функциональному назначению, но иметь разную программно-аппаратную конфигурацию.

Наряду с аппаратным и программным обеспечением в вычислительных системах в некоторых случаях рассматривают информационное и математическое обеспечение.

Под информационным обеспечением понимают совокупность программ и предварительно подготовленных данных для работы этих программ. Например, в текстовом редакторе для работы системы автоматической проверки орфографии, кроме аппаратного и программного обеспечения, необходимо иметь специальные наборы словарей, содержащие заранее заготовленный эталонный массив данных.

Математическое обеспечение вычислительной системы представляет собой совокупность программного и информационного обеспечения . Как правило, оно «жестко» записывается в микросхемы ПЗУ и используется в специализированных компьютерных системах (бортовых компьютерах автомобилей, самолетов, судов и т. п.).

Аппаратное обеспечение вычислительной системы

К

аппаратному обеспечению вычислительной системы относится совокупность устройств и приборов, необходимых для выполнения конкретных видов работ. По способу расположения устройств относительно центрального процессорного устройства (ЦПУ) различают внутренние и внешние устройства. Внешними устройствами являются большинство устройств ввода-вывода данных (их также называют периферийными устройствами) и некоторые устройства длительного хранения данных (внешняя память). Для работы системы аппаратные средства должны быть согласованы друг с другом с помощью аппаратных интерфейсов , как на физическом уровне, так и на логическом. Физически аппаратные средства согласуются с помощьюразличных устройств (механических и электрических разъемов, шин, контроллеров), логически – с помощью программ, называемых драйверами устройств .

Аппаратные интерфейсы – это стандартизированные аппаратно-логические устройства , обеспечивающие согласование работы между устройствами, узлами и блоками вычислительной системы. Стандарты на аппаратные интерфейсы называются протоколами , в которых определяется совокупность технических условий, необходимых для согласованной работы устройств. Наличие стандартных интерфейсов позволяет унифицировать передачу данных между устройствами независимо от их особенностей.

В архитектуре любой вычислительной системы существует множество аппаратных интерфейсов, которые условно можно разбить на две группы: последовательные и параллельные .

Параллельные интерфейсы – устройства, которые служат для одновременной передачи группы бит. Количество бит, участвующих в одной посылке, определяется разрядностью интерфейса. Например, восьмиразрядные параллельные интерфейсы передают за один цикл один байт данных. Производительность параллельных интерфейсов измеряют байтами в секунду (байт/с; Кбайт/с; Мбайт/с). Их применяют там, где важна скорость передачи данных: для подключения печатающих устройств, устройств ввода графической информации, устройств записи данных на внешний носитель.

Последовательные интерфейсы – более простые устройства. Обмен данными производится последовательно бит за битом. Их производительность измеряют битами в секунду (бит/с; Кбит/с; Мбит/с). Последовательные интерфейсы часто называют асинхронными интерфейсами , поскольку для них не надо синхронизировать работу передающего и принимающего устройств. Из-за отсутствия синхронизации передача полезных данных сопровождается служебными посылками, то есть на один байт полезных данных могут приходиться 1–3 служебных бита. Первоначально пропускная способность последовательных интерфейсов была меньше параллельных, а коэффициент полезного действия – ниже. Поэтому их применяли для подключения «медленных устройств» (простейших устройств печати низкого качества, устройств ввода-вывода знаковой и сигнальной информации, контрольных датчиков, малопроизводительных устройств связи и т. п.), а также в тех случаях, когда отсутствовали ограничения на продолжительность обмена данными. Однако с развитием техники в настоящее время появились высокоскоростные последовательные интерфейсы, не уступающие параллельным, а нередко и превосходящие их по пропускной способности.

Классификация компьютеров

С

уществует достаточно много различных методов классификации компьютеров. К наиболее часто употребляемым в технической литературе и средствах массовой информации методам относятся следующие:

– по назначению;

– по уровню специализации;

– по типоразмерам;

– по совместимости;

– по типу используемого процессора.

Классификация по назначению – один из наиболее ранних методов классификации. По этому принципу различают большие ЭВМ , мини-ЭВМ , микро-ЭВМ и персональные компьютеры (ПК ).

Большие ЭВМ (mainframe или суперкомпьютеры ). Их применяют в очень крупных корпорациях, банках или в отраслях народного хозяйства. Сверхпроизводительные суперкомпьютеры используются для решения задач оборонного комплекса, ядерной физики, космических задач, метеорологии, фармакологии сейсморазведки. На базе суперкомпьютера создают вычислительные центры, включающие в себя несколько отделов (групп):

– группа системного программирования, обеспечивающая программно-аппаратный интерфейс вычислительной системы;

– группа прикладного программирования, обеспечивающая пользовательский интерфейс вычислительной системы;

– группа технического обслуживания;

– группа подготовки данных;

– группа информационного обеспечения, создающая архивы данных в виде библиотеки программ и банков данных ;

– отдел выдачи данных, получающий данные от центрального процессора и преобразующий их в форму, удобную для заказчика, например, распечатывает на принтерах.

Большие ЭВМ отличаются высокой стоимостью оборудования и обслуживания. Центральный процессор такой вычислительной системы представляет собой несколько стоек аппаратуры и размещается в отдельном помещении. Для повышения эффективности суперкомпьютер работает одновременно с несколькими задачами и, естественно, с несколькими пользователями. Такое распределение ресурсов вычислительной системы получило название принципа разделения времени .

Мини-ЭВМ . От больших ЭВМ компьютеры этой группы отличаются уменьшенными размерами и, соответственно, меньшей производительностью и стоимостью. Такие компьютеры используются крупными предприятиями, научными учреждениями и вузами, в которых учебная деятельность сочетается с научной работой. Мини-ЭВМ часто применяют для управления производственными процессами, одновременно решая другие задачи. Например, он может использоваться экономистами в осуществлении контроля над себестоимостью продукции, в бухгалтерии для учета первичной документации и подготовки регулярных отчетов для налоговых органов и др. Работа с мини-ЭВМ организуется также с помощью вычислительного центра, хотя и не такого многочисленного как на больших ЭВМ.

Микро-ЭВМ . Компьютеры данного класса доступны многим предприятиям. Для обслуживания такого компьютера не требуется вычислительный центр. Достаточно иметь небольшую вычислительную лабораторию, в состав которой обязательно входят программисты высокой квалификации, которые сочетают в себе качества системных и прикладных программистов. Микро-ЭВМ находят применение и в крупных вычислительных центрах для выполнения вспомогательных операций, например, операций по предварительной подготовке данных.

Персональные компьютеры (ПК ). Этот класс компьютеров получил особо бурное развитие в последние 20 лет. Он предназначен для обслуживания одного рабочего места. Несмотря на небольшие размеры и относительно низкую стоимость, современные ПК обладают высокой производительностью. Многие модели ПК превосходят по производительности большие ЭВМ 70-х годов, мини-ЭВМ 80-х годов и микро-ЭВМ первой половины 90-х годов. ПК вполне может удовлетворить потребности малых предприятий и отдельных лиц. Особенно широкую популярность приобрели ПК после 1995 г. в связи с бурным развитием Интернета. На персональных компьютерах наиболее часто применяются игры, редакторы текстов, базы данных, информационные системы, электронные таблицы, системы программирования и т. п. ПК также являются удобным средством автоматизации учебного процесса по любым дисциплинам, средством организации дистанционного (заочного) обучения и средством организации досуга. Их нередко используют для надомной работы, что особенно важно в условиях ограниченной трудозанятости. До 2002 г. в области ПК действовали международные стандарты, которые устанавливали следующие категории персональных компьютеров:

– массовый ПК (Consumer PC );

– деловой ПК (Office PC);

– портативный ПК (Mobile PC );

– рабочая станция (Workstation PC );

– развлекательный ПК (Entertainment ).

Развитие аппаратных средств привело к постепенному размытию границ между категориями, поэтому обновление стандартов было прекращено, хотя при приобретении ПК для конкретных задач эту классификацию полезно знать.

Классификация по уровню специализации. Компьютеры по уровню специализации делятся на универсальные и специализированные . Конфигурация (состав компьютерной системы) универсального компьютера может быть произвольной. Так, например, один и тот же ПК можно использовать для работы с текстом, музыкой, графикой, фото- и видеоматериалами. Специализированные компьютеры предназначены для решения конкретного круга задач. К ним относятся, например, бортовые компьютеры автомобилей, судов, самолетов, космических аппаратов. Специализированные мини-ЭВМ, ориентированные на работу с графикой, называются графическими станциями . Их используют при подготовке кино- и видеофильмов, а также рекламной продукции. Специализированные компьютеры, объединяющие компьютеры предприятия в одну сеть, называются файловыми серверами . Компьютеры, обеспечивающие передачу информации по сети Интернет, называют сетевыми серверами .

Классификация по типоразмерам относится к персональным компьютерам. В зависимости от типоразмеров ПКделятся на настольные (desktop), портативные (notebook), карманные (palmtop), мобильные вычислительные устройства (сочетают в себе функции карманного ПК и средств мобильной связи). В настоящее время стали широко использоваться ноутбуки .

Ноутбук (по-английски notebook – блокнот, блокнотный ПК) – портативный персональный компьютер, в корпусе которого объединены типичные компоненты ПК, включая дисплей, клавиатуру с сенсорной панелью, колонки, микрофон, веб-камеру, а также аккумуляторные батареи. Ноутбук благодаря своим небольшим размерам, весу, современным батареям очень удобен в эксплуатации, позволяет брать с собой в дорогу и работать без подзарядки от 1 до 14 часов. Первая в мире общедоступная модель ноутбуков Osborne-1 была создана изобретателем Адамом Осборном и выпущена на рынок в 1981 г. Спрос на первые ноутбуки оказался чрезвычайно высоким, благодаря чему корпорация Osborne Computer стала в свое время самой быстрорастущей компанией. По своему назначению и техническим характеристикам существует следующая классификация ноутбуков: бюджетные ноутбуки, ноутбуки среднего класса, бизнес-ноутбуки, мультимедийные ноутбуки, игровые ноутбуки, мобильная рабочая станция, имиджевые ноутбуки, защищенные ноутбуки, ноутбуки с сенсорным дисплеем.

Классификация по совместимости. От совместимости зависит взаимозаменяемость узлов и приборов, предназначенных для разных компьютеров, возможность переноса программ с одного компьютера на другой и возможность совместной работы разных типов компьютеров с одними и теми же данными. По аппаратной совместимости различают так называемые аппаратные платформы . На сегодня наиболее распространены две аппаратные платформы – IBM PC и Apple Macintosh . Кроме аппаратной совместимости существуют другие виды совместимости: программная совместимость , совместимость на уровне операционной системы , совместимость на уровне данных .

Классификация по типу используемого процессора. Тип используемого процессора в значительной мере характеризует технические свойства компьютера. Даже если компьютеры принадлежат одной аппаратной платформе, они могут различаться по типу используемого процессора.

Классическая модель ЭВМ по Джону фон Нейману

Н

есмотря на успехи, достигнутые в области технологии, существенных изменений в базовой структуре и принципах работы современных компьютеров не произошло. Большинство современных компьютеров основано на общих логических принципах функционирования вычислительных устройств , сформулированных еще в 1946 г. американским математиком Джоном фон Нейманом.Согласно фон Нейману, архитектура универсальной ЭВМ должна строиться в соответствии со следующими принципами.

Принцип двоичного кодирования . Вся информация, поступающая в компьютер, представляется двоичными кодами.

Принцип программного управления . Требуемый порядок вычислений однозначно задается алгоритмом и описывается последовательностью команд, образующих программу . Каждая команда определяет код выполняемой операции и адреса операндов, участвующих в операции. Программу вычислений размещают в запоминающем устройстве ЭВМ, что обеспечивает автоматический режим выполнения команд и, как следствие, увеличение быстродействия ЭВМ.

Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти: число, текст или команда. Разнотипная информация различается по способу использования, но не по способу кодирования. Благодаря этому оказывается возможным использовать одни и те же операции для обработки чисел и команд, то есть команды программы становятся такими же доступными для обработки, как и числа.

Принцип адресности заключается в том, что структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек. Номер ячейки определяет ее адрес , который является машинным идентификатором (именем) значения или команды. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Выборка содержимого ячейки по адресу не разрушает информацию, хранящуюся в ней, так как выбирается копия содержимого.

ЭВМ, построенные в соответствии с принципами фон Неймана, называют компьютерами фон-неймановской архитектуры . Классическая модель ЭВМ по фон Нейману имеет следующую структуру.

Устройства ввода-вывода

Запоминающее устройство

В указанной структурной схеме двойными линиями обозначены информационные потоки, одинарными – управляющие сигналы.

Основные устройства такого компьютера: процессор, память (запоминающее устройство), устройства ввода-вывода. Все устройства соединены каналами связи (или шинами), по которым передается информация. Процессор определяет поколение, производительность компьютера: от процессора во многом зависит быстродействие. Процессор включает в себя арифметико-логическое устройство и устройство управления. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) служит для обработки данных, то есть реализует арифметические и логические операции. Устройство управления (УУ) выполняет функции управления всеми устройствами компьютера и организует процесс выполнения программы. К функциям памяти (ЗУ) относятся: прием информации из других устройств, хранение информации, выдача информации по запросу в другие устройства машины. Устройства ввода-вывода предназначены для ввода исходных данных из внешних устройств в память ЭВМ и вывода результатов вычислений.

Похожая информация.

Одним из объектов, рассматриваемых на уроках информатики, является персональный компьютер. Его можно рассматривать как систему, состоящую из подсистем «аппаратное обеспечение», «программное обеспечение», «информационные ресурсы» (рис. 20).

Рис. 20

Подсистема аппаратного обеспечения выступает в качестве над-системы для устройств ввода, обработки, хранения и вывода информации.

Операционная система - подсистема программного обеспечения и надсистема, в состав которой входят системные и служебные программы.

Система информационных ресурсов включает в себя системы текстовых и графических файлов, звуковых файлов, файлов с видеоинформацией и т. д.

Персональный компьютер является частью (подсистемой) системы «человек - компьютер».

Пользовательский интерфейс

Средства, обеспечивающие взаимосвязь между объектами системы «человек - компьютер», называют интерфейсом.

Различают аппаратный, программный, аппаратно-программный и пользовательский интерфейсы.

Аппаратный интерфейс - средства взаимодействия между устройствами компьютера; обеспечивается производителями оборудования.

Программный интерфейс - средства взаимодействия (совместимости) программ между собой, а также программного обеспечения и информационных ресурсов; обеспечивается разработчиками программного обеспечения.

Аппаратно-программный и пользовательский интерфейсы обеспечиваются операционной системой компьютера.

Аппаратно-программный интерфейс - средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения компьютера.

Пользовательский интерфейс - средства взаимодействия человека и компьютера.

Пользовательский интерфейс на основе меню предлагает возможность выбора управляющей команды из меню (списка команд). В графическом интерфейсе компьютерные объекты представляются небольшими рисунками (значками). Нужный значок выбирают с помощью мыши. Кроме значков используются также тексты (для подсказок) и меню (для выбора команд).

Трёхмерный интерфейс позволяет осуществлять навигацию в трёхмерном компьютерном пространстве. Указав мышью, например, на дверь виртуального музея, можно в него войти. В виртуальном зале можно оглядеться, подойти к любой картине и рассмотреть её более подробно. Такой интерфейс имитирует реальный мир.