Устройства хранения данныхВ настоящее время для внешнего хранения данных используют несколько типов устройств. Дисковод (FDD) – устройство, предназначенное для чтения – записи информации на магнитные диски. Трехдюймовые дисководы позволяют записывать 1,44/2,88Мб. Стандартный компьютер имеет трехдюймовый дисковод – 1,44 Мб (FDD 3,5"). В качестве альтернативы обычным трехдюймовым дисководам некоторые поставщики предлагают трехдюймовые дисководы высокой емкости (120Мб) с лазерным позиционированием головки чтения-записи, например, дисковод «a:drive». Более эффективен записывающий привод CD-RW. Позволяет переносить информацию на лазерных дисках CD-R (или RW), читаемых любым лазерным дисководом, дает возможность создавать архивы, копировать игры, музыку и т.д., т.е. это пишущий лазерный дисковод. Винчестер (HDD) или жесткий диск – основное устройство массовой памяти в современных компьютерах. Объем от 40 и более Гб. Современные винчестеры выпускаются в двух вариантах интерфейса – SCSI или IDE. Преимущество SCSI над IDE: 1) большее количество подключаемых устройств – 7, 15 и даже больше – против 4 у IDE); 2) большая длина кабеля. Главное достоинство IDE (другое название АТА) – простота и невысокая стоимость по сравнению с SCSI. Работой периферийного устройства (дисководом, винчестером, монитором и т.д.) управляет плата – контроллер. На всех современных материнских платах уже присутствуют контроллеры дисководов, винчестеров (с интерфейсом IDE), принтера и «мыши» (параллельный и последовательный порты), а раньше выпускались в виде отдельных плат (мультикарты). К платам, расширяющим возможности компьютера, относятся: плата модема или факс-модема, видеоввода, звуковая и другие платы специального назначения, например, плата АЦП – аналого-цифровой преобразователь на несколько входов для измерений и т.д.
Особенности современного этапа Компьютерная техника развивается стремительными темпами. Сегодня недостаточно выбирать компьютер по параметрам основных компонентов – надо в первую очередь знать, как они взаимодействуют между собой, понимать, что действительно дает эффект, а что является просто рекламным трюком. При этом желательно предусмотреть те события, которые будут развиваться завтра, чтобы не оказаться в тупиковой ситуации, когда необходимость замены одной только видеокарты вызовет необходимость менять «по кругу» материнскую плату, оперативную память, процессор и т.д. вплоть до корпуса, клавиатуры и мыши. При планировании сборки или апгрейда компьютера все внимание обычно уделяется выбору компонентов (помощнее и подешевле). Именно компоненты присутствуют в прайс-листах фирм. Однако существует мнение, что начинать планировать следует с выбора интерфейсов, в качестве которых могут служить разъемы, наборы микросхем, генерирующих стандартные сигналы. Компьютер — это система, в которой множество компонентов взаимодействует между собой в соответствии с требованиями интерфейсов. Поэтому при подборе компонентов компьютера необходимо не только учитывать наивысшую производительность машины, но и учитывать взаимосвязь между интерфейсами и компонентами компьютера. Правильно подобранное сочетание стандартных интерфейсов, имеющих промышленную перспективу, обеспечит компьютеру долгую жизнь. Так как смена поколений в среде компонентов определенного функционального назначения происходит именно со сменой интерфейса. Например, можно приобрести самую лучшую видеокарту, подключаемую через шину PCI, и обнаружить через некоторое время, что дальнейшее повышение производительности видеоподсистемы невозможно без замены системной (материнской) платы, так как производители сосредоточили усилия на поддержке интерфейса AGP. Приобретение видеоускорителя AGP потребует покупки материнской платы с такой шиной и зачастую замены процессора и модулей оперативной памяти. При приобретении комплектующих, следует продумать и просчитать к чему приведет та или иная экономия при расчете на основе критерия «стоимость-эффективность». Однако, при расчетах следует помнить о качественных характеристиках – очень важно, чтобы сравнивались изделия одного уровня. Корпорации Intel и Microsoft при участии других грандов компьютерной техники подготовили спецификацию PC99. Данный стандарт предъявляет определенные требования к аппаратной части компьютера, определяет типы систем персональных компьютеров, предназначенных для выполнения определенных функций: «рыночный или массовый» ПК (Consumer PC); офисный ПК (Office PC); мобильный компьютер (Mobile PC); рабочая станция (Workstation PC); «развлекательный или обучающий» ПК (Entertainment PC). Сертификация компьютеров на соответствие требованиям РС99 начата с первого июля 1999 года. Процессоры и системные платы. Два этих фундаментальных компонента тесно связаны между собой и к их выбору следует относиться комплексно. В области систем среднего класса можно рассмотреть такие решения: 1. Для платформы Intel: чипсет Intel815EPStepB+Pentium III (Coppermine-или Tualatin); чипсетVIA Apollo Pro133T(или 266Т)+ Pentium III (Coppermine-или Tualatin); Intel 630 + Pentium III (Coppermine-или Tualatin); 2. Для платформы AMD: чипсет VIA KT266 + Athlon (Thunderbird или Palomino); чипсет AMD 760 + Athlon (Thunderbird или Palomino); Данные варианты платформ позволяют обеспечить поддержку современных и передовых технологий: -память DDR SDRAM (кроме Intel 815); -память VCMDRAM (платформы АМD и чипсеты VIA для платформы Intel); -шина AGP4x; -интерфейс ATA-100; -4 порта шины USB. Системная память Ожидается широкое внедрение новых типов памяти, например, DRDRAM или DDRDRAM. В настоящее время широко применяются модули DIMM с микросхемами SDRAM, предпочтительно приобретать модификацию РС133 для любых системных плат. Даже установленные на машинах с шиной на 66 МГц, такие модули могут быть перенесены на системы с более высокой тактовой частотой. Минимально приемлемым объемом памяти сегодня можно считать 64Мбайт, желательно иметь не менее 128Мбайт. Графический адаптер Современным считается графический адаптер со встроенной функцией обработки трехмерной графики и интерфейсом AGP. Минимальный объем локальной видеопамяти следует считать 4 Мбайт, приемлемым – 16М и 32Мбайт. Монитор Монитор является одним из компонентов компьютерной системы, определяющий ее долгожительство. Характеристики монитора должны иметь большой «запас прочности», чтобы соответствовать будущим требованиям. Это, например, видимая часть области изображения на мониторе, его разрешающая способность, поддерживаемые частоты кадровой развертки, ширина полосы пропускания видеотракта. Минимальные требования к мониторам изложены в спецификации РС99. В настоящее время желательно приобретать 17 или 19 -дюймовый монитор. При выборе монитора обратить внимание необходимо на то, чтобы показатели были выше хотя бы на одну ступеньку по сравнению с приведенными в стандарте. Например, для 17-дюймового монитора стандартным является разрешение 1024×768 при частоте кадровой развертки 85Гц, значит монитор должен поддерживать режим 1280×1024 хотя бы при 75Гц Существует мнение, что стоимость монитора должна составлять не менее половины всей стоимости компьютерной системы. Монитор следует изучить в магазине на наличие дефектов (муар, плохое свечение лучей, неверный баланс цветов, искажения). Накопители При выборе накопителей определяющим является емкость устройства. Сегодня это 60-80 и более Гбайт. Большая часть дисков соответствует требованиям протокола UltraDMA-100 интерфейса IDE/ATA или SCSI, который поддерживается большинством контроллеров на материнской плате. Лучшими являются изделия фирм IBM и Fujitsu. Звук Практически повсеместным стандартом стало внедрение формата обработки звука Dolby Digital 5.1. Подключив к звуковой карте по цифровому выходу 5.1 комплект колонок высокого класса, пользователь получает полноценный звук для домашнего электронного театра по цене радикально ниже, чем самые дешевые системы бытового класса. Примеры чипсетов звуковых карт, поддерживающих Dolby Digital 5.1: Greative Audigy (EMU10K2), Greative Live (EMU10K1), Fortmedia FM801-AU, Cirrus Logic Srystal 4630, семейство Philips Edge. На этих чипсетах построено множество звуковых карт различного класса. Структура и функции программного обеспечения Всевозможные программные средства, которых насчитывается уже сотни тысяч для компьютеров различных типов, можно разделить на несколько классов в зависимости от назначения (см. рис.24). Системным программным обеспечением называются программы, которые управляют процессами внутри компьютера. Они обеспечивают связь ПК с подключенными к нему устройствами и окружающей средой, выполняют работу, облегчающую пользование компьютером. Прикладные программы выполняют (решают) задачи пользователя Особое место среди программных средств занимают операционные системы (ОС), являясь ядром программного обеспечения (ПО). Операционные системы относятся к системному ПО.
Операционная система – это комплекс программ, обеспечивающих: 1) управление ресурсами - согласованную работу всех аппаратных средств компьютера; 2) управление процессами - выполнение программ, их взаимодействие с устройствами компьютера, с данными; 3) пользовательский интерфейс - диалог пользователя с компьютером, выполнение определенных простых команд – операций по обработке информации. Операционные системы – наиболее машинно-зависимый вид ПО, ориентированный на конкретные модели компьютеров, поскольку они напрямую управляют их устройствами, обеспечивают интерфейс между пользователем и аппаратной частью компьютера. За время существования компьютеров операционные системы претерпели значительную эволюцию. 1. Однопользовательские и однозадачные ОС. Эффективность использования ресурсов компьютера в этом случае оказывалось невысокой из-за простоев всех, кроме одного работающего периферийного устройств компьютера. Например, при вводе данных простаивал центральный процессор, устройства вывода и внешние запоминающие устройства. По мере роста возможностей, производительности и изменения в соотношении стоимости устройств компьютера положение стало изменяться, что привело к появлению многозадачных ОС, остававшихся однопользовательскими. 2. Однопользовательские и многозадачные ОС. Такие операционные системы обеспечивают постановку заданий в очередь на выполнение, параллельное выполнение заданий, разделение ресурсов (обобщенное название аппаратных устройств, – это, например, процессор, ОЗУ, устройства ввода/вывода, внешние запоминающие устройства, мультимедийные устройства) компьютера между выполняющимися заданиями. Так, например, одно задание может выполнять ввод данных, другое – выполняться центральным процессором, третье – выводить данные, четвертое стоять в очереди. Важнейшее техническое решение, обусловившее такие возможности, − появление у внешних устройств собственных процессоров (контроллеров). При многозадачном режиме: § в оперативной памяти находится несколько заданий пользователей; § время работы процессора разделяется между программами, находящимися в оперативной памяти и готовыми к обслуживанию процессором; § параллельно с работой процессора происходит обмен информацией с различными внешними устройствами. Наиболее совершенные и сложные многопользовательские многозадачные операционные системы. 3. Многопользовательские многозадачные ОС Предусматривают одновременное выполнение многих заданий многих пользователей, обеспечивают разделение ресурсов ПК в соответствии с приоритетами пользователей и защиту данных каждого пользователя от несанкционированного доступа. В этом случае ОС работает в режиме разделения времени, т.е. обслуживает многих пользователей, работающих каждый со своего терминала. Суть режима разделения времени состоит в следующем: каждой программе, находящейся в оперативной памяти и готовой к исполнению, выделяется для исполнения фиксированный, задаваемый в соответствии с приоритетом пользователя интервал времени (интервал мультиплексирования). Если программа не выполнена за этот интервал, ее исполнение принудительно прерывается, и программа переводится в конец очереди. Из начала очереди извлекается следующая программа, которая исполняется в течение соответствующего интервала мультиплексирования, затем поступает в конец очереди и т.д. в цикле (в соответствии с циклическим алгоритмом). Если интервал мультиплексирования достаточно мал (~200мс), а средняя длина очереди готовых к исполнению программ невелика(~10), то очередной квант времени выделяется программе каждые 2с. При таких условиях ни один из пользователей практически не ощущает задержек, т.к. они сравнимы со временем реакции человека. Одной из разновидностей режима разделения времени является фоновый режим, когда программа с более низким приоритетом работает на фоне программы с более высоким приоритетом. Работа в фоновом режиме аналогична работе секретаря руководителя. Секретарь занимается текущими делами до тех пор, пока начальник не дал срочное поручение. Помимо рассмотренных режимов организации вычислительного процесса, все большее распространение получает схема работы, при которой ЭВМ управляет некоторым внешним процессом, обрабатывая данные и информацию, непосредственно поступающую от объекта управления — режим реального времени (реально поступающие от объекта управления данные). В настоящее время используется много различных операционных систем для ЭВМ различных видов, однако в их структуре существуют общие принципы. В составе многих ОС можно выделить некоторую часть, которая является основой всей системы и называется ядром. В состав ядра входят наиболее часто используемые модули, такие как модуль управления системой прерываний, средства по распределению таких основных ресурсов, как оперативная память и процессор. Программы, входящие в состав ядра, при загрузке операционной системы помещаются в оперативную память, где они постоянно находятся и используются при функционировании ЭВМ. Такие программы называются резидентными. К резидентным относятся и программы- драйверы, управляющие работой периферийных устройств. Важной частью ОС является командный процессор – программа, отвечающая за интерпретацию и исполнение простейших команд, подаваемых пользователем, и его взаимодействие с ядром операционной системы. Также к ОС можно отнести набор утилит – обычно небольших программ, обслуживающих различные устройства компьютера (например, утилита форматирования магнитных дисков, утилита восстановления удаленных файлов). Таким образом, операционная система выполняет такие главные функции: -управление процессами; -посредническая, т.е. обеспечивает несколько видов интерфейса: между пользователем и программно-аппаратными средствами компьютера — интерфейс пользователя; между программным и аппаратным обеспечением — программно-аппаратный интерфейс; между разными видами ПО — программный интерфейс.
Файловая система При наличии большого числа программ и данных необходим строгий их учет и систематизация. Операционным системам приходится работать с различными потоками данных, разными аппаратными и периферийными устройствами компьютера. Организовать упорядоченное управление всеми этими объектами позволяет файловая система. Под файлом понимают поименованный набор данных на диске или другом каком-либо устройстве. Файловая система – это система управления данными. При работе с файлами пользователю предоставляются средства для создания новых файлов, операции по считыванию и записи информации т.д., не затрагивающие конкретные вопросы программирования. Записи в файле могут образовывать различные структуры, например, древовидная (иерархическая), последовательная. Файл обладает уникальным идентификатором (именем), обеспечивающим доступ к файлу. Идентификатор включает в себя собственное имя – буквенно-цифровое обозначение файла, которое может содержать специальные символы (подчеркивание, дефис,! и т.д.), и расширение имени файла (обычно отделяемое от имени файла точкой). Если имена создаваемых файлов пользователь может задавать произвольно, то в расширении следует придерживаться традиции, согласно которой расширение указывает на тип файла, характер его содержимого. Например, в операционной системе MS DOS файлы с расширением: *.сom, *.exe, *.bat – исполняемые (запуск программ); *.txt, *.doc – текстовые; *.pas файлы, созданные на языке программирования Паскаль. В различных ОС существуют определенные ограничения на длину имени и расширения имени файла. Так в MS DOS длина имени файла не должна превышать восьми символов, а расширение – трех. Каждый каталог рассматривается как файл, имеет свое собственное имя. В процессе работы могут создаваться новые каталоги и вписываться в требуемое место иерархии. Файловая система ОС обеспечивает основные операции над файлами: их открытие, копирование, перемещение, объединение, удаление, закрытие. Вторую группу представляют операции чтения и записи составных элементов файла. Особая группа операций обеспечивает печать содержимого каталогов или файлов, управление правами доступа к файлам, поиска файлов и т.п. Развитые многопользовательские файловые системы обеспечивают также защиту и разделение данных, хранящих в файлах, при работе с ними разных пользователей. Файловая система FAT (File Allocation Table) − одна из простейших файловых систем, встречающихся во многих операционных системах. FAT является основной файловой системой операционных систем Microsoft DOS и Windows 9x, но в операционных системах Windows NT, 2000 и XP по умолчанию используется файловая система NTFS (New Technologies File System). Система FAT (FAT12, FAT16, FAT32) поддерживается всеми версиями Windows и многими системами UNIX, считается достаточно простой системой, т.к. количество структур данных в ней невелико. Система NTFS стала стандартом в семействе Windows, получает все большее распространение во многих дистрибутивах UNIX; это достаточно сложная файловая система, единственная в Windows позволяющая назначать права доступа к различным файлам. Для облегчения взаимодействия пользователя с ПК существуют, так называемые, оболочки операционных систем – программы, делающие наглядным и простым выполнение базовых операций над файлами, каталогами и др. с использованием меню, защитой от необдуманных и ошибочных действий и разветвленной контекстной помощью. Например, оболочка Norton Commander.
Системы программирования – это комплекс инструментальных программных средств, предназначенный для работы с программами на одном из языков программирования. Они предоставляют сервисные возможности программистам для разработки их собственных компьютерных программ. Сегодня разработка любого системного и прикладного программного обеспечения осуществляется с помощью систем программирования. Ядро системы программирования составляет язык. Существующие языки программирования можно разделить на две группы: процедурные и непроцедурные. Процедурные (или алгоритмические) программы представляют собой систему предписаний для решения конкретной задачи. Роль компьютера сводится к механическому выполнению этих предписаний. Процедурные языки подразделяются на языки низкого и высокого уровня. Языки низкого уровня (машинно-ориентированные) позволяют создавать программы из машинных кодов, обычно в 16-ричной форме. С ними трудно работать, но созданные с их помощью высококвалифицированным программистом программы занимают меньше места в памяти и работают быстрее. С помощью этих языков удобнее разрабатывать системные программы, драйверы (программы для управления устройствами компьютера), некоторые другие виды программ. Программы на языках высокого уровня близки к естественному (английскому) языку и представляют набор заданных команд. Наиболее известные: Фортран – система трансляций формул – старейший и по сей день активно используемый в решении задач математической ориентации язык; Бейсик – универсальный символический код инструкций для начинающих; -популярен среди пользователей; Алгол – алгоритмический язык, сыграл большую роль в теории, но для практического программирования сейчас почти не используется; Си – широко используется при создании системного программного обеспечения; Паскаль – назван в честь ученого Блеза Паскаля, популярен как при изучении программирования, так и среди профессионалов. На его базе созданы несколько более мощных языков (Модула, Ада, Дельфи); Дельфи – язык объектно-ориентированного «визуального» программирования, в настоящее время очень популярен. Среди непроцедурных языков наиболее известны: Лисп, Пролог. Широкое распространение среди разработчиков программ, а также при обучении программированию, получили системы программирования «Турбо» фирмы «Borland» Программы, которые превращают символы языков высокого уровня в двоичный машинный код, называются интерпретатором. Идеи трансляции (перекодирования) одних символов в другие легли в основу создания различных языков программирования с соответствующими трансляторами – компиляторами или интерпретаторами. Отличие компиляторов от трансляторов заключается в процедуре трансляции текста в машинный код. Компилятор преобразует весь текст программы в последовательный набор машинных команд, который в дальнейшем отправляется на выполнение (компилятор с языка Паскаль). Интерпретатор же осуществляет трансляцию по принципу синхронного перевода. Каждая отдельная строка программного текста транслируется, а затем, после ее интерпретации, команды этой строки выполняются (пример языка Бейсик).
|
