Что называют вычислительной системой

Что называют вычислительной системой

Вычислительная система (ВС) – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенная для сбора, хранения, обработки и распределения информации.

Цели создания ВС:

— повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных;

— повышение надежности и достоверности вычислений;

— предоставление пользователям дополнительных сервисных услуг.

Отличительной особенностью ВС по отношению к классическим ЭВМ является наличие нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку.

Таким образом, весь набор современных средств обработки информации можно разделить на 4 класса: 1) обычные ЭВМ,

2) вычислительные комплексы и системы, в том числе многопроцессорные, 3) суперкомпьютеры, 4) вычислительные сети.

Три последних класса относятся к вычислительным системам.

Главная отличительная черта ВС – параллельная обработка информации. Она дает возможность преодолеть врожденную слабость современных ЭВМ – «бутылочное горло» архитектуры фон-Неймана. В простейшем изложении фон-неймановский процессор состоит из трех частей: процессор, память и соединяющий их канал, служащий для обмена данными между процессором и памятью, причем маленькими порциями, пословно.

Несмотря на прогресс в области технологии, ограниченность фон-неймановской архитектуры, связанная с ограниченной пропускной способностью канала, не исчезает, поскольку скорость работы памяти растет гораздо медленнее, чем производительность процессоров.

Параллелизм выполнения операций существенно повышает быстродействие системы, он также повышает и надежность. Параллелизм выполнения операций усложняет систему управления вычислительным процессом, что сказывается на сложности операционных систем.

Классическим вариантом ВС является многомашинные системы, но ВС может состоять и из одного компьютера, который связан с многофункциональным периферийным оборудованием, или содержит несколько процессоров.

Прежде всего ВС можно классифицировать как многомашинные и многопроцессорные.

Многомашинная ВС – это система нескольких ЭВМ, каждая из которых имеет свою оперативную память и свою операционную систему. Каждый компьютер в многомашинной ВС имеет классическую архитектуру, такие системы применяются достаточно широко,

Многопроцессорные ВС имеют общую память и общую операционную систему и обладают всеми преимуществами параллельной обработки.

В создаваемых ВС стремятся обеспечить несколько путей передачи данных, что повышает надежность, гибкость к условиям работы.

Существуют следующие уровни комплексирования ЭВМ:

— общая оперативная память;

— устройства управления внешними устройствами (УВУ);

— общие внешние устройства.

Уровень прямого управления служит для передачи коротких однобайтовых приказов-сообщений. Процессор – инициатор обмена по интерфейсу прямого управления подает команду «прямая запись» У другого процессора эта команда вызывает внешнее прерывание и он записывает передаваемый байт в свою память. После завершения передачи, процессоры возвращаются к вычислениям по своим программам.

Уровень общей оперативной памяти является наиболее предпочтительным для оперативного взаимодействия процессоров.

Уровень комплексируемых каналов ввода-вывода предназначен для передачи больших объемов информации между блоками оперативной памяти. Скорость передачи по этому уровню представляет несколько мегабайт в секунду.

Уровень устройств управления внешними устройствами предполагает использование встроенного в УВУ двухканального переключателя и команд «зарезервировать» и «освободить». Двухканальный переключатель позволяет подключать УВУ одной машины к каналам ввода-вывода различных ЭВМ. По команде «зарезервировать» канал – инициатор обмена имеет доступ к любым накопителям на дисках или лентах. Обмен канала с накопителями продолжается до полного завершения работ и команды «освободить».

На четвертом уровне с помощью аппаратуры передачи данных имеется возможность сопряжения с каналами связи. Эта аппаратура позволяет создавать сети ЭВМ.

Пятый уровень предполагает использование общих внешних устройств.

Схема комплексирования ЭВМ в ВС приведена на рис.1.2.1

Рис.1.2.1 Уровни комплексирования машин в вычислительную систему

Эти пять уровней называются логическими, так как они объединяют разнотипную аппаратуру. Они позволяют создавать различные структуры ВС.

Второй уровень позволяет создать многопроцессорную систему. Обычно он дополняется первым уровнем, что позволяет повысить оперативность взаимодействия процессоров.

Уровни 1,3,4,5 обеспечивают построение разнообразных машинных комплексов. Особенно часто используются 3 и 4 уровни. 5 уровень применяется в редких специальных случаях, когда в качестве внешнего объекта используется дорогое уникальное устройство.

Архитектура вычислительных систем

Процесс решения любой задачи можно представить как воздействие определенной последовательности команд (потока команд) на соответствующую последовательность данных (поток данных). На этом принципе построена классификация ВС. С точки зрения организации обмена командами между процессором и памятью существует 4 класса ВС.

— Системы с одиночным потоком команд и одиночным потоком данных (ОКОД);

— Системы с одиночным потоком команд и множественным потоком данных (ОКМД);

— Системы с множественным потоком команд и одиночным потоком данных (МКОД);

— Системы с множественным потоком команд и множественным потоком данных (МКМД).

Архитектура ОКОД охватывает все однопроцессорные и одномашинные варианты систем, т.е. системы с одним вычислителем. Все ЭВМ классической структуры попадают в этот класс, а фон-неймановский процессор является лишь частным случаем систем ОКОД. В них параллелизм вычислений достигается путем совмещения выполнения операций отдельными блоками АЛУ, а также параллельной работой устройств ввода-вывода и процессора.

Архитектура ОКМД предполагает обработку по одной и той же программе нескольких потоков данных (рис.1.2.2.(3.1.3))

Рис.1.2.2. Архитектура ОКМД

Каждый поток данных обрабатывается либо отдельным процессором либо отдельным АЛУ (тогда УУ общее). Одиночным поток команд называется потому, что каждый процессор выполняет одновременно только одну команду. Такую схему обработки называют векторной. Если объединить несколько векторных систем обработки, то получается матричная система, организация которой довольно проста: общее устройство управления, генерирующее поток команд, и большое число процессоров, работающих параллельно и обрабатывающих каждый свой поток данных. Процессоры, входящие в ВС, одинаковы и управляются одной последовательностью команд. В структурах данной архитектуры обеспечиваются связи между процессорами, которые напоминают матрицу, в которой каждый элемент связан с соседними. По данной технологии строились системы Илиак-4(первая суперЭВМ), ПС-2000, Супергрей. Элементы этой технологии реализованы в процессорах Intel, начиная с Pentium MMX.

Архитектура МКОД предполагает построение процессорного конвейера, в котором результаты обработки передаются от одного процессора к другому по цепочке (Рис1.2.3(3.1.5))

Рис.1.2.3. Система МКОД

Такая система обработки получила название конвейерной (скалярной) обработки. Обязательным условием конвейера операций является наличие нескольких блоков обработки, в каждом из которых команды выполняются последовательно. Таким образом, конвейерная обработка не нарушает принципы фон-Неймана. Однако надо учитывать, что длина конвейера не может быть очень большой, конвейерная обработка увеличивает быстродействие за счет усложнения системы.

В ВС данной архитектуры используются кроме конвейера команд и конвейер данных, который работает по тому же принципу: ВС разбивается на ряд модулей, работающих одновременно. Сочетание двух конвейеров позволяет достичь очень большой скорости обработки.

Архитектура МКМД Объединяет все другие архитектуры. Схема ВС такой архитектуры представлена на рис.1.2.4 (3.1.9).

Рис.1.2.4. Система МКМД

Данная архитектура предполагает, что все процессоры системы работают по своим программам с собственным потоком команд. Эти процессоры могут быть автономны и независимы, и тогда мы приходим к многомашинным ВС. Такая система применяется на многих крупных вычислительных центрах для увеличения пропускной способности центра.

Вторая разновидность МКМД – многопроцессорная ВС, в которой процессоры достаточно жестко связаны общей памятью, и хотя процессоры в системе имеют достаточную самостоятельность, в системе организуется совместная их работа.

Дата добавления: 2014-12-16 ; Просмотров: 729 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

Основные положения

Если не вдаваться в подробности, вычислительные системы (ВС) прежде всего можно различать, как:

Вычислительные системы, которые строятся на основе целых компьютеров, называются многомашинными, а на отдельных процессорах- многопроцессорными.

Вычислительная система (ВС) — совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного обо­рудования и программного обеспечения, предназначенная для сбо­ра, хранения, обработки и распределения информации.

Создание ВС преследует следующие основные цели:

Читайте также:  Как избавиться от запаха новой кожи

— повышение производительности системы за счет ускорения
процессов обработки данных;

— повышение надежности и достоверности вычислений;

— предоставление пользователям дополнительных сервисных ус­
луг и т. д.

Отличительной особенностью ВС по отношению к классиче­ским ЭВМ является наличие в ней нескольких вычислителей, реа­лизующих параллельную обработку.

Параллелизм выполнения операций существенно повышает бы­стродействие системы; он может также значительно повысить и на­дежность (при отказе одного компонента системы его функции мо­жет взять на себя другой), и достоверность функционирования сис­темы, если операции будут дублироваться, а результаты их выполнения сравниваться.

Параллелизм в вычислениях в значительной степени усложняет управление вычислительным процессом, использование техниче­ских и программных ресурсов. Эти функции выполняет операцион­ная система ВС.

Несмотря на то, что классическим является многомашинный вариант ВС, в ВС может быть только один процессор , но агрегированный с многофункциональным периферийным оборудованием (стоимость периферийного оборудования часто во много раз пре­восходит стоимость центральных устройств компьютера). В компь­ютере может быть как несколько процессоров (тогда имеет место также классический многопроцессорный вариант ВС), так и один процессор (если не брать в расчет специализированные процессоры, входящие в состав периферийных устройств).

Виды вычислительных систем

В зависимости от ряда признаков различают следующие вычислительные системы (ВС):

— однопрограммные и многопрограммные (в зависимости от количества программ, одновременно находящихся в оперативной памяти);

— индивидуального и коллективного пользования (в зависимости от числа пользователей, которые одновременно могут использовать ресурсы ВС);

— с пакетной обработкой и разделением времени (в зависимости от организации и обработки заданий);

— однопроцессорные, многопроцессорные и многомашинные (в зависимости от числа процессоров);

— сосредоточенные, распределенные (вычислительные сети) и ВС с теледоступом (в зависимости от территориального расположения и взаимодействия технических средств);

— работающие или не работающие в режиме реального времени (в зависимости от соотношения скоростей поступления задач в ВС и их решения);

— универсальные, специализированные и проблемно-ориентированные (в зависимости от назначения).

Виды вычислительных систем

Многомашинная вычислительная система. Здесь несколько про­цессоров, входящих в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитек­туру, и такая система применяется достаточно широко. Однако эф­фект от применения такой вычислительной системы может быть получен только при решении задач, имеющих очень специальную структуру, она должна разбиваться на столько слабо связанных под­задач, сколько компьютеров в системе.

Многомашинные вычислительные системы — это системы, содержащие несколь­ко одинаковых или различных, относительно самостоятельных компьютеров, связанных между собой через устройство обмена информацией, в частности, по каналам связи. В последнем случае речь идет об информационно-вычислитель­ных сетях.

В многомашинных ВС каждый компьютер работает под управлением своей опе­рационной системы (ОС). А поскольку обмен информацией между машинами выполняется под управлением разных ОС, взаимодействующих друг с другом, динамические характеристики процедур обмена несколько ухудшаются (требу­ется время на согласование работы самих ОС). Информационное взаимодейст­вие компьютеров в многомашинной ВС может быть организовано на нескольких уровнях. На рисунке показано на уровне:

● оперативной памяти (ОП);

При непосредственном взаимодействии процессоров друг с другом информаци­онная связь реализуется через регистры процессорной памяти и требует наличия в ОС весьма сложных специальных программ.

Взаимодействие на уровне ОП сводится к программной реализации общего поля оперативной памяти, что несколько проще, но также требует существенной мо­дификации ОС. Под общим полем имеется в виду равнодоступность модулей па­мяти: все модули памяти доступны всем процессорам и каналам связи.

Па уровне каналов связи взаимодействие организуется наиболее просто и может быть достигнуто внешними по отношению к ОС программами-драйверами, обес­печивающими доступ от каналов связи одной машины к внешним устройствам других (формируется общее поле внешней памяти и общий доступ к устройст­вам ввода-вывода).

Все вышесказанное иллюстрируется схемой взаимодействия компьютеров в двух­машинной ВС, представленной на рис. 22.1.

Ввиду сложности организации информационного взаимодействия на 1-м и 2-м уровнях в большинстве многомашинных ВС используется 3-й уровень, хотя и динамические характеристики (в первую очередь быстродействие), и показате­ли надежности таких систем существенно ниже.

Цели, которые ставятся при объединении ЭВМ, могут быть различными, и они определяют характер связей между ЭВМ. Чаще всего основной целью объединения является или увеличение производительности, или повышение надежности, или одновременно и то и другое. Однако при достижении одних и тех же целей связи между ЭВМ могут существенно различаться.

По характеру связей между ЭВМ их можно разделить на три типа:

— косвенно-, или слабосвязанные;

В косвенно-, или слабосвязанных, комплексах ЭВМ связаны друг с другом только через внешние запоминающие устройства (ВЗУ). Для обеспечения таких связей используются устройства управления ВЗУ с двумя и более входами. В косвенно-связанных комплексах связь между ЭВМ осуществляется только на информационном уровне. Обмен информацией осуществляется в основном по принципу «почтового ящика», т. е. каждая из ЭВМ помещает в общую внешнюю память информацию, руководствуясь собственной программой, и соответственно другая ЭВМ принимает эту информацию, исходя из своих потребностей. Такая организация связей обычно используется в тех случаях, когда ставится задача повысить надежность комплекса путем резервирования ЭВМ. В этом случае ЭВМ, являющаяся основной, решает заданные задачи, выдает результаты и постоянно оставляет в общем ВЗУ всю информацию, необходимую для продолжения решения с любого момента времени. Вторая ЭВМ, являющаяся резервной, может находиться в состоянии ожидания, с тем чтобы в случае выхода из строя основной ЭВМ, по сигналу оператора начать выполнение функций, используя информацию, хранимую в общем ВЗУ основной ЭВМ.

При такой связи может быть несколько способов организации работы комплекса.

1. Резервная ЭВМ находится в выключенном состоянии (ненагруженный резерв) и включается только при отказе основной ЭВМ. Естественно, для того чтобы резервная ЭВМ начала выдавать результаты вместо основной, потребуется определенное время, которое определяется временем, необходимым для включения ЭВМ, вхождением ее и режим, а также временем, отводимым для проверки ее исправности. Это время может быть достаточно большим. Такая организация возможна, когда система, в которой работает ЭВМ, не критична по отношению к некоторым перерывам или остановкам в процессе решения задач. Это обычно имеет место в случаях, когда ЭВМ не выдает управляющую информацию.

2. Резервная ЭВМ находится в состоянии полной готовности и в любой момент может заменить основную ЭВМ (нагруженный резерв), причем либо не решает никаких задач, либо работает в режиме самоконтроля, решая контрольные задачи. В этом случае переход в работе от основной к резервной ЭВМ может осуществляться достаточно быстро, практически без перерыва в выдаче результатов. Однако следует заметить, что основная ЭВМ обновляет в общем ВЗУ информацию, необходимую для продолжения решения, не непрерывно, а с определенной дискретностью, поэтому резервная ЭВМ начинает решать задачи, возвращаясь на некоторое время назад. Такая организация допустима и в тех случаях, когда ЭВМ работает непосредственно в контуре управления, а управляемым процесс достаточно медленным и возврат во времени не оказывает заметного влияния.

При организации работы по первому и второму вариантам ЭВМ используются нерационально: одна ЭВМ всегда простаивает. Простоев можно избежать, загружая ЭВМ решением каких-то вспомогательных задач, не имеющих отношения к основному процессу. Это повышает эффективность системы – производительность практически удваивается.

3. Для того чтобы полностью исключить перерыв в выдаче результатов, обе ЭВМ, и основная и резервная, решают одновременно одни и те же задачи, но результаты выдаст только основная ЭВМ, а в случае выхода се из строя результаты начинает вы давать резервная ЭВМ. При этом общее ВЗУ используется только для взаимного контроля. Иногда такой комплекс дополняется устройством для сравнения результатов с целью контроля. Если при этом используются три ЭВМ, то возможно применение метода голосования, когда окончательный результат выдается только при совпадении результатов решения задачи не менее чем от двух ЭВМ. Это повышает и надежность комплекса в целом, и достоверность выдаваемых результатов. Разумеется, в этом варианте высокая надежность и оперативность достигается весьма высокой ценой – увеличением стоимости системы.

Читайте также:  Как найти длину диагонали куба

Существенно большой гибкостью обладают прямосвязанные ЭВМ. В прямосвязанных комплексах существуют три вида связей: общее ОЗУ (ООЗУ); прямое управление, иначе связь процессор (П) – процессор; адаптер канал – канал (АКК).

Связь через общее ОЗУ гораздо сильнее связи через ВЗУ. Хотя первая связь также носит характер информационной связи и обмен информацией осуществляется по принципу «почтового ящика», однако, вследствие того, что процессоры имеют прямой доступ к ОЗУ, все процессы в системе могут протекать с существенно большей скоростью, а разрывы в выдаче результатов при переходах с основной ЭВМ на резервную сокращаются до минимума. Недостаток связи через общее ОЗУ заключается в том, что при выходе из строя ОЗУ, которое является сложным электронным устройством, нарушается работа всей системы. Чтобы этого избежать, приходится строить общее ОЗУ из нескольких модулей и резервировать информацию. Это, в свою очередь, приводит к усложнению организации вычислительного процесса в комплексе и в конечном счете к усложнению операционных систем. Следует отметить также и то, что связи через общее ОЗУ существенно дороже, чем через ВЗУ.

Непосредственная связь между процессорами – канал прямого управления – может быть не только информационной, но и командной, т. е. по каналу прямого управления один процессор может непосредственно управлять действиями другого процессора. Это, естественно, улучшает динамику перехода от основной ЭВМ к резервной, позволяет осуществлять более полный взаимный контроль ЭВМ. Вместе с тем передача сколько-нибудь значительных объемов информации по каналу прямого управления нецелесообразна, так как в этом случае решение задач прекращается: процессоры ведут обмен информацией.

Связь через адаптер канал – канал в значительной степени устраняет недостатки связи через общее ОЗУ и вместе с тем почти не уменьшает возможностей по обмену информацией между ЭВМ по сравнению с общим ОЗУ. Сущность этого способа связи заключается в том, что связываются между собой каналы двух ЭВМ с помощью специального устройства – адаптера. Обычно это устройство подключается к селекторным каналам ЭВМ. Такое подключение адаптера обеспечивает достаточно быстрый обмен информацией между ЭВМ, при этом обмен может производиться большими массивами информации. В отношении скорости передачи информации связь через АКК мало уступает связи через общее ОЗУ, а в отношении объема передаваемой информации – связи через общее ВЗУ. Функции АКК достаточно просты: это устройство должно обеспечивать взаимную синхронизацию работы двух ЭВМ и буферизацию информации при ее передаче. Хотя функции АКК и его структура достаточно просты, однако большое разнообразие режимов работы двух ЭВМ и необходимость реализации этих режимов существенно усложняет это устройство.

Прямосвязанные комплексы позволяют осуществлять все способы организации ММВК, характерные для слабосвязанных комплексов. Однако за счет некоторого усложнения связей эффективность комплексов может быть значительно повышена. В частности, в прямосвязанных комплексах возможен быстрый переход от основной ЭВМ к резервной и в тех случаях, когда резервная ЭВМ загружена собственными задачами. Это позволяет обеспечивать высокую надежность при высокой производительности.

В реальных комплексах одновременно используется не один вид связи между ЭВМ, а два или более. В том числе очень часто в прямосвязанных комплексах присутствует и косвенная связь через ВЗУ.

Для комплексов с сателлитными ЭВМ характерным является не способ связи, а принципы взаимодействии ЭВМ. Структура связей в сателлитных комплексах не отличается от связей в обычных ММВК: чаще всего связь между ЭВМ осуществляется через АКК. Особенностью же этих комплексов является то, что в них, во-первых, ЭВМ существенно различаются по своим характеристикам, а во-вторых, имеет место определенная соподчиненность машин и различие функций, выполняемых каждой ЭВМ. Одна из ЭВМ, основная, является, как правило, высокопроизводительной и предназначается для основной обработки информации. Вторая, существенно меньшая по производительности, называется сателлитной или вспомогательной ЭВМ. Ее назначение – организация обмена информацией основной ЭВМ с периферийными устройствами, ВЗУ, удаленными абонентами, подключенными через аппаратуру передачи данных к основной ЭВМ. Кроме того, сателлитная ЭВМ может производить предварительную сортировку информации, преобразование ее в форму, удобную для обработки на основной ЭВМ, приведение выходной информации к виду, удобному для пользователя, и др. Сателлитная ЭВМ, таким образом, избавляет основную высокопроизводительную ЭВМ от выполнения многочисленных действий, которые не требуют ни большой разрядности, ни сложных операций, т. е. операций, для которых большая, мощная ЭВМ не нужна. Более того, с учетом характера выполняемых сателлитной машиной операций она может быть ориентирована на выполнение именно такого класса операций и обеспечивать даже большую производительность, чем основная ЭВМ.

Некоторые комплексы включают в себя не одну, а несколько сателлитных ЭВМ, при этом каждая из них ориентируется на выполнение определенных функций: например, одна осуществляет связь основной ЭВМ с устройствами ввода–вывода информации, другая – связь с удаленными абонентами, третья организует файловую систему и т. д.

Появление в последнее время дешевых и простых микро-ЭВМ в немалой степени способствует развитию сателлитных комплексов. Сателлитные комплексы решают только одну задачу: увеличивают производительность комплекса, не оказывая заметного влияния на показатели надежности.

Подключение сателлитных ЭВМ принципиально возможно не только через АКК, но и другими способами, однако связь через АКК наиболее удобна.

Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Аппаратные и программные средства вычислительной техники принято рассматривать отдельно. Соответственно, отдельно рассматривают аппаратную конфигурацию вычислительных систем и их программную конфигурацию. Такой принцип разделения имеет для информатики особое значение, поскольку очень часто решение одних и тех же задач может обеспечиваться как аппаратными, так и программными средствами. Критериями выбора аппаратного или программного решения являются производительность и эффективность. Обычно принято считать, что аппаратные решения в среднем оказываются дороже, зато реализация программных решений требует более высокой квалификации персонала.

К аппаратному обеспечению вычислительных систем относятся устройства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию — аппаратную конфигурацию, необходимую для исполнения конкретных видов работ, можно собирать из готовых узлов и блоков.

По способу расположения устройств относительно центрального процессорного устройства (ЦПУ— Central Processing Unit, CPU) различают внутренние и внешние устройства. Внешними, .как правило, являются большинство устройств ввода-вывода данных (их также называют периферийными устройствами) и некоторые устройства, предназначенные для длительного хранения данных.

Согласование между отдельными узлами и блоками выполняют с помощью переходных аппаратно-логических устройств, называемых аппаратными интерфейсами. Стандарты на аппаратные интерфейсы в вычислительной технике называют протоколами. Таким образом, протокол — это совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками устройств для успешного согласования их работы с другими устройствами.

Многочисленные интерфейсы, присутствующие в архитектуре любой вычислительной системы, можно условно разделить на две большие группы: последовательные и параллельные. Через последовательный интерфейс данные передаются последовательно, бит за битом, а через параллельный — одновременно группами битов. Количество битов, участвующих в одной посылке, определяется разрядностью интерфейса, например восьмиразрядные параллельные интерфейсы передают один байт (8 бит) за один цикл.

Параллельные интерфейсы обычно имеют более сложное устройство, чем последовательные, но обеспечивают более высокую производительность. Их применяют там, где важна скорость передачи данных: для подключения печатающих устройств, устройств ввода графической информации, устройств записи данных на внешний носитель и т. п. Производительность параллельных интерфейсов измеряют байтами в секунду (байт/с; Кбайт/с; Мбайт/с).

Читайте также:  Что значит ошибка 401

Устройство последовательных интерфейсов проще; как правило, для них не надо синхронизировать работу передающего и принимающего устройства (поэтому их часто называют асинхронными интерфейсами), но пропускная способность их меньше и коэффициент полезного действия ниже, так как из-за отсутствия синхронизации посылок полезные данные предваряют и завершают посылками служебных данных, то есть на один байт полезных данных могут приходиться 1-3 служебных бита (состав и структуру посылки определяет конкретный протокол).

Поскольку обмен данными через последовательные устройства производится не байтами, а битами, их производительность измеряют битами в секунду (бит/с, Кбит/с, Мбит/с). Несмотря на кажущуюся простоту перевода единиц измерения скорости последовательной передачи в единицы измерения скорости параллельной передачи данных путем механического деления на 8, такой пересчет не выполняют, поскольку он не корректен из-за наличия служебных данных. В крайнем случае, с поправкой на служебные данные, иногда скорость последовательных устройств выражают в знаках в секунду или, что тоже самое, в символах в секунду (с/с), но эта величина имеет не технический, а справочный, потребительский характер.

Последовательные интерфейсы применяют для подключения «медленных» устройств (простейших устройств печати низкого качества, устройств ввода и вывода знаковой и сигнальной информации, контрольных датчиков, малопроизводительных устройств связи и т. п.), а также в тех случаях, когда нет существенных ограничений по продолжительности обмена данными (большинство цифровых фотокамер).

Программы — это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы — управление аппаратными средствами. Даже если на первый взгляд программа никак не взаимодействует с оборудованием, не требует никакого ввода данных с устройств ввода и не осуществляет вывод данных на устройства вывода, все равно ее работа основана на управлении аппаратными устройствами компьютера.

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии. Несмотря на то что мы рассматриваем эти две категории отдельно, нельзя забывать, что между ними существует диалектическая связь, и раздельное их рассмотрение является по меньшей мере условным.

Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией. Между программами, как и между физическими узлами и блоками существует взаимосвязь — многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть, мы можем говорить о межпрограммном интерфейсе. Возможность существования такого интерфейса тоже основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимодействующих между собой уровней. Уровни программного обеспечения представляют собой пирамидальную конструкцию. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней. Такое членение удобно для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установки программ до практической эксплуатации и техничского обслуживания. Обратите внимание на то, что каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы. Так, например, вычислительная система с программным обеспечением базового уровня не способна выполнять большинство функций, но позволяет установить системное программное обеспечение.

Базовый уровень.Самый низкий уровень программного обеспечения представляет базовое программное обеспечение. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Как правило, базовые программные средства непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемаха, 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.

В тех случаях, когда изменение базовых программных средств во время эксплуатации является технически целесообразным, вместо микросхем ПЗУ применяют перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ — Erasable and Programmable Read Only Memory, EPROM). В этом случае изменение содержания ПЗУ можно выполнять как непосредственно в составе вычислительной системы (такая технология называется флэш-технологией), так и вне ее, на специальных устройствах, называемых программаторами.

Системный уровень.Системный уровень — переходный. Программы, работающие на этом уровне, обеспечивают взаимодействие прочих программ компьютерной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением, 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, обеспечивающая для других программ взаимосвязь с этим оборудованием. Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с конкретными устройствами, называются драйверами устройств — они входят в состав программного обеспечения системного уровня.

Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Именно благодаря им он 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. Полное понятие операционной системы мы рассмотрим несколько позже, а здесь только отметим, что 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.

В разработке и эксплуатации служебных программ существует два альтернативных направления: интеграция с операционной системой и автономное функционирование. В первом случае служебные программы могут изменять потребительские свойства системных программ, делая их более удобными для практической работы. Во втором случае они слабо связаны с системным программным обеспечением, но предоставляют пользователю больше возможностей для персональной настройки их взаимодействия с аппаратным и программным обеспечением.

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. Огромный функциональный диапазон возможных приложений средств вычислительной техники обусловлен наличием прикладных программ для разных видов деятельности.

Поскольку между прикладным программным обеспечением и системным существует непосредственная взаимосвязь (первое опирается на второе), то можно утверждать, что универсальность вычислительной системы, доступность прикладного программного обеспечения и широта функциональных возможностей компьютера напрямую зависят от типа используемой операционной системы, от того, какие системные средства содержит ее ядро, как она обеспечивает взаимодействие триединого комплекса человек — программа — оборудование.

Статьи к прочтению:

Базовая архитектура и структура ЭВМ

Похожие статьи:

Накопители на гибких магнитных дисках — Предназначены для хранения небольших объемов информации — Это носители произвольного (прямого) доступа к…

Лекция 1:Введение Аннотация: В данной лекции вводится понятие операционной системы; рассматривается эволюция развития операционных систем; описываются…

Ссылка на основную публикацию
Что делать если игры не скачиваются
Play Market — официальный магазин приложений для Андроида и главный источник загрузки новых игр и программ на смартфоны и планшеты...
Хороший принтер для школьника
Для ученика возможность распечатывать доклады, рефераты и иллюстрации для занятий в школе - совсем не лишняя. Школьнику в XXI веке...
Хороший телефон с aliexpress
Обновлено 22.10.2019 На Алиэкспресс есть много разных производителей смартфонов. Даже есть такие международные бренды, как Apple. В этой подборке мы...
Что делать если заглючил планшет
Если завис планшет леново, самсунг, асус, престижио, дигма и так далее, да еще и в самое неподходящее время радости конечно...
Adblock detector